BAB III

PEMBAHASAN

3.1. Proteksi Katodik Anoda Tumbal

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

negatif sehingga berperan sebagai anoda. Elektron akan mengalir dari anoda ke

katoda melalui kabel penghubung sehingga terjadi penerimaan elektron di katoda.

Dengan adanya penerimaan elektron tersebut, katoda mengalami reaksi reduksi dan

terproteksi dari proses korosi.

Gambar 3.1. Proteksi Katodik Metode Anoda Korban

Sumber : Peabody’s Control of Pipeline Corrosion, 2001

Sistem 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 struktur kapal laut.

3.2. Jenis Anoda Korban dan Karakteristiknya

Penentuan material yang digunakan sebagai anoda korban dilakukan

berdasarkan kemampuan material tersebut dalam menurunkan potensial logam yang

diproteksi mencapai daerah imun dengan cara membanjiri struktur dengan arus searah

melalui lingkungan. Faktor lainnya yaitu biayanya murah, mampu dibentuk sesuai

ukuran, dan dapat terkorosi secara merata. Anoda korban yang biasa digunakan

adalah magnesium (Mg), seng (Zn), dan aluminium (Al).

Pemakaian anoda Mg digunakan untuk lingkungan yang mempunyai

resistivitas tinggi. Hal ini disebabkan pada lingkungan ini diperlukan anoda yang

tinggi keluaran arus per satuan berat dan potensial elektrodanya sangat negatif. Anoda

Mg banyak digunakan untuk memproteksi pipa dalam tanah.

Pemakaian anoda Al banyak digunakan di lingkungan air laut dan harganya

relatif murah dibandingkan anoda lain. Anoda Zn merupakan anoda korban yang

paling banyak digunakan di lingkungan air laut dan mempunyai efisiensi yang tinggi.

Tabel 1. Jenis Anoda dengan Resistivitas Lingkungan

Anoda Resistivitas Lingkungan (ohm/cm)

Aluminium (Al) < 150

Seng (Zn) 150 - 500

Magnesium (Mg) > 500

Sumber : Teknik Pengendalian Korosi

Tabel 2. Karakteristik Anoda Korban

Jenis

Anoda

Massa Jenis

(kg/dm3)

Potensial

(Volt/CSE)

Tegangan

Dorong (Volt)

Kapasitas

(AH/Kg)

Efisiensi

(%)

Al 1,7 1 – 1,7 0,6 – 0,8 2700 50

Zn 7,5 1,05 0,25 780 95

Mg 2,7 1,10 0,25 1230 95

Sumber : Teknik Pengendalian Korosi

3.3. Backfill Anoda Korban

Pemakaian anoda korban yang diterapkan untuk proteksi katodik di dalam

tanah perlu mengggunakan pembungkus yang disebut backfill. Backfill merupakan

kantung 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:

1) Memberikan lingkungan yang merata, sehingga keluaran (output) arus anoda

dapat diperkirakan tetap.

2) Menurunkan resistivitas dari fasa anoda dengan tanah.

3) Mencegah kontak langsung antara anoda dengan tanah.

3.4. Perancangan Instalasi Anoda Korban

Instalasi sistem proteksi anoda korban lebih sederhana dibandingkan dengan

sistem proteksi arus paksa. Proses instalasi anoda korban melibatkan penguburan

sebuah anoda paket tunggal di daerah saluran pipa, seperti yang terlihat pada.

Gambar 3.2. Instalasi Paket Anoda Tunggal

Paket anoda magnesium 17-lb, 20 lb, atau 32-lb dapat digunakan untuk jenis

aplikasi di dalam tanah dengan resistivitas tinggi, sedangkan anoda seng dapat

digunakan untuk resistivitas rendah. Untuk umur proteksi yang lebih lama,

dibutuhkan berat anoda yang lebih besar.

