BAB II LANDASAN TEORI

BAB II
LANDASAN TEORI
Dalam proses desain sistim proteksi katodik landasan teori merupakan hal
yang paling utama terutama ketika tahap perhitungan. Desain sistim proteksi katodik
pada jaringan pipa onshore Stasiun Talang Duku, hal-hal yang dibutuhkan sebagai
landasan teori yang berhubungan dengan tugas akhir yang akan dibuat.
2.1
Proses Korosi dan Komponen Utamanya
Korosi adalah suatu bentuk degradasi material akibat interaksi dengan
lingkungan. Bila material tersebut berupa kayu, maka degradasi material akibat
interaksi dengan lingkungan ini berupa pelapukan, namun bila terjadi pada material
berupa metal, maka disebut sebagai karat. Korosi sering diasosiasikan dengan korosi
metal atau karat. Korosi pada metal ini, merupakan peristiwa degradasi material
dengan mekanisme elektrokimia. Mekanisme elektrokimia dapat dijelaskan melalui
diagram berikut:
Gambar 2.1. Sel Elektrokimia
6
Sel elektrokimia ini menjelaskan proses korosi yang terjadi pada metal. Proses yang
sama dengan mekanisme penyepuhan. Dalam sistem di atas, ada dua material yang
dimasukan dalam satu cairan dan terhubung antara keduanya dengan suatu kabel atau
penghantar. Pada proses penyepuhan umumnya digunakan sumber arus berupa
baterai.
Pada proses selanjutnya, maka akan ada material yang terdegradasi dan berkurang
bahkan sampai akhirnya hilang. Dalam proses penyepuhan tembaga dengan
kuningan, maka kuningan akan hilang dan menutupi permukaan dari tembaga
tersebut.
Proses terdegradasinya material kuningan ini adalah bentuk dari korosi. Material yang
‘hilang’ ini dalam sistem elektrokimia disebut sebagai Anoda yang memiliki
potensial korosi lebih tinggi (berpotensi untuk terkorosi), sedangkan tembaga adalah
material yang tidak berkurang dan disebut sebagai Katoda, yang memiliki potensial
korosi lebih rendah.
Kemudian dalam proses penyepuhan tersebut, kedua material harus berada dalam
cairan, biasanya digunakan air garam. Cairan ini disebut elektrolit, dinamakan
demikian karena cairan ini memiliki ion atau electron bebas yang dapat mengalirkan
arus listrik.
Atas ketiga hal tersebut yaitu anoda, katoda dan elektrolit berikut adalah definisi yang
dinyatakan oleh NACE:
7
a.
Anode: “The electrode of an electrochemical cell at which oxidation occurs.
Electron flow away from the anode in the external circuit. Corrosion usually
occurs and metal ions enter the solution at the anode”
Elektroda dalam sel elektrokimia yang mengalami reaksi oksidasi dan darinya
elektron mengalir keluar melalui konduktor. Korosi terjadi di material ini dan
ion logam tersebut masuk ke dalam elektrolit.
b.
Cathode: “The electrode of an electrochemical cell at which reduction is the
principal reaction. Electrons flow toward the cathode in the external circuit”
Elektroda dalam elektrolit dimana terjadi reaksi reduksi dan elektron mengalir
menujunya melalui konduktor.
c.
Electrolyte: “A chemical substance containing ions that migrate in an electric
field”
Larutan kimia yang mengandung ion yang dapat bermigrasi dalam medan
listrik.
Kunci dari elektrolit adalah ion, artinya konduktivitas. Semakin konduktif elektrolit,
maka laju korosi semakin cepat. Bila elektrolit berupa tanah, maka semakin rendah
tahanan tanah maka semakin korosif.
Sistem ini menggambarkan secara lengkap tentang korosi. Terlihat bahwa korosi
hanya bisa terjadi bila memiliki komponen utama berikut:
a.
Material anoda dan katoda
b.
Elektrolit
8
c.
Konduktor yang menghubungkan anoda dan katoda secara elektris
Proses korosi terjadi, sebagai berikut:
Umum material logam dalam dunia ini berada dalam kondisi tidak stabil, tingginya
level energi elektron di kulit terluar membuat logam selalu aktif untuk berpindah ke
tempat lain dengan potensial (level energy) lebih rendah untuk mencari kestabilan.
Bila material ini berada dalam elektrolit dan membentuk sistem tersebut, material
yang bersifat anodis, akan mengalami reaksi oksidasi, dimana terjadi pengurangan
material:
M  Mn+ + n eM adalah material logam, misalkan M adalah Fe, maka:
Fe  Fe2+ + 2 eMaterial Fe terdesosiasi, ion Fe lepas di elektrolit. Kemudian elektron tersebut akan
mengalir melalui konduktor menuju material lain yang bersifat katoda.
Katoda akan mendapatkan tambahan elektron. Naiknya jumlah elektron berarti
