PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK...

133
TUGAS AKHIR – TL 141584 PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK ANODA TUMBAL PADA PIPA BAJA API 5L GRADE B DENGAN VARIASI JUMLAH COATING YANG DIPASANG DI DALAM TANAH PRIBADI RIDZKY MULYONO NRP 2713 100 085 Dosen Pembimbing : Tubagus Noor Rohmannudin. ST., M.Sc. Dr. Lukman N, ST., M.Sc (Eng) DEPARTEMEN TEKNIK MATERIAL Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2017 i

Transcript of PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK...

Page 1: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

TUGAS AKHIR – TL 141584

PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIKANODA TUMBAL PADA PIPA BAJA API 5LGRADE B DENGAN VARIASI JUMLAHCOATING YANG DIPASANG DI DALAMTANAH

PRIBADI RIDZKY MULYONONRP 2713 100 085

Dosen Pembimbing : Tubagus Noor Rohmannudin. ST., M.Sc.Dr. Lukman N, ST., M.Sc (Eng)

DEPARTEMEN TEKNIK MATERIAL Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2017

i

Page 2: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

(Halaman Ini Sengaja Dikosongkan)

2

Page 3: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

FINAL PROJECT – TL 141584

DESIGN SYSTEM OF SACRIFIAL ANODECATHODIC PROTECTION IN STEEL PIPE API 5LGRADE B WITH A COATING NUMBERVARIATION INSTALLED IN SOIL

PRIBADI RIDZKY MULYONONRP 2713 100 085

Advisor : Tubagus Noor Rohmannudin. ST., M.Sc.Dr. Lukman N, ST., M.Sc (Eng)

MATERIALS ENGINEERING DEPARTMENT Faculty of Industrial Technology Sepuluh Nopember Institute of Techology Surabaya 2017

iii

Page 4: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

(Halaman Ini Sengaja Dikosongkan)

4

Page 5: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal
Page 6: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK ANODATUMBAL PADA PIPA BAJA API 5L GRADE B DENGAN

VARIASI JUMLAH COATING YANG DIPASANG DIDALAM TANAH

Nama : Pribadi Ridzky MulyonoNRP : 2713 100 085Departemen : Teknik MaterialDosen Pembimbing : Tubagus Noor R. ST., M.Sc.

Dr. Lukman N, ST., M.Sc (Eng)

ABSTRAKProteksi katodik anoda tumbal adalah salah satu jenis

perlindungan logam dari serangan korosi. Tujuan dalampenelitian ini adalah untuk merancang proteksi katodik pada pipadengan tipe API 5L dengan variabel coating. Variabel yangdigunakan pada penelitian ini adalah perbedaan ketebalan coatingyaitu 1 layer dan 2 layer. Dimensi panjang pipa API 5L yangdigunakan adalah 1,5m, sedangkan jenis coating yang digunakanyaitu base coat dan top coat. Pengukuran yang dilakukan adalahpengukuran resistivitas tanah dan pH pada tanah tempat pipadigunakan. Pada penelitian terhasilkan bahwa Ketebalan LayerCoating mempengaruhi Angka Arus proteksi pada sistem katodikprotek anoda korban dengan meningkatnya jumlah layer tingkatkebutuhan arus semakin rendah dimana layer Coating Sekunderdengan 2 lapis membutuhkan arus paling kecil yaitu 0.40 mAdengan nilai yang paling tinggi dengan Coating primer dengan1.21 mA

Kata-kata kunci: Korosi, Proteksi Katodik, AnodaKorban, SACP, API 5L

7

Page 7: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

(Halaman Ini Sengaja Dikosongkan)

8

Page 8: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

DESIGN SYSTEM OF SACRIFIAL ANODE CATHODICPROTECTION IN STEEL PIPE API 5L GRADE B WITH A

COATING NUMBER VARIATION INSTALLED IN SOIL

Name : Pribadi Ridzky MulyonoNRP : 2713 100 108Department : Materials EngineeringAdvisors : Tubagus Noor R. ST., M.Sc.

Dr. Lukman N, ST., M.Sc (Eng)

ABSTRACTThe sacrificial anode cathodic protection is one type of

metal protection from corrosion attack. The purpose of thisresearch is to design cathodic protection on pipe with API type 5Lwith coating variable. Variable used in this research is differenceof coating thickness that is 1 layer and 2 layer. The 5L API pipelength dimension used is 1.5m, while the type of coating used isbase coat and top coat. Measurements taken are the measurementof soil resistivity and pH on the ground where the pipe is used. Inthe research result that the thickness of Layer Coating influencesthe number of protection current on cathodic system of victimanode protective with increasing number of layer level of currentrequirement is lower where Secondary Coating layer with 2layers require the smallest current that is 0.40 mA with thehighest value with primary coating With 1.21 mA

Keywords: SS 316L, TIG, current, travel speed, microstructure,hardness.

9

Page 9: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

(Halaman Ini Sengaja Dikosongkan)

10

Page 10: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah puji dan syukur penulis panjatkan kehadiratAllah SWT yang telah memberikan rahmat, anugerah, sertakarunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhirserta menyusun laporan tugas akhir dengan judul“PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIKANODA TUMBAL PADA PIPA BAJA API 5L GRADE BDENGAN OPTIMASI POTENSIAL PROTEKSI UNTUKVARIASI JUMLAH COATING YANG DIPASANG DIDALAM TANAH”. Laporan tugas akhir ini dibuat untukmelengkapi mata kuliah tugas akhir yang menjadi salah satusyarat memperoleh gelar Sarjana Teknik (S.T.) di DepartemenTeknik Material - Fakultas Teknologi Industri - Institut TeknologiSepuluh Nopember Surabaya.

Dalam pengerjaan tugas akhir ini. Tanpa bantuan dandukungan dari berbagai pihak, laporan tugas akhir ini tidak dapatterselesaikan dengan baik. Oleh karena itu, penulis inginmengucapkan terimakasih kepada pihak yang telah memberikandukungan, bimbingan, dan kesempatan kepada penulis hinggalaporan tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik,diantaranya:1 Orang Tua dan Kerabat yang dengan serta merta

menyemangati dan memberi do’a untuk terselesaikannyatugas akhir.

2 Bapak Tubagus Noor R S.T., M.Sc. selaku dosenpembimbing tugas akhir penulis yang telah memberikan ilmuselama pengerjaan tugas akhir.

3 Bapak Dr. Lukman N, ST., M.Sc (Eng) selaku dosenpembimbing tugas akhir penulis yang telah membimbing danmemberikan banyak ilmu selama pengerjaan tugas akhir ini.

4 Bapak Dr. Eng. Hosta Ardhyananta, S.T., M.Sc. selakuKoordinator Tugas Akhir Departemen Teknik Material FTI-ITS.

11

Page 11: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

5 Tim Dosen Penguji seminar dan sidang tugas akhir, sertaseluruh bapak dan ibu dosen dan karyawan di lingkunganDepartemen Teknik Material FTI-ITS yang tak kenal lelahdalam mendidik putra-putri terbaik bangsa ini.

6 Teman-teman yang telah banyak membantu dalampenyelesaian tugas akhir ini.

7 Serta seluruh pihak yang belum bisa dituliskan satu per satuoleh penulis. Terimakasih atas dukungan dan bantuan teman-teman sekalian.

Penulis berharap laporan tugas akhir ini dapat bermanfaatbagi seluruh pihak yang membaca. Penulis menyadari masihterdapat banyak yang dapat di kembangkan dalam penulisanlaporan tugas akhir ini, sehingga penulis sangat menerima kritikdan saran dari para pembaca yang dapat membangun demikesempurnaan laporan tugas akhir ini.

Surabaya, Juli 2017Penulis,

Pribadi Ridzky Mulyono2713100085

12

Page 12: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL iLEMBAR PENGESAHAN vABSTRAK viiABSTRACT ixKATA PENGANTAR xiDAFTAR ISI xiiDAFTAR GAMBAR xviiDAFTAR TABEL xixBAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang 1 1.2 Rumusan Masalah 2 1.3 Batasan Masalah 2 1.4 Tujuan Penelitian 3 1.5 Manfaat Penelitian 3BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Korosi 5 2.2 Elektrokimia dan Redox 8 2.3 Deret Volta 10 2.4 Sel Galvani dan Contohnya12 2.5 Laju Korosi 16 2.5.1 Polarisai 16 2.5.2 Pasivasi17 2.6 Jenis-jenis Korosi 18 2.6.1 Korosi Sumuran 18 2.6.2 Korosi Crevice 19 2.6.3 Korosi Merata 20 2.6.4 Korosi Erosi 21 2.6.5 Korosi Retak Tegang 23 2.7 Korosi Pipa Baja Dalam Tanah 23 2.7.1 Tekstur dan Struktur Tanah 27 2.7.2 Resistivitas 28 2.7.2.1 Uji Resistivitas Tanah 29 2.7.3 Kelembaban Tanah 31

13

Page 13: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

2.7.4 Keasaman Tanah 33 2.7.5 Kelarutan Garam 35 2.7.6 Hubungan Potensia, pH, dan Korosi 36 2.7.7 Pengaruh Lingkungan Terhadap Korosi 37 2.8 Konsep Pengendalian Korosi 40 2.9 Elektroda Referensi 45 2.10 Proteksi Katodik 46 2.11 Proteksi Katodik Anoda Korban 49 2.12 Proteksi Katodik Arus Paksa 51 2.13 Anoda 53 2.14 Kedalaman Tanam Anoda Groundbed 54 2.15 Lapisan Coating 56 2.15.1 Coating Primer 57 2.15.2 Coating Sekunder 58 2.16 Potensial Proteksi 58 2.17 Densitas Arus 62 2.18 Overprotection 62 2.19 Diagram Pourbaix 63 2.20 Parameter Desain Sistem Proteksi Katodik Anoda Korban

67 2.21 Desain Perhitungan Proteksi Katodik Anoda Korban

71 2.22 Penelitian Sebelumnya 74BAB III METODOLOGI 3.1 Diagram Alir 77 3.2 Bahan Penelitian 78 3.3 Peralatan 78 3.4 Langkah Perangcangan 78BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN 4.1 Analisis Data 89 4.1.1 Kriteria Desain 89 4.1.2 Standar Desain Perancangan 89 4.2 Pengumpulan Data 89 4.2.1 Data Material 89 4.2.2 Data Tanah 90

14

Page 14: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

4.2.3 Perhitungan Desain 94 4.2.3.1 Menghitung Resistansi Groundbed Anoda 96 4.2.3.2 Arus Keluaran Anoda 97 4.2.4 Data Anoda 97 4.2.5 Data Backfill Anoda 97 4.3 Perhitungan Arus dan Potensial 98 4.4 Hasil Proteksi 104BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan 111 5.2 Saran 111DAFTAR PUSTAKA xxiiiLAMPIRAN xxvBIODATA PENULIS xlv

15

Page 15: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

(Halaman Ini Sengaja Dikosongkan)

16

Page 16: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Proses Korosi 7Gambar 2.2 Bagian Sel Volta/Galvani 13Gambar 2.3 Notasi Sel 14Gambar 2.4 Sel Kering 15Gambar 2.5 Mekanisme Korosi Sumuran 19Gambar 2.6 Contoh Korosi Celah 20Gambar 2.7 Korosi Merata 21Gambar 2.8 Korosi Erosi 22Gambar 2.9 Korosi SCC 23Gambar 2.10 Laju Korosi pada Penambahan Oxidizer 24Gambar 2.11 Sirkuit Dasar Metode Wenner 30Gambar 2.12 Beberapa Jenis Pengukuran Resistivitas Tanah

31Gambar 2.13 Korosi Logam Tanah dipengaruhi pH 33Gambar 2.14 Korosi pada Knalpot kendaraan Bermotor 39Gambar 2.15 Pelapisan dengan Krom 42Gambar 2.16 Pelapisan dengan Timah 42Gambar 2.17 Pelapisan dengan Zinc 43Gambar 2.18 Potensial Elektroda Referensi terhadap SHE 46Gambar 2.19 Proteksi Katodik 48Gambar 2.20 Point Deep Well Anode Groundbed 55Gambar 2.21 Diagram Pourbaix 59Gambar 2.22 Maksimum Konsentrasi impurities untuk anoda Aldan Zn berdasarkan DNV RP 401 70Gambar 2.23 Grafik potensial proteksi pipa 75Gambar 3.1 Diagram alir 77Gambar 3.2 Pengukuran Resistivitas Tanah 79Gambar 3.3 Pengukuran pH Tanah 80Gambar 3.4 Pengukuran diameter Dalam Pipa 83Gambar 3.5 Pengukuran diameter Luar Pipa 83Gambar 3.6 Pengukuran pipa baja Api 5L Grade B 84Gambar 3.7 Pembersihan pipa dari pengotor 84Gambar 3.8 Pengait kabel pada pipa baja 85

17

Page 17: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Gambar 3.9 Pemberian Coating dengan Coating Primer 85Gambar 3.10 Pemberian Coating dengan Coating Sekunder

86Gambar 3.11 Pengukuran Tegangan Proteksi 87Gambar 4.1 Hasil Grafik V pipa Proteksi 101Gambar 4.2 Data Pengujian Arus Pipa 103Gambar 4.3 Pipa Coating Setelah 30 hari Pemberian Proteksi

105Gambar 4.4 Pipa Coating Sekunder dengan 2 lapis mulaimengalami keretakan lapisan coating di beberapa daerah 106Gambar 4.5 Pipa coating dengan 1 lapis sekunder terjadi korosidi titik tertentu 106

18

Page 18: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Konstanta Corrosion Rate Unit Desire 16Tabel 2.2 Ukuran Partike pada Tekstur Tanah 28Tabel 2.3 Pengaruh Resistivitas Tanah Terhadap Laju Korosifitas

29Tabel 2.4 Data Hubungan pH Tanah dengan Sifat Korosif

34Tabel 2.5 Spesifikasi Anoda 53Tabel 2.6 Tabel Pourbaix 60Tabel 2.7 Densitas Arus 62Tabel 2.8 Kebutuhan Arus Proteksi berdasarkan ISO 15589

68Tabel 2.9 Komposisi Kimia Anoda Paduan Zn 69Tabel 2.10 Rule of Thumb Pemilihan Anoda 70Tabel 4.1 Komposisi Kimia Baja API 5L Grade B 90Tabel 4.2 Resistivitas Tanah 90Tabel 4.3 Data pH 92Tabel 4.4 Dimensi Produk Anoda Zinc 97Tabel 4.5 Potensial Pipa Pada Tanah 98Tabel 4.6 Nilai Proteksi Katodik Pipa 100Tabel 4.7 Data Arus Pengujian

19

Page 19: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

(Halaman Ini Sengaja Dikosongkan)

20

Page 20: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material FTI – ITS

BAB IPENDAHULUAN

1.1. Latar BelakangKorosi adalah kerusakan atau degradasi logam akibat

reaksi redoks antara suatu logam dengan berbagai zat dilingkungannya yang menghasilkan senyawa-senyawa yang tidakdikehendaki. Dalam bahasa sehari-hari, korosi disebut perkaratan.Contoh korosi yang paling lazim adalah perkaratan besi.

Dalam kehidupan sehari-hari, korosi dapat kitajumpai terjadi pada berbagai jenis logam. Bangunan-bangunanmaupun peralatan elektronik yang memakai komponen logamseperti seng, tembaga, besi baja, dan sebagainya semuanya dapatterserang oleh korosi ini. Selain pada perkakas logam ukuranbesar, korosi ternyata juga mampu menyerang logam padakomponen-komponen renik peralatan elektronik, mulai dari jamdigital hingga komputer serta peralatan canggih lainnya yangdigunakan dalam berbagai aktivitas umat manusia, baik dalamkegiatan industri maupun di dalam rumah tangga.

Korosi merupakan salah satu masalah utama dalamdunia industri. Tentunya karena korosi menyebabkan kegagalanpada material yang berujung pada kerusakan pada peralatan ataukegagalan pada operasi yang menimbulkan kerugian yang tidaksedikit.Pengendalian korosi dapat dilakukan dengan berbagaicara. Untuk mengendalikan serangan korosi internal dibagiandalam pipa, dapat dilakukan dengan menggunakan metode liningatau menggunakan inhibitor. Untuk mencegah korosi pada bagianluar pipa dapat dilakukan dengan cara mengubah lingkungansekitar pipa menjadi tidak korosif. Upaya lain untukmengendalikan serangan korosi pada bagian luar pipa juga dapatdilakukan dengan menggunakan coating. Selain kedua metodetersebut, pengendalian korosi dapat menggunakan system proteksikatodik. Proteksi katodik dapat dilakukan dengan 2 cara yaitumetode impressed current dan metode anoda korban(sacrificial/galvanic anode).

1

Page 21: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 2Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

Proses Perlindungan dengan pelapisan logam inidilakukan dengan sistem electroplating dimana logam pelapisdalam contoh ini nikel bertindak sebagai anoda, sedangkan bendakerja yang dilapisi sebagai katoda. Dalam operasi pelapisan,kondisi operasi perlu diperhatikan karena akan menentukanberhasil tidaknya proses pelapisan serta mutu yang diinginkan,dalam kaitannya dengan tebal lapisan yang terbentuk pada logamdasar, ada beberapa kondisi operasi yang mempengaruhi,diantaranya rapat arus, konsentrasi larutan, temperature.

Lalu untuk perlindungan dengan proteksi katodik anodakorban ini dilakukan dengan system galvanic dimana logam yangmempunya nilai potensial rendah dalam contoh yaitu zincmenjadi anoda dan yang mempunya potensial yang lebih tinggiyaitu logam yang ingin dilindungi

Tugas akhir ini akan membahas sistem proteksi katodikSacrificial Anode (anoda korban) yang disimulasikan untukmengevaluasi kinerja sistem proteksi katodik Anoda Korban(Sacrificial Anode) sehingga dapat menentukan efektifitas padasistem proteksi tersebut.

1.2. Perumusan MasalahPermasalahan yang terdapat pada penelitian ini adalah:

1. Bagaimana mendesain sistem proteksi anoda korban(Sacrifical Anode Cathodic Protection) pada pipa bajaAPI 5l Grade B

2. Apa saja faktor faktor dalam sistem kerja proteksi anodakorban (sacrificial anode cathodic protection) pada pipabaja yang berada di dalam tanah yang dapatmempengaruhi sistem kerja tersebut.

1.3. Tujuan PenelitianTujuan penelitian dalam tugas akhir ini adalah sebagaiberikut :

BAB I PENDAHULUAN

Page 22: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 3Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

1. Merancang (desain) sistem proteksi anoda korban padapipa baja API 5L Grade B yang sesuai dengan nilaistandar proteksi pada NACE RP169-2002.

2. Menganalisa faktor faktor yang mempengaruhi sistemkerja proteksi anoda korban pada pipa baja API 5L gradeB pada tanah.

1.4. Batasan dan Ruang Lingkup Penelitian Batasan-batasan dari permasalahan yang dibahas didalam

tugas akhir ini adalah sebagai berikut:1. Pipa baja yang digunakan pada penelitian ini adalah tipe

API 5L grade B2. Pipa yang digunakan diberikan proses Coating Jenis

Epoxy.3. Pipa tertanam pada tempat Departemen Teknik Material

FTI-ITS

1.5. Manfaat penelitian PenelitianPenelitian tugas akhir ini dilakukan untuk memberikan

manfaat antara lain antara lain: 1. Menghasilkan rancangan sistem proteksi katodik

anoda korban pada pipa API 5L grade B dengan perbedaan coating

2. Dapat mempelajari pengaruh yang mempengaruhi sistem proteksi anoda korban pada pipa API 5L grade B dalam tanah

BAB I PENDAHULUAN

Page 23: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

4 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material FTI-ITS

(Halaman ini sengaja dikosongkan)

BAB I PENDAHULUAN

Page 24: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 KorosiIndonesia merupakan negara yang beriklim tropis dengan

tingkat curah hujan dan kelembaban yang tinggi serta intensitassinar matahari yang tinggi pula, dan sebagai Negara berkembang,di Indonesia juga banyak bermunculan industri-industri yangmempunyai pengaruh cukup besar terhadap tingkat pencemaranpada lingkungan. Fenomena alam dan material khususnya logammempunyai suatu keterikatan dalam suatu sistem dan proses.Hubungan tersebut diimplementasikan dalam suatu proseskerusakan yang dinamakan korosi.

Korosi adalah reaksi redoks antara suatu logam denganberbagai zat di lingkungannya yang menghasilkan senyawa-senyawa yang tak dikehendaki. Dalam bahasa sehari-hari, korosidisebut perkaratan. Contoh korosi yang paling lazim adalahperkaratan besi.Pada peristiwa korosi, logam mengalami oksidasi,sedangkan oksigen (udara) mengalami reduksi. Karat logamumumnya adalah berupa oksida dan karbonat. Rumus kimia karatbesi adalah Fe2O3.xH2O, suatu zat padat yang berwarna coklat-merah.Korosi merupakan proses elektrokimia. Pada korosi besi,bagian tertentu dari besi itu berlaku sebagai anoda, di mana besimengalami oksidasi.

Fe(s) ↔ Fe2+(aq) + 2e Eº = +0.44 V (2.1)Elektron yang dibebaskan di anode mengalir ke bagian lain

besi itu yang bertindak sebagai katoda, di mana oksigen tereduksi.O2(g) + 2H2O(l) + 4e ↔ 4OH-(aq) Eº = +0.40 V (2.2)

atau O2(g) + 4H+(aq) + 4e ↔ 2H2O(l) Eº = +1.23 V (2.3)Adapun syarat terjadinya korosi adalah :

1. Adanya katoda2. Adanya anoda3. Adanya lingkungan

5

Page 25: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 6Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

Tanpa adanya salah satu syarat di atas maka korosi tidakakan terjadi. Korosi tidak dapat di hilangkan tetapi hanya dapat diminimalisir pertumbuhannya.