Ketika beberapa anoda magnesium atau seng harus dipasang pada satu lokasi,

biasanya pada pipa ter-coating, anoda dapat dihubungkan ke kawat header. Kawat

header harus dibawa ke testbox untuk pemantauan dan pengukuran potensial proteksi

secara periodik. Hal ini diilustrasikan oleh gambar 3.

Gambar 3.3. Instalasi Paket Anoda Gabungan

Anoda-anoda yang dipasang harus ditempatkan dalam susuan garis lurus

untuk ketahanan pemasangan. Posisi anoda dapat tegak lurus terhadap pipa, seperti

yang ditunjukkan dalam gambar 3.3,atau sejajar dengan pipa. Jarak penempatan

anoda magnesium gabungan minimal harus 15 kaki dari pipa sedangkan untuk seng,

jarak ini dapat dikurangi sampai 5 kaki untuk kinerja optimal atau lebih dekat jika

terdapat sedikit ruang.

Jika area tempat pemasangan anoda sangat terbatas, anoda dapat ditempatkan

dalam lubang di samping pipa dengan lubang yang cukup dalam sehingga dapat

memberikan jarak yang sesuai antara pipa dan anoda. Hal ini diilustrasikan pada

gambar 3.4.

Gambar 3.4. Instalasi Paket Anoda di bawah Pipa

Untuk penempatan anoda gabungan dengan jenis instalasi ini diperlukan

lubang yang sangat dalam. Kedalaman yang disarankan adalah seperti yang

ditunjukkan pada gambar 3.4. Hal ini dibenarkan oleh fakta bahwa dengan anoda

yang lebih dalam ke bumi (dengan resistivitas tanah baik) efek gradien potensial pada

pipa dapat menjadi kurang kuat dibandingkan dengan anoda yang lebih dekat ke

permukaan bumi dan pada jarak lateral yang sebanding dari pipa. Keuntungan lain

dari jenis instalasi ini adalah bahwa anoda yang ditempatkan secara dalam dapat

menghasilkan output arus yang merata, terkait dengan kelembaban tanah. Selain itu,

instalasi jenis ini dapat melindungi anoda dari kerusakan akibat penggalian

permukaan tanah untuk tujuan lain.

Tiga ilustrasi sebelumnya membahas mengenai penggunaan anoda paket

dimana setiap anoda dan material backfillnya dipasang sebagai satu kesatuan. Baik

anoda seng maupun magnesium sebagian tersedia dalam bentuk tanpa backfill. Untuk

pemasangan anoda dan backfill didalam sebuah lubang dapat ditunjukkan pada

Gambar 3.5.

Gambar 3.5. Instalasi Anoda dengan Backfill Terpisah

Anoda dan backfill yang dipasang secara terpisah lebih sering digunakan

untuk instalasi anoda ganda daripada untuk instalasi anoda tunggal. Keuntungan dari

jenis instalasi ini adalah bahwa backfill yang dipasang secara terpisah dan dipadatkan

di sekitar anoda, benar-benar mengisi semua rongga di lubang anoda. Hal ini

meminimalkan kemungkinan backfill menjauh dari anoda dan mengurangi efektivitas

jangka panjang dari anoda. Kemungkinan ini lebih besar jika anoda paket digunakan,

karena ketika wadah backfill memburuk, backfill akan masuk ke dalam rongga yang

tanpa sadar mungkin telah tertinggal di sekitar atau di bawah paket.

Pada resistivitas tanah tertentu, anoda korban perlu dipasang secara horizontal

untuk kinerja yang efektif. Baik anoda paket maupun anoda terpisah dan backfill

dapat diinstal. Ketika menempatkan anoda paket secara horizontal di sebuah parit,

haruslah hati-hati ketika melakukan backfilling untuk memastikan bahwa tanah

benar-benar mengelilingi anoda paket, sehingga tidak ada ruang kosong. Tanah yang

ada kemudian dapat digunakan untuk mengurug backfill pada lubang tersebut (setelah

membuat semua koneksi timah anoda dan mengisolasinya).

