Laporan Praktikum Pengendalian Korosi Proteksi Katodik.docx

I.

Tujuan:

1. Mahasiswa mengetahui proses pengendalian korosi pada pipa menggunakan metode proteksi katodik 2. Mahasiswa mengetahui pengaruh keberadaan backfill tehadap kinerja system proteksi anoda korban dalam tanah 3. Mahasiswa mengetahui pengaruh jarak pipa terhadap system proteksi anoda korban 4. Mahasiswa mengetahui pengaruh jarak penempatan Cupric Sulfate Electrode (CSE) terhadap pengukuran potensial proteksi pada perpipaan

II.

Dasar Teori

2.1 Sacrificial Anode Pengertian korosi secara umum adalah rusaknya benda-benda logam yang disebabkan oleh pengaruh lingkungan. Proses korosi dapat dijelaskan secara elektrokimia, misalnya pada proses perkaratan besi yang membentuk oksida besi. Secara elektrokimia, proses perkaratan besi adalah peristiwa teroksidasinya logam besi oleh oksigen yang berasal dari udara.

Korosi pada besi terjadi karena kontak dengan air. Pada besi tersebut ada yang menjadi anode dan ada yang menjadi katode. (Sumber: http://schoolbag.info).

Berdasarkan nilai potensial reaksinya, besi merupakan logam yang mudah mengalami korosi.Logam-logam lain yang mempunyai nilai potensial elektrode lebih besar

dari 0,4 V akan sulit mengalami korosi, sebab dengan potensial tersebut akan menghasilkan Eoreaksi < 0 (negatif) ketika kontak dengan oksigen di udara. Logam-logam perak, platina, dan emas mempunyai potensial elektrode lebih besar dari 0,4 V sehingga sulit mengalami korosi. a. Sistem Proteksi Katodik Metode Anoda Korban System proteksi katodik banyak digunakan unutk melindungi struktur baja yang berada didalam tanah dan lingkungan air laut dan sedikit digunakan untuk penempatan baja dalam air tawar. Dalam banyak kasus, penerapan proteksi katodik sering dikombinasikan dengan coating. Tujuannya adalah untuk melindungi baja pada saat coating mengalami kerusakan. Prinsip utama system proteksi katodik adalah menekan arus eksternal kedalam material sehingga potensial material turun kedaerah imun. Dengan kata lain, material yang digunakan sebagai katoda dalam sel elektrokimia terpolarisasi secara katodik. Proteksi katodik metode anoda korban dapat dilakukan dengan menghubungkan anoda korban terhadap material yang akan diproteksi. Material yang akan diproteksi diatur agar berperan sebagai katoda dalam suatu sel korosi dan pasangan yang dihubungkan adalah logam lain yang memiliki potensial yang lebih negative sehingga berperan sebagai anoda. Dengan adanya penerimaan electron, katoda mengalami reaksi reduksi dan terproteksi dari proses korosi. Berikut adalah kelebihan dan kekurangan system proteksi katodik metode anoda korban Kelebihan Pemasangan relative mudah dan murah

Kekurangan Keluaran arus terbatas

Tidak membutuhkan sumber energy listrik Tidak efektif bila resistivitas elektrolit dari luar tinggi Distribusi arus merata

Tidak cocok untuk struktur besar yang perlu arus proteksi besar.

Cocok untuk daerah berstruktur padat

System proteksi katodik anoda korban biasanya diterapkan pada perlindungan tangki dalam tanah, jaringan pipa dalam tanah, jaringan kabel listrik dan komunikasi dalam tanah, tangki air panas, dan srtuktur kapal laut. Dalam perancangannya system proteksi katodik anoda korban terdapat tiga kriteris yang diterapkan oleh NACE (National Association of Corrosion Engineers) yaitu: 1. -850mV terhadap proteksi katodik yang diaplikasikan 2. -850 mV potensial polarisasi terhadap CSE 3. Polarisasi minimum 100mV. b. Anoda Korban Penentuan material anoda korban dilakukan berdasarkan kemampuan material tersebut dalam menurunkan potensial logam yang diproteksi mencapai daerah imun dengan cara membanjiri struktur dengan arus saerah melalui lingkungan. Factor lainnya adalah biayanya murah, mampu dibentuk sesuai

ukuran, dan dapat terkorosi secara merata. Anoda korban yang biasa digunakan adalah magnesium (Mg), seng(Zn), dan aluminium (Al). Anoda Aluminium (Al) Seng (Zn) Magnesium (Mg)