Kecepatan korosi sangat tergantung pada banyak faktor,seperti ada atau tidaknya lapisan oksida, karena lapisan oksidadapat menghalangi beda potensial terhadap elektrode lainnyayang akan sangat berbeda bila masih bersih dari oksida. Korosipada besi menimbulkan banyak kerugian, karena barang-barangatau bangunan yang menggunakan besi menjadi tidak awet.Korosi pada besi dapat dicegah dengan membuat besi menjadibaja tahan karat (stainless steel), namun proses ini membutuhkanbiaya yang mahal, sehingga tidak sesuai dengan kebanyakanpengunaan besi. Penggunaan struktur yang terbuat dari besi danbaja kini memiliki peranan yang sangat penting dalam duniaindustri terutama pada penggunaan untuk saluran air, saluran gas,maupun tiang konstruksi. Struktur yang diaplikasikan padakegiatan tersebut didesain sedemikian rupa agar dapat dipakaihingga 30-50 tahun.

Namun pada kenyataannya timbul banyak permasalahanyang menyebabkan turunnya kualitas baja tersebut hingga terjadikerusakan yang sangat parah. Hal ini dikarenakan korosi yangmenjadi penyebab utama terhadap kegagalan material dimanadampak yang ditimbulkan akan berimbas pada lingkungan danekonomi. Oleh karena itu, berbagai upaya terus dilakukan gunauntuk mempertahankan masa pemakaian yang lebih lama dansesuai standar.

Selain itu, kondisi pada struktur yang dipendam didalamtanah dapat membuat masalah menjadi lebih kompleks. Padaumumnya, korosi pada tanah dapat dibatasi dengan pengukuranresistivitas tanah dan potensial struktur terhadap tanah. Namunsetelah diteliti kembali masih terdapat banyak faktor yang dapatmenyebabkan timbulnya korosi pada tanah, diantaranya ialahjenis tanah, kelembaban, pH tanah, dan cacat/goresan pada bajayang dapat menimbulkan korosi sumuran. Pelapisan (Coating)menjadi solusi untuk menjaga kestabilan dan penghalang terhadap

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 26: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 7Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

lingkungan korosif untuk mengurangi laju degradasi. Lapisantambahan diberikan untuk mengisolasi struktur agar terhindar darilingkungan luar yang dapat menimbulkan korosi.

Pada proses korosi ada dua reaksi yang menyebabkanterjadinya korosi yaitu reaksi oksidasi dan reaksi reduksi. Padareaksi oksidasi akan terjadi pelepasan elektron oleh material yanglebih bersifat anodik. Sedangkan reaksi reduksi adalah pemakaianelektron oleh material yang lebih bersifat katodik.

Proses korosi secara galvanis dapat kita lihat pada gambar berikut :

Gambar 2.1 Proses Korosi

Pada reaksi di atas dapat kita lihat dimana Cu bertindaksebagai katoda mengalami pertambahan massa denganmelekatnya electron pada Cu. Sedangkan Zn bertindak sebagaianoda, dimana terjadinya pengurangan massa Zn yang di tandaidengan lepasnya elektron dari Zn. Peristiwa pelepasan danpenerimaan elektron ini harus mempunyai lingkungan, dimanayang menjadi lingkungan adalah asam sulfat. Jika ada dua buah

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 27: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

8 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

unsur yang di celupkan dalam larutan elektrolit yang dihubungkan dengan sumber arus maka yang akan mengalamikorosi adalah material yang lebih anodik.(Tretheway,1991)

2.2 Elektrokimia dan RedoxElektrokimia adalah cabang kimia yang mempelajari reaksi

kimia yang berlangsung dalam larutan pada antarmuka konduktorelektron (logam atau semikonduktor) dan konduktor ionik(elektrolit), dan melibatkan perpindahan elektron antara elektrodadan elektrolit atau sejenis dalam larutan.Jika reaksi kimiadidorong oleh tegangan eksternal, maka akan seperti elektrolisis,atau jika tegangan yang dibuat oleh reaksi kimia seperti di baterai,maka akan terjadi reaksi elektrokimia. Sebaliknya, reaksi kimiaterjadi di mana elektron yang ditransfer antara molekul yangdisebut oksidasi / reduksi (redoks) reaksi. Secara umum,elektrokimia berkaitan dengan situasi di mana oksidasi danreduksi reaksi dipisahkan dalam ruang atau waktu, dihubungkanoleh sebuah sirkuit listrik eksternal.

Ada dua jenis sel elektrokimia, yaitu sel galvanik danelektrolit. Sel galvanik adalah sel yang menghasilkan tenagalistrik ketika sel mengalami reaksi kimia sedangkan Sel elektrolitadalah sel yang mengalami reaksi kimia ketika tegangan listrikditerapkan. Elektrolisis dan korosi adalah contoh dari prosespenting seperti yang ada pada elektrokimia. Prinsip-prinsip dasarelektrokimia didasarkan pada rasio tegangan antara dua zat danmemiliki kemampuan untuk bereaksi satu sama lain. Semakinlama logam dalam elemen galvanik yang terpisah dalam seritegangan elektrokimia, semakin kuat listrik akan terekstrak. TeoriElektro-kimia dan metode elektrokimia memiliki aplikasi praktisdalam teknologi dan industri dalam banyak cara. Penemuan danpemahaman reaksi elektrokimia telah memberikan kontribusiuntuk mengembangkan sel bahan bakar dan baterai, danpemahaman logam relatif terhadap satu sama lain dalamelektrolisis dan korosi. Reaksi kimia yang terjadi pada antarmukakonduktor listrik (disebut elektroda yang dapat menjadi logam

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 28: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 9Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

atau semikonduktor) dan konduktor ionik (elektrolit) dapatmenjadi solusi dan dalam beberapa kasus khusus, zat padat . Jikareaksi kimia didorong oleh beda potensial maka, secara eksternaldisebut elektrolisis. Namun, jika penurunan potensi listrik dibuatsebagai hasil dari reaksi kimia, yang dikenal sebagai "dayabaterai", juga disebut sel baterai atau galvanik. Reaksi kimia yangmenghasilkan perpindahan elektron antara molekul yang dikenalsebagai reaksi redoks, dan pentingnya dalam elektrokimia sangatpenting, karena melalui reaksi tersebut dilakukan proses yangmenghasilkan listrik atau sebaliknya, yang diproduksi sebagaikonsekuensinya. Secara umum, studi elektrokimia menanganisituasi di mana terdapat reaksi oksidasi-reduksi ditemukandipisahkan secara fisik atau sementara, berada di lingkungan yangterhubung ke sebuah sirkuit listrik. Penelitian yang terakhiradalah kimia analitik dalam subdiscipline dikenal sebagai analisispotensiometri. Ada 2 prinsip sel elektrokimia:

1. Sel yang melakukan kerja dengan melepaskan energi darireaksi spontan

2. Sel yang melakukan kerja dengan menyerap energi darisumber listrik untuk menggerakkan reaksi non spontan.Sel elektrokimia baik yang melepas atau menyerap energi

selalu melibatkan perpindahan elektron-elektron dari satusenyawa ke senyawa yang lain dalam suatu reaksi oksidasireduksi. Oksidasi adalah hilangnya elektron sedangkan reduksidiperolehnya elektron. Zat pengoksidasi adalah spesies yangmelakukan oksidasi, mengambil elektron dari zat yangteroksidasi. Zat pereduksi adalah spesies yang melakukan reduksimemberikan elektron kepada zat yang tereduksi. Setelah reaksizat teroksidasi memiliki bilangan oksidasi lebih tinggi sedangkanzat tereduksi memiliki bilangan oksidasi lebih rendah

Redoks adalah istilah yang menjelaskan berubahnyabilangan oksidasi (keadaan oksidasi) atom-atom dalam sebuahreaksi kimia. Hal ini dapat berupa proses redoks yang sederhanaseperti oksidasi karbon yang menghasilkan karbon dioksida, ataureduksi karbon oleh hidrogen menghasilkan metana(CH4),

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 29: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

10 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

ataupun ia dapat berupa proses yang kompleks seperti oksidasigula pada tubuh manusia melalui rentetan transfer elektron yangrumit. Istilah redoks berasal dari dua konsep, yaitu reduksi danoksidasi. Ia dapat dijelaskan dengan mudah sebagai berikut:

Oksidasi menjelaskan pelepasan elektron oleh sebuahmolekul, atom, atau ion

Reduksi menjelaskan penambahan elektron oleh sebuahmolekul, atom, atau ion.

Oksidasi dan reduksi tepatnya merujuk pada perubahanbilangan oksidasi karena transfer elektron yang sebenarnya tidakakan selalu terjadi. Sehingga oksidasi lebih baik didefinisikansebagai peningkatan bilangan oksidasi, dan reduksi sebagaipenurunan bilangan oksidasi. Dalam praktiknya, transfer elektronakan selalu mengubah bilangan oksidasi, namun terdapat banyakreaksi yang diklasifikasikan sebagai "redoks" walaupun tidak adatransfer elektron dalam reaksi tersebut (misalnya yang melibatkanikatan kovalen). Reaksi non-redoks yang tidak melibatkanperubahan muatan formal (formal charge) dikenal sebagai reaksimetatesis.

(Day & Underwood,1998)

2.3 Deret VoltaUntuk mengetahui unsur yang lebih anodik dan lebih

katodik dapat kita lihat pada deret Volta. Berikut deret Volta :

K – Ca – Na – Mn – Al – Zn – Fe – Sn – Pb – H –Cu – Hg – Ag – Pt – Au (2.4)

Pada Deret Volta, unsur logam dengan potensial elektrodelebih negatif ditempatkan di bagian kiri, sedangkan unsur denganpotensial elektrode yang lebih positif ditempatkan di bagiankanan.Semakin ke kiri kedudukan suatu logam dalam deret tersebut,maka

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 30: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 11Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

Logam semakin reaktif (semakin mudah melepaselektron)

Logam merupakan reduktor yang semakin kuat (semakinmudah mengalami oksidasi)

Sebaliknya, semakin ke kanan kedudukan suatu logam dalamderet tersebut, maka Logam semakin kurang reaktif (semakin sulit melepas

elektron) Logam merupakan oksidator yang semakin kuat (semakin

mudah mengalami reduksi)Salah satu metode untuk mencegah korosi antara lain

dengan menghubungkan logam (misalnya besi) dengan logamyang letaknya lebih kiri dari logam tersebut dalam deret volta(misalnya magnesium) sehingga logam yang mempunyaipotensial elektrode yang lebih negatif lah yang akan mengalamioksidasi. Metode pencegahan karat seperti ini disebutperlindungan katodik. Contoh lain dari perlindungan katodikadalah pipa besi, tiang telepon, dan berbagai barang lain yangdilapisi dengan zink, atau disebut Galvanisasi. Zink dapatmelindungi besi dari korosi sekalipun lapisannya tidak utuh. Olehkarena potensial reduksi besi lebih positif daripada zink(posisinya dalam deret Volta lebih ke kanan), maka besi yangkontak dengan zink akan membentuk sel elektrokimia denganbesi sebagai katode. Dengan demikian besi terlindungi dan zinkyang mengalami oksidasi. Badan mobil-mobil baru padaumumnya telah digalvanisasi, sehingga tahan karat.

Selain contoh reaksi sebelumnya kita juga dapat lihatperistiwa korosi lainnya yaitu pada peristiwa perkaratan (korosi)logam Fe mengalami oksidasi dan oksigen (udara) mengalamireduksi. Rumus kimia dari karat besi adalah Fe2O3 . xH2O danberwarna coklat-merah. Pada korosi besi, bagian tertentu dari besiitu berlaku sebagai anoda, dimana besi mengalami oksidasi.

Fe(s) —–> Fe2+(aq) +2e E=+0,44V (2.5)O2(g)+2H2O(l)+4e—->4OH E=+0,40V (2.6)

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 31: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

12 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

Ion besi (II) yg terbentuk pada anoda selanjutnyateroksidasi membentuk ion besi (III) yang kemudian membentuksenyawa oksida terhidrasi Fe2O3 . xH2O.

Berdasarkan sifatnya korosi terbagi atas :1. Korosi AktifCiri-ciri dari korosi aktif ini antara lain :

Mudah melepaskan ion Mudah menempel di tangan

Contoh : Paku yang berkarat2. Korosi PasifCiri-ciri dari korosi pasif ini antara lain :

Sulit melepaskan ion Sulit menempel di tangan

Contoh : Korosi pada AL(Whiten, 2013)

2.4 Sel Galvani dan ContohnyaSel volta atau sel galvani adalah suatu sel elektrokimia

yang terdiri atas dua buah elektrode yang dapat menghasilkanenergi listrik akibat terjadinya reaksi redoks secara spontan padakedua elektroda tersebut. yaitu sel yang mengubah energi kimiamenjadi energi listrik. Sel Galvani / Sel Volta disebut juga selkimia. Sel Galvani dipakai sebagai sumber listrik untukpenerangan, pemanasan, menjalankan motor, dan sebagainya.Reaksi redoks spontan yang dapat mengakibatkan terjadinyaenergi listrik ini ditemukan oleh Alessandro Guiseppe Volta(1800) dan Luigi Galvani (1780). Deret Volta pada Gambar 1merupakan deret yang menyatakan unsur-unsur logamberdasarkan potensial elektrode standarnya. Dan ini digunakansebagai acuan apakah sebuah logam bisa bereaksi dengan ionlogam lain (Chang, 2005)

Untuk prinsip kerja sel galvani sendiri yaitu:a) Terdiri atas elektrode dan elektrolit yang dihubungkan

dengan sebuah jembatan garam

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 32: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 13Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

b) Pada anode terjadi reaksi oksidasi dan pada katode terjadireaksi reduksi

c) Arus elektron mengalir dari katode ke anoded) Arus listrik mengalir dari katode ke anodee) Adanya jembatan garam untuk menyeimbangkan ion-ion

Untuk perlu dipahami juga anoda dan katoda adalah elektrodadengan polaritas yang berlawanan, Pada sel galvani, Anodaadalah elektroda sel kutub negatif (-), sedangkan katoda adalahelektroda sel yang berkutub (+). Anoda mengalami oksidasi(Pelepasan Elektron) yaitu sebagai reduktor sedangkan katodamengalami reaksi reduksi (mengikat elektron) yaitu sebagaioksidator (Keenan,1980).

Bagian – bagian Sel Galvani atau Sel Volta (Gambar 2) yaitu:1. Voltmeter, untuk menentukan besarnya potensial sel2. Jembatan garam (salt bridge), untuk menjaga kenetralan

muatan listrik pada larutan3. Anode, elektrode negatif, tempat terjadinya reaksi

oksidasi. pada gambar, yang bertindak sebagai anode adalahelektrode Zn/seng (zink electrode)

4. Katode, elektrode positif, tempat terjadinya reaksireduksi. Pada gambar 2, yang bertindak sebagai katode adalahelektrode Cu/tembaga (copper electrode)

Gambar 2.2 Bagian Sel volta/Galvani

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 33: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

14 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

Susunan Sel Voltanya dinotasikan dengan Notasi sel: Y |ion Y || ion X | X. Dimana pada bagian kanan menyatakan katode(yang mengalami reduksi), dan bagian kiri menyatakan anode(yang mengalami oksidasi). Pemisahan oleh jembatan garamdinyatakan dengan || sedangkan batas fasa dinyatakan |.Penggambaran notasi sel juga dapat dilihat pada Gambar 3.

Gambar 2.3 Notasi SelPada gambar di atas, logam X mempunyai potensial

reduksi yang lebih positif dibanding logam Y, sehingga logam Ybertindak sebagai anoda dan logam X bertindak sebagai katoda.Jembatan garam mengandung ion-ion positif dan ion-ion negatifyang berfungsi menetralkan muatan positif dan negatif dalamlarutan elektrolit. Contoh Soal Penulisan Notasi Sel : Notasi seluntuk reaksi Cu2+ +Zn -> Cu + Zn2+ yaitu Zn | Zn2+ || Cu2+ | Cu.

Proses yang terjadi adalaha) Pada anode, logam Zn melepaskan elektron dan menjadi Zn2+

yang larut. Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e-

b) Pada katode, ion Cu2+ menangkap elektron dan mengendapmenjadi logam Cu.

Cu2+(aq) + 2e- → Cu(s)Hal ini dapat diketahui dari berkurangnya massa logam Zn

setelah reksi, sedangkan massa logam Cu bertambah. Reaksi totalyang terjadi pada sel galvani adalah:

Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s)(Oxtoby,2001)

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 34: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 15Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

Contoh beberapa Sel Galvani dalam kehidupan sehari-hari:1. Sel Kering (Sel Leclanche)

Dikenal sebagai batu baterai. Pada Gambar 4, dapat dilihatbahwa sel kering terdiri dari katode yang berasal dari karbon(grafit) dan anode logam zink. Elektrolit yang dipakai berupapasta campuran MnO2, serbuk karbon dan NH4Cl.

Persamaan reaksinya :Katode : 2MnO2 + 2H+ + 2e -> Mn2O3 + H2OAnode : Zn -> Zn2+ + 2eReaksi sel : 2MnO2 + 2H+ + Zn -> Mn2O3 + H2O + ZAnode (-) : Logam seng (Zn) yang dipakai sebagai wadah. Katode (+) : Batang karbon (tidak aktif) Elektrolit : Campuran berupa pasta yang terdiri dari MnO2,NH4Cl, dan sedikit air

Gambar 2.4 Sel Kering2. Sel aki

Sel aki disebut juga sebagai sel penyimpan, karena dapatberfungsi penyimpan listrik dan pada setiap saat dapatdikeluarkan .Anodenya terbuat dari logam timbal (Pb) dankatodenya terbuat dari logam timbal yang dilapisi PbO2. Reaksipenggunaan aki :

Anode : Pb + SO42- -> PbSO4 + 2eKatode : PbO2 + SO42-+ 4H++ 2e -> PbSO4 + 2H2OReaksi sel : Pb + 2SO4

2- + PbO2 + 4H+ ” 2PbSO4 + 2H2O

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 35: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

16 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

Reaksi Pengisian aki : 2PbSO4 + 2H2O -> Pb + 2SO4 2- +PbO2 + 4H+

Anode (-) : Lempeng logam timbal (Pb). Katode (+) : Lempeng logam oksida timbal (PbO2) Elektrolit : Larutan asam sulfat (H2SO4) encer (Oman,

1999)

2.5 Laju KorosiLaju korosi diperhitungkan dengan menyatakan berat yang

hilang per satuan luas permukaan per satuan waktu. Mengingatlaju korosi (mpy) merupakan ekspresi yang terbaik karenamerupakan penetrasi korosi tanpa decimal, maka satuan lajukorosi ini bias didekati dengan rumus

CR = (K . W) / (A . T . D)Dimana W = berat yang hilang (gram)D = Densitas specimen (g/cm3)A = Luas permukaan specimen (cm2)T = waktu paparan (jam)K = konstanta laju korosi (dapat dilihat pada table)

Tabel 2.1 Konstanta Corrosion Rate Unit DesireCorrosion Rate Unit Desire KMils per year (mpy) 3,45 x 106

Inches per year (ipy) 3,45 x 103

Inches per month (ipm) 2,87 x 102

Millimetres per year (mm/y) 8,76 x 104

Micrometres per year (um/y) 8,76 x 107

Picometres per second (pm/s) 2,78 x 106

Grams per square meter per hour(g/m2.h)

1,00 x 104 xD

Milligrams per square decimeter perday (mdd)

2,40 x 106 xD

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 36: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 17Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

Berikut ini adalah beberapa faktor-faktor lingkunganyang mempengaruhi laju korosi suatu material:

2.5.1 PolarisasiSuatu reaksi elektrokimia dikatakan terpolarisasi apabila

terjadi proses perlambatan dari laju reaksi semula. Polarisasibertindak sebagai pelapis tambahan, dan mempengaruhi tingkatpH dan konsentrasi ion pada elektrolit. Kecepatan padareaksi elektrokimia terbatas oleh bermacam-macam faktor fisisdan kimia. Oleh karena itu reaksi elektrokimia dapat dikatakansebagai polarisasi atau penurunan yang disebabkan oleh faktorlingkungan. Polarisasi dapat dibagi menjadi dua jenis yangberbeda yaitu akitifasi polarisasi dan konsentrasi polarisasi.Polarisasi aktivasi adalah polarisasi yang disebabkan oleh faktorpelambat yang berasal dari reaksi elektrokimia itu sendiri, yakniterjadinya evolusi terbentuknya gas hidrogen di katoda.Sebagai ilustrasi yang mudah adalah reaksi terlepasnya atomhidrogen pada logam zinc sebagai akibat dari korosi padalingkungan asam. Tahapan proses tereduksinya hidrogen padapermukaan logam zinc dapat pula terjadi pada suatu jenisatom yang tereduksi pada permukaan logam. Tahap pertamaatom tersebut harus dapat mengikat suatu permukaan sebelumterjadinya reaksi. Tahap kedua harus terjadi transfer elektronsebagai hasil reduksi dari atom tersebut. Tahap ketiga, dua atomhidrogen menyatu untuk membentuk gelembung dan padatahap ke empat, gelembung tersebut menjadi gas hidrogen.Kecepatan reduksi pada ion hidrogen dapat dikendalikan denganmemperlambat empat tahap di atas.