3.5. Pemilihan Anoda Tumbal

Metoda perlindungan katodik ini dapat dikatakan berhasil baik, jika kita tepat

dalam memilih anoda yang akan dikorbankan. Secara kasar dapat dikatakan anoda

yang dikorbankan harus mempunyai kemudahan oksidasi lebih tinggi dari logam

yang akan dilindungi. Jadi berbagai alternative tentang anoda korban jika kita ingin

melindungi bahan yang terbuat dari besi baja adalah logam- logam yang memiliki

Potensial reduksi standart yang lebih kecil dari besi baja tersebut. Dengan demikian

maka logam yang dipasang dalam anoda akan mengalami oksidasi, dan air yang ada

di sekitar logam tersebut yang akan reduksi, yakni ditandai dengan munculnya

gelembung –gelembung gas (dari gas hydrogen) dan suasana system yang semakin

basa.

Reaksi yang terjadi adalah seperti berikut:

a. Anoda korban logam Aluminium:

Di Anoda: 2 Al (s) 2 Al3+ + 6 e Eo = 1,706 V

2 Al3+(aq) + 6 OH- 2 Al(OH)3 (s)

Di sekitar Katoda: 3 H2O(aq) + 6 e 3 H2(g) + 6 OH- Eo= 0,83 V

__________________________________________________

2 Al (s) + 6 H2O(aq) 3 H2(g) + 2 Al (OH)3 E1= -0,876 V

Kinerja anoda aluminium sangat dipengaruhi oleh komposisi kimianya. Anoda

aluminium tidak digunakan dalam keadaan murni, karena mudah membentuk lapisan

pasif. Untuk memperbaiki kinerjanya ditambahkan logam paduan indium.

b. Anoda korban logam Seng:

Di Anoda: Zn (s) Zn2+ + 2 e Eo = 0,76 V

Zn 2+(aq) + 2 OH- Zn (OH)2 (s)

Di sekitar Katoda: H2O(aq) + 2 e H2(g) + 2 OH- Eo= 0,83 V

________________________________________________

Zn (s) + H2O(aq) H2(g) + Zn (OH)2 E1= 0,07 V

c. Anoda korban logam Magnesium:

Di Anoda: Mg (s) Mg2+ + 2 e Eo = 2,375 V

Mg 2+(aq) + 2 OH- Mg (OH)2 (s)

Di sekitar Katoda: H2O(aq) + 2 e H2(g) + 2 OH- Eo= 0,83 V

________________________________________________

Mg (s) + H2O(aq) H2(g) + Mg (OH)2 E1= 1,545 V

Tabel 3. Perbandingan Tebal Pipa Setelah Diproteksi Anodik Selama 4 Minggu

Tebal Pipa

Mula-mula

Jenis

Anoda

KORBAN

Tebal Pipa Setelah Pengamatan (t) minggu

1 2 3 4

1,200 mm Aluminium 1,2000 mm 1,1999 mm 1,1998 mm 1,1997 mm

1,200 mm Seng 1,2000 mm 1,1998 mm 1,1996 mm 1,1995 mm

1,200 mm Magnesium 1,2000 mm 1,2000 mm 1,2000 mm 1,1999 mm

Dari data pengamatan yang ada, maka kita dapat menarik suatu benang merah

atau trend/ kecenderungan bahwa ternyata pipa besi baja yang diberi anoda korban

magnesium akan memiliki harga ketebalan pipa yang terbesar. Hal ini mengandung

suatu pengertian bahwa pada anoda korban logam magnesium, kelajuan reaksi

oksidasi atau proses perkaratan yang terjadi adalah yang terkecil.

Dari data pengamatan ternyata pipa besi baja yang diberi anoda korban

magnesium memiliki harga ketebalan pipa yang terbesar. Pada anoda korban logam

magnesium, kelajuan reaksi oksidasi atau proses perkaratan yang terjadi adalah yang

terkecil.

