BAB VI PENCEGAHAN KOROSI 6.1 COATING Lapisan penghalang yang dikenakan dipermukaan logam dimaksudkan baik untuk memisahkan lingkungan dari logam, maupun untuk mengendalikan lingkungan mikro pada permukaan logam. Banyak cara pelapisan yang digunakan untuk maksud ini termasuk cat, selaput organik, vernis, lapisan logam, dan emanel. Sejauh ini yang paling umum aadalah cat. Dewasa ini, teknologi pembuatan cat dan cara pemakaiannya berubah dengan pesat, didorong oleh meningkatnya biaya energi, dan tenaga kerja. Polusi juga menjadi masalah dalam masyarakat yang sadar- lingkungan : diperkirakan bahwa sekitar 360.000 ton senyawa organik mudah menguap dilepaskan ke atmosfer setiap tahun, akibat penggunaan cat. Ini menyebabkan penggunaan pelarut lain, terutama air, menjadi lebih menarik. Timbal sebagai adiktif yang berbahaya pada umumnya telah digantikan dengan bahan-bahan seperti titanium oksida, yang sekarang merupakan salah satu bahan paling lazim dalam kehidupan sehari-sehari. Perlindungan melalui lapisan penghalang menyolok sekali bila ditinjau dari tebalnya. Lapisan cat Korosi – Husada Prima Yogyakarta 6 - 1
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
BAB VIPENCEGAHAN KOROSI
6.1 COATING
Lapisan penghalang yang dikenakan dipermukaan logam
dimaksudkan baik untuk memisahkan lingkungan dari logam, maupun
untuk mengendalikan lingkungan mikro pada permukaan logam.
Banyak cara pelapisan yang digunakan untuk maksud ini termasuk
cat, selaput organik, vernis, lapisan logam, dan emanel. Sejauh ini
yang paling umum aadalah cat.
Dewasa ini, teknologi pembuatan cat dan cara pemakaiannya
berubah dengan pesat, didorong oleh meningkatnya biaya energi, dan
tenaga kerja. Polusi juga menjadi masalah dalam masyarakat yang
sadar-lingkungan : diperkirakan bahwa sekitar 360.000 ton senyawa
organik mudah menguap dilepaskan ke atmosfer setiap tahun, akibat
penggunaan cat. Ini menyebabkan penggunaan pelarut lain, terutama
air, menjadi lebih menarik. Timbal sebagai adiktif yang berbahaya
pada umumnya telah digantikan dengan bahan-bahan seperti titanium
oksida, yang sekarang merupakan salah satu bahan paling lazim
dalam kehidupan sehari-sehari.
Perlindungan melalui lapisan penghalang menyolok sekali bila
ditinjau dari tebalnya. Lapisan cat biasa mempunyai tebal antara 25
hingga 100 mikron; total kaleng makanan hany a5 mikron. Dalam
memilih bahan pelapis, yang perlu dipertimbangkan adalah kondisi
perawatan yang dapat disediakan terhadap bagian struktur tertentu
yang akan dilapisi, serta lingkungan umum yang akan dihadapinya.
Kita sudah melihat bahwa dalam tahapan fabrikasi, penyimpanan atau
pemindahan yang keras logam mungkin perlu dilindungi lapisan
sementara atau bahkan lapisan permanen. Sekarang banyak
kendaraan yang dilapisi dengan lapisan sementara yang dapat larut di
Korosi – Husada Prima Yogyakarta
6 - 1
air untuk melindunginya dari kerusakan-kerusakan kecil selama
pengiriman dari pabrik kerke ruang pamer. Ketika kendaraan sudah
sampai ke tangan dealer dengan selamat, cat tadii dapat dihilangkan
melalui pencucian biasa. Cat sementara berwarna hitam mengkilap
digunakan untuk menonjolkan lekukan kesil pada karoseri kendaraan.
Cacat kecil ini kemudian diketok ke luar dan setelah itu cat sementara
dapat dibasuh.
Sekarang orang banyak menggunakan coil-coate steel. Baja ini
dibuat di pabrik dengan cara melepaskan gulungan baja masif dan
melewatkannya ke penyemprot cat. Baja itu langsung dipanggang
untuk mengeringkan cat, kemudian digulung kembali dan siap untuk
diangkut ke tempat pemrasesan. Panel-panel lemari es, mesin cuci
dansebagainya dapat diproses dari lembaran baja seperti itu sehingga
dapat langsung dipasang.
Pembahasan dalam bab ini akan ditekankan pada mekanisme
pengendalian korosi, teknik penggunaan dan sifat-sifat cat, pelapisan
dengan plastik, dan pelapisan dengan logam . namun demikian
beberapa metode pelapisan lain juga akan disinggung.
Komposisi CatIstilah ‘cat’ meliputi sejumlah sistem pelapisan berbeda yang dirancang
untuk keperluan berbeda-beda pula. Sebelum cat digunakan, terlebih
dahulu kita harus menetapkan cara penyiapan permukaan, cara
pengecatan, dan untung- rugi penggunaan cat itu.
Cat pada dasarnya terdiri atas :
(a) Wahana (vehicle) – yaitu zat cair yang membuat cat
mempunyai fluiditas dan bila mongering atau menguap
meninggalkan suatu selaput padat.
Korosi – Husada Prima Yogyakarta
6 - 2
(b) Pigmen yang tersuspensi dalam wahana. Pigmen
mengendalikan laju korosi,atau laju difusi reaktan-reaktan pada
selaput kering.
(c) Aditif yang mempercepat proses pengeringan atau
memungkinkan lapisan cat kering lebih tahan terhadap lingkungan
kerja.
Wahana menjadai kering melalui salah satu proses berikut:
(a) Penguapan unsur pelarut dalam wahana.
(b) Perubahan kimia, terutama oksidasi terhadap unsur
cair dalam wahana, misalnya, minyak cat. Cat mongering mulai
dari permukaannya dan diulaskan atau disemprotkan selapis higga
mencapai ketebalan yang dikehendaki.
(c) Polimerisasi, yaitu reaksi kimia antara wahana dan
agen pengering (curing agent) yang dicampurkan ke dalam cat
tepat sebelum digunakan. Agen pengiring itu disimpan dalam
kemasan terpisah sehingga cat jenis ini disebut cat kemasan ganda. Dalam hal ini cat mengering diseluruh lapisan secara
bersamaan, jadi dapat diulaskan atau disemprotkan membentuk
lapisan tebal sekaligus. Sesudah dicampur dengan agen
pengering, cat harus segera digunakan sebab bila tidak demikian
cat akan menjadi rusak.
Ketika cat telah mengering sisa bagian wahana yang
padatbertindak sebagai pengikat (binder). Bagian ini menahan
pigmen diposisi masing-masing, mengikat lapisan itu ke permukaan
dan menjadi penghalang yang membatasi masuknya air, oksigen, dan
ion-ion agresif ke permukaan logam.
Walaupun tampaknya pigmen hanya memberikan warna kepada
lapisan cat, sesungguhnya ada dua peran penting lain yang
dimainkannya. Pertama, dalam lapisan primer pigmen mengendalikan
proses korosi pada permukaan logam,entah dengan menghalangi
Korosi – Husada Prima Yogyakarta
6 - 3
reaksi atau menyediakan tumbal bagi logam yang dilindungi. Kedua,
pada lapisan atas, pigmen-pigmenyg lebam menambahakan panjang
lintasan difusi yang akan ditempuh oleh oksigen dan butir-butir air
yang mencoba menembus selaput; sehingga menunda dimulainya
proses korosi serta memperlambat laju reaksinya. Mekanisme
pengendalian korosi oleh pigmen ini sangat kompleks; namun hanya
ringkasannya yang dapat diuraikan di sini.
Kalu baja yang permukaannya bersih mengalami kontakdgn
udara kering, selapis besi (III)oksid akan terbentuk pada permukaan.
Selaput itu tidak mudah ditembus oleh difusi ion-ion besi dan
melindugi logam di bawahnya. Bagaimanapun, air (setipis apapun
yang mengembun dari udara bila kelembaban lebih dari 60 prosen)
mampu memecahkan selaput itu sehingga karat terbentuk. Ion-ion Fe
(II) yang mengurai dari besi bereaksi dengan ion-ion hidroksil yang
terbentuk di katoda mula-mula menjadi Fe (OH)2, dan akhirnya
menjadi karat, FeO.OH.
Bebrapa pigmen dasar, khususnya senyawa-senyawa timbal
tetapi juga senyawa-senyawa seng dan kadmium, menghambat reaksi
korosi pada baja dengan cara memantapkan besi (III) oksida. Ketika
diaduk dengan minyak cat senyawa-senyawa timbal membentuk busa
yang kemudian mewngendapkan timbal metalik pada permukaan baja.