2.5.2 PasivasiPada dasarnya, pasivitas adalah lepasnya suatu unsur akibat

reaksi kimia yang dialami oleh beberapa logam dan paduan padasuatu kondisi lingkungan khusus. Logam dan paduan yangmengalami pasivitas diantaranya besi, nikel, silicon, chromium,titanium dan paduan- paduannya. Observasi juga telah dilakukan

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 37: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

18 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

untuk mengetahui efek pasivitas pada beberapa logam,diantaranya zinc, cadmium, tin dan thorium. Pasivitas sulit untukdidefinisikan, karena pasivitas hanya dapat digambarkan secarakuantitatif dimana karakteristik suatu logam akan mengalamipengaruh yang luar biasa akibat pasiviatas. Suatu pasivitas yangdialami oleh logam, dimana laju korosi logam tersebutdipengaruhi oleh daya oksidasi dengan menggunakan potensialelektron. Gambar tersebut mengilustrasikan bahwa sebuah logamdicelupkan pada lingkungan asam yang terbebas dari kandunganudara, lingkungan tersebut ditambahkan daya oksidasi pada titikA dan laju korosinya digambarkan dengan sebuah garis padagambar tersebut. Jika daya oksidasi pada lingkungan inimeningkat, maka laju korosi pada logam tersebut juga meningkat.

2.6 Jenis - Jenis Korosi2.6.1 Korosi sumuran

Korosi sumuran (pitting corrosion) merupakan korosilokal yang terjadi pada permukaan yang terbuka akibat pecahnyalapisan pasif. Terjadinya korosi sumuran ini diawali denganpembentukan lapisan pasif di permukaan bahan pada antar mukalapisan pasif dan elektrolit terjadi penurunan pH, sehingga terjadipelarutan lapisan pasif secara perlahan-lahan dan menyebabkanlapisan pasif pecah dan terjadi korosi sumuran. Korosi sumuranini sangat berbahaya karena lokasi terjadinya sangat kecil tetapidalam, sehingga dapat menyebabkan peralatan atau struktur patahmendadak.(Fontana,1986)

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 38: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 19Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

Gambar 2.5 Mekanisme Korosi sumuran (Sumber : Denni,1992)

2.6.2 Korosi CreviceKorosi celah (crevice corrosion) adalah korosi lokal yang

terjadi pada celah di antara dua komponen. Mekanisme tejadinyakorosi celah ini diawali dengan terjadi korosi merata di luar dandi dalam celah, sehingga terjadi oksidasi logam dan reduksioksigen. Apabila oksigen (O2) di dalam celah telah habissedangkan oksigen(O2) di luar celah masih banyak, makaakibatnya permukaan logam yang berhubungan dengan bagianluar menjadi katode dan permukaan logam di dalam celahmenjadi anoda sehingga terbentuk celah yang terkorosi.korosi iniTidak tampak dari luar dan sangat merusak konstruksiSeringterjadi pada sambungan kurang kedap. Penyebabnya, lubang,gasket, lap joint, kotoran/endapan

Pencegahan:

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Lebar,landai

ElipticalSempit, Dalam

undercutting

Subsurface

VerticalHorizontal

Page 39: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

20 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

1 Penggunaan sistem sambungan butt joint denganpengelasan dibanding dengan sambungan keling untukperalatan peralatan baru

2 Celah sambungan ditutup dengan pengelasan atau dengansoldering

3 Peralatan – peralatan harus diperiksa dan dibersihkansecara teratur, terutama pada sambungan – sambunganyang rawan

4 Hindari pemakaian packing yang bersifat higroskopis5 Penggunaan gasket dan absorbent seperti teflon jika

memungkinkan6 Pada desain saluran drainase,hindari adanya lengkungan –

lengkungan tajam serta daerah genangan fluida(Fontana,1986)

Gambar 2.6 contoh korosi celah (Sumber : Fontana, 1986)

2.6.3 Korosi MerataKorosi merata (uniform corrosion) adalah korosi yang

terjadi secara serentak diseluruh permukaan logam, oleh karenaitu pada logam yang mengalami korosi merata akan terjadipengurangan dimensi yang relatif besar per satuan waktu.Kerugian langsung akibat korosi merata berupa kehilanganmaterial konstruksi, keselamatan kerja dan pencemaran

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 40: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 21Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

lingkungan akibat produk korosi dalam bentuk senyawa yangmencemarkan lingkungan. Sedangkan kerugian tidak langsung,antara lain berupa penurunan kapasitas dan peningkatan biayaperawatan (preventive maintenance) (Fontana,1986)

Gambar 2.7 Korosi Merata (Sumber : Fontana,1986)

2.6.4 Korosi ErosiKorosi erosi adalah korosi yang terjadi pada permukaan

logam yang disebabkan aliran fluida yang sangat cepat sehinggamerusak permukaan logam dan lapisan film pelindung. Korosierosi juga dapat terjadi karena efek-efek mekanik yang terjadipada permukaan logam, misalnya : pengausan, abrasi dangesekan. Logam yang mengalami korosi erosi akan menimbulkanbagian-bagian yang kasar dan tajam.

Proses terjadinya korosi secara umum adalh melaluibeberapa tahap berikut :

1. Pada tahap pertama terjadi serangan oleh gelembungudara yang menempel di permukaan lapisan pelindung logam,karena adanya aliran turbulen yang melintas di atas permukaanlogam tersebut.

2. Pada tahap kedua gelembung udara tersebut mengikisdan merusak lapisan peindung.

3. Pada tahap ketiga, laju korosi semakin meningkat,karena lapisan pelindung telah hilang. Logam yang berada di

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Ketebalan berkurangmerata

Page 41: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

22 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

bawah lapisan pelindung mulai terkorosi, sehingga membentukcekungan, kemudian terjadi pembentukan kembali lapisan

pelindung dan logam, menjadi tidak rata. Bila aliran terusmengalir, maka akan terjadi serangan kembali oleh gelembungudara yang terbawa aliran. Serangan ini akan mengikis danmerusak lapisan pelindung yang baru saja terbentuk, rusaknyalapisan pelindung tersebut akan mengakibatkan serangan lebihlanjut pada logam yang lebih dalam sampai membentukcekungan. Contoh Korosi Erosi:

1. Korosi Erosi pada sambungan pipa2. Korosi Erosi pada washing machine

Pengendalian Korosi ErosiPengendalian korosi erosi dapat dilakukan dengan cara :

1. Mengurangi kecepatan aliran fluida untuk mengurangiturbulensi dan tumbukan yang berlebihan.

2. Menggunakan kompenen yang halus dan rapipengerjaannya, sehingga tempat pembentukan gelembungmenjadi sesedikit mungkin

3. Penambahan inhibitor atau passivator4. Menggunakan paduan logam yang lebih tahan korosi dan

tahan erosi5. Proteksi katodik

(Fontana,1986)

Gambar 2.8 Korosi Erosi (Fontana,1986)

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

HasilpittingPermukaan

logam awal

Metal tube

Corrosion Film

Aliran Air

Page 42: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 23Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

2.6.5 Korosi retak tegangKorosi retak tegang (stress corrosion cracking), korosi

retak lelah (corrosion fatique cracking) dan korosi akibatpengaruh hidogen (corrosion induced hydrogen) adalah bentukkorosi dimana material mengalami keretakan akibat pengaruhlingkungannya. Korosi retak tegang terjadi pada paduan logamyang mengalami tegangan tarik statis dilingkungan tertentu,seperti : baja tahan karat sangat rentan terhadap lingkunganklorida panas, tembaga rentan dilarutan ammonia dan baja karbonrentan terhadap nitrat. Korosi retak lelah terjadi akibat teganganberulang dilingkungan korosif. Sedangkan korosi akibat pengaruhhidogen terjadi karena berlangsungnya difusi hidrogen kedalamkisi paduan. (Fontana,1986)

Gambar 2.9 Korosi SCC (sumber :http://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=102)

2.7 Korosi Pipa Baja Dalam Tanah (Soil Corrosion)Tanah merupakan salah satu factor lingkungan yang

menyebabkan terjadinya korosi. Korosi pada tanah merupakan halyang penting, terutama untuk struktur yang dipendam dalamwaktu yang cukup lama. Dengan demikian digunakan metodeproteksi terhadap lingkungan akibat korosi tersebut. Contoh dari

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

B. Patahan SCCbercabang

lebar

A. SCC atau patah lelah nucleate pada pits

C. Korosi patah lelahpunya sedikit cabang

Page 43: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

24 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

korosi pada tanah yang berhubungan dengan minyak, gas, pipasaluran air, buried storage tank (umumnya pada pangkalan gas),kabel listrik untuk komunikasi, system jangkar maupun casingsumur. Sistem-sistem tersebut diharapkan dapat beroperasi secarakontinu dalam waktu yang lama sehingga harus dilindungi darikorosi tanah. (Ahmad Zaki, 2006)

Korosi pada tanah merupakan fenomena yang kompleks,dengan berbagai variable yang saling terkait. Reaksi kimia yangterjadi melibatkan hamper setiap elemen yang berada pada tanahtersebut, dan banyak diantaranya yang belum diketahui secaratuntas. Variasi sifat dan karakteristik tanah merupakan factorutama penyebab korosi pada struktur yang terpendam. Beberapafactor yang dapat mempengaruhi laju korosi pada tanah antaralain, resistivitas tanah, keasaman (pH), kelembaban (moisturecontent) kelarutan garam, aerasi ( kandungan oksigen), kadarsulfat, kadar klorida, maupun aktivitas mikrobiologi. (AhmadZaki, 2006)

Mekanisme korosi baja dalam tanah adalah sama sepertipada kondisi basah, yaitu elektrokimia. Reaksi korosi terjadikarena adanya daerah-daerah anodic dan katodik dipermukaanlogam yang membentuk korosi. Faktor yang mempengaruhiproses korosi baja dalam tanah terutama adalah sifat fisik dankimia dari tanah. Beberapa factor penting tersebut diantaranya:

1. Air Air dalam larutan dapat bertindak sebagai elektrolit yang

dibutuhkan dalam reaksi elektrokimia korosi, dan dibedakanantaranya air yang mengalir dalam tanah saturated or unsaturated.Air mengalir dari daerah tanah basah ke daerah tanah kering.Saturated water mengalir berdasarkan ukuran dan distribusi pori,tekstur, struktur dan organic. Aliran air dalam tanah dapat terjadikarena pengaruh: gravitasi, kapilaritas, tekanan osmosis, interaksielektrostatik Antara air dan partikel tanah. Kapasitas kandunganair dalam tanah didasarkan pada struktur tanah. Pasir kasarkandungan airnya sangat kecil, tanah liat kandungan airnya sangatbesar.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 44: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 25Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

2. Kandungan OksigenKonsentrasi oksigen akan semakin menurun terhadap

keddalaman tanah. Pada tanah metral, konstrasi oksigen sangatberpengaruh terhadap laju korosi sehubungan dengan peranannyadalam reaksi katodik, oksigen berperan dalam reaksi reduksiuntuk menghasilkan ion-ion hidroksil dengan reaksi sebagaiberikut:

O2 + 2H2O + 4e- 4OH-

Ion-ion akan berinteraksi dengan ion-ion logam sehinggasemakin banyak pula ion-ion logam ynag teroksidasi dalamproses korosi. Dengan adanya bakteri pereduksi sulfat (SulfateReducing Bacteria), laju korosi dapat berlangsung lebih cepatwalaupun dalam keadaan anaerobik. Transpor oksigen dapatberlangsung lebih cepat dalam tanah dengan tekstur coarse(kasar), tanah kering, tekstur waterlloged. Penggalian dapatmenaikkan kandungan udara dalam tanah, dibandingkan dengantanah tanpa gangguan. Laju korosi dalam tanah yang digalimempunyai kandungan oksigen yang tinggi sehingga korosi dapatterjadi lebih cepat daripada tanah tanpa gangguan.

Efek dari oxidizers pada laju korosi dapat dilihat padagambar dibawah ini:

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 45: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

26 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

Gambar 2.10 Laju Korosi pada penambahan Oxidizer

Gambar diatas dibagi menjadi tiga bagian. Perilaku padabagian pertama, merupakan karkateristik logam pada umumnyadan juga dalam kondisi aktif. Pasif dapat terjadi jika jumlahoxidizer dalam medium cukup. Pada grafik 1, laju korosi akanmeningkat saat konsentrasi oksigen juga ditingkatkan. Hal initerjadi pada monel dan tembaga dalam larutan asam yangmengandung oksigen. Kedua logam ini tidak dapat di pasifkan.Pada besi, bisa dipasifkan dengan kelarutan oksigen dalam airterbatas.

Jika aktif-pasif logam membentuk pasif pada suatumedium, penambahan agen oksidasi tidak akan menimbulkanefek pada laju korosi. Kondisi ini biasanya terjadi pada aktif-pasiflogam diimerse dalam medium asam nitrat ataupun besi klorida.Perilaku ini tampak pada grafik bagian 2, dan 3 merupakan hasildari ketika logam pada kondisi pasif, terkena oxidizer yang sangat

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 46: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 27Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

kuat dan membuat transisi ke daerah transpasif. Hal ini dapatterjadi pada stainless steel pada medium korosi yang ditambahkankromat. Dari penjelasan diatas, efek penamabahan oksidizerataupun keberadaan oksigen dalam laku korosi tergantung padamediu dan logam itu sendiri. Laju korosi mungkin meningkat saatpenambahan oxidizer, oxidizer mungkin dapat memberi efektidak berarti, ataupun pengamatan pada perilaku kompleks(Fontana Mars,1986).

Adanya oksigen yang terlarut akan menyebabkan korosipada metal seperti laju korosi pada mild stell alloys akanbertambah dengan meningkatnya kandungan oksigen. Kelarutanoksigen dalam air merupakan fungsi dari tekanan, temperatur dankandungan klorida. Untuk tekanan 1 atm dan temperatur kamar,kelarutan oksigen adalah 10 ppm dan kelarutannya akanberkurang dengan bertambahnya temperatur dan konsentrasigaram. Sedangkan kandungan oksigen dalam kandungan minyak-air yang dapat mengahambat timbulnya korosi adalah 0,05 ppmatau kurang. Reaksi korosi secara umum pada besi karenaadanya kelarutan oksigen adalah sebagai berikut :

Pada anoda: Fe → Fe2+ + 2e- Pada katoda: 02 + 2H20 + 4e- → 4OH-

2.7.1 Tekstur dan Struktur TanahTanah merupakan kumpulan mineral, bahan organik, air,

dan gas (udara). Tanah terbentuk dengan kombinasi prosesterjadinya cuaca (angin, air) maupun pembusukan organik.Contohnya, humus memiliki kandungan bahan organic yangsangat tinggi. Sedangkan pasir pantai tidak mengandung bahanorganic. Variasi sifat dan karakteristik tanah dapat mempengaruhiterjadinya korosi pada sebuah struktur.

Tanah dibedakan berdasarkan komposisi dan interaksiterhadap beberapa faktor terhadap lingkungan. Tanah padaumumnya diklasifikasikan tergantung dari range ukuranpartikelnya, yaitu jenis pasir (sand), lumpur (silt), dan tanah liat(clay). Partikel berukuran antara 0.07 hingga 2 mm

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 47: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

28 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

merupakan jenis pasir, lumpur mempunyai range 0.005 mmhingga 0.07, sedangkan tanah liat mempunyai rangediameter 0.005 mm hingga berukuran koloid. Perbandinganukuran antara ketiga jenis partikel tersebut akan menentukanperbedaan sifat tanah.

Tabel 2.2 Ukuran Partikel pada Tekstur TanahKategori Diameter (mm)Sand (very coarse) 1.00-2.00Sand (coarse) 0,5-1.00Sand (medium) 0.25-0.5Sand (fine) 0.1-0.25Sand (very Fine) 0.05-0.1Silt 0.002-0.05Clay <0.002

Tekstur tanah merupakan distribusi partikel mineral dalamtanah tersebut. Tanah dengan kadar pasir yang tinggi memilikikandungan air yang sedikit, sedangkan tanah liat mengandungbanyak air. Saat ini tanah diklasifikasikan secara global, dapatdigunakan pada banyak lokasi. Pada klasifikasi ini, tanahdipertimbangkan sebagai suatu individu tiga dimensi yangdapat disamakan terhadap sifat fisik, kimia, dan meneralogi

2.7.2 ResistivitasResistivitas telah digunakan sebagai indikator utama

terhadap korosi pada tanah. Saat transfer ion bereaksi dengankorosi pada tanah, resistivitas tanah yang tinggi akanmemperlambat reaksi korosi. Resistivitas tanah berkurang denganmeningkatnya kandungan air dan konsentrasi ion. Resistivitastanah memiliki pengaruh yang kuat terhadap laju korosi.

Tingkat kekerasan korosi pada tanah berdasarkanresistivitas tanah dapat dilihat pada tabel berikut

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 48: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 29Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

Tabel 2.3 Pengaruh Resistivitas Tanah terhadap LajuKorosifitas

Soil Resistivity (Ohmcm)

Corrosivity Rating

>20.000 Essentially non-Corrosive

10.000-20.000 Mildly Corrosive5.000-10.000 Moderately Corrosive3.000-5.000 Corrosive1.000-3.000 Highly Corrosive<1.000 Extremely Corrosive

Pada umumnya, resistivitas tinggi (diukur dalam ohm-cm)akan menunjukkan laju korosi yang rendah. Resistivitas tanahmeningkat dari beberapa faktor, contohnya tanah denganpartikel halus memiliki resistivitas rendah sehinggamemudahkan terjadinya reaksi korosi.1 Namun resistivitas tanahbukan satu-satunya parameter yang menyebabkan kerusakankorosi. Resistivitas tanah yang tinggi tidak menjamin keberadaankorosi

Konduktivitas tanah merupakan hal yang penting sebagaibukti mekanisme elektrokimia yang dapat digunakan untukkontrol laju korosi. Konduktivitas yang tinggi akanmengakibatkan laju korosi yang tinggi. Konduktivitastanah merupakan hal penting untuk stray-current corrosion

Keasaman tanah menjadi bagian dari terbentuknya asamkarbonat dari karbon dioksida akibat aktivitas biologi dan air.Selain itu, keasaman tanah juga disebabkan oleh perubahancuaca, jenis mineral tanah, hilangnya kebasaan atau elemen asliakibat leaching, terbentuknya keasaman organik dan inorganikakibat aktivitas mikrobiologi, pengeluaran akar, polusi terhadaptanah khususnya limbah industri.

2.7.2.1 Uji Resistivitas Tanah

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 49: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

30 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

Tingkat korosifitas dapat ditentukan dengan mengetahuinilai resistivitas dari tanah tersebut. Satuan yang dipakai untuknilai resistivitas tanah adalah ohm- cm. Resisitivitas dari suatutanah secara numerik adalah nilai tahanan dari tanah berbentukkubus dengan dimensi 1 cm. Resistivitas tanah dapat diukurdengan teknik Wenner four-pin technique atau denganpengukuran elektromagnetik. Selain itu pengukuran resistivitastanah juga dapat dilakukan dengan metode soil box dimanasampel diambil selama penggalian.

Detil operasi dari metode 4 terminal ini sangat beragamtergantung peralatan pengukur yang digunakan tetapi prinsippengukurannya sama. Nilai tahanan tanah diukur antara 2elektroda terdalam, sedangkan 2 elektroda terluar berfungsisebagai penghantar arus kedalam tanah. Nilai tahanan yangdidapat merupakan nilai rata–rata terhadap kedalaman tanahdimana sama dengan jarak antar elektroda. Pada umumnyadengan semakin dalamnya tanah, harga tahanan tanah akanmengalami penurunan.

Untuk mengukur resistivitas dari sampel tanah yangbanyak/luas serta pada kedalaman tertentu, yang umumdigunakan adalah metode Wenner dengan menggunakan 4terminal. Dimana nilai resistivitas dari kedalaman tanah kuranglebih sama dengan jarak antar elektroda.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 50: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 31Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

Gambar 2.11 Sirkuit dasar metode Wenner, jarak (b), kedalamanelektroda harus lebih kecil dibandingkan (a).

Persamaan Wenner :ρ=2 πAR (2.7)

Keterangan :R = tahanan tanah yang terbaca pada layar pengukuranA = jarak antar pin (cm)ρ = esistivitas tanah (Ωcm

Gambar 2.12 Beberapa Jenis Pengukuran Resistivitas Tanah

2.7.3 Kelembaban TanahAir merupakan elektrolit yang memicu reaksi elektrokimia

sehingga menyebabkan korosi. Perbedaan tersebut disebabkanoleh aliran air jenuh dan tidak jenuh pada tanah yangberhubungan dengan pergerakan air dari daerah yang basahmenuju daerah yang kering. Kejenuhan air tergantung dariukuran dan distribusi pori, tekstur, struktur, dan bahan organik.

Korosi pada tanah atau soil corrosion adalah jenis korosiaqueous dengan mekanisme elektrokimia. Namun kondisi padatanah dapat menggeser atmosferik menjadi keadaan immersedtergantung dari kepadatan tanah dan kadar kristal air (moisturecontent). Walaupun mekanismenya merupakan elektrokimia,banyak karakteristik tanah yang akan meningkatkan korosifitasseperti hujan, iklim maupun reaksi pada tanah tersebut.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 51: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

32 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

Pada tanah, air dibutuhkan untuk ionisasi untuk oksidasipada permukaan logam. Air juga dibutuhkan untuk ionisasielektrolit tanah, untuk melengkapi sirkulasi aliran arus padaaktivitas korosi. Dengan demikian, air mempunyai pengaruhdalam terjadinya korosi pada tanah.