naiknya potensial reduksi material, sehingga di katoda akan terjadi reaksi reduksi.
Bila elektrolit merupakan lingkungan bersifat asam, maka reaksi reduksi yang terjadi
sebagai berikut:
2 e- + 2 H+  H2
9
Bila terjadi di lingkungan basa, reaksi yang terjadi adalah:
2 e- + O2 + H2O  4 (OH)Contoh, bila anoda berupa Fe dan ion Fe dapat menuju katoda maka akan terjadi
Fe(OH)2, lapisan ini yang biasanya ada dipermukaan anoda.
Peristiwa korosi adalah peristiwa elektrokimia, karena selain terjadi reaksi kimia juga
terjadi pertukaran elektron.
Bila dilihat dari peristiwa diatas, maka terlihat bahwa material yang mengalami
perusakan adalah material yang bersifat anodis dalam sistem korosi dan material yang
tidak mengalami perusakan adalah yang bersifat katodis.
2.2
Korosi Pada Pipa Baja yang Tertanam Dalam Tanah
Korosi terjadi dalam pipa dengan sistem korosi seperti digambarkan dalam
gambar di bawah ini:
Gambar 2.2. Korosi pada pipa
Pada pipa sistem korosi terbentuk dengan sempurna, dijelaskan sebagai berikut:
10
a.
Elektrolit, tanah atau air laut tempat pipa tertanam adalah elektrolit. Dan
keduanya memiliki ion, terlebih lagi air laut yang memiliki tahanan sangat
rendah.
b.
Anoda dan katoda, perbedaan komposisi kimia dalam logam dan juga kondisi
lingkungan yang berbeda akan menimbulkan perbedaan potensial. Sehingga
satu bagian akan bertindak sebagai anoda dan bagian lain sebagai katoda.
c.
Konduktor, pipa adalah konduktor itu sendiri yang menghubungkan secara
langsung anoda dan katoda dalam pipa itu sendiri.
Jadi pipa dalam tanah atau laut tempat tertanamnya pipa akan mengalami proses
korosi. Pipa kita selalu terancam korosi.
2.2.1
Hubungan Potensial, pH dan Korosi
Korosi pada logam terjadi karena memang logam secara umum tidak stabil
sehingga selalu mencari tingkat energi yang lebih rendah untuk mencapai kestabilan.
Salah satu petunjuk mengenai karakteristik material yang sangat diperlukan dalam
rangka proteksi terhadap korosi adalah diagram Pourbaix.
Pada tahun 1938, Dr. Marcel Purbaix pertama kali memperkenalkan
diagram pourbaix. Diagram ini merupakan hubungan antara potensial dan pH. Dan
menunjukan beberapa area kritikal yaitu area imun, area korosi dan area pasifitas.
Area korosi adalah kondisi dengan kadar pH dan potensial tertentu akan
mengalami degradasi material secara spontan. Area imun adalah area dengan
11
perlakuan sehingga material tidak akan mengalami korosi atau imun terhadap korosi,
pada area ini diharapkan proteksi katodik dapat bekerja. Kemudian terdapat area
pasifitas, di area ini sebenarnya material sudah mengalami korosi yang cepat dan
tercipta suatu lapisan di permukaan material yang mengisolasi material dengan
lingkungan atau membuat proses korosi terhenti. Aplikasi pada area ini disebut juga
sebagai proteksi anodik. Pada area ini material tidak dapat dikatakan tidak terkorosi
atau imun, karena korosi tetap terjadi dengan laju yang lebih rendah.
Berikut adalah contoh diagram Pourbaix untuk material logam besi (Fe).
Gambar 2. 3. Ilustrasi Diagram Purbaix untuk Fe
Untuk jenis material yang berbeda maka akan memiliki diagram Pourbaix
yang berbeda-beda. Dari diagram pourbaix ini dapat kita identifikasi dua metode
untuk memproteksi material dari korosi, yaitu dengan cara menurunkan potensial
menuju area imun atau menaikan potensial hingga masuk ke area pasif dan
memodifikasi lingkungan dengan merubah nilai pH.
12
Pada gambar 2. 3, terlihat karakteristik dari Fe, pada garis vertikal
merupakan potensial terhadap elektroda referensi Hidrogen (SHE – Standard
Hydrogen Electrode) untuk besi. Besi akan berhenti mengalami korosi mulai
potensial – 0.52 V tehadap SHE, bila dilihat terhadap elektroda referensi Cu/CuSO4
(CSE – Copper/Copper Sulfate Standard Electrode) adalah -0.85 Volt. Sehingga
kriteria proteksi katodik untuk besi adalah menjadikannya minimum -0.85 V terhadap
CSE. Tiap material akan memiliki ambang proteksi minimum yang berbeda-beda.
Pengetahuan akan diagram Pourbaix untuk setiap material adalah penting.
Maka disimpulkan menurunkan potensial material sampai minimum di batas daerah
imun dan korosi dapat mencegah korosi.
2.3
Konsep Pengendalian korosi.