Dalam hal ini reduksi oksigen berlangsung lebih mudah dan
membangkitkan kerapatan arus cukup besar untuk mempertahankan
produksi selaput Fe (III) sampai lapisan oksida pada permukaan baja
menebal dan menjadi tahan terhadap difusi ion-ion besi. Garam-garam
timbal merupakan inhibitor-inhibitor yang lebih efisien ketimbang
garam-garam seng dan kadmium, tetapi bahanini sangat beracun
sehingga pihak yang berwenang biasanya membatasi atau melarang
penggunaannya. Cat-cat berbahan dasar timbal tidak boleh digunakan
untuk benda-benda yang bersentuhan dengan makanan atau air
minum serta mereka yang mengerjakan pengecatan, atau
Korosi – Husada Prima Yogyakarta
6 - 4
pembersihan cat lama yang mengandung timbal harus sering
menjalani pemeriksaan kesehatan.
Golongn pigmen yang lain adalah yang mengandug garam-
garam kromat. Ion-ion kromat akan larut begitu air menembus bahan
pengikat. Ion-ion ini bereaksi dengan selaput besi (III) yang terbentuk
akibat kontak dengan udara, membentuk krom/besi oksida kompleks
(spinel) yang merupakan penghalang kedap air bagi permukaan
logam. Karena garam-garam kromat dianggap bersifat karsinogenik
(mengundang kanker), cat yang mengandung pigmen-pigmen ini
harus ditangani dengan waspada dan untuk itu petunjuk-petunjuk dari
pabrik harus dituruti.
Beberapa pigmen timbal yang dapat larut, menaikan pH air yang
menembus pengikat dan ini selanjutnya menghambat reaksi korosi
pada baja. Seng fofat, baik sendiri maupun dicampur dengan timbal
merah,juga memproduksi lapisan penghalang yang melekat erat
meskipun mekanisme yang pasti tentang pembentukkannya belum
diketahui.
Pigmen metalik anodik dapat melindungi baja dengan cara yang
menjadi tumbal. Agar berhasil, kontak listrik harus terjalin diantara
partikel-partikel pigmen, dan antara pigmen-pigmen dengan
permukaan logam. Bubuk seng adalah satu-satunya pigmen dii
pasaran yang berhasil di lingkungan laut serta di lingkungan-
lngkungan agresif lain, walaupun ada bebrapa bukti bahwa mangan
cukup berhasil mengendalikan korosi di daerah yang kurang agresif
atau di perkotaan.penetrasi pertama air melalui bahan pengikat
menyebabkan seng terkorosi sebagai tumbal, menghasilkan seng
hidorksida. Karbon dioksida juga terdifusi melalui pengikat untuk
bereaksi dengan hidroksida dan membentuk karbonat.produk korosi
seng mengisi pori-pori dalam lapisan cat dan menjadikannya lapisan
yang kedap air, kompak dan rekat sekali. Kandungan seng yang tinggi
dalam lapisan cat yang kering diperlukan agar bagian pertama reaksi
Korosi – Husada Prima Yogyakarta
6 - 5
berhasil menyumbat pori-pori; begitu selaput menjadi rapat, kontak
listrik yang hilang antara partikel-partikel pigmen tidak begitu penting.
Pengujian-pengujian telah membuktikan bahwa cat dengan
kandungan seng 95 persen dalam lapisan kering
memberikanperlindungan selama dua tahun sebelum karat muncul di
bagian tergores pada pelat baja yang terendam dalam air laut. Bia
kandungan seng 91 persen, karattimbul dalam dua hari saja.
Alumunium dan besi oksida yang mengandung mika,
menyediakan serpihan-serpihan pigmen lembam yang menjadi sejajar
dengan permukaan logam ketika cat diulaskan. Serpihan-serpihan itu
memperpanjang lintasan difusi butir-butir air melalui bahan pengikat
dan memperlambat laju serangan terhadap logamdi bawahnya. Bubuk
kaca juga memberikan efek serupa.
Penambahan sedikit bahan lain dimaksudkan untuk mengubah
sifat-siat cat. Penambahan garam logam organik dilakukan untuk
retak tegang, dan kemungkinan adanya sulfide stress cracking
(Harsisto, 1996).
Untuk mengatasi kerugian-kerugian yang terjadi karena korosi,
maka yang harus dilakukan aalah mencegah atau mengendalikan
korosi tersebut. Namun berdasarkan teori, korosi tidak mungkin
sepenuhnya dapat dicegah karena merupakan proses alamiah bahwa
semua bahan akan kembali ke sifat asalnya dari tanah kembali ke
tanah, berasal dari bijih besi kembali jadi oksida besi. Walaupun
demikian pengendalian korosi harus tetap dilakukan, karena dilihat dari
segi ekonomi, kesehatan, artistic dan keamanan merupakan hal yang
tidak mungkin ditinggalkan. Jika pengendalian korosi ini dapat
dilakukan dengan baik, maka akan dicapai nilai ekonomisnya seperti
yang dilukiskan pada Gambar 2.4 (Supardi, 1997).
Korosi – Husada Prima Yogyakarta
6 - 29
Gambar 6.5. Korosi Logam dengan pengendalian dan tanpa
pengendalian
5. Pengendalian Korosi dengan InhibitorPengendalian korosi logam dapat dilakukan dengan beberapa
cara diantaranya : pemilihan bahan, pemberian lapis lindung, proteksi
katodik dan anodik serta pengendalian lingkungan supaya tidak korosif
dengan menggunakan inhibitor anti korosi. Inhibitor korosi biasanya
digunakan pada pengendalian korosi logam yang berada pada media
korosif berupa larutan asam.
Fontana (1987) dan Trethewey (1991) mengemukakan bahwa
inhibitor korosi adalah senyawa/zat kimia yang bila ditambahkan dalam
jumlah yang relatif sedikit ke dalam sistem logam-media elektrolit akan
menurunkan laju korosi logam.
Inhibitor korosi diklasifikasikan menjadi empat jenis, yaitu inhibitor
anodik, inhibitor katodik, inhibitor campuran dan inhibitor teradsorbsi.
Inhibitor yang sering digunakan untuk mengendalikan korosi logam
dalam larutan asam adalah senyawa-senyawa organik yang
mengandung gugus S dan N seperti hexamethylene tetraminine
(C6H12N4), thiourea [(NH2) 2CS] dan lain-lain, (Sudjono, 1996). Fungsi
inhibitor organik dalam pengendalian korosi logam dalam larutan asam
melalui pembentukan suatu lapisan teradsorbsi pada seluruh
permukaan logam yang diproteksi.
Lapisan film teradsorbsi yang terbentuk secara merata pada
seluruh permukaan logam menutupi daerah anoda dan katoda,
shingga akan menghambat secara stimultan reaksi pembebasan ion H
(reaksi 2) dan pelarutan ion logam besi Fe2+ (reaksi 1). Oleh karena itu
Korosi – Husada Prima Yogyakarta
6 - 30
penambahan potensial korosi logam baja, tetapi laju korosinya dapat
diturunkan cukup besar (lihat Gambar 6.7).
Gambar 6.7. Diagram polarisasi untuk logam baja dalam lingkungan asam dengan dan tanpa inhibitor organik. Dikutip dari Herbert, H. Uhlig, (Sudjono dan Suroso, Hartai, 1996)
Terbentuknya lapisan film pelindung tersebut karena adanya
ikatan adsorbsi kimia antara logam Fe dengan atom atau molekul
inhibitor. Menurut Hayakawa (dikutip oleh Harsisto, 1996), atom atau
molekul inhibitor hexamethylene tetramine apabila ditambahkan dalam
larutan asam sulfat akan mengalami reaksi :
selanjutnya senyawa C6H10N3 – NH2 membentuk ikatan kovalen
koordinat dengan permukaan logam dan dapat ditulis seperti ikatan di
bawah ini :
C6H10N3-NH2 + Fe C6H10N3-NH2-FE
Berdasarkan uraian dan Gambar6.7 di atas dapat ditarik
kesimpulan bahwa mekanisme pencegahan korosi logam baja dalam
media korosif larutan asam sulfat dengan inhibitor organik teradsorbsi
hexametyylene tetramine adalah dengan terbentuknya lapisan film
oksida yang menempel diseluruh permukaan baja, sehingga
menghalangi kontak langsung dengan media elektrolit, dengan
demikian proses korosi dapat dihentikan atua dikurangi dalam
persentase yang besar.