Kelembaban tanah sangat penting terhadap mekanismekorosi, contohnya tanah yang mengandung pasir kering akanlebih tahan korosi dibandingkan tanah yang mengandung tanahliat basah. Tipe Kelembaban tanah antara lain :

1. Free ground waterAir berada pada kedalaman tertentu, bervariasi dari

beberapa meter hingga ratusan meter tergantung pembentukangeologi. Hanya sebagian kecil logam yang digunakan padakondisi bawah tanah (underground) digunakan pada kondisilingkungan air. Korosi pada kondisi ini adalah korosi lingkunganaqueous.

2. Gravitational waterAir masuk ke dalam tanah melalui permukaan dari hujan

atau sumber lain bergerak ke bawah. Air gravitasi ini akanmengalir dengan kecepatan tertentu dipengaruhi struktur fisikmeliputi pori-pori tanah pada berbagai daerah. Pada umumnya,air gravitasi ini tersaring dengan cepat hingga ke tingkat air tanahpermanen.

3. Capillary waterKebanyakan tanah terdiri dari bebrapa jumlah air pada

ruang kapiler pada partikel lumpur dan tanah liat. Jumlah aktualair tersebut dipengaruhi jenis tanah dan kondisi cuaca.Kelembaban kapiler tersebut merupakan penyimpanan air padatanah yang akan di kirim kepada binatang maupun tumbuhanyang hidup di alamnya.

Pergerakan air dalam tanah dapat di ukur denganmekanisme gravitasi, aksi kapilaritas, tekanan osmosis, daninteraksi elektrostatik dengan partikel tanah. Kapasitas pengikatankelembaban dari tanah (Moisture-holding capacity) adalahkemampuan tanah untuk mengikat air yang ada dalam

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 52: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 33Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

bentuk air kapiler. Kapasitas pengikatan air pada tanah sangatdipengaruhi oleh tekstur tanah. Tanah jenis pasir yang kasar akanmengandung sedikit air, sedangkan tanah jenis tanah liat yanghalus akan mengandung banyak air. Contohnya tanah liatmemiliki moisture-holding capacity yan lebih besari dari tanahjenis pasir. Derajat korosi yang di ukur pada tanah berhubungandengan moisture-holding capacity. Namun hal ini merupakanhubungan yang kompleks sehingga digunakan untuk aplikasiprediksi.

2.7.4 Keasaman Tanah (pH)pH adalah sebuah ukuran dari derajat konsentrasi ion

hidrogen.4 Tanah biasanya mempunyai pH antara 5-8 sehinggatidak terlalu berpengaruh terhadap laju korosi. Pada rangetersebut, pH umumnya bukan variable dominan yangmenyebabkan kecepatan korosi. Semakin asam sifat tanahmenunjukkan resiko korosi yang serius terhadap baja, besi tuang,dan zinc coating. Tingkat keasaman tanah disebabkan olehleaching mineral, dekomposisi tumbuhan (seperti pohon jarum),limbah industri, hujan asam, dan beberapa bentuk aktivitasmikrobiologi.

Tanah yang bersifat basa cenderung memiliki sodium,potassium, magnesium dan calcium. Kedua zat terakhircenderung membentuk endapan kalsium pada struktur sehinggabersifat protektif terhadap korosi. Besar pH dapatmempengaruhi larutnya produk korosi dan aktifitas mikrobiologi

Gambar 2.13 Korosi Logam Tanah dipengaruhi pH

pH pada tanah juga merupakan hal penting karenamengandung nutrisi seperti Nitrogen (N), Potassium (K), dan

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 53: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

34 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

Phosphorus (P) yang dibutuhkan tumbuhan untuk berkembang.Jika pH tanah di bawah 5,5 maka tumbuhan dapat membentukNitrogen dalam bentuk nitrat. Sedangkan Phosphorus terbentukpada pH tanah antara 6 dan 7.

Klasifikasi derajat keasaman tanah (pH) adalahsebagaimana ditunjukkan pada table berikut

Tabel 2.4 Data hubungan pH Tanah dengan sifat korosifTanahDerajatKeasaman

pH Sifat Korosivitas

Ekstrim <4.5 Sangat KorosifSangat Kuat 4.5-5.0 KorosifKuat 5.0-5.5 KorosifMedium 5.5-6.0 NeutralRingan 6.0-6.5Netral 6.5-7.3Basa Ringan 7.3-7.8 Tidak KorosifBasa medium 7.8-8.4Basa Kuat 8.4-9.0 Korosif

InterkristalBasa Sangat Kuat >9.0Sumber: BSI, 2012

Keasaman tanah menjadi bagian dari terbentuknya asamkarbonat dari karbon dioksida akibat aktivitas biologi dan air.Selain itu, keasaman tanah juga disebabkan oleh perubahan akibatleaching, terbentuknya keasaman organic dan inorganic akibataktivitas mikrobiologi, pengeluaran akar, polusi terhadap tanahkhususnya limbah industry.

pH merupakan salah satu factor penting dalammempengaruhi proses korosi yang menunjukkan konsentrasi ionhydrogen [H+] dalam air dan menghasilakn pelepasan electronoleh logam pada reaksi anodic. Pada saat pH di bawah 5, besi

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 54: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 35Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

terkorosi cepat dan merata. Pada saat pH di atas 9 besi akanterptoteksi. Antara pH 5 sampai 9 korosi logam akan terjadi bilalapisan pelindung pada permukaan rusak.

Tanah alkali mengandung kandungan sodium tinggi,potassium, magnesium, dan kalsium. Dua elemen tersebutcenderung membentuk calcareorus deposits (lapisan kapur) padastruktur yang tertanam, dapat memberikan perlindungan yangdapat melawan korosi.

4. Klorida Ion klorida sangat berbahaya, sehubungna dengan

keberadaannya dalam reaksi anodic pada logam. Keberadaannyacenderung menurunkan tahanan jenis tanah. Ion kloridaditemukan secara alami dalam tanah sebagai akibat dari instrusiair laut atau dapat berasal dari sumber luar seperti terlepasnyalapisan garam pada jalan raya. Konsentrasi ion klorida padakorosi tanah akan bervariasi bergantung pada keadaan tanahsebagi elektrolit, basah atau kering. Semakin tinggi konsentrasiion Cl-, semakin tinggi pula tingkat korosifitas tanah tersebut dankemungkinan kerusakan lapisan perlindungan pada permukaanlogam oleh ion Cl- juga semakin besar. Ion klorida cenderungmenyebabkan pecahnya lapisan pasif, dengan mekanisme ion Cl-melakukan penetrasi melalui lapisan film pasif sehingga terbentuklubang dan tercipta daera anodik pada daerah lubang.

5. SulfatIon SO42- merupakan ion asam kuat dan agresif yang

mempengaruhi korosifitas lingkungan. Ion sulfat mempunyaikecendrungan menyerang lapisan pelindung logam.Dibandingkan dengan efek korosi yang dihasilkan oleh klorida,pada umumnya sulfat lebih kuat sebagai penyebab korosi padamaterial logam, misalnya kerusakan struktur pada beton adalahsebagai akibat dari tingginya kandungan sulfat. Keberadaan sulfatyang menyebabkan resiko pada material logam telahdikonversikan pada korosi sulfida oleh bakteri pereduksi sulfat(Sulfate reducing bacteria).

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 55: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

36 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

2.7.5 Kelarutan GaramAir pada tanah dianggap sebagai larutan untuk garam pada

tanah menghasilkan larutan tanah. Pada daerah dengan curahhujan besar, konsentrasi garam yang terlarut semakin kecil akibatmekanisme pelarutan (leaching). Sebaliknya, tanah pada daerahgersang akan mengandung banyak garam yang dibaea ke lapisanpermukaan tanah oleh pergerakan air.

Pada umumnya, kation yang biasa terdapat pada tanahadalah potassium, sodium, magnesium dan calcium. Tanah yangbersifat basa memiliki kandungan sodium dan potassium yangtinggi, sedangkan tanah kapur terutama mengandung magnesiumdan calcium. Garam dari empat elemen tersebut cenderungmeningkatkan korosi logam. Elemen basa yang terkandungseperti calcium, magnesium, dan sebagainya akan membentukoksida yang tidak larut dan karbonat pada kondisi bukan asam.Endapan tak larut tersebut akan menghasilkan lapisan protektifpada pernukaan logam sehingga mengurangi aktivitas korosi.

Anion pada tanah memiliki peran yang sama pentingnyadengan kation. Kegunaan anion dalam proses adalah menguraikankation dalam konduktivitas dan sel konsentrasi juga memiliki aksitambahan jika bereaksi dengan kation dari logam dan membentukgaram yang tidak larut. Contohnya jika logam yang dipendamadalah timbal dan terdapat anion sulfat pada tanah, maka alanterbentuk lapisan timbal sulfat yang tidak dapat larut, mengendappada permukaan logam membentuk penghalang kehilangannyalogam.

Hubungan penting lain antara garam pada tanah dankorosi adalah aktivitas biologi. Ketika tanaman tumbuh danmikroorganisme tergantung dari kebutuhan nutrisi mineralinorganik yang akan membentuk variasi kandungan mineral padatanah seperti sulfur dan sulfat yang berhubungan dengan aktivitasbakteri. Kandungan garam pada tanah juga dapat disebabkan olehaktivitas manusia. Penyuburan tanaman akan memasukan banyakbahan kimia ke dalam tanah. Limbah industri seperti limbahgaram akibat produksi industri minyak dan kondisi lain dapat

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 56: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 37Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

merubah larutan tanah sehingga bereaksi dengan strukturlogam.

2.7.6 Hubungan Potensial, pH dan KorosiKorosi pada logam terjadi karena memang logam secara

umum tidak stabil sehingga selalu mencari tingkat energy yanglebih rendah untuk mencapai kestabilan. Salah satu petunjukmengenai karakteristik material yang sangat diperlukan dalamrangka proteksi terhadap korosi adalah diagram pourbaix.

Pada tahun 1938, Dr. Marcel Purbaix pertama kalimemperkenalkan diagram pourbaix. Diagram ini merupakanhubungan antara potensial dan pH. Dan menunjukan beberapaarea kritikal yaitu area imun, area korosi dan area pasifitas.

Area korosi adalah kondisi dengan kadar pH dan potensialtertentu akan mengalami degradasi material secara spontan.Area imun adalah area dengan perlakuan sehingga materialtidak akan mengalami korosi atau imun terhadap korosi, padaarea ini diharapkan proteksi katodik dapat bekerja. Kemudianterdapat area pasifitas, di area ini sebenarnya material sudahmengalami korosi yang cepat dan tercipta suatu lapisan dipermukaan material yang mengisolasi material denganlingkungan atau membuat proses korosi terhenti. Aplikasi padaarea ini disebut juga sebagai proteksi anodik. Pada area inimaterial tidak dapat dikatakan tidak terkorosi atau imun, karenakorosi tetap terjadi dengan laju yang lebih rendah.2.7.7 Pengaruh Lingkungan Terhadap Korosi

Beberapa kemungkinan perubahan lingkungan danpengaruhnya terhadap laju korosi sebagai dasar untukmenentukan pemecahan kasus serupa. Perubahan kondisilingkungan yang memungkinkan adalah perubahan padakelembaban relative, tekanan, temperature, pH, konsentrasi gasterlarut, bahan pengotor, komposisi media, bakteri media,kecepatan elektrolit, konsentrasi media dan beda potensial media.

1. Temperatur

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 57: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

38 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

Secara umum kenaikan temperature menyebabkankenaikan laju korosi, biasanya tiap kenaikan 10oC laju reaksimeningkat hamper dua kali lipat. Oleh karena itu temperatureharus dikendalikan serendah mungkin relative terhadap kondisiyang ada dengan system pengkondisian. (sulistijono. 1999)

Perlu dicatat bahwa penurunan temperature dibawah titikembun (dew point) menyebabkan udara menjadi jenuh uap airsehingga memungkinkan terjadinya titik embun pada permukaanlogam dan terjadi korosi local. Sebaliknya tidak jarang pulapemanasan ruangan digunakan untuk mengurangi kelembaban,selama temperature tidak menjadi sebab utama korosi untukkondisi yang ada, karena temperature bias berakibat kenaikan lajukorosi. (Sulistijono. 1999)

Penambahan temperatur akan menambah laju korosiwalaupun kenyataannya kelarutan oksigen berkurang denganmeningkatnya temperatur. Apabila logam pada temperatur yangtidak uniform, maka besar kemungkinan terjadi korosi. Padalingkungan temperatur tinggi, laju korosi yang terjadi lebih tinggidibandingkan dengan temperatur rendah, karena pada temperaturtinggi kinetika reaksi kimia akan meningkat. Gambar berikutmenunjukkan pengaruh emperature terhadap laju korosi pada Fe.Semakin tinggi emperature, maka laju korosi akan semakinmeningkat, namun menurunkan kelarutan oksigen. Sehingga padasuatu sistem terbuka, diatas suhu 800C, laju korosi akanmengalami penurunan karena oksigen akan keluar sedangkanpada suatu sistem tertutup, laju korosi akan terus menigkat karenaadanya oksigen yang terlarut.

Kecepatan reaksi redoks akan meningkat pula padatemperatur tinggi dalam peristiwa korosi. Secara umum, semakintinggi temperatur maka semakin cepat terjadinya korosi. Hal inidisebabkan dengan meningkatnya temperatur maka meningkatpula energi kinetik partikel sehingga kemungkinan terjadinyatumbukan efektif pada reaksi redoks semakin besar dan lajukorosi pada logam semakin meningkat. Efek korosi yangdisebabkan oleh pengaruh temperatur dapat dilihat pada perkakas-

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 58: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 39Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

perkakas atau mesin-mesin yang dalam pemakaiannyamenimbulkan panas akibat gesekan (seperti cutting tools ) ataudikenai panas secara langsung (seperti mesin kendaraanbermotor)

. Gambar 2.14. Korosi pada knalpot kendaraan bermotor.

2. pHpH memepengaruhi laju korosi. Pengaruh pH terhadap

korosi baja bergantung pada komposisi logam, tegangan, larutanbasa kuat, reaksi korosi dalam kondisi anodic-controlled danberlangsung dengan laju tinggi. Dalam larutan basa lemah ataunetral, laju korosi dalam kondisi cathodic-controlled dan dapatmemproteksi korosi. Besi hidroksida memberikan lapisanprotektif pada permukaan logam. Laju korosi actual bergantungpada difusioksigen ke permukaan logam. Korosi meningkatseiring dengan kenaikan konsentrasi oksigen, partikel abrasivedan aliran turbulent, aliran kecepatan tinggi.

Dalam lingkungan pH asam, korosi dalam kondisianodic-controlled dan komposisi logam mempengaruhi lajukorosi secara ekstensif. Kadar paduan dalam baja dan teganganmempengaruhi kerusakan akibat korosi. Tipe asam dalam larutanmementukan pH dimana laju korosi meningkat pesat seiringdengan reaksi evolusi hydrogen. Evolusi hydrogen mulai pada pH4 maka korosi makin cepat dengan penurunan pH. Evolusihydrogen pada pH 4 terjadi dalam elektrolit dengan kadar asamtinggi.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 59: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

40 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

Asam karbonat dalam larutan bereaksi dengan besi padapH 6 dan evolusi gas hydrogen menghasilkan korosi yangdahsyat. Hal ini mengilustrasikan esensi pengendalian pH jikaterdapat gas CO2 dalam elektrolit.

3. Bahan pengotor dan komposisi media Bahan pengotor di media korosif bias berupa

karbondioksida (CO2), sulfurdioksida (SO2), sulfurtrioksida(SO3), senyawa nitrat, asam belerang, ion-ion sulfur, ion-ionklorida, dll. Bahan pengotor bersifat mempercepat laju korosikarena menurunkan pH (menaikkan derajat keasaman) mediakorosif. (Sulistijono. 1999)

4. Kecepatan elektrolitLaju korosi dipengaruhi oleh laju media korosif. Secara

umum laju korosi meningkat seiring dengan kenaikan kecepatanmedia korosif kecuali untuk beberapa kondisi media korosif yangdikontrolcoleh polarisasi aktivasi (media korosi yang spesiesaktifnya tinggi). (Sulistijono. 1999)

Beberapa pengaruh kecepatan pada media korosif dimanalaju korosi cenderung naik untuk kenaikan kecepatan namun padamedia air Fe yang mula-mula naik, akan turun secara drastic lalustabil.

5. Pengaruh konsentrasi elektrolitKonsentrasi media korosif berpengaruh terhadap laju

korosi bergantung dari jenis media tersebut dan jenis logam yangberada dimedia tersebut. Seperti tampak pada gambar, kurva Abagian 2 beberapa jenis logam terkorosi dengan hebat padakonsentrasi tinggi media, sebaliknya pada kurva B bagian 2 lajukorosi rendah pada konsentrasi media yang tinggi. (Sulistijono.1999)

Semakin pekat konsentrasi HNO3 laju korosi semakin naiksedangkan pada H2SO4 terjadi sebaliknya yaitu semakin pekatlaju korosi semakin turun.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 60: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 41Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

2.8 Konsep Pengendalian KorosiProses korosi adalah proses alamiah yang pasti terjadi,

sebagai bagian dari proses pengrusakan material dalam siklusmaterial. Berbagai metode yang dapat dilakukan bukan untukmenghilangkan korosi, melainkan untuk memperlambat proseskorosi. Proses pengendalian korosi ini bukan merupakan metodeatau langkah yang dilakukan pada masa konstruksi atau masaoperasi, terlebih lagi proses pengendalian korosi adalah suatuproses terintegrasi yang menyeluruh untuk melindungi aset.

Penanggulangan masalah korosi dapat berupa hal-halberikut:

a. Design improvementPengendalian korosi dimulai dari tahap desain.

Meningkatkan desain untuk menghindarkan terjadinya korosi.Misalkan, mencegah terjadinya genangan maka permukaandidesain dengan kemiringan. Karena genangan atau air akanmempercepat terjadinya korosi atau modifikasi desain yang lebihjauh lagi.

b. Material selectionPemilihan material harus disesuaikan dengan kondisi

lingkungan dan operasi sehingga bisa mencegah terjadinyakorosi. Misalkan, bila memungkinkan menggunakan materialplastik, atau menggunakan stainless steel.

c. Coating and liningFungsi pengecatan adalah untuk melindungi besi kontak

dengan air dan udara. Cat yang mengandung timbal dan sengakan lebih melindungi besi terhadap korosi. Pengecatan harussempurna karena jika terdapat bagian yang tidak tertutup oleh cat,maka besi di bawah cat akan terkorosi. Pagar bangunan danjembatan biasanya dilindungi dari korosi denganpengecatan.d.Cathodic protection Pengaplikasian sistem proteksikatodik baik sistem anoda korban maupun tanding.

d. Dibalut plastik

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 61: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

42 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

Plastik mencegah besi kontak dengan air dan udara.Peralatan rumah tangga biasanya dibalut plastik untukmenghindari korosi.

e. Pelapisan dengan krom (Cromium plating)Krom memberi lapisan pelindung, sehingga besi yang

dikrom akan menjadi mengkilap. Cromium plating dilakukandengan proses elektrolisis. Krom dapat memberikan perlindunganmeskipun lapisan krom tersebut ada yang rusak. Cara iniumumnya dilakukan pada kendaraan bermotor, misalnya bumpermobil.

Gambar2.15 Pelapisan

dengankrom

f.Pelapisandengantimah (Tinplating)

Timah termasuk logam yang tahan karat. Kalengkemasan dari besi umumnya dilapisi dengan timah. Prosespelapisan dilakukan secara elektrolisis atau elektroplating.Lapisan timah akan melindungi besi selama lapisan itu masihutuh. Apabila terdapat goresan, maka timah justru mempercepatproses korosi karena potensial elektrode besi lebih positif daritimah.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 62: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 43Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

Gambar 2.16 Pelapisan dengan Timah

g .Pelapisan dengan seng (Galvanisasi)Seng dapat melindungi besi meskipun lapisannya ada

yang rusak. Hal ini karena potensial elektrode besi lebih negativedaripada seng, maka besi yang kontak dengan seng akanmembentuk sel elektrokimia dengan besi sebagai katode.Sehingga seng akan mengalami oksidasi, sedangkan besi akanterlindungi.

Gambar 2.17 Pelapisan dengan Zinc

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 63: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

44 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

h. Anodic protectionMetode ini dikembangkan menggunakan prinsip kinetika

dari elektroda. Secara sederhana, proteksi anodic bekerjaberdasarkan susunan lapisan pelindung pada logam yangdihasilkan dari arus anodik yang dialirkan dari luar. Proteksianodik mempunyai kelebihan yang unik, contohnya adalah arusyang dialirkan biasanya sebanding dengan laju korosi dari sistemyang dilindungi. Sehingga proteksi anodik tidak hanyamelindungi tapi juga memberikan nilai langsung laju korosi untukmonitoring sistem. Proteksi anodik ini biasa digunakan untukmelindungi peralatan yang digunakan untuk menyimpan danmenanggani asam sulfat (H2SO4).