Resistivitas Lingkungan (Ohm.cm) < 150 150-500 >500

Pemakaian anoda magnesium digunakan untuk lingkungan yang mempunyai resistivitas tinggi, anoda aluminium banyak digunakan di lingkungan air laut karena harganya relative murah sedangkan untuk anoda seng banyak digunakan dilingkungan air laut karena mempunyai efisiensi yang tinggi. c. Backfill Anoda Korban Pemakaian anoda korban yang diterapkan untuk proteksi katodik didalam tanah perlu menggunakan pembungkus yang disebut backfill. Backfill merupakan kantong kecil yang berisi campuran material dengan komposisi 75% gypsum, 20% bentonit, dan 5% natrium sulfat. Campuran ini menghasilkan resistivitas 50 Ohm.cm apabila campuran dijenuhkan dengan air. Backfill ini berfungsi untuk:   

Memberikan lingkungan yang merata, sehingga keluaran (output) arus anoda dapat diperkirakan tetap Menurunkan resistivitas dari fasa anoda dengan tanah Mencegah kontak langsung antara anoda dengan tanah.

2.1 Impressed current a. Diagram E-pH (Pourbaix) Berdasarkan termodinamika korosi, korosi terjadi karena adanya kecenderungan suatu logam kembali pada keadaan yang lebih stabil dengan reaksi reduksi oksidasi. Kecenderungan oksidasi bermacam-macam logam berkaitan dengan potensial elektrodanya. Kesetimbangan potensial elektroda suatu logam sesuai dengan kesetimbangan oksidasi dan reduksinya. Termodinamika korosi dapat dipelajari berdasarkan diagram E-pH (Pourbaix). Diagram E-pH menampilakn daerah-daerah kestabilan air, daerah-daerah logam pada pada kondisi imun, terkorosi atau terpasivasi sebagai fungsi dari potensial setengah sel dan pH. Diagram ini memberikan informasi tentang reaksi yang mungkin terjadi dan kemungkinan proteksi korosi logam berdasarkan harga pH dan potensial .

Jika aktifasi logam semakin turun, maka arah gerak kebawah sehingga terbentuk endapan Fe yang stabil, artinya Fe akan imun atau kebal korosi. Kalau bergerak keatas makan aktifasi logam akan naik. Hal ini mengakibatkan terbentuknya ion Fe2+ sehingga terjadi korosi. Diagram E-pH dapat digunakan dalam menentukan cara proteksi korosi pada logam yaitu:     

Dengan pengaturan lingkungan (dengan perubahan pH) Dengan menurunkan potensial antar muka ke daerah imun (proteksi katodik) Dengan menurunkan potensial antar muka ke daerah pasif (proteksi anodik) Dengan menambahkan paduan logam dasar agar luas daerah pasif dapat diperbesar Dengan menambahkan pasivator.

b. Metoda Pengendalian Korosi Impressed Current Pada metode impressed current struktur yang dilindungi mendapat supply electron sehingga potensialnya menjadi lebih katodik. System Impressed Current Catchodic Protection (ICCP) menggunakan anoda yang dihubungkan dengan sumber arus searah (DC) yang dinamakan catchodic protection rectifier,dimana arus negative dihubungkan dengan logam yang dilindungi sedang arus positif dihubungkan dengan anoda pembantu.

Berikut adalah keuntungan penerapan system proteksi katodik metoda arus paksa:

Keuntungan

Kekurangan

Kebutuhan arus dapat diatur secara luas sesuai kebutuhan

Dibutuhkannya peralatan lain seperti trafo dan rectifier

Tingkat proteksi tercukupi hingga level yang sangat baik

Membutuhkan perawatan dan pemantauan secara berkala

Umur proteksi lebih panjang daripada anoda korban

Kemungkinan terjadinya interferensi sangat besar

Dapt digunakan untuk memproteksi alat yang berukuran besar

Kemungkinan terjadinya overprotection sangan besar

Rentang proteksi dapat diatur dan area proteksi luas

Adanya biaya tambahan yang menjalankan energy eksternal

Dapat memproteksi struktur yang tidak di coating dengan baik

Secara prinsip, besi kana melepaskan elektroda ke linkungan, hal ini yang menyebabkan korosi terjadi. Dengan metoda arus paksa electron pada besi ditahan agar tidak dilepaskan oleh besi, caranya dengan membanjiri permukaan besi dengan electron. Electron didapat dari system arus paksa yang terpasang. Aliran electron akan mengalirkan dari anoda ke katoda, anoda diwakili dengan groundbed yang terhubung dengan rectifier, dan katoda menempel pada pipa dan juga terhubung dengan rectifier. System arus tanding ini membutuhkan rectifier atau penyearah arus, groundbed, dan transformator atau trafo. c. Transformator Transformator atau transformer komponen electromagnet yang dapat mengubah taraf suatu tegangan AC ke taraf yang lain. Transformator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Tegangan masukan bolak-balik yang membentangi primer menimbulkan fluks magnet yang idealnya semua bersambung dengan lilitan sekunder. Fluks bolak-balik ini menginduksikan GGL dalam lilitan sekunder. Jika efisiensi sempurna, semua daya pada lilitan primer akan dilimpahkan ke lilitan sekunder. Efisiensi transformator dapat diketahui dengan rumus:

𝜂=

𝑃0 100% 𝑃𝑖

karena adanya kerugian pada transformator, maka efisiensi transformator tidak dapat mencapai 100%. Untuk transformator daya frekuensi rendah, efisiensi bias mencapai 98%. Trafo yang nantinya digunakan dalam system ini adalah jenis step-down. d. Rectifier

Rectifier adalah alat yang digunakan untuk mengubah sumber arus balok-balik (AC) menjadi sinyal sumber arus searah (DC). Rangkaian rectifier banyak menggunakan transformator step down yang digunakan untuk menurunkan tegangan sesuai dengan perbandingan transformasi transformator yang digunakan e. Groundbed Groundbed adalah sebuah array dari elektroda, dipasang ditanah untuk mengurangi resistansi listrik. Groundbed adalah komponen dalam sebuah system pembumian. Groundbed pada perlindungan katodik bekerja didalam tanah yakni dengan mnyediakan jalan bagi arus proteksi lewat elektrolit berupa tanah. Tujuan: 1. Mahasiswa mengetahui proses pengendalian korosi pada pipa menggunakan metode proteksi katodik 2. Mahasiswa melakukan uji karakteristik system impressed current pada simulator dengan pengaruh panjang groundbed yang masuk kedalam tanah terhadap potensial proteksi 3. Mahasiswa melakukan uji karakteristik system impressed current pada simulator dengan pengaruh jarak groundbed dari pipa terhadap potensial proteksi 4. Mahasiswa melakukan uji karakteristik system impressed current pada simulator dengan pengaruh posisi groundbed disekitar pipa terhadap potensial proteksi 5. Mahasiswa melakukan uji karakteristik system impressed current pada simulator dengan pengaruh output transformator dan rectifier dengan posisi groundbed disekitar pipa 1 terhadap potensial proteksi 6. Mahasiswa melakukan uji karakteristik system impressed current pada simulator dengan pengaruh output transformator dan rectifier dengan posisi groundbed disekitar pipa 2 terhadap potensial proteksi

III. Metodegi

3.1. Alat dan Bahan Alat-Alat

Bahan

Ractifier/ adaptor

Kristal CuSO4

Anoda korban aluminium

Aquades

Anoda korban magnesium murni Jumper Testbox Volt meter Jembatan dan konstruksinya Elektroda

(i) Jembatan & Konstruksi

(ii) Insulating Join

(iii) Test Box

3.2. Cara Kerja

a. Menggunakan Anoda Korban (Sacrificial Anode) Buka masing- masing tutup testbox

Tanam half cell di dalam tanah ± sejauh 30 cm dari test box

Sambungkan kabel yang terdapat di avometer pada half cell dan sambungan pipa (pada test box) untuk mengecek potensial pada pipa

Sambungkan kabel yang terdapat di avometer pada half cell dan sambungan pipa 1 ( pada test box)

Sambungkan kabel yang terdapat di avometer pada half cell dan sambungan elektoda (pada test box) untuk mengecek potensial pada elektroda

Sambungkan sambungan pipa1 dan elektroda dengan jumper. Hingga tersisa satu sambungan pada pipa

Cek potensial pada sambungan pipa yang tersisa (sambungan pipa 2).

b. Menggunakan Arus Tanding (Impressed Current)

1) Untuk Test Box Tanam elekroda di tanah

Rangkaikan arus sambungan pada rectifier sampai arus menunjukan sebesar 4,5 mV

Sambungkan rangkaian pada elektroda

Tanam half cell di dalam tanah ± sejauh 30 cm dari test box

Sambungkan kabel yang terdapat pada half cell pada sambungan elektoda (pada test box) untuk mengecek potensial pada elektroda

Sambungkan sambungan pipa1 dan elektroda dengan jumper. Hingga tersisa satu sambungan pada pipa

Cek potensial pada sambungan pipa yang tersisa (sambungan pipa 2).