Besarnya efisiensi inhibitor mengendalikan laju korosi oleh
Fontana (1987) dinyatakan dengan rumus sebagai berikut :
Korosi – Husada Prima Yogyakarta
6 - 31
Keterangan :
E : efisiensi inhibitor
CRO : laju korosi logam tanpa inhibitor
CRi : laju korosi dengan inhibitor
6.3 CATHODIC PROTECTION & ANADIC PROTECTION
Bagi mereka yang tidak terlalu berminat terhadap korosi, konsep
penggunaan teknik listrik untuk mengendalikan korosi mungkin sama tidak
menarlknya dengan membangun struktur baja paling besar di dunia dan
memasukkannya tanpa dicat ke dalam laut. Mereka baru terkejut sesudah
menvadarl bahwa keduanya bukan khavalan semata. Sesungguhnya,
pekerjaan yang kedua baru dapat dilaksanakan berkat penernuan vang
pertama. Prinsip-prinsip dan aplikasi-aplikasi yang diterapkan di hampir
seluruh bab ini adalah proteksi katodik, suatu sebutan yang telah men)adi
jelas dengan sendirinya. Metode pengendalian korosi yang penting dan
telah digunakan secara luas ini dapat dibagi dua: metode anoda tumbal
(sacrificial anode), yang prinsip utarnanya adalah korosi dwilogam; dan
metode arus terpasang (impressed current), proses yang dikendalikan
secara elektrik. Baru-bar-u ini, sebuah teknik elektrik serupa vang disebut
proteksi anodik telah dikembaDgkan untuk beberapa kombinasi
logam/elektrolit.
Dasar TeoriSejauh ini penerapan teknik elektrik yang paling penting adalah
pengendalian korosi pada baja. Lambung kapal yang terbuat dari baja,
anjungan pengeboran lepas pantai dan pipa-pipa minyak serta gas bawah
laut, semua dilindungi terhadap serangan korosi di salah satu lingkungan
Korosi – Husada Prima Yogyakarta
6 - 32
alami yang paling agresif itu dengan menggUnakan metode-metode yang
akan diuraikan dalam bab ini. Selain itu, baja pada bagian dalarn struktur
baja, dan bejana-bejana untuk menangani bahan-bahan kimia yang
sangat korosif, juga telah dilindungi dengan cara ini.
Kecuali dalam Sub bab proteksi anodic, yang disediakan untuk
pembahasan proteksi anodik, bab ini hanya membicarakan proteksi untuk
baja karbon. Sekarang kita mulai dengan memperhatikan diagram E/pH
untuk besi dalam air.' Gambar 6.7 memperlihatkan daerah-daerah
termodinamik yang mantap untuk kondisi-kondisi lingkungan yang
berbeda
Gambar 6.7 Diagram E/pH untuk besi dalam air.
Potensial korosi bebas, Ekoo untuk besi dalam air yang teraerasi
berada dalarn rentang -600 hingga -700 rnV SSC pada pH sarna dengan
7. Potensial ini dinyatakan dengan titik 0 dalarn garnbar. Untuk kondisi air
laut, perubahan yang paling tarnpak darl garnbar di atas adalah tidak
adanya pasivasi di bawah pH sarna dengan 5. Ini sangat tidak relevan
dengan kondisi air laut alarni yang mempunyai pH antara 8,2 dan 8,5.
Karena itu titik 0 digeser ke harga pH y-ang scsua~, tetapi rent-ang harga-
harga Ek., sendiri tetap sarna. Entah berada dalam lingkungan yang
mengandung klonida atau tidak, titik 0 selalu berada dalam zona korosi
dan besi akan berkarat dengan cepat jika pernasokan oksigen selalu
cukup. Sekarang coba kita perhatikan empat cara berbeda yang
mempengar-uhl kesetimbangan. termodinarnik di titik 0.
Cara
(a) Pengurangan pH: dalam hal ini larutan dibuat lebih asarn. Dari
Garnbar 16.1 tersirat bahwa spesimen tetap berada dalarn zona
korosi pada sernua harga pH <7, yakni zona ketika ion-ion besi
Korosi – Husada Prima Yogyakarta
6 - 33
yang dapat larut merupakan unsur paling mantap. Laju korosi
meningkat bila pH turun.
Cara
(b) Peruingkatan pH: peningkatan sedikit saja ternyata mernindahkan
besi ke daerah pernasifan, karena unsur paling mantap di sini
adalah besi hidroksida (atau oksida terhidrasi) yang tidak dapat
larut. Kalau bahan itu dibiarkan melapisi besi, kita tentu
mengharapkan berkuAngnya laju korosi karena selaput itu akan
mernisahkan besi dari lingkungan yang korosif. Bagairnanapun, kita
tidak dapat mengandaikan bahwa selaput yang tidak dapat larut
sepervi itu aka-1 selalu berperilaku sebagai pelindung. Kalau
selaput itu tidak homogen, tidak konduktif, dan kedap air, atau )'Ika
selaput itu rusak akibat allran elektrolit pada permukaanhya, atau
akibat kegiatan mekanik, korosi ak*an berlanjut. Memang, la)u
korosi akan makin cepat bila clacrah anoda yang tersingkap makin
kecil. Dalam kondisi demikian, korosi sumuranlah yang paling
cenderung terjadi.
cara
(c) Pemberian potensial lebih negatif: Kondisi logam akan pindah ke
zona kekebalan. Ingat bahwa perbeclaan antara zona korosi dan
zona kekebalan semata-mata hanya berpijak pada definisi; dengan
kata lain, yang menjadi batas antara kedua zona itu adalah
keadaan dengan konsentrasi besi dalam kesetimbangan, yaitu 10-'
M. Dari Gambar 6.7, keadaan ini terjadi pada potensial kurang dari
-800 mV SSC pada pH 7. Meskipun logam berada di daerah
kekebalan sesual dengan definisi kita, reaksi korosi masih bisa
berlangsung. Bagaimana reaksireaksl anodik dan katodik bervarlasi
terhadap potensial. Semakin negatif potensial, semakin lambat
reaksi anodik, seballknya reaksi katodik justru semakin cepat:
akibatnya logam menjadi lebih katodik. Inilah prinsip proteksi
katodik pada logam.
Korosi – Husada Prima Yogyakarta
6 - 34
Cara
(d) Potensial dibuat lebih positif: logam sekali lagi dibawa ke daerah
pasif yaitu kondisi di mana laju korosi mempunyal peluang untuk
berkurang akibat pernbentukan selaput antara logam clan elektrolit.
Walaupun orang pernah mengatakan bahwa besi sukar dipasifkan,
cara ini telah digunakan secara efektif untuk kombinasi-kombinasi
ba)a/elektrolit tertentu, sebagaimana halnya untuk kombinasi-
kombinasi elektrolit dan logam-logam lain. Carra ini clikenal
sebagal proteksi anodik (11hat Sub bab 16.6).
Dalam contoh di atas kita telah menernukan bahwa cara-cara (b),
(c), dan (d) merupakan tiga cara perlindungan terhadap korosi yang
bersifat teoretis. Kalau cara (b) yang dipilih, elektrolitnya sendiri sering
berada di luar kernampuan pengendalian perekayasa atau pakar korosi
yang bertugas. Pada anjungan minyak lepas pantai, misaInya, tidak ada
orang yang sanggup mengubah pH air laut. Demikian pula, perekayasa
proses tidak dapat mengubah komposisi produk yang ingin dibuatnya
tetapi yang telah menyebabkan wadah dan pipa-pipa mengalami korosi.
Adakalanya, inhibitor tertentu dapat ditambahkan ke dalam elektrolit, clan .
Bagaimanapun, seringkah para perekayasa harus mempertimbangkan
metode-metode lain bila struktur yang harus dilindungi mahal. Cara (c)
dan (d) mer-upakan dasar pengendahan korosi melalui proteksi katodik
dan anodik.
Gambar 6.8 didasarkan pada hasil penelitian LaQue 2 clan secara
skernatik memperlihatkan variasi potensial katodik terhadap kerapatan
arus untuk baj a karbon dalam air laut. Gambar Itu juga memperlihatkan
pengaruh per-ubahan-perubahan potensial dan arus terhadap laju korosi,
yang diukur menurut berat yang hilang. LaQue menemukan korelasi yang
baik antara kurva laju korosi/kerapatan atus dengan kurva
Korosi – Husada Prima Yogyakarta
6 - 35
potensial/kerapatan arus. Sekarang perhatikan bagaimana informasi ini
dapat kita manfaatkan.
Garnbar 6.8 Diagram skematik tentang varlasi potensial katodik terhadap kerapatan arus unruk
baja dalam air laut, dan hubungannya dengan laju korosi yang diukur dari berat yang hilang.