Pada perlindungan dengan sistem anodic (proteksi anodic),tegangan sistem yang akan dilindungi dinaikkan sehinggamemasuki daerah anodiknya. Pada kondisi ini sistem terlindungidari korosi karena terbentuknya lapisan pasif. Syarat yang harusdipenuhi agar sistem ini berjalan dengan baik adalah bahwakarakteristik lingkungannya harus sabil. Pada jenis lingkunganyang tidak stabil (berfluktuasi), maka penerapan sistem proteksianodic tidak dianjurkan (Rochim, 2000).

i. .inhibitorMenangkap corrosion agent dalam lingkungan,

misalkan penambahan inhibitor untuk menghilangkan kandunganH2S.Untuk memperlambat reaksi korosi digunakan bahan kimia yangdisebut corrosion inhibitor yang bekerja dengan cara membentuklapisan pelindung pada permukaan logam. Lapisan molekulpertama yang terbentuk mempunyai ikatan yang sangat kuatdisebut chemis option. Corrosion inhibitor umumnya berbentukfluida atau cairan yang diinjeksikan pada production line. Karenainhibitor tersebut merupakan masalah yang penting dalammenangani korosi maka perlu dilakukan pemilihan inhibitor yangsesuai dengan kondisinya.Material corrosion inhibitor terbagi 2, yaitu:

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 64: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 45Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

1. Organik InhibitorOrganik inhibitor ini adalah inhibitor yang diperoleh darihewan dan tumbuhan yang mengandung unsur karbondalam senyawanya. Material dasar dari organic inhibitorAntara lain:a. Turunnya asam lemak alifatik, yaitu: monoamine,

diamine, amida, asetat, oleat, senyawa-senyawaamfoterc

b. Imdazolines dan derivatifnya2. Inorganik inhibitor

Inorganik inhibitor adalah inhibitor yang diperoleh darimineral-mineral yang tidak mengandung unsur karbondalam senyawanya. Material dasar dari inorganicinhibitor Antara lain kromat, nitrit, silikat, dan pospat.

j. Surface modificationLaju korosi pada logam dikendalikan oleh proses yang

paling lambat dalam sel. Logam tidak dapat terkorosi danmenghasilkan ion-ion lebih cepat dari kecepatan katodamemanfaatkan electron yang dihasilkan, atau kecepatan elektrolitmengangkut arus melalui penghantaran ion (Trethewey, 1991)

Sifat elektrolit yang dapat dirubah untuk membatasikeganasannya terhadap permukaan logam, yaitu denganmengubah konduktivitas elektrolit, mengubah keasaman (pH) danmereaksikan zat kimia dengan permukaan logam untukmembentuk selaput pasif

2.9 Elektroda ReferensiPengetahuan tentang potensial material memiliki peranan

yang penting dalam menentukan kriteria proteksi. Dan penentuan potensial tersebut melibatkan elektroda referensi.

Berdasarkan standard NACE, yang dimaksud dengan elektroda referensi adalah:

”An electrode whose open-circuit potential is constant under similar conditions of measurement, which is used for measuring the relative potential ofother electrodes”

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 65: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

46 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

Jadi elektroda referensi adalah elektroda yang memiliki potensial saat rangkaian terbuka (potensial material itu sendiri) yang stabil sehingga digunakan untuk mengukur potensial relativeantara elektroda lain terhadap referensi tersebut.

Elektroda yang sering digunakan sebagai referensi adalah:a. Cu/CuSO4(CSE)b. Ag/AgCLc. Hg/Hg2Cl2

d. Hydrogen(SHE)e. ZnHidrogen digunakan sebagai standard dengan potensial 0

volt. Maka potensial elektroda referensi lain terhadap hydrogenadalah sebagai berikut:

a. Cu/CuSO4 : 0.33 V (SHE)b. Ag/ Ag/AgCl : 0.25 V (SHE)c. Hg/Hg2Cl2 : 0.24 V (SHE)d. Hidrogen : 0 Ve. Zn : -0.76 V (SHE)

Gambar 2.18 Potensial Elektroda referensi terhadap SHE

Tiap elektroda referensi digunakan sesuai dengan aplikasiyang berbeda-beda:

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 66: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 47Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

a. Cu/CuSO4 umum digunakan untuk di tanah, beberapamenggunakannya di laut. CSE lebih banyak digunakankarena memiliki karakteristik sangat stabil.

b. Ag/AgCl umum digunakan untuk lingkungan air laut.c. Hg/HgCl2 umumnya digunakan untuk lingkungan

mengandung klorida, tapi lebih merupakan untukaplikasi laboratorium

d. Zn, umumnya dapat digunakan untuk aplikasi di lautPemahaman akan tipe elektroda referensi diperlukansehingga pembacaan atau pengukuran potensial dapatdilakukan seakurat mungkin

2.10 Proteksi KatodikProteksi katodik adalah metode untuk melindungi struktur

logam dari korosi. Logam dengan struktur yang dibuat - biasanyabaja - rentan terhadap korosi melalui reaksi oksidasi ketikamereka sering terjadi kontak dengan air.

Reaksi dapat melibatkan logam yang menyerah elektrondan didorong oleh jejak garam terlarut dalam air, menyebabkanair untuk bertindak sebagai elektrolit. Korosi dapat dipandangsebagai proses elektrokimia. Proteksi katodik mengubah strukturlogam ke katoda – elektroda bermuatan positif – denganmendirikan sebuah sel elektrokimia menggunakan logam yanglebih elektropositif sebagai anoda, sehingga struktur tidakkehilangan elektron ke lingkungannya.

Metode perlindungan dapat digunakan pada pipa bawahtanah dan tangki; struktur bagian atas tanah, seperti tiang listrik;dan sebagian struktur terendam, seperti kapal dan rig pengeboran.Hal ini juga dapat digunakan untuk melindungi batang baja padabeton bertulang.

Logam yang lebih tahan terhadap korosi cenderung lebihmahal daripada baja dan mungkin tidak memiliki kekuatan yangdiperlukan, sehingga mencegah korosi pada baja denganmelindunginya yang merupakan pilihan terbaik, meskipun logam

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 67: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

48 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

lain yang dapat menimbulkan korosi juga dapat dilindungi dengancara ini.

Proteksi katodik digunakan untuk mengendalikan korosipada permukaan logam. Proses yang dilakukan biasanya berupareaksi elektrokimia dimana logam yang dilindungi akan bertindaksebagai katoda. Arus mengalir berasal dari anoda melalui selelektrolit menuju ke katoda. Sehingga kemampuan proteksiterhadap katoda dapat dicapai dengan mengalirkan arus listriktersebut.

Gambar 2.19 Proteksi Katodik (Sumber : Departemenpemukiman dan prasarana wilayah,2004)

Baja terutama terdiri dari besi, yang memiliki potensialredoks -0,41 volt. Ini berarti bahwa itu akan cenderungkehilangan elektron di lingkungan yang memiliki potensi redokskurang negatif, seperti air, yang mungkin bersentuhan denganlogam ini dalam bentuk hujan, kondensasi atau tanah lembab disekitarnya. Tetesan air yang terjadi kontak dengan besimembentuk sel elektrokimia di mana besi dioksidasi oleh reaksi

Fe -> Fe2+ + 2e– (2.8)

Ion Besi II (Fe2+) masuk ke dalam larutan dalam air,

sedangkan elektron mengalir melalui logam, dan di tepi air,interaksi dari elektron, oksigen dan air menghasilkan ionhidroksida (OH-) dengan reaksi: O2 + 2H2O + 4e– -> 4OH–. Ion

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 68: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 49Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

hidroksida negatif bereaksi dengan ion besi II positif dalam air,membentuk larut besi II hidroksida (Fe (OH)2), yang kemudianteroksidasi menjadi besi III oksida (Fe2O3), yang lebih dikenalsebagai karat.

Ada dua metode utama perlindungan katodik yangberusaha untuk mencegah korosi ini dengan menyediakanalternatif sumber elektron. Dalam perlindungan galvanik, logamdengan potensial redoks lebih negatif dari logam yang akandilindungi terhubung ke struktur dengan kawat terisolasi,membentuk anoda. Magnesium, dengan potensial redoks dari-2,38 volt sering digunakan untuk tujuan ini – logam lainnya yangumum digunakan adalah aluminium dan seng. Prosedur inimembentuk sebuah sel listrik dengan arus yang mengalir darianoda ke struktur, yang bertindak sebagai katoda. Anodakehilangan elektron dan berkarat; untuk alasan ini, diketahuisebagai “anoda korban.”

Masalah dengan perlindungan katodik galvanik adalahbahwa, pada akhirnya, anoda akan berkarat ke titik di mana tidaklagi memberikan perlindungan dan perlu diganti. Sebuah sistemproteksi katodik alternatif seperti Impressed Current CathodicProtection (ICCP). Hal ini mirip dengan metode galvanik, kecualibahwa catu daya yang digunakan untuk menghasilkan arus listrikdari anoda ke struktur harus dilindungi. Sebuah arus searah (DC),sebagai lawan arus bolak-balik (AC), diperlukan, sehinggapenyearah digunakan untuk mengkonversi AC ke DC. Metode inimemberikan perlindungan lancar yang lebih lama dengan dipasokdari luar bukannya dihasilkan oleh reaksi anoda denganlingkungannya, sehingga umur anoda sangat meningkat. Kriteriaproteksi katodik

Untuk membuat material yang akan kita proteksi bisa tidakterkorosi adalah dengan membuat potensial material minimummencapai potensial ambang antara daerah korosi dan daerah imundalam diagram Pourbaix.

Untuk memproteksi baja berikut adalah kriteria proteksiyang disyaratkan oleh

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 69: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

50 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

NACE RP 0169: Menjadikan struktur primer berpotensial minimum -850

mV terhadapCSE saat sistem proteksi katodik diaplikasikan. Struktur metal tersebut memiliki potensial polarisasi

-850 mVterhadap CSE.Struktur metal memiliki potensial sisa polarisasi minimum

-100mV terhadap CSE(Departemen pemukiman dan prasarana,2004)

2.11 Proteksi Katodik Anoda KorbanSistem ini dikenal juga dengan galvanic anode, di mana

cara kerja dan sumber arus yang digunakan berasal hanya darireaksi galvanis anoda itu sendiri. Prinsip dasar dari sistem anodakorban adalah hanya dengan cara menciptakan sel elektrokimiagalvanic dimana dua logam yang berbeda dihubungkan secaraelektris dan ditanam dalam elektrolit alam (tanah atau air). Dalamsel logam yang berbeda tersebut, logam yang lebih tinggi dalamseri elektromitive-Emf series (lebih aktif) akan menjadi anodicterhadap logam yang kurang aktif dan terkonsumsi selama reaksielektrokimia. Logam yang kurang aktif menerima proteksikatodik pada permukaannya karena adanya aliran arus melaluielektrolit dari logam yang anodic.

Sistem anoda korban secara umum digunakan untukmelindungi struktur dimana kebutuhan arus proteksinya kecil danresistivitas tanah rendah. Di samping itu sistem ini jugadigunakan untuk keperluan dan kondisi yang lebih spesifikseperti:

1. Untuk memproteksi struktur dimana sumber listrik tidaktersedia.

2. Memproteksi struktur yang kebutuhan arusnya relatifkecil, yang jika ditinjau dari segi ekonomi akan lebihmenguntungkan dibandingkan dengan sistem arustanding.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 70: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 51Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

3. Memproteksi pada daerah hot spot yang tidak dicoating,misalnya pada daerah dimana ada indikasi aktifitas korosiyang cukup tinggi.

4. Untuk mensuplemen sistem arus tanding, jika dipandangarus proteksi yang ada kurang memadai. Ini biasanyaterjadi pada daerah yang resistivitas tanahnya rendahseperti daerah rawa.

5. Untuk mengurangi efek interferensi yang disebabkan olehsistem arus tanding atau sumber arus searah lainnya.

6. Untuk memproteksi pipa yang dicoating dengan baik,sehingga kebutuhan arus proteksi relatif kecil.

7. Untuk memperoteksi sementara selama kontruksi pipahingga sistem arus tanding terpasang.

8. Untuk memperoteksi pipa bawah laut, yang biasanyamenggunakan bracelet anode dengan cara ditempelkanpada pipa yang di coating.

Ada beberapa keuntungan yang diperolah jikamenggunakan sistem anoda korban diantaranya:

1 Tidak memerlukan arus tambahan dari luar, karena arusproteksi berasal dari anodanya itu sendiri.

2 Pemasangan dilapangan relatif lebih sederhana.3 Perawatannya mudah.4 Ditinjau dari segi biaya, sistem ini lebih murah dibanding

sistem arus tanding.5 Kemungkinan menimbulkan efek interferensi kecil.6 Kebutuhan material untuk sitem anoda korban relatif

sedikit yaitu anoda, kabel dan test box.Kelemahan proteksi katodik dengan anoda korban

dibandingkan dengan sistem arus tanding adalah:Driving voltage dari sistem ini relatif rendah karena arus

proteksi hanya terjadi dari reaksi galvanis material itu sendirisehingga sistem ini hanya dapat digunakan untuk memproteksistruktur yang arus proteksinya relatif kecil dan resistivitaslingkungan rendah. Karena kondisi yang demikian itu, sistem ini

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 71: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

52 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

akan menjadi kurang ekonomis jika dipakai unguk keperluanmemproteksi struktur yang relatif besar.

Kemampuan untuk mengontrol variabel efek arus sesatterhadap struktur yang diproteksi relatif kecil.(Peabody,2001)

2.12 Proteksi Katodik Arus PaksaBerbeda dengan sistem anoda korban, sumber arus pada

sistem arus tanding berasal dari luar, biasanya berasal dari DCdan AC yang dilengkapi dengan penyearah arus (rectifier),dimana kutub negatif dihubungkan ke struktur yang dilindungidan kutub positif dihubungkan ke anoda. Arus mengalir darianoda melalui elektrolit ke permukaan struktur, kemudianmengalir sepanjang struktur dan kembali ke rectifier melaluikonduktor elektris. Karena struktur menerima arus dari elektrolit,maka struktur menjadi terproteksi. Keluaran (output) arusrectifier diatur untuk mengalirkan arus yang cukup sehinggadapat mencegah arus korosi yang akan meninggalkan daerahanoda pada struktur yang dilindungi. Dengan keluaran arus darianoda ini maka anoda tersebut terkonsumsi. Untuk itu makasebaiknya menggunakan bahan yang laju konsumsinya lebihrendah dari magnesium, zinc dan alumunium yang biasa dipakaiuntuk sistem tersebut, umumnya digunakan paduan kombinasibahan yang khusus.

Sistem arus tanding digunakan untuk melindungi strukturyang besar atau yang membutuhkan arus proteksi yang lebihbesar dan dipandang kurang ekonomis jika menggunakan anodakorban. Sistem ini dapat dipakai untuk melindungi struktur baikyang tidak dicoating, kondisi coating yang kurang baik maupunyang kondisi coatingnya baik.

Kelebihan sistem arus tanding adalah dapat didesain untukaplikasi dengan tingkat fleksibilitas yang tinggi karenamempunyai rentang kapasitas output arus yang luas. Artinyakebutuhan arus dapat diatur baik secara manual maupun secaraotomatis dengan merubah tegangan output sesuai dengan

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 72: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 53Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

kebutuhan. Kelebihan lain dari sistem ini, dengan hanyamemasang sistem di salah satu tempat dapat memproteksi strukturyang cukup besar.

Kekurangan dari sistem ini yaitu memerlukan perawatanyang lebih banyak dibanding sistem anoda korban sehingga biayaoperasional akan bertambah. Sistem ini juga mempunyaiketergantungan terhadap kehandalan pemasok energi (rectifier)sehingga kerusakan pada sistem ini akan berakibat fatal terhadapkinerja sistem proteksi. Kekurangan yang lain sistem arus tandingadalah cenderung lebih mahal karena peralatan dan bahan yangdigunakan lebih banyak. Di samping itu ada kemungkinan dapatmenimbulkan masalah efek interferensi arus terhadap struktur disekitarnya. (Peabody,2001)

2.13 AnodaAnoda korban harus terbuat dari logam yang mempunyai

potensial listrik lebih rendah dari logam yang diproteksi (lihattabel di bawah). Logam yang diproteksi dalam hal ini adalah tiangpancang pipa baja. Dengan demikian akan terjadi aliran elektron(supply electron) dari anoda ke katoda yang berlangsung secaraterus menerus sampai logam anoda yang dikorbankan habis.

Anoda yang digunakan pada proteksi katodik tiang pancang pipa baja dengan metoda anoda korban biasanya digunakan logam paduan dari Magnesium, Seng, dan Alumuniumsebagaimana tampak pada tabel berikut ini

Tabel 2.5 Spesifikasi Anoda (Sumber : Departemen Pemukimandan prasarana wilayah, 2004)

Sifat Paduan Seng* Paduan Aluminium** Paduan Magnesium***Komponen (%0 Al : 0,4 - 0,6 Al : Sisa Al : < 0,01

Cd : 0,075 - 0,0125 Cu : 0,006 Cu : 0,02Cu : < 0,005 Fe : < 0,1 Fe : < 0,03

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 73: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

54 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

Fe : < 0,0014 Hg : 0,02 - 0,05 Mg : remTb : < 0,15 Si : 0,11 - 0,21 Mn : 0,5 – 1,3Si : < 0,125 Zn : 0,3 - 0,5 Ni : 0,001Zn : < Sisa Lain lain, Masing

masing : < 0,02Pb : < 0,01

Sn : < 0,01Zn : 0,01

Kapasitas EKorr

(SSC)780 Ah-kg-1 2640 Ah-kg-1

-0,1050 mv -0,1000 mvKerapatan kg-m-3 7060 2695Kapasitas Ah-kg-1 780 2,640Pengausan (berat)

Kg-Ay-110,7 3,2

Pengausan(Volume) ml-Ay-1

1518 1180

Keluaran Am-2 6,5 6,5Ekorr (SSC) mv -1050 -1050

* = Spesifikasi Departemen AS untuk bahan AnodaKorban Seng membutuhkan pengontrolan lebihketat dlaam hal tingkat kemurnian dari padabahan ini.

** = Merk dagang Impalloy*** = Merk dagang Dow Chemical CompanySSC = Ag/AgCl

Di samping sifat anoda, faktor-faktor lain jugamempengaruhi proses proteksi katodik yaitu :

1.Luas permukaan tiang yang akan diproteksi. Makin luaspermukaan makin banyak anoda yang digunakan;

2.Beda potensial listrik antara anoda dan katoda. Makinbesar perbedaan makin besar arus proteksi dari anoda ke katoda

3.Logam dan ukuran anoda. Makin kecil tahanan anodaberarti makin sedikit penggunaan logam anoda. Makin kecil

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 74: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 55Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

ukuran logam anoda makin besar tahanan anoda, berarti makinbanyak penggunaan logam anoda. (Sumber : DepartemenPemukiman dan prasarana wilayah, 2004)

2.14 Kedalaman tanam anoda groundbedKedalaman tanam dari anoda groundbed menentukan

pengaruh yang akan diterima struktur yang hendak diproteksi.Oleh karena itu juga berpengaruh pada interferensi yang diterimastruktur yang dimaksudkan untuk tidak dilindungi pada area yangberdekatan. Terdapat tiga macam kedalaman tanam anodagroundbed, yaitu:

a. Point surfaceTipe yang mudah digunakan baik dari segi desainmaupun konstruksinya. Namun sangat mudahmemberikan pengaruh terhadap struktur di sekelilingnya.Meskipun demikian dapat diletakkan pada posisi optimalyang memberikan efek seminimal mungkin.

b. DistributedDigunakan untuk memeroteksi system pemipaan padadaerah terbatas. Pada level proteksi yang sama,digunakan anoda atau catu daya yang lebih banyak.Selain itu, arus yang digunakan lebih sedikit untukmelindungi logam pada luasan yang sama.

c. Point deep well Metode ini dapat mendistribusikan arus proteksi denganlebih baik disbanding yang lainnya. Akan tetapi sistem inisangat mahal, apabila memerlukan perbaikan harusdiganti dengan anoda baru serta dapat merusak strukturlain di sekitarnya.(Nace Standard RP0572-2001)

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 75: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

56 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

Gambar 2.20 Point Deep Well Anode Groundbed

2.15 Lapisan coatingLapisan pelindung merupakan lapisan fil koontinyu dari

material penyekat listrik di atas permukaan logam yangdiproteksi. Material ini mengisolasi logam dari kontak langsungdengan elektrolit di sekelilingnya (mencegah elektrolit terhubungdengan logam) sekaligus sebagai penghalang yang memberikanhambatan listrik tinggi sehingga reaksi-reaksi elektrokimia tidakdapat terjadi. Fungsi primer lapis lindung pada pipa yangterproteksi katodik adalah mengurangi luasan permukaan logamyang terekspos pada pipa sehingga arus proteksi katodik yangdiperlukan untuk melindungi logam dapat dikurang. (Peabody,2001)

Coating adalah sebuah penutup yang diterapkan padapermukaan suatu benda, biasanya disebut sebagai substrat. Tujuandari menerapkan lapisan seperti dekoratif, fungsional, ataukeduanya. Lapisan itu sendiri mungkin lapisan all-over, benar-benar meliputi substrat, atau seperti hanya menutupi bagiansubstrat. Sebuah contoh dari semua jenis coating adalah labelproduk pada banyak minuman botol-satu sisi memiliki lapisanall-over fungsional (perekat) dan sisi lain memiliki satu atau lebihlapisan dekoratif dalam pola yang sesuai (printing) untukmembentuk kata-kata dan gambar. Cat dan lak adalah lapisan

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 76: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 57Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

yang kebanyakan memiliki kegunaan ganda untuk melindungisubstrat dan menjadi dekoratif, meskipun beberapa seniman cathanya untuk dekorasi, dan cat pada pipa industri besar didugahanya untuk fungsi mencegah korosi. Lapisan fungsional dapatditerapkan untuk mengubah sifat permukaan substrat, sepertiadhesi, wetability, ketahanan korosi, atau ketahanan aus. Dalamkasus lain, misalnya pembuatan perangkat semikonduktor (manasubstrat wafer), lapisan menambahkan properti benar-benar baruseperti respon magnetik atau konduktivitas listrik dan merupakanbagian penting dari produk jadi. Sebuah pertimbangan utama bagisebagian besar proses pelapisan adalah bahwa lapisan diterapkanpada ketebalan terkontrol, dan sejumlah proses yang berbedayang di gunakan untuk mencapai kontrol ini, mulai dari sikatsederhana untuk lukisan dinding, beberapa mesin sangat mahalmenerapkan pelapis di industri elektronik. Sebuah pertimbanganlebih lanjut untuk 'non-all-over' pelapis kontrol yang diperlukanke mana lapisan diterapkan. Sejumlah non-all-over prosespelapisan ini mencetak proses. Banyak proses pelapisan industrimeliputi aplikasi film tipis bahan fungsional untuk substrat,seperti kertas, kain, film, foil, atau lembar saham. Jika substratdimulai dan berakhir proses luka di roll, proses dapat disebut"roll-to-roll" atau lapisan "berbasis web". Sebuah gulungansubstrat, ketika luka melalui mesin coating, biasanya disebut web.(Jeff,2014)

Menurut NACE Standards RP0169-96 Section 5, lapislindung sebagai sarana pengendali korosi yang efektif memilikikarakteristik sebagai berikut:

1. Penyekat listrik yang efektif2. Penghalang uap (kelembapan) efektif3. Mampu diaplikasikan4. Sejalan dengan waktu mampu menahan perkembangan

holidays5. Memiliki adhesi yang baik terhadap permukaan pipa

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 77: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

58 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

6. Mampu menahan kerusakan akibat perawatan normal,penyimpanan (degradasi sinar ultra violet), danpemasangan

7. Sejalan dengan waktu, mampu memelihara tahanan jenislistrik secara konstan

8. Ketahanan terhadap disbonding9. Mudah diperbaiki10. Interaksi dengan lingkungan tidak menghasilkan zat

beracun

2.15.1 Coating primerPrimer diterapkan langsung ke permukaan baja yang telah

dibersihkan. Tujuannya adalah untuk membasahi permukaan danuntuk menyediakan adhesi yang baik untuk dilakukan coatingselanjutnya. dalam kasus primer untuk permukaan baja, ini jugabiasanya diperlukan untuk memberikan inhibisi korosi. (NationalCorrosion Service. 2000)

2.15.2 Coating SekunderSebuah cat lapisan sekunder adalah lapisan pelindung

tambahan yang diterapkan pada permukaan rawan korosi untukmemulihkan kegagalan potensi lapisan primer. Ini memberikanlapisan kedap air untuk kapal yang diberikan untuk mencegahpencemaran lingkungan atau tumpahan.