2) Untuk Jembatan dan Konstruksi

Tanam half cell di dalam tanah ± sejauh 30 cm dari jembatan dan konstruksinya

Lukai permukaan jembatan dan cek potensialnya pada sisi kanan dan kiri jembatan

Sambungkan jembatan dan konstruksinya dengan menggunakan kabel.

Cek potensial jembatan pada sisi kanan dan kirinya

Bandingkan dan analisa hasil tersebut

IV.

Keselamatan Kerja

1. Menggunakan APD (jas lab, sarung tangan, dan masker) 2. Berhati-hati membuat larutan jenuh CUSO4 3. Jika terkena bahan-bahan kimia harus segera dicuci dengan air bersih 4.1 MSDS CUSO4 Penampilan : Warna: biru. Sensitif terhadap air. Berbahaya jika tertelan. Dapat menyebabkan gangguan pencernaan dan iritasi saluran pernafasan dengan luka bakar. Menyebabkan iritasi mata dan kulit dan luka bakar. Higroskopis. Mutagen. Kemungkinan sensitizer. Sasaran Organ: Darah, ginjal, hati. Potensi efek kesehatan Mata : Paparan partikulat dapat menyebabkan kelainan kornea. Menyebabkan iritasi mata dan luka bakar. Kulit : Dapat menyebabkan kulit menjadi sensitif, alergi, yang akan terlihat jelas pada paparan bahan ini. Dapat menyebabkan gangguan pada kulit dan luka bakar. Dapat menyebabkan gatal pada kulit. Tertelan : Berbahaya jika tertelan. Dapat menyebabkan iritasi saluran pencernaan ditandai dengan mual dan muntah. Penelanan garam tembaga dalam jumlah besar dapat menyebabkan tinja berdarah dan muntah, tekanan darah rendah, sakit kuning

dan koma. Menelan senyawa tembaga dapat menghasilkan efek toksik sistemik pada ginjal dan hati dan eksitasi saraf pusat diikuti oleh depresi. Inhalasi : Dapat menyebabkan ulserasi dan perforasi septum hidung jika dihirup dalam jumlah berlebihan. Dapat menyebabkan iritasi saluran pernafasan dengan luka bakar. Kronis : kontak mata yang lama atau berulang-ulang dapat menyebabkan konjungtivitis. Dapat menyebabkan kerusakan hati dan ginjal. Dapat menyebabkan anemia dan kelainan darah lainnya sel. Tembaga yang terakumulasi dalam berbagai jaringan dan dapat mengakibatkan kerusakan pada hati, kerusakan ginjal, dan otak. Dapat menyebabkan reaksi alergi kulit pada beberapa individu. Tindakan Pertolongan Pertama Mata : Segera siram mata dengan banyak air sedikitnya selama 15 menit, sesekali mengangkat kelopak mata atas dan bawah. Dapatkan bantuan medis. Kulit : Dapatkan bantuan medis. Siram kulit dengan banyak air dan sabun setidaknya selama 15 menit saat mengeluarkan pakaian yang terkontaminasi dan sepatu. Cuci pakaian sebelum digunakan kembali. Tertelan : JANGAN memancing muntah. Jika korban sadar, beri 2-4 cupfuls susu atau air.Jangan pernah memberikan apapun melalui mulut kepada orang yang tidak sadar. Dapatkan bantuan medis dengan segera. Inhalasi : Hapus dari paparan udara segar segera. Jika sulit bernapas, berikan oksigen. Dapatkan bantuan medis. JANGAN menggunakan mulut ke mulut resusitasi. Jika pernapasan telah berhenti menerapkan pernapasan buatan menggunakan oksigen dan perangkat mekanis yang sesuai seperti tas dan masker. Catatan Dokter: Individu dengan penyakit Wilson lebih rentan terhadap keracunan tembaga kronis.