(Diadaptasi dari data oleh LaQue2)
Gambar 6.8 memperlihatkan kepada kita bahwa korosi yang dialami oleh
logam semakin sedikit bila potensial dibuat lebih negatif. Ini hampir tidak
mengejutkan, karena logam yang dalam sel korosi basah berfungsi
sebagai katoda umumnya t1dak mengalami korosi. Anoda-anoda lokal
yang sangat kecil bisa saja berada pada perniukaan logam (penjelasan
tentang ini telah diberikan dalam bab-bab lain), dan baru setelah reaksi
anoda selesai seluruhnya korosi akan berhenti. Perancang sebuah sistem
proteksi katodik biasanya inulai dengan menetapkan laju korosi
maksinium yang dapat diterima, rp, dan menggunakan grafik seperd
Gambar 16.2 untuk mendapatkan harga kerapatan arus, 1p, yang akan
menghasilkan lalu korosi seperti yang dikehendaki. Selanjutnya kita juga
akan mendapatkan harga potensial proteksi, Ep. Potensial proteksi
sesungguhnya yang digunakan dalam sistem proteksi katodik bergantung
pada penerapan bersangkutan 3 ; pembahasan lebih lengkap tentang ini
akan diberikan dalam sub bab menclatang. Dari Gambar 16.1, kita telah
mellhat bahwa potensial proteksi itu mungkin lebih negatif dari - 800 mV
SCC, dan banyak perancang yang memilih harga -850 mV SCC. Dalam
banyak kasus, penullhan potensial yang dibutuhkan untuk mendapatkan
proteksi yang memadai telah diperoleh dengan cara coba-coba (trial and
Korosi – Husada Prima Yogyakarta
6 - 36
error), dan dalam hal ini ketidakpastian tetap ada. Sebagai aturan unium,
rentang potensial untuk proteksi itu adalah antara -800 hingga -900 mV
SCC.
Contoh berikut memperlihatkan cara menghitung laju korosi yang
d1harapkan .untuk mendapatkan potensial-potensial katodik terapan yang
berbeda.
Laju korosi pada polari-sn~-,i katodik tertentu dinyatakan dengan
persamaan:
I = io. eksp ( zFIR T)
dengan pengandaian bahwa = 0,5 (lihat Sub bab 4.7), z = 2 (untuk
besi), F = 96,494 C mol-1, R = 8,3142 j mol-1 K-' dan T = 283 K (temperatur
air laut, Yang sama dengan 100C). Untuk polarlsasl sebesar -200 mV, kita
mendapatkan:
i = io . eksp
= io. eksp (-8,20)
=0,00027 l'o
jadi, jlka kita mengandalkan potensial korosi bebas untuk baja
dalarn air laut adalah -650 mV SSC, laju korosi pada -850 mV SSC akan
berkurang hingga 0,03 persen darl laju apabila baj'a tidak dilindungi. Pada
-750 mV SCC, la)'u itu berkurang menjadi hanya 2 persen darl la)'u pada
potensial korosi bebas. Agar dapat melaksanakan cara proteksi demikian,
kita harus membuat sistein listrik seperti vang diperlihatkan berupa
diagram dalam Gambar 6.9. Komponen-~ komponen yang tampak di situ.
Sistem pengendali di sim pada dasarnya adalah sebuah potenslostat;
tetapi pirand im dilengkapi dengan piranti kompensasi otomatis; peran unit
pengontrol itu akan. sernakin jelas bila kita telah menginjak pokok
bahasan mendatang
Korosi – Husada Prima Yogyakarta
6 - 37
Gambar 6.9 Prinsip proteksi katoclik arus terpasang menggunakan potensiostat
Unit pengendali disetel dengan arus terpasang, lp, sedemikian
sehingga untuk luas permukaan basah tertentu, A, kerapatan arus adalah
IpIA = ip, dan potensial proteksi yang dipilih, bila diukur pada permukaan
logam, misainya adalah -850 mV SSC. Dengan pengandaian bahwa
sistem tidak mengalami perubahan lagi, pennukaan logam bersangkutan
akan terlindung terhadap korosi.
Pertanyaan: Potensial yang lebih negatif dan -850 mV SSC menghasilkan
kehilangan logam yang semakin kecil. Mengapa tidak menggunakan
potensial -1000 mV SSC, atau lebih rendah?
Ada dua alasan mengapa penggunaan potensial-potensial yang
lebih negatif. bukanlah gagasaii yang bmik. Pelepasan gas hidrogen, yang
terj,-O; pada potensial. yang lebih negatif darl itu, sering menimbulkan
kerusakan dalam bentuk lain, khususnya perapuhan hidrogen (lihat Bab
10). DI samping itu, at-us besar akibat potensial lebih negatif tersebut
menyebabkan tingginya konsentrasi-konsentrasi lokal ion hidroksil yang
sering merusak lapisan-lapisan penghalang seperti cat, misalnya, bila ada.
Potensial - 850 mV adalah harga yang terbalk karen~ memberikan
perlindungan yang efisien, sambil mengurangi kemungkinan terladinya
bentuk perusakan lain.
Sistem proteksl katodik yang diterangkan di atas juga
menguntungkan; karena dengan unit pengendali yang tepat, sistern
tersebut mampu mengatur sendiri sebagaimana ditunjukkan dalam
contoh-contoh mendatang.
Korosi – Husada Prima Yogyakarta
6 - 38
jika permukaan logam dilindungi dengan cat atau bahan pelapis
lain, arus yang teramati akan jauh lebih rendah, tetapi kerapatan arus
untuk melindungi bagianbagian logam yang terbuka akan tetap sama.
Sekarang perhatikan apa yang terjadi bila lapisan pelindung itu rusak,
yang menyebabkan bertambahnya luas permukaan efektif. Kalau unit
pengendall terus memasok arus sebesar arus terpasang, IP, maka
kerapatan arus akan sangat menurun. Gambar 16.2 memperlihatkan
bahwa ini akan mengakibatkan perubahan potensial kemball ke potensial
korosi bebas, yang tentu saja disertal meningkatnya laju korosi. Dalam
sistern proteksi katodik arus terpasang, instrumen mempunyai sebuah
rangkaian kompensasi otomatis yang selalu mengindera dimulainya suatu
perubahan potensial dan segera mengatasinya agar potensial tetap
berada pada harga yang telah ditentukan, EP. Untuk melakukan ini, unit
pengendall harus mempertahankan kerapatan arus, ip, dan karena itu
harus memperbesar arus terpasang.
Efek kebalikannya sama penting. Kalau luas permukaan efektif
berkurang, ada kecenderungan bahwa kerapatan arus akan naik, dan
potensial menjadi semakin negatif. Sebagaimana disebutkan di atas, ini
pun tidak diinginkan. Dengan mengindera potensial permukaan logam
secara terus-menerus, unit pengendall mampu mempertahankan potensial
konstan yang dibutuhkan untuk sistern proteksi dan membuat arus
terpasang menjadi lebih kecil. Instrumen untuk menj'aga agar potensial.
yang diterapkan tetap konstan disebut potensiostat. Penting sekall
dipahami bahwa besar arus sangat bervariasi terhadap waktu; karena itu
rangkaian Iistrik harus mampu menghadapi perubahan-perubahan
tersebut.
Ingat juga (dengan bantuan Gambar 6.8) bahwa dalam rangka
menjaga agar laju korosi tetap di bawah harga maksimum yang dapat
diterima, rp, kerapatan arus yang sama, IP, dibutuhkan untuk melindungi
baja, baik apabila baja itu d'lap,*s' i cat maupun tidak. Yang menjadi
Korosi – Husada Prima Yogyakarta
6 - 39
masalah adalah luas permukaan baja yang terbuka tidak dapat diketahui
dengan tepat. Dalam Bab 14 kita melihat bahwa lapisan cat tidak selalu
sempurna; biasanya ada cacat berupa lubang-lubang kecil (bolidays) atau
luka-luka goresan yang memungkinkan masuknya elektrolit. Logam
telanjang, apabila terendam dalam air laut akan tertutup oleh tumbuhan
atau hewan laut dan, seperti yang akan kita lihat di 6awah, akan terlapisi
selaput yang mengandung kapur bila diproteksi secara katodik. Efek-efek
ini mengandung ard bahwa kerapatan arus tidak dapat ditentukan dengan
tepat. Manfaat besar dari pernberian potensial tertentu menggunakan
sistern seperti yang dijelaskan dalam Gambar 6.9 adalah bahwa arus
berubah-ubah sampai elektroda acuan mengindera bahwa struktur ber--da
dalam potensial yang dikehendaki. Dengan cara ini, kerapatan arus yang
diperlukan untuk perlindungan bisa diperoleh tanpa harga luas permukaan
yang teliti, dan tidak pedui pada ada atau tidaknya selaput di permukaan
itu. Apabila kerapatan arus disebut. sebut dalam pembahasan mendatang,
perlu d1ingat bahwa kita tidak mengetahu, dengan tepat luas permukaan
logam yang berhadapan langsung dengan elektrolit.
16.2 Proteksi Katodik: Metode Anoda TumbalProteksi katodik dapat diselenggarakan melalul dua cara:
(a) metode anoda tumbal (sacrificial anode method);
(b) metode at-us terpasang (impressed, current method).