Adapun fungsi dari coating sistem sekunder/intermediate, yaitu: tebal sistem coating, mempunyai ketahananyang kuat terhadap kimia, tahan terhadap uap air, strong cohesion,strong bond to primer and topcoat. Pelapis proteksi sekunder yangsering digunakan biasa pada tangki tanah bawah tanah dan di atasyang mengandung zat-zat seperti minyak mentah, produk minyakbumi atau bahan kimia yang berbahaya bagi lingkungan ketikadirilis. (National Corrosion Service.2000)

2.16 Potensial Proteksi

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 78: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 59Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

Kriteria potensial proteksi katodik -850 mV atau disebutjuga on potensial sudah menjadi perdebatan bertahun – tahunantara para engineer dan industriawan di bidang korosi. Kriteriaini terus berubah hingga akhirnya NACE mengeluarkan StandardPractice NACE SP 0169 pada tahun 2007 yang mengakomodir 3nilai criteria potensial proteksi katodik.

Nilai kriteria potensial proteksi katodik “on Potential” -850mV diperkenalkan oleh Robert J. Kuhn pada sebuah paper tahun1933 berdasarkan pengalamannya melakukan instalasi proteksikatodik untuk pipa air di New Orleans Amerika Serikat padatahun 1920. Judul paper tersebut adalah “Cathodic Protection ofUnderground Pipe Lines from Soil Corrosion”. Nilai -850 mVuntuk pipa air didaerah new Orleans masuk akal melihat kondisiair tanah yang berlimpah, tahanan tanah yang rendah dankedalaman pipa yang dangkal.

Tetapi nilai potensial proteksi -850 mV ternyata tidak bisamengakomodir proteksi katodik untuk kondisi tanah diluar newOrleans, pada tahun 1950 Kuhn menggunakan nilai -1000 mVuntuk pipa gas yang dicoating didaerah Texas Amerika Serikat.Perubahan nilai criteria potensial proteksi katodik yang signifikanini menjadi pertanda tidak cukupnya nilai -850 mV (on Potensial)

Penelitian mengenai criteria potensial proteksi jugadilakukan oleh Pourbaix pada tahun 1974 dalam jurnalnya yangberjudul “Atlas of Electrochemical Equilibria in AqueousSolutions” Penelitian beliau mengenai korelasi antara PH dannilai potensial proteksi. Berdasarkan persamaan Nerst, Pourbaikmembuat grafik mengenai hubungan antara pH dan potensialproteksi katodik sebagai berikut:

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 79: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

60 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

Gambar 2.21 Diagram Pourbaix (sumber: Jing Ning,2014)

Elektroda standard yang digunakan adalah elektrodahydrogen dan nilai criteria potensial proteksi minimal yangdigunakan sebesar -0,59 V SHE atau jika dikonversi menjadi –0,9 V dengan elektroda Cu/CuSO4. Nilai ini lebih negative -50mV dari hasil eksperimen Kuhn.

Maksud dari grafik pourbaix ini adalah terdapat 3 lokasiyaitu:

1. Pada daerah A (daerah korosi dimana terjadi proseskorosi pada struktur logam didaerah ini)

2. Pada daerah B (Daerah imun, atau lebih dikenal denganproteksi katodik)

3. Pada daerah C (daerah Passivasi atau daerah proteksianodic)

Maksud dari pourbaix mengatakan bahwa potensialproteksi minimum adalah -0,59 V SHE atau -900 mV CSE adalahmembawa sebuah logam yang semula berada daerah korosi

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 80: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 61Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

(daerah A) menuju daerah immunity (Daerah B) sehingga proseskorosi berhenti.

Untuk memudahkan pembacaan maka pourbaix menyusunsebuah tabel pada suhu 25 oC dan tekanan 1 atm untuk PH 1sampai dengan 14 sebagai berikut:

Tabel 2.6 Tabel Pourbaix (A. Gummow, 2010)Electrolyte pH Oxygen

ReductionPotential (V)

Potensi air(V)

Fe2 (V) Bedaoksigen dan

Iron (V)1 1.1689 -0.0591 -0.626 -1.79492 1.1098 -0.1182 -0.62 -1.72983 1.0507 -0.1773 -0.62 -1.67074 0.9916 -0.2364 -0.62 -1.61165 0.9325 -0.2955 -0.62 -1.55256 0.8734 -0.3546 -0.62 -1.49347 0.8143 -0.4137 -0.62 -1.43438 0.7552 -0.4728 -0.62 -1.37529 0.6991 -0.5319 -0.62 -1.316110 0.6961 -0.591 -0.67 -1.30711 0.5579 -0.6501 -0.729 -1.306912 0.5188 -0.7092 -0.788 -1.306813 0.4597 -7.683 -0.847 -1.306714 0.4006 -0.8274 -1.263 -1.6636

Nilai praktis terdapat pada kolom iron immunity potentialdimana untuk setiap pH maka batas minimal sebuah besi masukdaerah imun adalah berdasarkan nilai potensial proteksi yangtertera di kolom tersebut pada skala SHE, Untuk mendapatkannilai pada skala CSE harus ditambahkan -316 mV. Sebagai contohpada pH 7 di tabel tersebut tertulis nilai -0.62 V SHE makadikonversi menjadi -0,936 V CSE. (A. Gummow,2010)

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 81: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

62 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

Dikarenakan ketidak pastian pada criteria -850 mV onpotential ini, maka banyak perusahaan mengaplikasikan nilaiyang lebih negative dari -850 mV dengan variasi -900 mV, -950mV bahkan sampai -1000 mV. Namun berdasarkan penelitianBrian Holtsbaum dalam sebuah jurnal yang berjudul “Use ofHistorical IR drops for Interpretation of “ON” PotentialCriterion” pada tahun 2000 menyatakan bahwa nilai variasitersebut tidak bisa mengakomodir nilai criteria minimal negativepolarized potential proteksi berdasarkan criteria NACE point 2.(Zaki.2006)

2.17 Densitas Arus Nilai densitas arus diperlukan untuk mempolarisasikan

struktur yang dilindungi pada suatu nilai potensial perlindunganproteksi katodik. Densitas arus dalam sistem proteksi katodik aruspaksa merupakan fungsi dari nilai rata-rata tahanan jenis tanahyang diukur. Selanjutnya, nilai ini akan mencerminkan sifatkekorosifan dari tanah. Tipe tanah pada akhirnya akanmenentukan densitas arus yang diperlukan.

Tabel 2.7 Densitas arus terhadap tahanan jenis tanahTahanan JenisTanah(Ohm-Cm)

TingkatKorosifitas

Densitas ArusProteksi(mA/ m2)

0 – 1000 Sangat korosif 201000 – 5000 Korosif 105000 – 10000 Cukup korosif 5>10000 Kurang

korosif2

Sumber: BS 7361 : Part 1 : 1991 Cathodic Protection Code ofPractice for Land and Marine Application

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 82: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 63Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

2.18 OverprotectionPerlindungan berlebih pada struktur baja biasanya tidak

berbahaya, hanya meningkatkan laju konsumsi anoda danpenggunaan daya listrik secara percuma. Pada tingkat yangberlebih menyebabkan terjadinya coating disbondment danhydrogen embrittlement (perapuhan hydrogen), terutama padamaterial High Srength Steel. (Uhlig. 1985)

1. Coating disbondmentPotensial proteksi katodik berlebih menghasilkan gashydrogen. Mekanisme demikian disebut hydrogen over-voltage potensial. Proses ini terbentuk ketika potensialpolarisasi mencapai -1,12 volt (instant off) terhadapelectrode referensi Cu/CuSO4. Gas yang terbentuk seringterperangkap di Antara lapis lindung dengan permukaanlogam dan dapat menyebabkan blistering atau disbandingpada lapis lindung. Selanjutnya elektrolit mengisikesenjangan Antara lapis lindung selaku penyekat listrikmengakibatkan arus proteksi tidak dapat menjangkauluasan yang terpengaruh.

2. Hydrogen embrittlementHydrogen juga dapat dihasilakan dari arus proteksiberlebih yang mengakibatkan menurunnya keuletan baja.Penyerapan ion-ion hidroksil oleh permukaan logamterjadi melalui proses difusi atom-atom hydrogen yangsangat kecil ke dalam Kristal lattice logam atau paduan.Ikatan antar atomnya membentuk gas hydrogen, dimanagelembung-gelembung gas ini merupakan tekanan yangdahsyat. Tekanan yang tinggi akan memutuskan ikatanantar logam untuk menghasilkan internal voids.Berikutnya surface blister akan menurunkan kualitas lapislindung secara cepat (US ACE, 1997)

2.19 Diagram Pourbaix

Diagram Pourbaix adalah diagram yang dapatemnunjukkan suatu reaksi korosi yang terjadi secara

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 83: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

64 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

termodinamika, atau dapat dikenal juga dengan diagramkesetimbangan E-pH. Diagram ini disusun berdasarkankesetimbangan termodinamika antara logam dengan air dan dapatmenunjukkan kestabilan dari beberapa fasa secaratermodinamika. Diagram ini sangat berguna untuk memprediksireaksi dan produk korosi dari suatu material pada lingkunagndengan derajat keasaman tertentu. Namun, diagram ini tidakdapat menyajikan informasi untuk laju korosi dari materialtersebut. Dalam suatu diagram pourbaix, keadaan suatu logamterbagi 3, yaitu:

1. Imun. Daerah dimana logam berada dalam keadaan amandan terlindungi dari persitiwa korosi.

2. Passive. Daerah dimana logam akan membentuk suatulapisan pasif pada permukaan dan terlindung dariperistiwa korosi.

3. Corrosion. Daerah dimana logam akan mengalamiperistiwa korosi

Penelitian mengenai criteria potensial proteksi jugadilakukan oleh Pourbaix pada tahun 1974 dalam jurnalnya yangberjudul “Atlas of Electrochemical Equilibria in AqueousSolutions” Penelitian beliau mengenai korelasi antara PH dannilai potensial proteksi. Berdasarkan persamaan Nerst, Pourbaikmembuat grafik mengenai hubungan antara pH dan potensialproteksi katodik sebagai berikut:

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 84: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 65Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

Gambar 2.21 Diagram Pourbaix (sumber: Jing Ning, 2014)

Elektroda standard yang digunakan adalah elektrodahydrogen dan nilai criteria potensial proteksi minimal yangdigunakan sebesar -0,59 V SHE atau jika dikonversi menjadi –0,9 V dengan elektroda Cu/CuSO4. Nilai ini lebih negative -50mV dari hasil eksperimen Kuhn.

Maksud dari grafik pourbaix ini adalah terdapat 3 lokasiyaitu:

4. Pada daerah A (daerah korosi dimana terjadi proseskorosi pada struktur logam didaerah ini)

5. Pada daerah B (Daerah imun, atau lebih dikenal denganproteksi katodik)

6. Pada daerah C (daerah Passivasi atau daerah proteksianodic)

Maksud dari pourbaix mengatakan bahwa potensialproteksi minimum adalah -0,59 V SHE atau -900 mV CSE adalahmembawa sebuah logam yang semula berada daerah korosi

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 85: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

66 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

(daerah A) menuju daerah immunity (Daerah B) sehingga proseskorosi berhenti.

Untuk memudahkan pembacaan maka pourbaix menyusunsebuah tabel pada suhu 25 oC dan tekanan 1 atm untuk PH 1sampai dengan 14 sebagai berikut:

Tabel 2.8 Tabel Pourbaix (A. Gummow, 2010)Electrolyte pH

OxygenReductionPotential (V)

Potensialair (V)

Fe2 (V)

1 1.1689 -0.0591 -0.6262 1.1098 -0.1182 -0.623 1.0507 -0.1773 -0.624 0.9916 -0.2364 -0.625 0.9325 -0.2955 -0.626 0.8734 -0.3546 -0.627 0.8143 -0.4137 -0.628 0.7552 -0.4728 -0.629 0.6991 -0.5319 -0.6210 0.6961 -0.591 -0.6711 0.5579 -0.6501 -0.72912 0.5188 -0.7092 -0.78813 0.4597 -7.683 -0.84714 0.4006 -0.8274 -1.263

Tabel 2.9 Tabel Pourbaix (A. Gummow, 2010)Electrolyte pH

Beda oksigendan Iron (V)

Beda Air danbesi (V)

1 -1.7949 -0.56692 -1.7298 -0.50183 -1.6707 -0.44274 -1.6116 -0.3836

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 86: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 67Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

5 -1.5525 -0.32456 -1.4934 -0.26547 -1.4343 -0.20638 -1.3752 -0.14729 -1.3161 -0.088110 -1.307 -0.07911 -1.3069 -0.078912 -1.3068 -0.078813 -1.3067 -0.078714 -1.6636 -0.4356

Nilai praktis terdapat pada kolom iron immunity potentialdimana untuk setiap pH maka batas minimal sebuah besi masukdaerah imun adalah berdasarkan nilai potensial proteksi yangtertera di kolom tersebut pada skala SHE, Untuk mendapatkannilai pada skala CSE harus ditambahkan -316 mV. Sebagai contohpada pH 7 di tabel tersebut tertulis nilai -0.62 V SHE makadikonversi menjadi -0,936 V CSE. (A. Gummow,2010)

Dikarenakan ketidak pastian pada criteria -850 mV onpotential ini, maka banyak perusahaan mengaplikasikan nilaiyang lebih negative dari -850 mV dengan variasi -900 mV, -950mV bahkan sampai -1000 mV. Namun berdasarkan penelitianBrian Holtsbaum dalam sebuah jurnal yang berjudul “Use ofHistorical IR drops for Interpretation of “ON” PotentialCriterion” pada tahun 2000 menyatakan bahwa nilai variasitersebut tidak bisa mengakomodir nilai criteria minimal negativepolarized potential proteksi berdasarkan criteria NACE point 2.(Zaki.2006)

2.20 Parameter Desain Sistem Proteksi Katodik Anoda Korban

Tahap awal dalam desain system proteksi katodik adalah kompilasi semua data yang dibutuhkan dalam mendesain system tersebut. Berikut adalah beberapa parameter desain esensial yang

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 87: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

68 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

harus diketahui dan perlu didapatkan dalam mendesain system proteksi anoda korban:

a. Dimensi strukturUkuran dari struktur diperlukan untuk menentukan areayang harus diproteksi. Sesuai dengan definisi dankonsep korosi dan system proteksi katodik, bagianyang akan diproteksi adalah luas permukaan strukturyang berbeda dalam elektrolit, luast permukaan akandihitung sesuai dengan bentuk struktur tersebut.

b. Coating BreakdownCoating breakdown adalah besaran yang menunjukkanbesar penurunan kualitas atau probabilitas kerusakancoating setelah waktu tertentu. Masing masing jeniscoating akan memiliki besar coating breakdown yangberbeda-beda sesuai dengan kualitasnya. Maka takheran untuk coating jenis 3 LPE akan memiliki nilaicoating breakdown yang lebih kecil dibandingkandengan coating dari coaltar karena 3 LPE memilikikualitas yang jauh lebih baik, baik dari kekuatan fisik,kekuatan secara kimiawi terhadap lingkungan.Semakin besar nilai coating breakdown maka semakinbesar kebutuhan arus, karena berarti semakin banyakdan luas daerah struktur yang tidak terlindungi olehcoating.Sebagai informasi untuk penentuan coating breakdowndapat merujuk pada standard seperti ISO 15589 atauDNV RP B401.

c. Umur desainBerapa lama struktur tersebut harus diproteksi harusdiketahui karena akan mempengaruhi kapasistas sistemproteksi katodik. Umumnya pipa PGN didesain untuk20 tahun.

d. Kebutuhan arus proteksiKebutuhan arus proteksi disesuaikan dengan jenismaterial yang akan diproteksi. Standard yang diterima

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 88: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 69Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

untuk pipa baja tanpa coating adalah sebesar 20mA/m2.Dengan adanya aplikasi coating kebutuhan arusproteksi ini akan jauh lebih berkurang.Berikut adalah contoh kebutuhan arus yang ada dalamstandar ISO 15589-1 dengan tiper coating dan umurdesainnya

Tabel 2.10 Kebutuhan arus proteksi berdasarkan ISO15589

e. Jenis anodaJenis anoda yang akan digunakan harus diketahui,karena pemilihan jenis anoda akan ditentukanberdasarkan kondisi lingkungan (tahanan elektrolit)dan bentuk dari struktur yang akan diproteksiBerikut ini adalah jenis anoda yang umum digunakanuntuk system proteksi anoda korban:

Paduan MgPaduan AlPaduan ZnBaja Lunak

Penggunaan anoda Mg umumnya digunakan di tanahkarena driving voltage-nya lebih besar. Anoda paduan Al banyak

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 89: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

70 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

digunakan di aplikasi instalasi bawah laut. Sedang Zn biasadigunakan di daerah tahanan rendah.

komposisi kimia ini terdapat di standard internasionalseperti ISO 15589 dan NACE. Ada beberapa hal prinsip yangharus diketahui tentang anoda misalnya tentang komponen aktifyang harus ada di anoda paduan Al yaitu In dan juga carafabrikasinya.

Berikut adalah kriteria komposisi kimia untukmasing-masing anoda berdasarkan ISO 15589-1:

Tabel 2.11 Komposisi Kimia Anoda Paduan ZnElement Composition

Mass fraction, %Min Max

Cu - 0.005Al 0.1 0.5Fe - 0.005Cd - 0.07Pb - 0.006Zn SisaThe maximum amount of other elements shall be 0.02%each

Berikut adalah batasan maksimum tambahan unsurekimia yang dapat diberikan untuk anoda jenis Al dan Znberdasarkan DNV RP B401:

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 90: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 71Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

Gambar 2.22 Maksimum konsentrasi impurities untuk anoda Aldan Zn berdasarkan DNV RP B401

f. Dimensi anodaDimensi anoda harus kita ketahui, karena untukmengetahui besar arus keluaran anoda, komponenpentingnya adalah tahanan anoda dan dimensidigunakan untuk menghitungnya.Dimensi anoda untuk aplikasi bawah tanah yangdiperlukan adalah dimensi termasuk dengan backfill.Untuk keperluan berat anoda, secara praktis terdapatarahan atau rule of thumb berdasarkan besar tahanantanah yang dihadapi yaitu sebagai berikut:

Tabel 2.12 rule of Thumb pemilihan anodaTahanan tanah

(Ohm.cm)Berat Anoda

(kg)>1500 25

1500-2500 152500> 8

Terlihat dari table semakin besar tahanan tanah, makaanoda yang direkomendasikan adalah yang semakinkecil, karena dengan demikian akan didapat anodayang lebih besar dan terdistribusi dengan baik akanmemungkinkan arus keluaran yang lebih besar danmerata

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 91: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

72 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

g. Efisiensi anodaEfisiensi anoda adalah besarnya pengurangan beratanoda dibandingkan dengan besar arus dan waktu.Informasi ini adalah tentang kinerja anoda, dan darinyadapat ditentukan beberapa banyak anoda yangdibutuhkan

h. Utilization FactorFaktor kegunaan ini menunjukkan anoda dapatdigunakan sampai dengan pengurangan berat berapapersen dari awal. Misalkan factor kegunaan 80% makaanoda dianggap dapat dipakai sampai denganberkurangnya berat 80%, setelah itu harus diganti

i. Tahanan TanahTahanan tanah jelas harus diketahui saat awal kaernamenentukan jenis system proteksi katodik yang akandigunakan

j. Kondisi di ROW (Right of Way), mengenai instalasikondisi khususSurvey di ROW ini selain menentukan daerah instalasikhusus seperti adanya crossing dengan sungai, jalankereta, jalan raya atau dengan pipa lain juga penentuansurvey elektris terhadap struktur di sekitar instalasipipa. Misalkan adanya saluran tegangan tinggi.Kondisi-kondisi khusus ini perlu di ketahui karenamemerlukan perlakuan yang berbeda.