Proses korosi adalah proses alamiah yang pasti terjadi, sebagai bagian dari
proses pengerusakan material dalam siklus material. Berbagai metode yang dilakukan
bukan untuk menghilangkan korosi, melainkan hanya untuk memperlambat proses
korosi. Proses pengendalian korosi ini bukan merupakan metode atau langkah yang
dilakukan pada masa konstruksi atau masa operasi, terlebih lagi proses pengendalian
korosi adalah suatu proses terintegrasi yang menyeluruh untuk melindungi aset.
Penanggulangan masalah korosi dapat berupa hal-hal berikut:
a.
Design improvement
Pengendalian korosi dimulai dari tahap desain. Meningkatkan desain untuk
menghindarkan terjadinya korosi. Misalkan, mencegah terjadinya genangan
13
maka permukaan didesain dengan kemiringan. Karena genangan atau air akan
mempercepat terjadinya korosi atau modifikasi desain yang lebih jauh lagi.
b.
Material selection
Pemilihan material harus disesuaikan dengan kondisi lingkungan dan operasi
sehingga bisa mencegah terjadinya korosi. Misalkan, bila memungkinkan
menggunakan material plastik, atau menggunakan stainless steel.
c.
Coating and lining
Penggunaan pelapis pada material yang akan dilindungi.
d.
Cathodic protection
Pengaplikasian sistem proteksi katodik baik sistem anoda korban maupun arus
tanding.
e.
Anodic protection
Proteksi dengan pelapisan material bersifat anodis.
f.
Inhibitor
Menangkap corrosion agent dalam lingkungan, misalkan penambahan
inhibitor untuk menghilangkan kandungan H2S.
g.
Surface modification
Modifikasi untuk permukaan, misalkan menggunakan pelapis internal untuk
memperkecil profil permukaan sehingga mengurangi korosi berupa erosi.
Diktat ini akan membahas mengenai proteksi katodik.
14
2.4
Elektroda Referensi
Pengetahuan 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 of other
electrodes”
Jadi elektroda referensi adalah elektroda yang memiliki potensial saat
rangkaian terbuka (potensial material itu sendiri) yang stabil, sehingga digunakan
untuk mengukur potensial relative antara elektroda lain terhadap referensi tersebut.
Elektroda yang sering digunakan sebagai referensi adalah:
a.
Cu/CuSO4,(CSE)
b.
Ag/AgCl
c.
Hg/Hg2Cl2
d.
Hidrogen (SHE)
e.
Zn
Hidrogen digunakan sebagai standard dengan potensial 0 Volt. Maka potensial untuk
elektroda referensi lain terhadap hidrogen adalah sebagai berikut:
a.
Cu/CuSO4 : 0.33 V (SHE)
15
b.
Ag/AgCl : 0.25 V (SHE)
c.
Hg/Hg2Cl2 : 0.24 V (SHE)
d.
Hidrogen : 0 V
e.
Zn : -0.76 V (SHE)
Gambar 2.4. Potensial elektroda referensi terhadap SHE
Tiap elektroda referensi digunakan sesuai dengan aplikasi yang berbeda-beda:
a.
Cu/CuSO4 umum digunakan untuk di tanah, beberapa menggunakannya di
laut. CSE yang lebih banyak digunakan karena 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 untuk aplikasi laboratorium
d.
Zn, umumnya dapat digunakan untuk aplikasi di laut.
Pemahaman akan tipe elektroda referensi diperlukan sehingga pembacaan atau
pengukuran potensial dapat dilakukan seakurat mungkin.
16
2.5
Deret Galvanik
Seperti telah dijelaskan pada bagian konsep dasar korosi, korosi dapat terjadi
karena perbedaan potensial antara material. Korosi Galvanik lebih tepatnya, pada
metode perlindungan dengan anoda korban adalah dengan mengadakan material lain
yang memiliki potensial lebih rendah.
Pemilihan material yang salah akan membuat material yang akan dilindungi
akan terkorosi. Pengetahuan akan potensial setiap material sangatlah penting. Berikut
adalah deret galvanik untuk beberapa material yang umum digunakan:
Material
Potensial Terhadap SHE
(Volt)
Au/Au+3
+ 1.5
Pt/Pt++
+1.2
Hg/Hg++
+0.85
Cu/Cu++
+0.337
H/H+
0
Pb/Pb++
-0.126
Ni/Ni++
-0.25
Fe/Fe++
-0.44
Zn/Zn++
-0.76
Al/Al+3
-1.66
Mg/Mg+2
-2.37
17
Tabel 2.1. Deret Galvanik dengan Elektroda Referensi Hidrogen (SHE)
Dengan mengetahui deret Galvanik ini maka, pemilihan material akan tepat.
Menyatukan besi dengan tembaga dalam satu instalasi maka akan terjadi
korosi dan yang terkorosi adalah besi karena potensialnya lebih rendah dari
tembaga.
2.6
Tahanan Tanah
Pada proses korosi, elektrolit memegang peranan penting. Melalui elektrolit
ion dapat mengalir. Kriteria dari elektrolit adalah kandungan dari ion-nya. Semakin
konduktif maka semakin banyak mengandung ion. Sehingga salah satu informasi