Sub bab ini membahas metode anoda tumbal, karena itu berkaitan
dengan pengetahuan vang diperbincangkan dalam Bab korosi galvanik,
serta dasar-dasar teorl dalam Bab korosi larutan. Barangkali, yang paling
sederhana untuk menjelaskan cara kerja proteksi katodik dengan anoda
tumbal adalah menggunakan konsep tentang sel korosi basah, . Demikian
juga kaidah umum yang telah disusun dafarn Sub bab korosi larutan:
yakni bahwa dalam suatu. sel, anodalah yang terkorosi. Sedangkan yang
Korosi – Husada Prima Yogyakarta
6 - 40
tidak terkorosi adalah katoda. Apabfla kita dihadapkan pada masalah
pencegahan korosi terhadap sebuah struktur logam yang menggunakan
konsep ini, tampaknya pemecahan masalah tersebut sederhana sekall.
Yaltu, J'lka kita mengatur agar struktur tersebut bertindak sebagal katoda
dalam suatu sel korosi, struktur tidak akan mengalami korosi. Meskipun
demikian, kadang-kadang katoda bisa saja rusak bila kerapatan arus
terlalu besar. Biasanva, kerapatan arus yang terlalu besar menimbulkan
kerusakan pada lapisan cat; tetapi perapuhan logam oleh h1drogen juga
menjadi mungkin bila potensial cukup negatif .
Kita bisa memanfaatkan pengetahuan tentang deret galvanik' untuk
memilih suatu bahan, yang bila digandenekan dengan logain yang ingin
kita lindungi, akan menjadi anoda. Karena bahan yang paling sering
membutuhkan perlindungan adalah besi dan baia, dengan segera kita
dapat melihat dari deret galvanik bahwa sernua logarn yang potenslalnya
lebih aktif dibanding besi, menurut teori, dapat digunakan. Dalam praktek,
upaya untuk melindungi besi dengan menggandengkannya dengan
natnium adalah sesuatu yang mustahil, sebagai contoh: natrium bereaksi
begitu cepatnya sehingga mengeluarkan ledakan ketika bertemu dengan
air. Natrium memang akan melindungi besi, tetapi hanya sesaat sehingga
tidak ada gunanya. Oleh karena itu orang perlu mencari logarn anodik lain
yang terkorosi lebih lambat daripada natnium. Logam-logam seperti seng,
magnesium, dan aluminium cocok untuk tugas tersebut sehingga banyak
dipakai. Maka darl itu, untuk melindungi sebuah struktur dari baja, seorang
perekayasa akan menyisipkan potongan-potongan yang pada bagian
yang ticlak mempengaruhi kekuatan struktur. Seng akan terkorosi lebih
dahulu sementara besi sendirl belum terganggu.
Korosi – Husada Prima Yogyakarta
6 - 41
Hampir. Akan tetapi tentu sala satu kilogram seng untuk sebuah
anjungan pengeboran lepas pantal tidak akan memberikan dampak yang
nyata dalam upaya mengurangi korosi secara menyeluruh. Kita perlu
memperhitungkan luas relatif anoda dan katoda. Jlka seng dan besi sama
luasnya, efek yang terjadi akan nyata. Bagaimanapun, ada saatnya ketika
seng telah terkorosi seluruhnya ternyata- besi terkorosi sekall lagi. jadl k4a
juga perlu memperhitungkan lalu korosi seng agar dapat memprakirakan
kapan periggantian harus dilakukan. Begitu Pula, kerapatan arus keluaran
akibat korosi seng pada setiap saat harus cukup untuk menghambat
korosi terhadap besi. Anoda tumbal antara lain diukur berclasarkan
kapasitas-nya, suatu besaran yang menyatakan banyaknya arnperejam
yang dapat dipasok olel-I setiap kilogram bahan. Parameter lain juga
dapat ditentukan, seperti keluaran arus per satuan luas permukaan
terbuka, yang)uga disebut laj*u pengausan (wastage) yang menyatakan
laju hilangnya logam balk dalam satuan volume maupun satuan massa.
Sebuah faktor lain yang berpengaruh terhadap penggunaan anoda
tumbal adalah efek throwing power. Istilah tbrowing power digunakan
untuk menerangkan efek proteksi sehubungan dengan)arak darl anoda ke
logam yang dilindungi. jlka)arak itu besar, sebagian potensial digunakan
untuk mengatasi hambatan elektrolit. Metode yang digunakan untuk
menetapkan posisi anoda di sebuah struktur baja tidak dapat diterangkan
di sini. Kebanyakan perancang mengandalkan pengalaman mereka di
bidang ini dan seringkali faktor sem lebih berperan ketimbang faktor
teknik. Bagaimanapun, perhitungan-perhitungan yang melibatkan gradien
medan potensial hanya dimungkinkan bila struktur sederhana dan dapat
dijadikan dasar ilmiah untuk penentuan lokasi anoda dengan tujuan
mengusahakan agar medan potensial seragam di seluruh struktur.
. Potensial katoda tembaga menjadi semakin negatif ketika arus
mengalir, sementara potensial seng menjadi semakin positif. Potensial
kedua logam itu mengarah ke potensial korosi, Ek.r, yakni potensial
ketika, hambatan dalam, sel dapat diabaikan dan ar-us pembatas
Korosi – Husada Prima Yogyakarta
6 - 42
terlampaui. Untuk mendapatkan harga Ekor yang dimaksudkan ini, luas
kedua elektroda harus sama. Dalam praktek, variasi perbandingan antara
luas-luas elektroda ternyata mengubah-ubah harga Ekor- Ini. Kalau nisbah
katoda/anoda besar, perlinclungan yang dihasilkan kemungkinan ticlak
mernuaskan karena katoda tidak cukup terpolarisasi dari potensial, korosl
bebasnya. Ingat bahwa reaksi anodik masih terjadi bila potensial lebih
negatif dari potensial korosi bebas, dan dengan alasan inilah orang
biasanya menetapkan potensial korosi; yaitu potensial paling negatif yang
dibutuhkan guna mencapai tingkat proteksi yang mernuaskan. Untuk baja
dalam air laut yang teraerasi, potensial. ini ditetapkan sekitar - 800 MV
SSC. 3 Bahan untuk anoda yang banyak dan jenisnya tepat bila
didistribusikan secara nierata di seluruh struktur akan memungkinkan
polarlsasi katodlknya mencapal potenslal lebl",I negatif daripada itu.
Anoda-anoda yang d1hubungkan ke struktur dengan tuJuan
mengefektifkan perlinclungan terhadap korosi dengan cara ini disebut
anoda-anoda turnbal (sacrifia*al anodes). Karena proteksi ini bergantung
pada efek galvanik, perlu sekall mengusahakan agar anoda-anoda
mempunyal kontak listrik yang balk dengan struktur vang dilindungi.
Anoda-anoda biasanya dilaskan ke lanclasan khusus yang terintegrasi ke
dalam struktur pada titik-titik yang telah ditentukan.
Bahan anoda tumbal tradisional untuk baja dalam air laut adalah
seng. Sir Humphrey Davy dalam tahun 1824 melaporkan keberhasilan
penggunaan anoda seng untuk melindungi pelapis tembaga pada kapal
perang. Walaupun anoda tumbal yang cligunakan sebelum masa Perang
Dunia Pertama hanya untuk mencegah korosi pada tabung kondenser
kapal perang. Baru sesudah tahun 1950 teknik itu digunakan pada skala
cukup besar. Sejak itu, sebuah paduan seng yang disebut C-Sentry @,
yang menganclung 0, 1 - 0,5 persen aluminiurn dan 0,025 -0,15 persen
kadmium, telali digunakan secara luas di b1clang inclustri kelautan. 6
Merek dagang darl Impalloy Ltd.
Korosi – Husada Prima Yogyakarta
6 - 43
Perlindungan yang diberikan oleh seng akan luar blasa seandainya
logam itu dapat dilarutkan dengan laju yang kurang-lebih konstan. Sayang
sekall, blasanya yang terjadi tidak demikian. Seng murni yang tersedia di
pasaran, terkorosi di air laut sambil membentuk selapis kulit kedap air
yang sangat membatasi keluaran arusnya. Dari antara bahan-bahan
takmurnian (Impurities): besi, tembaga, dan timbal; yang paling
menimbulkan efek merusak terhadap anoda adalah besi. Kelarutannya
dalam seng sedemikian rendah (< 0,0014 persen) sehingga kalau berlebih
maka kelebihan itu akan berupa partikel-partikel terpisah. Ini, pada
gilirannya, membentuk sel galvanik lokal yang menghasilkan suatu lapisan
seng h1droksida/seng karbonat yang tidak dapat larut, dan tidak
menghantarkan listrik; yang akhirnya menjadikan anoda tidak efektif.
Dalarn hal ini, penambahan aluminiurn menguntungkan, karena
menyebabkan terbentuknya antarlogarn alurniniurn/besi yang lebih ticlak
mulia sehingga mengurangi efek sel-sel korosi lokal. Penambahan
kadmium bekeria dengan cara yang sarna dalarn mengurangi efek yang
mer-ugikan akibat adanya takmurnian timbal.