V.

Data Pengamatan

Potensial besi murni = 600 mV 1. Pengukuran potensial besi dalam tanah Test box

Potensial besi (mV)

1

432

2

433

2. Sacrificial Anode (anoda yang dikorbankan) a. Anoda korban = magnesium Bagus Test box 1

Pipa 655 616 640

Potensial (V) Anoda Proteksi 1756 1561 1572 1486 1576 1507

b. Anoda korban = magnesium sudah habis Test box 1

Potensial (V) Pipa Anoda Proteksi 295,6 85,2 296,6 296,6 84,7 303,3 296,2 84,7 296,2

c. Anoda korban = alumunium Test box 1

Potensial (V) Pipa Anoda Proteksi 292 -43,5 290,7 290,6

-34,7

290,2

290,1

-35,7

290

3. Impressed Current (arus paksa) 1. Test box biasa

Urutan

Potensial (mV)

IC 1 IC 2 IC 3 DP

500 1350 1400 1200

2. Jembatan dan konstruksi Pengukuran Potensial di Beberapa titik Pipa/Jembatan

3.

No

Keterangan

Potensial (mV)

1

Ujung (dekat dengan arus)

1400

2

Ujung (jauh dari arus)

1350

Pengukuran Potensial Jika Dibocorkan Arus Dari Jembatan

4.

NO.

Keterangan

Potensial (mV)

1

Ujung (dekat dengan arus)

1300

2

Ujung (jauh dari arus)

1150

Insulation Join 5.

3

5

4

6

1 2

Potensial Besi (mV)

1

1250

2

1250

3

500

4

1250

5

500

6

250

PENGOLAHAN DATA 1. Anoda Korban Magnesium Kondisi Baik 2000 1800 1600

Tegangan (mV)

VI.

N0

1400 1200 1000 800 600 400 200 0 SA 1

SA 2

SA 3

Percobaan Pipa

Anoda

Proteksi

Magnesium Tidak Layak 350 300 250 200 150 100 50 0 SA 1

SA 2 Pipa

SA 3 Anoda

Proteksi

2. Impressed Current

Impressed Current 1600 1400

Potensial (mV)

1200 1000 800 600

400 200 0 IC 1

IC 2

IC 3

DP

3.Jembatan

Jembatan dan konstruksi 1600

Potensial (mV)

1400

1400 1350

1300 1150

1200 1000 800 600 400 200 0 Pipa yang tidak dibocorkan

Pipa yang di bocorkan

Kontruksi Dekat arus

Jauh dari arus

Potensial (mV)

Overall 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0

Daftar Pustaka A.W Peabody, 2001. Peabody’s Control of Pipeline Corrosion, Second Edition. Texas: NACE International The Corrosion Society. Bushman, James B. 2002. Corrosion and Cathodic Protection. Bushman and Associates, Inc. Medina. Ohio.USA Chess, Paul, Gronvold, Karnov. 2005. Cathodic Protection of Steel in Concrete. Copenhagen: Cathodic Protection International. Einar Bardal. 2004. Corrosion and Protection. Norway: Springer Fitzgerald, John. 2004. Cathodic Protection for On-Grade Storage Tanks and Buried Piping. Texas: NACE International The Corrosion Society. Kelly, Robert G., dkk. 2003. Electrochemical Techniques in Corrosion Science and Engineering. New York: Marcel Dekker, Inc. Ngatin, Agustinus, dkk. 2002. Teknik Pengendalian Korosi. Bandung: Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung.

Nurcahyo. Tanpa tahun. Aplikasi Proteksi Katodik. Bandung: Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung Parker, Mashall E, Peattie, Edward G. 1999. Pipeline Corrosion and Cathodic Protection Third Edition. Houston: Gulf Publishing Company Pierre, R. Roberge. 2000. Handbook of Corrosion Engineering. USA: MCGraw-Hill Indarti, Retno, dkk. 2006. Petunjuk Praktikum Teknik Pencegahan Korosi. Bandung: Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung. Sulaiman, A. tanpa tahun. Desain Anoda Korban. Sulistijono. Sistem Proteksi Katodik Anoda Tumbal. Surabaya: ITS. W. von Baeckman, W. Schwenk, and W. Prinz. 1997. Handbook of Cathodic Corrosion Protection, Third Edition. Texas: Gulf Professional Publishing