2.21 Desain Perhitungan Proteksi Katodik Anoda Korban

Berikut adalah tahapan perhitungan yang harus dilakukan untuk aplikasi sistem proteksi katodik anoda korban pada pipa, adalah sebagai berikut :

Menentukan luas permukaan struktur yang akan diproteksiSA = πDL……………………………………………...(2.9)Dimana :SA : Luas permukaan (m2)

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 92: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 73Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

D : Diameter pipa (m)L : Panjang pipa (m)

Menentukan kebutuhan arus proteksiArus kebutuhan proteksi untuk pipa baja tanpa coatingyaitu 20 mA/m2. Sedangkan untuk pipa dengan coating,rumus yang digunakan:

Id = Ibare . coating breakdown……………………(2.10)Dimana:Id : kebutuhan arus proteksi (mA/m2)Ibare: kebutuhan arus proteksi pipa baja tanpa coating (mA/m2)

Menentukan kebutuhan arus proteksi totalIReg=Id. Sa.………………………………………… (2.11)Dimana:IReg : Kebutuhan arus total (A) Id : Kebutuhan arus proteksi (A/m2)

Menentukan kebutuhan total anodaW = (IReq . t . 8760)/(η.u)…………………………(2.12)

Dimana:W : Berat total anoda (kg)T : Umur Desain (tahun)η : Efisiensi anoda (Ah/Kg.year)u : Faktor kegunaan

Menentukan Jumlah AnodaN = W/Wanode………………………………………(2.13)

Dimana :N : Jumlah AnodaWanoda : Berat satu Anoda (Kg)

Menentukan lokasi pemasangan anodaSpacing = L/N ……………………………………………(2.14)Dimana:L : Panjang Pipa (m)N : Jumlah Anoda

Menghitung Tahanan anoda :

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 93: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

74 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

Tahanan anoda ditentukan oleh beberapa faktor, yaitudimensi anoda, tahanan tanah dan posisi instalasi. Anodayang dipasang secara vertikal dan horizontal akan memilikitahanan yang berbeda. Berikut adalah rumus untukmenghitung tahanan anoda:Instalasi Horizontal:Rh = (/2πL ln 4L/D)-1]…………………………………(2.15)Instalasi Vertikal:Rv = (/2πL ln (8L/D)-1]………………………………….(2.16)Dimana:Rh : Tahanan anoda horizontal (Ohm) : Tahanan tanah di kedalaman anoda ditanam(Ohm.cm)L : Panjang anoda termasuk backfill (cm)D : Diameter anoda termasuk backfill (cm)

Menghitung arus keluaran anodaUntuk mengetahui arus keluaran anoda, maka berlakuhokum Ohm, yaitu arus adalah tegangan dibagi dengantahanannya. Setelah diketahui tahanan anoda, maka untuktegangannya, yang berpengaruh adalah tegangan dorong(Driving Voltage) yang merupakan selisih antara tegangananoda dan tegangan proteksi yang dikehendaki.Berikut Rumusnya:

IAnoda = (Eanoda - EProteksi)/Ranoda………………………..(2.17)Dimana:Eanoda : Potensial anodaEproteksi : Potensial proteksi

Menghitung total arus dari jumlah anodaIanoda total= Ianoda.N……………………………………...(2.18)

Dimana:N : Jumlah anodaIanoda : Arus Keluaran anoda

Menentukan usia proteksi homogeny anoda

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 94: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 75Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

Setelah seluruh arus keluaran dibandingkan dengankebutuhan arus, maka akan kita dapat perkiraan usia anodadengan metode berikut:

Tanoda = (Ianoda total/Ireq). tdesign life. U…………………….(2.19)Dimana:Tdesign life : Umur Desain pipaU : Faktor utilisasi (factor kegunaan anoda)

2.22 Penelitian SebelumnyaPada Penelitian sebelumnya yang dilakukan berkaitan

tentang Proteksi katodik pipa dengan sistem proteksi katodikanoda tumbal yang dilakukan oleh Sepriananda dengan tipe API5L Grade B dalam media tanah pada tahun 2016 dalam mediatanah dengan variasi coating dan non coating. Pipa yang ditanamdalam tanah harus memiliki potensial sebesar -850 sampai -1100mv agar terhindar dari korosi eksternal. Apabila pipa yangditanam memiliki potensial kurang dari nilai tersebut maka perludilakukan proteksi katodik untuk mencapai nilai tersebut.Pengukuran potensial pipa dapat diketahui dengan menggunakanelektroda referensi Cu/CuSO4 yang dihubungkan ke kutub negatifmultimeter dan test point yang dihubungkan ke kutub positifmultimeter.

Pada penelitian sebelumnya, sebelum pipa diproteksimenggunkaan anoda korban, dilakukan pengukuran potensial pipake tanah dengan menggunkan elekroda referensi. Pengukuran inidilakukan agar mengetahui potensial pipa ke tanah atau potensialpipa sebelum dilakukan proteksi katodik.

Untuk yang coating terlihat data material lebih tinggi dariyang tidak di coating. Hal ini terjadi karena pipa dan anoda masihdalam kondisi penyesuaian dengan lingkungan. Namum seiringberjalan waktu dan pengontrolan arus yang dilakukan pipacoating dapat terus terjaga pada range proteksi. Jika dibandikandengan pipa coating yang mendapat proteksi yang berasal darilapisan coating dan arus dari anoda korban sementara pipa tanpacoating hanya berasal dari arus anoda korban hal tersebut akan

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 95: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

76 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

sangat mempengaruhi potensial proteksi dari pipa. Dapatdisimpulkan pipa coating lebih mudah dikontrol untuk terusberada dizona proteksi, sementara pada pipa tanpa coatingpengontrolan arus harus lebih diperhatikan.

V proteksi pipa coating (mV)

V proteksi pipa tanpa coating (mV)

Batas Minimum Proteksi

Batas Maksimum Proteksi

Gambar 2.23 Grafik Arus proteksi pipa (Sepridany,2016)

Dapat disimpulkan juga bahwa dari hasil pengujianselama 50 hari, pipa yang dikenai coating hanya membutuhkanarus proteksi yang lebih sedikit dibandingkan dengan pipa yangtidak dikenai coating. Adanya coating pada pipa membuat pipalebih terproteksi dan membutuhkan arus kecil kisaran 0.9 mAsampai 1.5 mA. dibandingkan dengan pipa yang tidak dikenaicoating, pipa membuuhkan arus proteksi sektar 3.6 sampai 5 mA.(Sepridany, 2016)

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 96: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 77Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

(Halaman ini sengaja dikosongkan)

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Page 97: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material FTI – ITS

BAB IIIMETODE PENELITIAN

3.1 Diagram Alir

Gambar 3.1 Diagram Alir

77

Pengamatandan analisa

Page 98: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 78Jurusan Teknik Material FTI – ITS

3.2. Bahan PenelitianBahan yang digunakan dalam penilitian adalah : 1 Pipa Baja API 5L Grade B2 Anoda Zinc3 Cat pelapis4 KabelTembaga

3.3 PeralatanPeralatan yang digunakan adalah :1 Alat ukur wenner2 Kabel Tembaga3 Multitester4 Elektroda Reference

3.4 LangkahPerancanganLangkah langkah yang dilakukan untuk mendukung

perancangan tersebut antara lain,1. Pengumpulan data2. Melakukan kriteria desain

Kriteria desain yang akan digunakan adalah, Umur desain: 1 tahunLimit positif: -850 mVLimit negatif: -1100 mVElectrode Reference: Cu/CuSo4

3. Standart perancanganDesain sistem proteksi katodik anoda korban mengikutistandar:

1) NACE Standard RP169-2002 Control Of ExternalCorrosion Of Underground or Submerged MetallicPiping System

2) NACE Standard RP-0286-97 Electrical Isolation OfCathodically Protected Pipelines

3) DNV-RP-B401 Cathodic Protection Design

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Page 99: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 79Jurusan Teknik Material FTI – ITS

4) A.W. Peabody, Control of PipelineCorrosion(Second Edition),NACE International TheCorrosion Society

4. Survey resistivitas tanahSurvey dan pengukuran resistivitas tanah mengikutistandar ASTM G57 Standard Method for FieldMeasurement of Soil Resistivity Using the Wenner Four– Electrode Method

Gambar 3.2 Pengukuran Resistivitas Tanah

5. Pengujian pH tanahPengujian dan pengukuran pH tanah mengikuti SOPScientific Engineering Response and Analytical Services(SERAS) number 1844 Standart Operation Procedure pHSoil Determination.

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Page 100: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

80 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material FTI-ITS

Gambar 3.3 Pengukuran pH Tanah

6. Desain sistem proteksi katodik anoda korbanUntuk mengetahui arus dan berat anoda Makaperhitungan dimulai dengan1 Luas permukaan struktur yang akan dilindungi

A=π ×D×L (3.1)

Dengan :D = diameter luar pipa (m)L= panjang pipa (m)π= 3.14A= luas permukaan yang diproteksi (m²)

2 Kebutuhan Arus Proteksi

Id = Ibare . coating breakdown………………(2.9)

Dimana:Id : kebutuhan arus proteksi (mA/m2)

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Page 101: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 81Jurusan Teknik Material FTI – ITS

Ibare: kebutuhan arus proteksi pipa baja tanpa coating (mA/m2)

3 Keperluan Arus DC MinimumIR≥ Io ×Sf

(3.8)Dengan :IR = keperluan arus DC minimum (ampere)Io = keperluan arus proteksi (ampere)

4 Berat Anoda

Wo=Y ×C×IR

U

(3.9)Dengan :Wo = berat anoda (Kg)Y = lama proteksi (tahun)C = laju konsumsi anoda (kg/Ampere tahun)IR = keluaran arus DC (ampere)U = faktor guna (80%)

5 Jumlah Anoda yang dibutuhkan

n=WoW

×Sf (3.10)

Dengan :n = jumlah anodaWo = berat anoda total (Kg)W = berat anoda standar (Kg)Sf = safety factor (1,25)

6 Tahanan Anoda Tumbal4 Ld

−1

ln ¿

Rh=ρ

2×π ×L¿

(3.11)

Dengan :Rh = tahanan anoda tunggal (ohm)

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Page 102: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

82 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material FTI-ITS

ρ = resistivitas tanah rata rata (ohm-m)L = panjang anoda (m)d = diameter anoda (m)

7 Faktor Interferensi Anoda0.66×n

ln¿

F=1+ρ

π ×Sa× Rh¿

(3.12)

Dengan :F = faktor interferensi anodaρ = resistifitas tanah (ohm-m)Sa = jarak pemasangan antar anoda (m)n = jumlah anoda

8 Tahanan Groundbed

Rn=Rhn

F

(3.13)Dengan :Rn = tahanan groundbed (ohm)Rh = tahanan anoda individual (ohm)n = jumlah anodaF = faktor interferensi anoda

9 Tegangan yang diperlukanVo=IR × ( Rn×Sf +rp )+e (3.14)

Dengan :Vo = tegangan yang diperlukan (volt)IR = keluaran arus DC (ampere)Rn = tahanan groundbed (ohm)Sf= safety factorRp = tahanan karakteristik pipa (ohm)e = tegangan dalam (volt)

7. Instalasi peralatana. Preparasi Pipa

Pipa yang digunakan adalah pipa baja API 5L gradeB, pengukuran pipa digunakan agar dapat mengetahui

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Page 103: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 83Jurusan Teknik Material FTI – ITS

luas permukaan yang akan dilindungi. Daripengukuran didapat panjang sebesar 150cm, diameterpipa sebesar 7,36 cm, dan tebal pipa sebesar 1,05 cm.

Gambar 3.4 Pengukuran diameter Dalam Pipa

Gambar 3.5 Pengukuran Diameter Luar Pipa

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Page 104: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

84 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material FTI-ITS

Gambar 3.6 Pengukuran Pipa Baja API 5L Grade B

Pipa juga dibersihkan dari pengotor yang menempel

Gambar 3.7 Pembersihan Pipa dari pengotor

Pipa baja diberikan pengait kabel yang dilas padapermukaan kabel, agar pemasangan kabel menjadilebih mudah.

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Page 105: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 85Jurusan Teknik Material FTI – ITS

Gambar 3.8 Pengait kabel pada pipa baja

b. Pemberian CoatingPipa dibagi menjadi dua, pipa yang dilapisi oleh catdasar besi dan pipa yang dilapisi dengan cat luar besi

Gambar 3.9 Pemberian coating dengan CoatingPrimer

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Page 106: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

86 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material FTI-ITS

Gambar 3.10 Pemberian coating dengan CoatingSekunder

c. Penyambungan kabel ke pipa1. Membersihkan permukaan pipa yang akan

menjadi titik pemyanmbungan (bagian tengahpipa) dengan menggunakan amplas. Permukaanpipa harus kering dan bersih dari semua kotoran,minyak dan air.

2. Memotong kabel jenis ukuran 4mm2 sepanjang 3meter sebanyak 2 buah pada masing-masing pipa.

3. Mengikat kabel yang telah disediakan tersebut kebagian sambungan pipa yang telah di las.

4. Mengencangkan sambungan baut agar kabel tidaklepas

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Page 107: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 87Jurusan Teknik Material FTI – ITS

5. Menutup sambungan kabel pada pipa denganisolasi

d. Pemasangan anoda Zinc dalam Lubang groundbed1. menyiapkan lubang galian untuk anoda di

samping lubang pipa. Jarak anoda dari pipasekitar 50 cn kea rah samping dan 30 cm dibawah pipa. Jumlah anoda zinc untuk setiap pipaadalah 1 buah.

2. setelah lubang siap, anoda diturunkan dandiletakkan secara vertical tegak lurus denganposisi jalu pipa. Saat penurunan anoda harusdiperhatikan agar tidak menarik anoda padabagian kabel dan juga karung jangan sampaisobek.

3. Membasahi anoda dengan cara menyiram airsampai basah seluruhnya.

4. Menimbun kembali galian anoda dengan tanahasal sampai level tanah kembali pada saat semula.

8. Pengujian tegangan proteksiPengujian yang digunakan adalah menguji apakahtegangan sistem proteksi tersebut sudah masuk kedalam area proteksi yaitu sekitar -850mV sampaidengan -1100mV dengan menggunakan elektrodeCu/CuSO4 sebagai reference.

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Page 108: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

88 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material FTI-ITS

Gambar 3.8 Pengukuran tegangan proteksi

9. Analisa hasil10. Evaluasi11. Kesimpulan

Sistem proteksi katodik anoda korban pada baja API 5Ldi nyatakan berhasil apabila apakah tegangan sistemproteksi tersebut sudah masuk ke dalam area proteksiyang sudah di tentukan dan tidak terjadi kegagalan padasistem proteksi tersebut.

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Page 109: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB IVANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Perencanaan Perancangan4.1.1 Kriteria DesainPerancangan proteksi katodik pada desain dilakukan denganmenerapkan kriteria desain, yaitu:

- Umur Desain : 1 tahun- Limit Positif : -850 mV- Limit Negatif: - 1100mV

4.1.2 Standar Desain PerancanganStandar yang digunakan pada Desain mengacu pada:

- NACE RP-B401“Cathodic Protection Design”

- ASTM G-57“Field Measurement of Soil Resistivity using the WennerFour- Electrode Method”

- NACE RP-0177“Mitigation of Alternating Current and Lightning Effectson Metallic Structures and Corrosion Control Systems”

- NACE RP-0169“Standard Practice Control of External Corrosion”

4.2 Pengumpulan Data4.2.1 Data Material

Material pipa : Baja karbon rendahJenis Pipa : Spiral pipe welding API 5L

Grade BPanjang pipa : 1.5 meterDiameter luar : 0.0736 meterTahanan jenis baja : 2.2 x 10-7 Ohm-mTebal dinding : 0.00635 mKedalaman pipa dari permukaan tanah : 0.5 mTabel 4.1 Komposisi Kimia Baja API 5L Grade B

89

Page 110: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 90Jurusan Teknik Material FTI – ITS

C(Max)

Mn(Max)

P(Max)

S(Max)

Ti(Max)

V(Max)

Ni(Max)

0.22 %

1.20%

0.025 %

0.015%

0.04%

0.15%

0.15%

Sumber : Specification for Line Pipe American Petroleum Institute, 2004

4.2.2 Data TanahMengacu pada Standar ASTM G-57 Survei tahanan tanah

merupakan langkah pertama sebelum masuk kedalam desainperacangan >nstru proteksi katodik. Pengukuran dilakukandengan cara konvensional dengan menggunakan sumber arus(Baterai Aki), >nstrument DC ampermeter dan Voltmeter.

Survei tahanan tanah dengan standar ASTM G-57menggunakan metode yang dinamakan Wenner 4 pin yangdilakukan pada bulan April 2017.

Nilai tahanan jenis dihitung sesuai rumus berikut :ρ = 2.π.a.R

dengan:ρ = tahanan jenis tanah (Ohm-cm)a = jarak antar pin (cm)R = hambatan yang terukur (Ohm)ρ = 3.14159

Hasil Pengukuran Pada Resistivitas Tanah dapat di lampirkan dalam Grafik Berikut:

Tabel 4.2 Resistivitas Tanah

BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

Page 111: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 91Jurusan Teknik Material FTI – ITS

HariKe

JarakElektroda

(cm)

V(mV)

I(mA)

R(Ω) ρ(Ω.cm)KondisiTanah

1 200 24 250 0,096 120,576 Kering

2 200 22,7 230 0,098696 123,9617 Hujan

3 200 18,2 240 0,075833 95,24667 Basah

4 200 16 210 0,07619 95,69524 Kering

5 200 16,1 210 0,076667 96,29333 Basah

6 200 16,6 210 0,079048 99,28381 Kering

7 200 13,8 200 0,069 86,664 Cerah

8 200 19 210 0,090476 113,6381 Hujan

9 200 22,4 250 0,0896 112,5376 Basah

10 200 23,2 250 0,0928 116,5568 Basah

11 200 23,6 280 0,084286 105,8629 Basah

12 200 15,7 260 0,060385 75,84308 Kering

13 200 12,1 280 0,043214 54,27714 Kering

14 200 12 200 0,06 75,36 Kering

15 200 9,4 210 0,044762 56,22095 Kering

16 200 12,5 210 0,059524 74,7619 Kering

17 200 14,2 210 0,067619 84,92952 Kering

18 200 15,7 220 0,071364 89,63273 Kering

19 200 18 230 0,078261 98,29565 Basah

20 200 16 240 0,066667 83,73333 Kering

21 200 23 390 0,058974 74,07179 Kering

22 200 23 330 0,069697 87,53939 Kering

23 200 24 340 0,070588 88,65882 Kering

24 200 25 310 0,080645 101,2903 Basah

25 200 20 310 0,064516 81,03226 Kering

26 200 22 310 0,070968 89,13548 Basah

27 200 19 300 0,063333 79,54667 Kering

BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

Page 112: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

92 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material FTI-ITS

28 200 20 310 0,064516 81,03226 Kering

Rata-Rata 90,77419Tabel 4.3 Perbandingan Resistivitas tanah pada Kondisi Tanah

Kering dan BasahNomor Kondisi Kering

(Ohm.cm)Kondisi Basah (Ohm.cm)

1 120,576 123,96172 81,03226 95,246673 79,54667 96,293334 81,03226 113,63815 95,69524 112,53766 99,28381 54,277147 86,664 75,843088 105,8629 98,295659 116,5568 75,3610 101,2903 89,1354811 84,92952 56,2209512 89,6327313 83,7333314 74,0717915 87,5393916 88,65882Rata Rata 92,25661 90,07361

Pada Kondisi Tanah yang ada terlihat bahwa NilaiResistivitas tanah berada paling tinggi pada kondisi Keringsedangkan dengan kondisi Basah nilai kondisi tanah Menurunmenyebabkan nilai resistivitas menurun

Dilihat dari tabel 2. Dapat disimpulkan bahwa tanahsebagai media yang digunakan tanah berada dalam kategori .Dengan rata rata 90,77419. Aliran elektron pada daerah ini

BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

Page 113: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 93Jurusan Teknik Material FTI – ITS

bergerak secara kontiniu dan tidak terhalang. Artinya bahwa halini sangat membahayakan pada pipa karena rentan terhadapkorosi. Faktor resistivitas tanah mempengaruhi jenis penggunaananoda yang akan digunakan sebagai pelindung dalam perhitungandesain sistem di karenakan penggunaan anoda pada kondisi tanahyang berbeda dapat menyebabkan tidak efisiensinya penggunaananoda. Pengaruh ketika pipa tertanam perubahan resistivitas tanahyang fluktuatif mempengaruhi nilai kebutuhan arus anoda yangdikeluarkan untuk melindungi pipa

Selain dari faktor resistivitas tanah yang mempengaruhisifat korosifitas suatu tanah, pH tanah juga merupakan faktoryang dapat mempengaruhi sifat korosifitas suatu tanah. Padatanah terjadi reaksi asam maupun basa yang dipengaruhi olehkonsentrasi ion H+ dan ion OH-. Dalam desain ini jugamempertimbangkan nilai dari pH tanah.