Dalarn keadaan normal, alurniniurn mengalarni korosi surnuran
dalarn air laut diakibatkan oleh lapisan oksida yang bersifat katodik yang
selalu membungkus logarn itu ketika masih berada di udara bebas. Sifat
tidak dapat dirarnalkan yang climiliki oleh bentuk korosi ini membuat
alurninium murni sangat tidak andal untuk digunakan sebagai,anoda
turnbal. Karena itu, unsur paduan yang ditambahkan adalah yang dapat
mencegah terbentuknya selaput oksida yang merata, melekat erat dan
protektif sehingga kegiatan galvanik terus berlangsung. Dengan tujuan
inilah orang mengembangkan paduan alurniniurn yang mengandung seng
dan air raksa atau seng dan indiurn. Bahan ini mempunyai nisbah daya
fistrik/berat yang jauh lebih besar daripada paduan seng, dan penggunaan
anoda alurniniurn telah mulai menggantikan pengg-unaan seng dalarn
beberapa penerapan, khususnya pada industri lepas pantai.
Korosi – Husada Prima Yogyakarta
6 - 44
Potensial korosi bebas magnesium yang sangat negatif
mengandung arti bahwa logam itu larut agak terlalu cepat dalam air laut.
Dengan demikian, penggunaannya dibatasi hanya untuk melindungi jalur
pipa Yang dikubur dalarn tanah, atau struktur di perairan sekitar muara
Yang hambatannya cukup tinggi untuk membatasi keefektifan paduan-
paduan seng atau aluminium. Upaya perlindungan bagi tankitanki
penyimpan air tawar atau air payau juga merupakan salah satu penerapan
Yang tepat untuk anoda magnesium. Perlu dicatat bahwa magnesium
sangat berbahaya I*ika berada dekat api. Ini tentu saja menjadi pembatas
lain dalam penerapannya.
Walaupun menurut teori potensial korosi"bebas magnesium adalah
-2,12 V SCE, dalam kenyataan harga im adalah sekitar -1,7 V SCE. Ini
tercermin dari efisiensi logam tersebut Yang rendah (50 - 60 persen):
menurut perhitungan arus Yang dihasilkan seharusnya sekitar 2200
Amperejam per kilogram, tetapi dalam kenyataan jarang lebih dari 1200
Amperejam per kilogram. Tentu saja ini buruk bila dibandingkan dengan
paduan seng atau aluminium yang mempunyai efisiensi lebih dari 90
persen. Dari dua paduan magnesium Yang banyak tersedia, salah satu
menganclung 6 persen Al, 3 persen Zn, dan 0,2 persen Mn, sedangkan
lainnya, merupakan paduan hampir murni dengan 1 persen Mn. Keduanya
mer-upakan hasil upaya-meningkatkan efislensi melalui penambahan
unsur paduan, Yang ternyata kurang berhasil. Penyebab unjuk- keria yang
tidak efislen tersebut terlalu rumit bila diterangkan di sini. Tetapi secara
garis besar dapat dijelaskan bahwa hal ini berkaitan dengan perubahan-
perubahan 'konsentrasi anion dan kation dekat permukaan logam, serta
pembentukan gas hidrogen pada katoda-katoda lokal logam. Pembahasan
lengkap tentang anoda tufnbal dan sifat-sifatnya telah dipublikasi oleh
Schreiber.' Tabel 6.2 memnuat tiga macam bahan untuk anoda tumbal
berikut sifat masing-masing.
Korosi – Husada Prima Yogyakarta
6 - 45
Tabel 6.2. Bahan-bahan anoda tumbal dan sifat masing-masing
16.3 Penerapan Prakfis Proteksi Katodik dengan Amoda TumbalPernasangan anoda-anoda tumbal pada struktur-struktur balk di
lingkungan laut maupun yang terkubur dalam tanah telah dipraktekkan
selama puluhan tahun Ln akan terus menjadi metode proteksi korosi yang
sangat penting. Anoda tumbal relatif murah, mudah dipasang, dan, bila
dibandingkan dengan metode arus terpasang, metode ini dapat diterapkan
di tempat-tempat yang tidak dilengkapi catu daya, Keuntungan lainnya
tentu saja adalah tidak diperlukannya peralatan listrik yang mahal dan
tidak a&nya kernungkinan salah arah dalam pengallran arus,
sebagaimana telah dialami oleh kapal HMS Blackwood, Metode anoda
tumbal paling tepat untuk penerapan-penerapan skala kecil, walaupun
telah digunakan secara luas, dengan basil yang sama, pada struktur-
struktur berukuran besar. Meskipun demikian, untuk itu anoda-anoda
harus sering diganti dan, kalau yang dibutuhkan banyak sekall, struktur
harus diberl tegangan ekstra. Pembicaraan lebih lanjut mengenal ini akan
dijumpal di bawah.
Sudah pernah ditunjukkan bahwa kombinasi proteksi katodik
dengan proteksi pelapisan merupakan cara yang paling ekonomis untuk
melindungi struktur baja, Lapisan cat tidak ada yang sempurna; selalu
saja ada cacat pada lapisan itu sehingga sebagian perm-akaan logam
berhadapan langsung dengan lingkungan. Upaya ekstra untuk
mengurangi jumlah cacat seperti itu menyebabkan biaya pengecatan
melambung, apalagi- untuk menghilangkannya sama sekall. Sebaliknya,
biaya proteksi katodik akan menurun bila permukaan logam dilapisi,
karena bahan anoda yang dibutuhkan menjadi sedikit. Secara nalar kita
dapat menentukan suatu titik ketika proteksi katodik yang digabu*ngkan
dengan pelapisan yang balk meskipun tidak sempurna, yang
mencerminkan titik paling ekonomis. Ini diperlihatkan dalam Gambar 6.10.
Korosi – Husada Prima Yogyakarta
6 - 46
Penggunaan anoda tumbal untuk melindungi lambung kapal kini
kurang populer dibanding metode arus terpasang; tetapi masih dijumpai
pada kapal-kapal kecil, karena untuk kasus ini metode arus terpasang
tidak ekonomis. Seng merupakan bahan anoda yang paling umum, dan
orang lebih suka menggabungkannya dengan pelapisan cat . Anoda-
anoda itu dilaskan atau dibautkan ke dinding lambung kapal; seringkali
dalam susunan yang cukup rapat pada bagian buritan, karena bagian
itulah yang paling membutuhkan perlindungan. DI simi, olakan hebat yang
disebabkan olch putaran baling-baling cenderung merusak lapisan
pelindung, dan selanjutnya dinding segera mengalami korosi benturan
(imPingement corrosion). Korosi peronggaan (cavitation corrosXn.) juga
blasa dialami oleh bagian ini. Di samping itu, komponen yang dipasang
pada bagian buritan, seperti baling-baling, misalnya, sering dibuat dari
paduan bukan besi (umumnya paduan tembaga); dan ini b1sa menjadi
katoda yang begitu aktifnya sehingga selain dengan p~engecatan bagian
buritan juga perlu dilindungi dengan cara katodik. Anoda mungkin juga
dipasang pada bagian lunas kapal, serta dalam sistern mesin, yakni pada
bagian-bagian yang menerima masukan air laut.
Gambar 6.10 Perbandingan biaya proteksi katodik dan pelapisan.
Berbagai pembakuan telah dibuat mengenai kerapatan arus yang
diperlukan untuk mefindungi permukaan baja. Sebuah permukaan yang
baru saja dilapisi cat epoksi ter batubara dianggap terlindung dengan baik
bila kerapatan arus yang melalui lubanglub~ng kecil pada lapisan itu
antara 20 dan 30 mA per meter persegi, dibanding permukaan baja
telanjang yang menurut laporan membutuhkan kerapatan arus lebih dari
Korosi – Husada Prima Yogyakarta
6 - 47
100 mA per meter persegi. Para ahli masih ramai berdebat tentang harga
kerapatan. arus yang optimum karena sangat bervariasi dan masing-
masing bergantung pada keganasan lingkungan yang dihadapi.
Ketidakpastian. ini berawal dari sulitnya meramalkan luas permukaan
logam. yang akan berhadapan langsung dengan elektrolit. (Ini telah
dijelaskan pada bagian akhir Sub bab 16.1.) Dalam praktek, sesudah
mengetahui lapisan akhir yang akan diberikan ke permukaan struktur,
seorang perancang harus membuat pengandaian tentang kerapatan arus
yang dibutuhkari untuk melindunginya dan berapa bagian dari permukaan
baja yang akan dibiarkan. telanjang menghadapi air laut. (Banyaknya
cacat pada lapisan cat semakin lama akan semakin bertambah, di pihak
lain, permukaan baja yang telanjang pun mungkin akan terlapisi kerak
atau lapisan penghalang lain sehingga luas permukaan terbuka tidak
sesual lagi dengan pengandalan semula.) Sesudah membuat
pengandaian dan mengetahul arus keiua'ran dari bahan anoda yang akan
digunakannya, la akan menghitung berat bahan yang diperlukan.. Pada
struktur yang bentuk geometrisnya sederhana, penibagian anoda bisa
merata, tetapi pada struktur yang konipleks, penernpatan anoda lebih
rurnit dan sering hanya berdasarkan pengalanian terdahulu, bukan dari
perhitungan ilmiah.