Persamaan- persamaan reaksi tersebut di atas menggambarkan bahwa Potensial

Redoks (reduksi oksidasi) yang terjadi adalah negatif. Secara termodinamik,

kespontanan suatu reaksi dilambangkan dengan energi bebas Gibs ( Δ G) yang

berharga positif. Secara matematik energi bebas Gibs dapat dituliskan :

Δ G = - n F E sell

Semakin besar energi bebas Gibs semakin spontan reaksi reduksi- oksidasi yang akan

terjadi. Jadi pada anoda korban logam magnesium, reaksi redoks paling mudah

terjadi. Artinya besi baja yang dilindungi akan lebih utuh/ awet, jika dibandingkan

dengan anoda korban pada 2 yang lainnya.

Kesimpulan

1. Perancangan instalasi anoda tumbal dilakukan dengan cara penguburan paket

anoda tumbal di sekitar daerah yang akan diproteksi.

2. Jenis anoda tumbal yang digunakan antara lain Mg, Al, dan Seng. Dimana Mg

untuk daerah resisvitas tinggi, Al dan Zn banyak di lingkungan air laut dan

mempunyai efisiensi tinggi.

3. Pada penggunaan anoda tumbal, logam yang dipasang dalam anoda akan

mengalami reaksi oksidasi, dan air yang ada di sekitar logam tersebut yang

akan mengalami reduksi yang ditandai dengan munculnya gelembung –

gelembung gas (dari gas hydrogen) dan suasana system yang semakin basa.

4. Logam besi yang dilindungi dengan anoda tumbal logam magnesium

memberikan kecepatan korosi yang paling lambat karena reaksi redoks lebih

mudah terjadi.

TAMBAHAN

Mengapa jika potensial elektrokimianya negatif lebih bagus?

Deret elektrokimia atau deret Volta adalah urutan logam-logam (ditambah

hidrogen) berdasarkan kenaikan potensial elektrode standarnya.Umumnya deret volta

yang sering dipakai adalah adalah:

Li K Ba Sr Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb H Sb Bi Cu Hg Ag Pt Au

Pada Deret Volta, unsur logam dengan potensial elektrode lebih negatif ditempatkan

di bagian kiri, sedangkan unsur dengan potensial elektrode yang lebih positif

ditempatkan di bagian kanan.

Semakin ke kiri kedudukan suatu logam dalam deret tersebut, maka

Logam semakin reaktif (semakin mudah melepas elektron)

Logam merupakan reduktor yang semakin kuat (semakin mudah mengalami

oksidasi)

Sebaliknya, semakin ke kanan kedudukan suatu logam dalam deret 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 logam yang letaknya lebih kiri dari logam tersebut dalam

deret volta (misalnya magnesium) sehingga logam yang mempunyai potensial

elektrode yang lebih negatif lah yang akan mengalami oksidasi. Metode pencegahan

karat seperti ini disebut perlindungan katodik. Contoh lain dari perlindungan katodik

adalah pipa besi, tiang telepon, dan berbagai barang lain yang dilapisi dengan zink,

atau disebut Galvanisasi. Zink dapat melindungi besi dari korosi sekalipun lapisannya

tidak utuh. Oleh karena potensial reduksi besi lebih positif daripada zink (posisinya

dalam deret Volta lebih ke kanan), maka besi yang kontak dengan zink akan

membentuk sel elektrokimia dengan besi sebagai katode. Dengan demikian besi

terlindungi dan zink yang mengalami oksidasi. Badan mobil-mobil baru pada

umumnya telah digalvanisasi, sehingga tahan karat.

Larutan garam suatu logam yang berada di bagian kiri dapat bereaksi dengan logam

yang berada di bagian kanan. Contohnya larutan FeCl3 (feri chloride) boleh mengikis

Cu (copper / tembaga).

Berikut adalah deret elektrokimia lengkap, diukur pada 298,15 K (25 °C):