Tabel 4.3 Data pHHari ke pH

1 8,42 8,33 7,94 8,25 8,26 8,47 8,28 8,59 8,410 8,111 812 8,113 8,314 8,4

BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

Page 114: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

94 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material FTI-ITS

15 8,216 8,417 8,318 8,419 820 7,821 7,922 8,223 824 8,325 8,326 8,227 8,428 8,329 8,430 8,4

Dalam pengamatan yang di lakukan untuk mendapatkankondisi pH tanah pada daerah pipa yang ditanam. Dapatdisimpulkan bahwa tanah pada daerah pipa berada pada kondisibasa dimana rata rata pH tanah berada pada 8,23. Kondisi sekitartanah merupakan lokasi rawa dan dekat dengan permukaan lautyang menyebabkan tanah tersebut merupakan basa. Pengaruhsifat basa dalam korosi dapat di jelaskan dengan diagrampourbaix dimana pipa baja API 5L dapat terkorosi jika beradadalam keadaan basa.

4.2.3 Perhitungan DesainPerhitungan desain dilakukan untuk mendapatkan nilai

yang diharapkan dalam pengujian sistem proteksi sehingga ketikadalam perancangan pipa berhasil terproteksi sesuai nilai standar

BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

Page 115: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 95Jurusan Teknik Material FTI – ITS

Luas permukaan struktur yang akan dilindungi denganmenggunakan Rumus 2.9 didapat sebesar = 0.346656 m2

1. Kebutuhan Arus ProteksiArus yang dibutuhkan pipa untuk perlindungan terhadap

korosi harus diperhitungkan. Kekurangan arus dalam prosesperlindungan dapat mengakibatkan kerusakan pada coatingapabila menggunakannya. Sedangkan apabila tidak menggunakankorosi akan langsung menyerang pipa.Perhitungan keperluan arusproteksi dapat dilakukan setelah mendapatkan luas permukaanpipa. Persamaan keperluan arus proteksi yaitu

I= A X CD x CBPipa yang di coating primer

sI= A x CD x CB x SFI= 0.346656 x 20 x 0.6 x 1,25I= 5.19984 mA I= 0.00519984 A

Pipa yang di coating primer dan sekunder 1 lapisI= A x CD x CB x SFI= 0.346656 x 20 x 0.2 x 1,25I= 1.73328 mA I= 0.00173328 A

Pipa yang di coating primer dan sekunder 2 lapisI= A x CD x CB x SFI= 0.346656 x 20 x 0.095 x 1,25I= 0.823308 mA I= 0.000823308 A

Dalam sistem proteksi katodik anoda korban, densitasarus merupakan fungsi dari nilai tahanan jenis tanah rata-ratahasil pengukuran. Nilai tersebut disesuaikan dengan tingkatkekorosifan tanah yang dilalui pipa. Selanjutnya tipe tanah iniyang akan menentukan densitas arus yang dibutuhkan untukmempolarisasikan pipa pada suatu nilai potensial perlindungan.

Faktor keamanan turut dilibatkan dalam perhitunganuntuk memberikan penyesuaian terhadap penambahan luaspermukaan karena adanya suaian (fitting), lengkungan (bending)

BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

Page 116: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

96 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material FTI-ITS

dan lain sebagainya.Dalam perencanaan, lapis lindung diasumsikan

mengalami penurunan kualitas selama masa pakainya. Pada kasusini, tingkat kerusakannya sepuluh persen per tahun.

1. Pipa yang di Coating Primer

W=I x T x8760

K x u

W=0.00519984 A x1 tahun x 8760h/ tahun

780 Ah /kg x0.8

W = 0.73 kg= 730 gram

2. Pipa yang di coating dengan primer dan sekunder 1lapis

W=I x T x8760

K x u

W=

0.00173328 A x10 tahun x8760htahun

780 Ahkg

x0.8

W = 0.24 kg= 240 gram

3. Pipa yang di coating dengan primer dan sekunder 2lapis

W=I x T x8760

K x u

W=0.000823308 A x10 tahun x

8760htahun

780 Ahkg

x0.8

W = 0.11 kg= 110 gram

BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

Page 117: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 97Jurusan Teknik Material FTI – ITS

Berat total anoda yang dbutuhkan adalah kurang dari 730gram. Sementara produk anoda yang tersedia di pasaranmempunyai berat minimal sebesar 2 kg. Jadi hanyadibutuhkan 1 anoda masing- masing pipa.

4.2.3.1 menghitung resistansi groundbed anodaBerdasarkan Dwight’s Formula, untuk anoda tunggal

yang dipakai dalam proteksi katodik dengan posisi vertikal,rumusnya adalah sebagai berikut:

R=0.00521 ρ

Lln

8 Ld

−1

DimanaR = Resistansi (ohm)L = panjang anoda (cm)d = diameter anoda (cm)ρ = resistivity tanah (ohm-cm)untuk Anoda kotak:

R=ρ

a+bDimanaa= panjang anoda(cm)b= lebar anoda (cm)Anoda yang dipakai pada penelitian kali ini memiliki dimensisebagai berikut:panjang anoda = 15 cmlebar anoda = 7.5 cmtinggi anoda = 3cmSehingga resistansi anoda ini adalah

R=ρ

a+bR=

500ohm. cm(15+7.5 ) cm

R=500ohm.cm

(22.5 ) cmR= 22.22 ohm

4.2.3.2 Arus Keluaran Anoda

BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

Page 118: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

98 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material FTI-ITS

Untuk menghitung arus keluaran anoda, dapat dihitung denganmembagikan driving voltage dengan resistensi anoda tersebut

I=Pa−Pc

R

I=1.05−0.85

22.22I= 0.009 AI= 9 mA

4.2.4 Data AnodaAnoda sistem proteksi yang digunakan kali ini adalah

Anoda dengan jenis Zn. Dikarenakan dengan berat minimal yangada di pasaran. Maka berat yang akan dipakai pada setiap pipaproteksi akan digunakan sebesar minimal 2 kg.

Anoda Zinc yang dipakai mempunyai karakteristikdimensi sebagai berikut:

Tabel 4.4 Dimensi Produk Anoda ZincPanjang (cm) Lebar (cm) Tinggi (cm) Berat (kg)15 7.2 3 2

Yang mana juga mempunyai karakteristik ter sendiri yaitu:Open Potential (Ag/AgCl) -1.05 VoltKapasitas Arus 780 AmpHr/KgLaju Konsumsi 11.2 Kg/Amp Year

4.2.5 Data Backfill AnodaAnoda yang digunakan dapat di tingkatkan nilai

efisiensinya dengan menggunkan backfill. Backfill dapatmembantu anoda untuk menurunkan tingkat resistivitaslingkungan dan menjaga supaya anoda tetap aktif dan terkorosisecara merata.Kandungan dari backfill sendiri terdapat beberaca jenis yaitu:

BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

Page 119: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 99Jurusan Teknik Material FTI – ITS

75% gipsum 20% bentonit (lempung) 5% sodium sulfat

4.3 Perhitungan Arus dan potensialPenanaman pipa pada tanah maupun air harus memiliki

nilai potensial standar sebuah pipa sebesar -850 mV hingga-1100mV supaya terhindar dari korosi eksternal dikarenakanefisiensinya dalam penggunaannya. Ketika pipa yang ditanamtidak mempunyai nilai tersebut maka diperlukaannya sebuahproteksi katodik terhadap sistem tersebut untuk mencapai nilaiyang di inginkan. Untuk pengukurannya sendiri digunakanelektroda reference yaitu Cu/CuSO4 yang di hubungkan ke kutubnegatif multester dan juga test point yang dihubungkan padakutub positif.

Sebelum dilakukan perangkaian sistem proteksi katodikdilakukan pengukuran nilai potensial pipa untuk mengetahui nilaiawal apakah pipa berada pada daerah terlindungi atau belumsehingga dapat di berikan proteksi anoda tumbal.

Tabel 4.5 Potensial pipa pada TanahJenis Pipa Nilai Potensial (mV)Pipa Coating Primer -580Pipa Coaitng Primer dan Sekunder 1 lapis -620Pipa Coating Primer dan sekunder 2 lapis -667

Dari tabel 4.4 diatas diketahui bahwa nilai dari semuacoating tidak memenuhi nilai proteksi katodik antara -850mVhingga -1100mV sehingga dibutuhkan proteksi katodik untukmemenuhi angka aman. Pada penelitian ini digunakan metodeanoda korban.

Dengan menggunakan sistem proteksi katodik.Pengamatan dilakukan selama 1 bulan dan berlangsung setiaphari untuk mengamati pergerakan nilai potensial dan memastikan

BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

Page 120: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

100 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material FTI-ITS

bahwa pipa berada bahwa pada nilai standar proteksi antara-850mV hingga -1100mV.

Pipa yang nilai potensialnya berada di luar standar perludilakukan pencegahan supaya pipa yang tertanam pada tanahtidak terkorosi dalam waktu lama dan menyebabkan masalahpada system

Tabel 4.6 nilai Data proteksi katodik pipaHari V pipa Coating Primer

(mV)V pipa Coating primer dan sekunder 1 lapis (mV)

V pipa Coating primer dansekunder 2 lapis (mV)

1 -966 -1095 -11402 -1011 -1089 -11383 -983 -1054 -11344 -936 -1147 -11385 -1130 -1141 -11386 -975 -1097 -11137 -1110 -1125 -11208 -1068 -1133 -11229 -1125 -1145 -113610 -1120 -1134 -112711 -1096 -1120 -111312 -1054 -1113 -110013 -1160 -1112 -111014 -1055 -1099 -109715 -1047 -1089 -109316 -1010 -1076 -108317 -1025 -1052 -107618 -988 -1082 -109019 -1003 -1059 -107220 -1012 -1060 -1081

BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

Page 121: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 101Jurusan Teknik Material FTI – ITS

21 -998 -1043 -107122 -967 -1025 -106823 -938 -998 -106624 -941 -1005 -99525 -955 -998 -99226 -989 -987 -98927 -925 -876 -101228 -946 -965 -1010

Gambar 4.1 Grafik V pipa proteksi

BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

Page 122: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

102 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material FTI-ITS

Tabel 4.7 Data Arus PengujianHari I Pipa Coating Primer

(mA)I Pipa Coating Primerdan Sekunder 1 Lapis(mA)

I Pipa Coating Primerdan Sekunder 2 Lapis(mA)

1 1,5 0,82 1,49 0,763 1,4 0,714 1,37 0,75 1,4 0,686 0,9 0,87 1,2 0,68 1,08 0,759 1,4 0,8

10 1,33 0,611 1,4 0,7812 1,34 0,713 1,1 0,6714 1,3 0,715 1,3 0,7616 1,2 0,7117 1,15 0,718 1,3 0,7519 1,2 0,66

BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

Page 123: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 103Jurusan Teknik Material FTI – ITS

20 1,4 0,7321 0,9 0,6122 1,1 0,6223 1,2 0,624 1,2 0,725 0,95 0,5626 0,9 0,7527 1 0,7228 0,98 0,64

Gambar 4.2 Data pengujian Arus Pipa

Terlihat pada Tabel dan grafik dimana pipa yangdicoating pada pemasangan diawal hari berada pada garis yang

BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

Page 124: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

104 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material FTI-ITS

tinggi. Hal ini dikarenakan kondisi pipa dan anoda masih belumsesuai dengan lingkungan tempat ditanam. Pada berjalannyawaktu dan kondisi terkontrol. Nilai potensial pipa mulai berarahpada standar nilai yang diinginkan walaupun kondisi angkabergerak secara fluktuatif dan pipa mengalami batas tertinggi dihari awal. Pada hari ke-4 hingga ke-6 terlihat hanya pada pipaprimer yang memiliki perubahan sendiri dimana nilainya berubahdrastis. Ketika dilakukan pengecekan terdapat kerusakan padakonektor yang menghubungkan antara anoda dan pipa pada testbox yang mengakibatkan proteksi katodik tidak bekerja atau salahpengukuran dikarenakan konektor berkarat atau putus. Setelahdilakukan pemasangan ulang pipa, pipa kembali pada nilaipotensial pipa relatif aman di sekitar -850 sampai -1100 mV dannilainya berfluktuatif tidak terlalu jauh. Pada pipa baja denganhanya coating primer juga berada lebih dekat terhadap pipa bajayang sedang di aliri proteksi ICCP dibandingkan dengan keduapipa lainnya. Hal ini menyebabkan proteksi arus anoda yangdihasilkan terkena interferensi dari proteksi pipa ICCP yangdibuktikan dengan nilai nya yang tingkat perubahannya lebihtinggi dibandingkan dengan pipa lainnya yang terlihat padagrafik. nilai proteksi ketiga pipa hampir mendekati sama karenakestabilitas pipa sudah mulai terbentuk pada hari ke-9. Jikadibandikan dengan pipa coating yang mendapat proteksi yangberasal dari lapisan coating dan arus dari anoda korban sementarapipa tanpa coating hanya berasal dari arus anoda korban haltersebut akan sangat mempengaruhi potensial proteksi dari pipa.Dapat disimpulkan pipa coating lebih mudah dikontrol untukterus berada dizona proteksi, sementara pada pipa tanpa coatingpengontrolan arus harus lebih diperhatikan.

Dapat disimpulkan juga bahwa dari hasil pengujianselama 28 hari, pipa yang dikenai coating lapis 2 sekunder hanyamembutuhkan arus proteksi yang lebih sedikit dibandingkandengan pipa yang di coating lapis 1 sekunder maupun yang hanyadi lapisi coating primer. Adanya coating pada pipa membuat pipalebih terproteksi dan membutuhkan arus kecil kisaran 0.3 mA

BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

Page 125: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 105Jurusan Teknik Material FTI – ITS

sampai 0.6 mA. dibandingkan dengan pipa yang dicoating primerdengan penambahan sekunder 1 lapis mempunyai angka 0,6mAhingga 0,8mA, pipa terakhir yaitu yang dicoating hanya primermembutuhkan arus proteksi sektar 0,9 sampai 1,5 mA.

4.4 Hasil proteksiSetelah 30 hari, pipa yang telah ditanam dan diberi

proteksi arus paksa diangkat untuk mengetahui kondisi pipa.

Gambar 4.3 Pipa coating setelah 30 hari pemberian arus proteksi

Setelah 30 hari proteksi dapat dilihat kondisi yangberbeda. Pada pipa yang diberi coating sekunder kondisi coatingpipa masih terlihat baik, tidak mengalami kerusakan walaupunpada prosesnya sempat mengalami over proteksi, namun kondisipipa tersebut masih baik. Sementara pada pipa yang dibericoating primer terlihat pada beberapa titik terdapat hasil korosiyaitu karat, namun jumlah tersebut tergolong kecil dibandingpermukaan luas dari pipa.

BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

Page 126: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

106 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material FTI-ITS

Gambar 4.4 Pipa Sekunder 2 lapis mulai mengalami keretakanlapisan coating di beberapa daerah

Gambar 4.5 Pipa Coating dengan 1 lapis sekunder terjadi korosidi titik tertentu

BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

Page 127: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 107Jurusan Teknik Material FTI – ITS

Gambar 4.1 Pipa Coating Primer terdapat karat pada beberapatitik

Terlihat pada gambar diatas beberapa lokasi pada pipamengalami korosi, namun yang paling jelas terlihat adalah padasambungan pipa dengan baut sebagai pengait kabel. Pengaruhpengelasan sambungan baut dengan pipa menyebabkan terjadinyaperbedaan kondisi pipa base welding dengan daerah weldingSehingga pada pipa tersebut terjadi korosi galvanis.

Kondisi Cuaca pada lingkungan pun mempengaruhi nilaipotensial yang dihasilkan ketika penelitian dimana ketika kondisipada saat Kering tingkat resistivitas tanahnya lebih tinggi dariresistivitas tanah yang kondisinya basah.

BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

Page 128: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

108 Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material FTI-ITS

(Halaman ini sengaja dikosongkan)

BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

Page 129: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas AkhirJurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB VKESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KesimpulanKesimpulan Perancangan sistem proteksi

Anoda Korban pada penelitian ini adalah:1 Dengan meningkatnya jumlah layer tingkat

kebutuhan arus semakin rendah dimana layerCoating Sekunder dengan 2 lapismembutuhkan arus paling kecil yaitu 0.3 mAdengan nilai yang paling tinggi denganCoating primer dengan 1.5 mA

2 Perubahan nilai Resistivitas tanah dan pHdapat mempengaruhi dalam perancangandesain dan kebutuhan arus

5.2 SaranSaran penulis setelah proses perancangan proteksi

katodik untuk meningkatkan penelitian ini adalah1. Penggunaan sambungan pipa untuk menyambungkan

kabel sebaiknya tidak menggunakan las lasan2. Variabel tambahan pada pipa dapat digunakan pada

penelitian berikutnya seperti pengaruh beda anoda,kondisi atau jenis pipa yang digunakan.

3. Pengujian lainnya dapat ditambahkan untuk mengetahuidata pengaruh korosi seperti uji Tarik atau uji kekerasan

111

Page 130: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

Laporan Tugas Akhir 112Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

(Halaman ini sengaja dikosongkan)

BAB I PENDAHULUAN

Page 131: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

DAFTAR PUSTAKA

Ahmad, Z. (2006). Principles of Corrosion Engineering andCorrosion Control . Butterworth-Henneman.

ASTM. (2001). united states of america patent no. g57 standardmethod for field measurement of soil resistivity using thewenner four - electrode method.

bahadori, a. (2014). cathodic corrosion protection systems: aguide for oil and gas industries. gulf professionalpublishing.

didas, j. (2014). fundamental of pipeline coatings. wes virginia:appalachian underground short course.

fontana, m. g. (1986). materials science and engineering series:corrosion engineering. michigan: mcgraw-hill.

Ge, Y. e. (2008). Combined coating and sacrificial anodeprotection for underground steel pipe. indocor journal.

gummow, a. (2010). examining the controversy surround -850mVCP criteria. pipeline and gas journal.

jaya, s. (2016). perancangan sistem proteksi katodik anodakorban pada pipa baja API 5L grade B Coating dan non-coating di dalam tanah menggunakan anoda zinc.surabaya: its.

Jones, D. A. (1992). Principles and Prevention of Corrosion.Singapore: Macmillan Publishing Company.

jones, d. a. (1996). principles and prevention of corrosion.michigan: prentice hall.

labolatory, b. (2013). corrosion and cathodic protection. denver:bureau of reclamation materials engineering researchlaboratory.

NACE. (1997). TX patent no. RP-0268-97 Electrical isolationalof cathodically protected pipelines. houston.

NACE. (2012). TX Patent no. TM0457-2012 MeasurementTechniques related to criteria for cathodic protection on

Page 132: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

underground or submerged metallic piping systems.houston.

NACE. (2013). TX Patent no. SP0169-2013 Control of ExternalCorrosion of Underground or submerged metallic .houston.

National Corrosion Service. (2000). Coating for the Protection ofStructural Steelwork. Teddington: National PhysicalLaboratory.

ning, j., & et al. (2014). a thermodynamic model for theprediction of mild steel corrosion products in an aqueoushydrogen sulfide environment. athens: ohio university.

pasaribu, L. (2011). studi analisis pengaruh jenis tanah,kelembaban, temperatur, dan kadar garam terhadaptahanan pertanahan tanah. depok: universitas indonesia.

peabody, A. (2001). control of pipeline corrosion, second edition.Texas: NACE Internasional.

Stress Corrosion Cracking - Metallic Corrosion. (2001, Februari22). Diambil kembali darihttp://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=102

Trethewey, K. (1991). Korosi untuk mahasiswa dan rekayasawan.Whitten, K., & Davis, R. E. (2013). General Chemistry. 10th

penyunt. Texas: Cengage Learning.

Page 133: PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK …repository.its.ac.id/43327/1/2713100085-Undergraduate_Theses.pdf · tugas akhir – tl 141584 perancangan sistem proteksi katodik anoda tumbal

BIODATA PENULIS

Pribadi Ridzky Mulyono lahir di Jakarta,tanggal 05 Desember 1995. Penulismerupakan putra ke 3 dari 3 bersaudara.Menempuh pendidikan formal di TK BhaktiSiwi Jakarta, SDIT Al amanah, SMPN 5jakarta, dan SMAN 68 Jakarta. Setelah itu,penulis melanjutkan pedidikan perguruantingginya di Departemen Teknik MaterialInstitut Teknologi Sepuluh Nopember

Surabaya pada tahun 2013.Dalam perkuliahan di ITS, penulis juga aktif di beberapa

kegiatan ekstrakurikuler, diantaranya di Himpunan MahasiswaTeknik Material dan Metalurgi (HMMT), AIESEC.

Pengalaman kerja yang pernah diikuti penulis yaitu kerjapraktek di INDONESIA POWER pada bulan Juni hingga Agustus2016. Penulis dapat dihubungi melalui 087876682624 dan [email protected].

45