Perawatan secara teratur di galangan kering perlu sekall sehingga
anoda-anoda yang telah termakan dapat digantikan dengan yang baru. Di
Angkatan Laut Inggris, kapal-kapal harus dimasukkan ke galangan setiap
18 bulan hingga dua tahun sekall, dan pada setiap kall perneriksaan orang
akan menernukan bahwa kebanyakan anoda telah termakan. Penggantidn
anoda turnbal secara keseluruhan dengan demikian termasuk prosedur
perawatan yang rutin. Kiranya penting untuk dicatat bahwa dalam
kegiatan-kegiatan semacam itu anoda-anoda sering ikut dicat oleh
pekeriapekerja yang kurang mendapatkan informasi ketika mereka
bertugas mengecat sefuruh farnbung kapal, seperti pada buritau sebuah
Korosi – Husada Prima Yogyakarta
6 - 48
kapal dagang yang tarnpak dalam Gambar 16.5. Ini tentu saja
mengakibatkan anoda-anoda t1dak berfungsi.
Keharusan memasukkan kapal ke galangan yang cukup sering ini
mernbuat sistem anoda turnbal tidak populer di kalangan penillik kapal
karena mereka menginginkan kapal mereka melaut selarna mungkin.
Karena alasan inilah, sistern arus terpasang yang menggunakan anoda
ridak habis (non-consumable anodes) lebih disukai.
Di kawasan Laut Utara, pernanfaatan cadangan surnber daya alarn
yang begitu luar biasa hanya mungkin berkat kemajuan hebat dalarn
bidang rekayasa. Beberapa diantara strukrur-struktur baja yang paling
besar di dunia kini telah dioperasikan
Gambar 6.11 Eksploatasi bahan bakar fossil di Laut Utara. Gambar ini memperlihatkan sebaran
struktur-strukrur besar dan saluran pipa pada tahun 1985. (Sumber: jawaran Hidrografi AL Inggris.)
selarna lebih dan15 hingga 20 tahun di lingkungan yang sangat agresif;
dan teknologi lepas pantai yang semula dimulai di Teluk Meksiko yang
relatif jinak Sekarang telah meluas ke lingkungan-lingkungan lain yang
jauh lebih ganas. Gambar 16.6' menunjukkan betapa hebatnya
pernbangunan dalarn iLatiun 1984 saja. Saat itu sudah sekitar 200 buah
anjungan telah didirikan dengan kedalaman darl 25 hingga lebill dar, 150
meter. Dari semua im, sekitar 90 persen berupa baja telanjang, dengan
Korosi – Husada Prima Yogyakarta
6 - 49
sejumlah besar anoda tumbal dilaskan ke seluruh baglan anjungan yang
terendam. Dalam beberapa kasus, sampal sebanyak 30 persen darl
massa struktur yang terendam adala h bahan anoda seng.
Kebutuhan untuk menemukan sumber bahan bakar fosil pen-ganti
selama M~sj'a kisruh di Timur Tengah pada pertengahan tahun 1970-an,
telah mendesak negaranegara Barat mengembangkan sumber-sumber di
Laut Utara. Teknologi baru ketika itu terpaksa dikembangkan agar
eksploatasi dl kawasan itu dimungkinkan, tetapi metode penanggulangan
terhadap korosi pada struktur-struktur yang sangat mal~l~ itu harus
didasarkan pada sistem-sistem proteksi katodik yang data ilmiahnya justlu
langka. Perancangan sistem proteksi itu sering lebih didasarkan pada
perkiraanperkiraan yang t1dak 11miah. Im berlangsung sampal tahun
1985, terutama dalam U metode arus terpasang, yang membuat para
operator tetap khawatir, dan ini pula yang mungkin menyebabkan
digunakannya bahan anoda seng secara beriebihan, karena menurut
keyakinan mereka overproteksi lebih balk daripada proteksi yang tidak
memadal. Pellknya kondisl lingkungan membuat penentuan data kualitatif
yang andal sulit sekall. Sub bab 16.5 menampilkan beberapa masalall
khas yang pernah dialami sehubungan dengan sistem-sistem arus
terpasang.
Salah sebuah an)ungan paling tua di Laut Utara adalah anjungan
West Sole B yang didirikan darl kedalaman 25 meter pada tahun 1966.
Anjungan ini dilindungi dengan kombinasi pelapisan epoksl ter batubara
dan 20 ton anoda tumbal darl seng; ini tentu saja tidak sepenuhnya seperti
kebanyakan struktur lain di Laut Utara yang tidak diberl cat pelapis, tetapl
hanya darl sinilah data uji paling lama b1sa tersedia. Distribusi anoda-
anoda di seluruh struktur itu; meskipun demikian, serupa dengan pada
struktur yang tidak dilapisi. Dan ini tampak dalam Gambar 16.7.
Dalam sebuah survey terinci mencakup 16 tahun pertama seJak
dioperasikan) FairhursO melaporkan bahwa kerapatan arus rata-rata
selama periode lima tahun pertama sebesar 11 mA per meter persegi
Korosi – Husada Prima Yogyakarta
6 - 50
meningkat menjadl 17 mA per meter ,,,,gI pada sembilan tahun
berikutnya. Anoda-anoda yang dipasang terdirl darl dua bentuk, ada yang
berbentuk balok segi empat, ada pula yang berpenampang segitiga, tetapi
semua memiliki komposisi sama. Kedua bentuk ini ternyata
memperlihatkan laju pengausan sangat berbeda yang belum dapat
dijelaskan. Selarna survey itu, anoda berpenampang segitiga lebih
menipis. Tercatat pula bahwa pengausan yang jauh lebih sedikit darl
perkiraan telah teriadi pada daerah tepat di bawah permukaan air. Salah
satu keuntungan darl pemberian lapisan cat adalah bahwa, meskipun
anoda-anoda segitiga mengalami pengausan yang parah, struktur tetap
dalam kondisi balk dan tidak ada depolarisasi mencolok yang terjadi.
Kesan menyeluruh darl survey itu adalah bahwa sistem proteksi katodik
telah bekerja dengan baik, walaupun &lam cara van, bet-beda dengan
dugaan pada tahapan perancangan. Ini memperjelas betapa suilrnya
mernbuat pencandalan-pengandalan dasar dalam perancangan sistem-
sistem proteksi anoda tumbal.
Pada anjungan West Sole B, parameter-parameter tak dikenal
masih selama dengan perkir-aan perancangnva. Tetapi sepuluh atau dua
puluh tahun lagi keadaan bisa sala berbalik. Kebanyakan sistem yang
sekarang digunakan dirancang dan diterapkan sesudah rancangan dasar
anjungan selesai dirumuskan. (Dalarn hal ini kita mengenal istilah retrofit.)
Bertambahnya luas permukaan struktur akibat adanya moda-anoda serta
pengotoran-pengotoran akibat pertumbuhan organisme laut,
menvebabkan makin besarnya energi tumbuk (impact energy) pada
hempasan gelombang. Tegangan yang dialami oleh anjungan kadang-
kadang lebih besar darl yang diprakirakan oleh perancang.
Gejal alam sendirl ada pula yang meringankan pekerjaan
perancang struktur lepas pantai. Ion-Ion kalsium, magnesium, dan
logam.lain tersedia dalam jumlah besar Uam air laut. Potensial negatif
permukaan baja yang katodik dalam hal ini melepaskan ion-ion hidroksil )
yang menyebabkan pengendapan garam-garam kalsiurn dan magnesium
Korosi – Husada Prima Yogyakarta
6 - 51
yang tidak dapat larut (calcareous deposit). Pembenrukan lapisan yang
melekat erat itu mengurangi kuat arus yang dibutuhkan untuk upaya
perlindungan, dan melindungi permukaan secara ekstensif terhadap
korosi pada setiap, anoda lokal yang ada. Sebuah studi'tentang efek
selaput endapan kapur terhadap peretakan peka-lingkungan telah
menghasilkan kesimpulan yang menggembirakan.'o Para All percaya
bahwa ketika selaput itu terbentuk, retakanretakan yang ada tersurnbat
dan mencegah mekanisme membuka-menutup yang memungkinkan
terjadinya penjalaran retak.
Belakangan ini, orang telah semakin banyak menggunakan anoda
dari paduanya Aminium karena bahan tersebut memiliki nisbah unjuk keria
terhadap berat ferformance to weight ratio) yang lebih baik. Pada tahun -
1982 Wyatt, melaporkan bahwa biaya sistem anoda tumbal aluminiurn
untuk baja telanjang pada anjungan minyak di laut dalarn adalah 3,3 juta
poundsterling, dan ini tidak lebih murah dibanding blaya sistem yang
menggabungkan metode anoda tumbal dengan metode pelapisan.