yang penting dalam desain sistem proteksi katodik atau investgasi fenomena katodik
adalah tentang tahanan tanah bila material dalam elektrolit tanah dan tahanan air bila
dalam lingkungan air.
Kategori tahanan tanah didefinisikan oleh standard seperti NACE, kriteria
umum yaitu semakin rendah tahanan tanah maka semakin korosif lingkungan
tersebut. Berikut adalah daftar kriteria tahanan tanah berdasarkan NACE:
Besar Tahanan (Ohm.cm)
Kriteria Korosi
>700
Sangat Korosif
700 – 2000
Korosif
2000 – 5000
Sedang
5000 – 10000
Ringan
18
>10000
Tidak Korosif
Tabel 2.2 Kriteria korosi berdasarkan tahanan tanah
Pengukuran tahanan tanah perlu dilakukan sepanjang jalur dengan interval
minimum 1 km atau sesuai dengan medan atau kondisi lapangan yang dihadapi.
Bila didapati beberapa area yang khusus misal adanya rawa, persilangan dengan
fasilitas lain perlu diukur tahanan tanahnya. Metode pengukuran tahanan tanah
dapat dilakukan dengan cara metode Four Wenner Electrode yang secara detail
dijelaskan dalam standard ASTM G57.
2.7
Sistem Proteksi Katodik
Berdasarkan proses terjadinya korosi seperti dijelaskan dengan sel galvanik,
material yang tidak akan mengalami korosi adalah material yang bertindak sebagai
katodik. Maka upaya untuk membuat material yang akan dilindungi sebagai katoda
adalah proteksi katodik. Mengkondisikan material sebagai katoda berarti membuat
material mengalami atau memiliki kondisi katoda yaitu:
a.
Katoda menerima elektron dari anoda, berarti terjadi pelimpahan elektron
b.
Katoda memiliki potensial reduksi yang lebih tinggi
c.
Katoda menerima arus searah dari elektrolit yang berasal dari anoda.
Berdasarkan kondisi-kondisi tersebut, berikut adalah definisi proteksi katodik yang
ada berdasarkan standard dan pendapat praktisi katodik:
1.
Berdasarkan NACE RP 0169:
19
“Proteksi katodik adalah pengendalian korosi dengan menjadikan
material primer sebagai katoda dalam suatu sel elektrokimia”
2.
Berdasarkan BS 7361:
“Imunisasi logam terhadap korosi dengan mengalirkan arus listrik searah
ke dalam elektrolit menuju permukaan logam”
Dari definisi tersebut dapat digambarkan sebagai berikut:
Gambar 2.5. Definisi proteksi katodik
Dengan memperlakukan material tersebut sebagai katoda maka laju korosi dapat
diperlambat. Namun sebagai catatan penting yaitu, bahwa proteksi katodik adalah
proteksi korosi sekunder pada sistem material yang sudah diproteksi dengan lapis
lindung atau coating.
Sistem proteksi katodik akan bekerja bila terdapat cacat pada coating yang
disebut Holiday. Besarnya kecacatan lapis lindung tersebut akan menentukan besar
arus proteksi yang harus disuplai oleh sistem proteksi katodik. Fenomena di lapangan
menunjukan pada operasi awal biasanya kebutuhan arus untuk proteksi katodik
20
sangat kecil, seiring dengan waktu maka kebutuhan arus semakin bertambah. Dari
konsep proteksi katodik tersebut maka yang dibutuhkan adalah sumber elektron untuk
membanjiri struktur dalam elektrolit tersebut. Dan metode sistem proteksi katodik
dibedakan secara prinsip dari sumber arus proteksi atau elektron di katoda tersebut.
Bila arus proteksi disuplai oleh material yang akan mengalirkannya
berdasarkan perbedaan tegangan galvanik material. Misalkan arus proteksi mengalir
dari Mg ke Fe karena perbedaan potensial keduanya. Namun umumnya material Mg
yang digunakan merupakan paduan Mg. Metode yang mengandalkan perbedaan
potensial ini disebut dengan metode Anoda Korban atau Sacrificial Anode Cathodic
Protection (SACP).
Karena ketergantungannya pada potensial material, maka sistem ini sangat
dipengaruhi oleh besarnya tahanan yang dihadapi oleh material. Bila tahanan tanah
besar maka arus yang dihasilkan sangat kecil, bahkan untuk tahanan yang sangat
besar tidak akan mengeluarkan arus. Batasan tahanan tanah berdasarkan standard
hanya sampai 6000 ohm.cm, namun seiring dengan perkembangan anoda yang
dibuat, memungkinkan sampai 10000 ohm.cm
dengan aplikasi High Potensial
Anode.
a.
Kriteria proteksi katodik
Untuk membuat material yang akan kita proteksi bisa tidak terkorosi adalah
dengan membuat potensial material minimum mencapai potensial ambang
antara daerah korosi dan daerah imun dalam diagram Pourbaix.
21
Untuk memproteksi baja berikut adalah kriteria proteksi yang disyaratkan oleh
NACE RP 0169:

Menjadikan struktur primer berpotensial minimum -850 mV terhadap
CSE saat sistem proteksi katodik diaplikasikan.

Struktur metal tersebut memiliki potensial polarisasi -850 mV
terhadap CSE.

Struktur metal memiliki potensial sisa polarisasi minimum -100 mV
terhadap CSE.
Kriteria proteksi baja berdasarkan elektrolitnya sesuai dengan standard NACE
RP 0169 sebagai berikut:

Dalam tanah:
o Memiliki potensial polarisasi minimum -850 mV terhadap CSE
atau lebih rendah
o Memiliki potensial sisa polarisasi 100 mV

Dalam laut:
o Memiliki potensial minimum -800mV terhadap Ag/AgCl atau
lebih rendah
o Menurunkan potensial material 300 mV atau lebih
Sedangkan kriteria proteksi baja berdasarkan standard ISO 15589-1 yaitu:
22

Memiliki potensial minimum -850 mV terhadap CSE dengan batas
bawah -1200 mV untuk mencegah terjadinya kerusakan lapis lindung
atau coating

Memiliki sisi polarisasi 100 mV terhadap CSE

Memiliki potensial polarisasi -750 mV terhadap CSE untuk tahanan
tanah antara 100 – 1000 ohm.m

Memiliki potensial polarisasi -650 mV terhadap CSE untuk tahanan
tanah lebih dari 1000 ohm.m

Sisa polarisasi 100 mV tidak berlaku bila terdapat SRB (Sulfif
Reducing Bacteria)