Meskipun demikian, keuntungan dari pengecatan, dibanding keuntungan
darl pembenrukan selaput kapur pada baja telanjang, belum diketahul
dengan pasti kal, dan unjuk kerja yang telah terbukti untuk yang
belakangan ini lebih disul sekurangnya di Laut Utara.
Saluran pipa pun membutuhkan perlindungan. Saluran pipa baja
yang dikubur dalarn tanah telah berhasil difindungi dengan metode anoda
tumbal selarna bertallui-, tahun. Dalarn hl ini anoda-anoda dikubur pada
selang tertentu di sepanjang ?'alur pipa, darY pada Jarak yang tetap darl
pipa, seperti tampak dalam Gambar 6.11. Metode ink bergantung pada
adanya lintasan konduktif melalul tanah darl anoda,ke pipa. Apabila anoda
terhubung dengan kabel atau kawat ke plpa~, anoda akan melarut; dar,
suatu fluks arus akan terbentuk dan mempolarisasikan pipa sehingga
memillkli potensial seperti dalarn Gambar 6.11 Pentingnya peletakan
anoda secara tepat)*uga tampak dari gambar tersebut, karena jlka jarak
terIalu renggang, polarisasi di titiktitik terjauh darl anoda tidak akan cukup
Korosi – Husada Prima Yogyakarta
6 - 52
untuk memberikan perlindungan. Profil potensial seperti di atas
bergantung sekall pada kondisi tanah; karena itu untuk mendapatkan
unjuk keria yang andal kita harus teliti dan hati-hati, balk dl tahap
perancangan maupun dalarn masa pemantauan selarna pengoperasian.
Cacat pada lapisan pelindung )uga dapat menimbulkan potenslal lokal
yang berada di luar rentang potensial untuk perlindungan. Keadaan
demiklan dapat menyebabkan kebocoran pada pipa serta membuat
proteksi katodik menjadi sla-sla. Reaksi yan, terjadi di permukaan baja
bergantung pada jerils tanah: di tanah asam, reaksi katoda yang lebih
mungkin adalah reduksi ion-Ion hidrogen menjadi gas hidrogen,
sedangkan di tanah yang t1dak asam yang teraerasi dengan baik, reaksi
katoda yang. terjadi adalah reduksi oksigen menjadi ion-ion hidrok-si,
Gambar 6.11. Pelindungan terhadap saluran pipa baja bawah tanah menggunakan
proteksi katodik anoda tumbal.
Dalam praktek, pemantauan potensial saluran pipa sarat dengan
kesulitan. Selama bertahun-tahun, orang hampir selalu membuat
kesalahan serius akibat kurang memperhatikan terjadinya IR drop antara
permukaan yang dilindungi dan elektroda acuan. Saluran pipa yang
tertanam dalam tanah, khususnya, menghadapi masalah ini karena
letaknya yang sukar dicapai. Metode-metode di mana dengan stabbing
electrode kita bisa mengukur potensial sedekat mungkin dengan
permukaan logam, terbukti paling berhasil untuk saluran-saluran pipa di
bawah permukaan laut; walaupun kesulitan tetap tidak terelakkan bila pipa
itu terkubur atau terbungkus dalam beton. Dahulu, pipa bawah tanah
biasanya dibuat lebih tebal darl kebutuhan, tetapi keadaan sekarang
Korosi – Husada Prima Yogyakarta
6 - 53
sungguh berbeda: tekanan zat cair dalam pipa semakin tinggi, tingkat
tegangan juga semakin tinggi, namun dinding pipa harus tipis; ini tentu
saja meningkatkan perlunya pemantauan ketahanan korosi pada saluran
pipa. Selumlah metode lain yang baru sekarang ini telah dikembangkan
untuk saluransaluran pipa bawah tanah. Penjelasan selengkapnva tentang
ini dapat dijumpal dalam salah satu acuan.
Sejak tahun 1970-an penggelaran saluran pipa bala bawah laut
sepanjang 4000 km di Laut Utara (lihat Gambar 16.6) telah dilengkapi
dengan sistern proteksi dengan menggunakan anoda tumbal dari seng
yang dikombinasikan dengan teknik pelapisan. Sampal tahun 1985,
penggunaan paduan aluminium sebagai anoda masih jarang. Perletakan
anoda-anoda untuk saluran pipa bawah laut biasanya berbeda dengan
untuk saluran pipa bawah tanah di daratan. Di dasar laut, anoda-anoda,
yang kebanyakan berbentuk 'gelang' seberat 300 hingga 400 kg, dipasang
sekeliling badan pipa pada selang sekitar 150 m. Saluran pipa itu
sebagian bersandar di dasar laut, sebagian lainnya mungkin terkubur di
bawah permukaan dasar laut, dan berfungsi mengalirkan minyak darl
anjungan ke daratan yang jaraknya bisa ratusan kilometer.
Kecemasan akan terjadinya pencemaran bila ada pipa yang bocor
akibat korosi mewajlbkan perusahaan-perusahaan minyak di Inggris dan
Norwegia mengambil tindakan-tindakan pengamanan. Untuk itu mereka
membentuk tim-tim yang bertugas melaksanakan survey di sepanjang
jalur pipa secara teratur. Backhouse dan Holt" menjelaskan apa saja yang
harus dUakukan dalarn survey tersebut:
(a) Parameter paling penting yang perlu diukur adalah potensial
proteksi katodik lokal di seluruh panjang pipa. Bila potensial baja
berada pada harga -850 mV SSC beratti baja di situ cukup
terlindung, dan ini menunjukkan betapa pentingriya pengukuran
potensial secara teliti. Meskipun demikian, ini tidak sesederhana
yang kita duga. Biasanya kita menjumpai variasi lokal pada anoda-
anoda, f7ange, sambungan-sambungan, dan bagian yang
Korosi – Husada Prima Yogyakarta
6 - 54
pelapisnya cacat. Pengukuran itu hanya bisa teliti bila dilakukan
pada titik-titik di dekat pipa. Variasi-varlasi lokal itu bisa tersamar
atau tertindih oleh variasi-variasi yang berasal dari sumber lain.
Anjungan sendiri menimbulkan pengaruh yang cukup besar
terhadap potensial ketika dlhubungkan dengan pipa. Di dekat
anjungan, bila sambungan.tidak dilengkapi dengan isolator,
potensial pipa rata-rata dapat berubah sekitar 100 - 200 mV dalarn
beberapa kilometer. Variasi-variasi akan timbul juga bila sebuah
pipa yang pelapisannya buruk disambungkan dengan pipa yang
pelapisannya baik, atau bila saluran pipa yang sistern proteksi
tumbalnya buruk d1hubungkan dengan yang sistem. tumbalnva
balk. Banyak metode yang digunakan untuk menentukan potensial
saluran pipa mengandung kesalahan-kesalahan yang cukup besar
sehingga mengurangi manfaat sun-ey.
(b) Pengukuran arus-arus keluaran dan potensial pada anoda-anoda
gelang bukan yang paling penting tetap-I dapat digunakan untuk
memprakirakan urnur anodaanoda itu.
(c) Pengeplotan gradien-gradien medan di sepanjang saluran pipa
memungkinkan kita mengetahul tempat-tempat yang bahan
pelapisnya cacat. Apabila dari pemeriksaan itu sepintas lalu cacat
pada lapisan tampak serius, perlu dimaklumi bahwa anoda tumbal
justru disedlakan untuk maksud tersebut. Sebuah cacat akan
menyebabkan anoda-anoda yang paling dekat termakan dengan
laju lebih cepat, sementara pipa baj a sendiri terlindung.
Pemeriksaan terhadap un)uk kerja proteksi korosi pada saluran
pipa bawah laut dilakukan menggunakan perlengkapan seperti dalam
Gambar 16.9(a). Sebuah probe atau penduga multi elektroda dipasang di
sebuah kendaraan yang dikendalikan dari jarak jauh (ROV/remotely
operated vehicle) yang terhubung dengan kapal survey melalui sebuah
kabel. Sebuah elektroda lain yang dipasang pada kabel cukup jauh darl
Korosi – Husada Prima Yogyakarta
6 - 55
probe memungkinkan pengukuran medan dapat dilaksanakan. Kendaraan
bawah laut tersebut dikemudikan di sepaniang jalur pipa sambil secara
berkala menusukkan probe ke lapisan pembungkus pipa untuk mengukur
gradien medan potensial pada ternpat-tempat tertentu. Kemudian sebuah
konverter analog-ke-digital yang d1hubungkan dengan pemancar di ROV
mengirimkan data yang diperoleh ke kornputer di kapal yang tergandeng
dengan komputer navigasi. Dengan cara ini kita isa mendapatkan sebuah
grafik potensial yang teliti untuk sernua titik sepan)ang saluran pipa,