Untuk operasi diatas 400C, ditambahkan potensial -2mV/0C.
Terdapat perbedaan lain antara NACE dan ISO, yaitu adanya batas bawah -1200 mV.
Pada konsep korosi terlihat bahwa hasil dari reaksi oksidasi di katoda adalah H 2 yang
berbentuk gas. Gas hidrogen ini akan meningkat jumlahnya seiring dengan aplikasi
potensial yang besar. Gas hidrogen pada katoda ini pada jumlah besar akan
menimbulkan embrittlement atau kerapuhan dari coating. Walaupun dalam
prakteknya, potensial untuk coating jenis 3LPE bisa lebih dari -2000mV, batasan
tersebut digunakan sebagai batas aman.
23
2.8
Keuntungan dan Kerugian Sistem Proteksi Katodik Anoda Korban
Keuntungan :

Tidak memerlukan listrik

Pemasangan mudah

Tidak ada interferensi

Potensi kondisi over protection kecil

Untuk kebutuhan arus kecil

Untuk daerah pada struktur

Distribusi arusnya lebih merata

Tidak memerlukan perawatan

Hanya memerlukan inspeksi rutin

Biaya operasi rendah
Kerugian:

Arus keluaran anoda terbatas (tergantung tahanan tanah)

Pada tahanan tanah yang besar (> 6000 ohm.m atau 10000 ohm.m) tidak
efektif

2.9
Aplikasi pada struktur yang besar menjadi tidak ekonomis
Parameter Desain Sistem Proteksi Katodik Anoda Korban
Tahap awal dalam desain sistem proteksi katodik adalah kompilasi semua
data yang dibutuhkan dalam mendesain sistem tersebut. Berikut adalah beberapa
24
parameter desain esensial yang harus diketahui dna perlu didapatkan dalam
mendesain sistem proteksi anoda korban:
a. Dimensi struktur
Ukuran dari struktur diperlukan untuk menentukan area yang harus diproteksi.
Sesuai dengan definisi dan konsep korosi dan sistem proteksi katodik, bagian
yang akan diproteksi adalah luas permukaan struktur yang berada dalam
elektrolit. Luas permukaan akan dihitung sesuai dengan bentuk struktur
tersebut.
b. Coating breakdown
Coating breakdown adalah besaran yang menunjukan besar penurunan
kualitas atau probabilitas kerusakan coating setelah waktu tertentu. Masing –
masing jenis coating akan memiliki besar coating breakdown yang berbeda –
beda sesuai dengan kualitasnya. Maka tak heran untuk coating jenis 3 LPE
akan memiliki nilai coating breakdown yang lebih kecil dibandingkan dengan
coating dari coaltar karena 3 LPE memiliki kualitas yang jauh lebih baik, baik
dari kekuatan fisik, kekuatan secara kimiawi terhadap lingkungann.
Semakin besar nilai coating breakdown maka semakin besar kebutuhan arus,
karena berarti semakin banyak dan luas daerah struktur yang tidak terlindungi
oleh coating.
Sebagai informasi untuk penentuan coating breakdown dapat merujuk pada
standard seperti ISO 15589 atau DNV RP B401.
25
c. Umur desain
Berapa lama struktur tersebut harus diproteksi harus diketahui karena akan
mempengaruhi kapasistas sistem proteksi katodik. Umumnya pipa PGN
didesain untuk 20 tahun.
d. Kebutuhan arus proteksi
Kebutuhan arus proteksi disesuaikan dengan jenis material yang akan
diproteksi. Standard yang diterima untuk pipa baja tanpa coating adalah
sebesar 20mA/m2. Dengan adanya aplikasi coating kebutuhan arus proteksi
ini akan jauh berkurang.
Berikut adalah contoh kebutuhan arus yang ada dalam standard ISO 15589-1
dengan tipe coating dan umur desainnya:
26
Table 2.3. Kebutuhan arus proteksi berdasarkan ISO 15589
e. Jenis anoda
Jenis anoda yang akan digunakan harus diketahui, karena pemilihan jenis
anoda akan ditentukan berdasarkan kondisi lingkungan (tahanan elektrolit)
dan bentuk dari struktur yang akan diproteksi.
Berikut ini adalah jenis anoda yang umum digunakan untuk sistem proteksi
anoda korban:

Paduan Mg

Paduan Al

Paduan Zn

Baja Lunak
Penggunaan anoda paduan Mg umumnya digunakan di tanah karena driving
voltage-nya yang besar. Anoda paduan AL banyak digunakan di aplikasi
instalasi bawah laut. Sedang Zn biasa digunakan di daerah tahanan rendah.
Komposisi kimia pun sangat berpengaruh karena dengan komposisi kimia
yang tepat akan memberikan efisiensi anoda yang besar. Kriteria dari
komposisi kimia ini terdapat di standard internasional seperti ISO 15589 dan
NACE. Ada beberapa hal prinsip yang harus diketahui tentang anoda
misalnya tentang komponen aktif yang harus ada di anoda paduan Al yaitu In
dan juga cara fabrikasinya.
27
Berikut adalah kriteria komposisi kimia untuk masing-masing anoda
berdasarkan ISO 15589-1:
Table 2.4. Komposisi kimia anoda paduan Zn
Gambar 2.5. Komposisi kimia untuk anoda paduan Mg
Berikut adalah batasan maksimum tambahan unsure kimia yang dapat
diberikan untuk anoda jenis Al dan Zn berdasarkan DNV RP B401:
28
Tabel 2.6. Maksimum konsentrasi impurities untuk anoda Al dan Zn berdasar DNV RP
B401
Sedangkan untuk bentuk anoda ada beberapa, berikut adalah contoh bentuk
anoda yang ada dalam standard DNV RP B 401, untuk pipa bawah laut
digunakan tipe setengah cincin pada umumnya.
Gambar 2.6 Bentuk anoda untuk aplikasi laut
Untuk aplikasi dalam tanah umumya berbentuk tubular.
29
f. Dimensi anoda
Dimensi anoda harus kita ketahui, karena untuk mengetahui besar arus
keluaran anoda, komponen pentingnya adalah tahanan anoda dan dimensi
digunakan untuk menghitungnya.
Dimensi anoda untuk aplikasi bawah tanah yang diperlukan adalah dimensi
termasuk dengan backfill.
Untuk keperluan berat anoda, secara praktis terdapat arahan atau rule of
thumb berdasarkan besar tahanan tanah yang dihadapi yaitu sebagai berikut:
Tahanan tanah
Berat Anoda
(Ohm.cm)
(kg)
> 1500
25
1500 - 2500
15
2500 >
8
Tabel 2.7. Rule of thumb pemilihan anoda
Terlihat dari tabel semakin besar tahanan tanah, maka anoda yang
direkomendasikan adalah yang semakin kecil, karena dengan demikian akan
didapat anoda yang lebih besar dan terdistribusi dengan baik akan memungkin
arus keluaran yang lebih besar dan merata.
30
g. Efisiensi anoda
Efisiensi anoda adalah besarnya pengurangan berat anoda dibandingkan
dengan besar arus dan waktu. Informasi ini adalah tentang kinerja anoda, dan
darinya dapat ditentukan berapa banyak anoda yang dibutuhkan.
h. Utilization Factor
Factor kegunaan ini menunjukan anoda dapat digunakan sampai dengan
pengurangan berat berapa persen dari awal. Misalkan fator kegunaan 80%
maka anoda dianggap dapat dipakai sampai dengan berkurangnya berat 80%,
setelah itu harus diganti.
i.
Tahanan tanah
Tahanan tanah jelas harus diketahui saat awal karena menentukan jenis sistem
proteksi katodik yang akan digunakan.
j.
Kondisi di ROW (Right of Way), mengenai instalasi kondisi khusus.
Survey di ROW ini selain menentukan daerah instalasi khusus seperti adanya
crossing dengan sungai, jalan kereta, jalan raya atau dengan pipa lain juga
penentuan survey elektris terhadap struktur di sekitar instalasi pipa. Misalkan
adanya saluran tegangan tinggi. Kondisi – kondisi khusus ini perlu di ketahui
karena memerlukan perlakuan yang berbeda.
31
2.10
Langkah – Langkah 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 diproteksi
SA = πDL …………………………………………………………………...(1)
Dimana :
SA : Luas permukaan (m2)
D : Diameter pipa (m)
L : Panjang pipa (m)

Menentukan kebutuhan arus proteksi
Arus kebutuhan proteksi untuk pipa baja tanpa coating yaitu 20 mA/m2 atau
bila ditentukan lain. Sedangkan untuk pipa dengan coating, rumus yang
digunakan:
Id = Ibare . coating breakdown…………………………………………….(2)
Dimana:

Id
: Kebutuhan arus proteksi (mA/m2)
Ibare
: Kebutuhan arus proteksi pipa baja tanpa coating (mA/m2)
Menentukan kebutuhan arus proteksi total
IReg = Id . Sa………………………………………………………… (3)
Dimana:
IReg
: Kebutuhan arus total (A)
32
Id

: Kebutuhan arus proteksi (A/m2)
Menentukan kebutuhan total anoda
W = (IReq . t . 8760)/(η.u)……………………………………………(4)
Dimana :

W
: Berat total kebutuhan anoda (kg)
t
: umur desain (tahun)
η
: efisiensi anoda (Ah/Kg. year)
u
: faktor kegunaan
Menentukan jumlah anoda
N = W/Wanode………………………………………………………………………………… (5)
Dimana:
N
: Jumlah anoda
Wanode : Berat satu anoda (Kg)

Menentukan lokasi pemasangan anoda
Spacing = L / N…………………………………………………….. (6)
Dimana :

L
: Panjang Pipa (m)
N
: Jumlah Anoda
Menghitung Tahanan anoda :
33
Tahanan anoda ditentukan oleh beberapa faktor, yaitu dimensi anoda, tahanan
tanah dan posisi instalasi. Anoda yang dipasang secara vertikal dan horizontal
akan memiliki tahanan yang berbeda. Berikut adalah rumus untuk menghitung
tahanan anoda:
Instalasi horizontal:
Rh = (/2πL)[ln (4L/D)-1]…………………………………………. (7)
Instalasi Vertikal:
Rv = (/2πL)[ln (8L/D)-1]…………………………………………. (8)
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 anoda
Untuk mengetahui arus keluaran anoda, maka berlaku hukum Ohm, yaitu arus
adalah tegangan dibagi dengan tahanannya. Setelah diketahui tahanan anoda,
maka untuk tegangannya, yang berpengaruh adalah tegangan dorong (Driving
Voltage) yang merupakan selisih antara tegangan anoda dan tegangan proteksi
yang dikehendaki.
Berikut rumusnya:
34
IAnoda = (Eanoda - EProteksi)/Ranoda…………………………………………………………..(10)
Dimana:
Eanoda : Potensial anoda
Eproteksi : Potensial proteksi

Menghitung total arus dari jumlah anoda
Ianoda total = Ianoda . N………………………………………………….(11)
Dimana :

N
: Jumlah anoda
Ianoda
: Arus keluaran anoda
Menentukan usia proteksi homogen anoda.
Setelah seluruh arus keluaran dibandingkan dengan kebutuhan arus, maka
akan kita dapat perkiraan usia anoda dengan metode berikut:
tanoda =( Ianoda total / Ireq) . tdesign life. U……………………………….
Dimana:
tdesign life : Umur desain pipa
U
: Faktor utilisasi (faktor kegunaan anoda)
35
(12)
2.11
Instalasi Anoda Korban
Berikut adalah gambaran sederhana pemasangan anoda korban berdasarkan
KEPMEN 370K/1997 untuk kedalamannya dan jarak dengan pipa sesuai dengan
pertimbangan teknis:
Gambar 2.7 Gambaran umum instalasi anoda
2.12
OPERASI DAN PEMELIHARAAN SISTEM ANODA KORBAN
Sistem anoda korban tidak memerlukan pekerjaan opersional. Sekali pasang
umumnya didesain untuk masa kerja tertentu, biasanya 20 tahun atau sesuai umur
disain struktur yang diproteksi. Sistem ini dapat dikatakan self adjustment, dimana
keluaran arus anoda berubah sesuai dengan keperluan. Sekalipun demikian, harapan
masa kerja sesuai umur disain anoda sering kurang dari umur disain.
Inspeksi dan monitoring sistem anoda korban pada jaringan pipa dilakukan
untuk untuk di cross check dengan kriteria proteksi yang harus dipenuhi dalam
interval tertentu, untuk mendeteksi adanya penurunan efisiensi proteksi dari anoda
dan untuk pengumpulan data terkait optimasi disain selanjutnya.
36
Frekuensi inspeksi dilakukan secara regular dalam interval tertentu minimal
setiap 3 (tiga) bulan dan bisa juga tergantung pada kemungkinan-kemungkinan
gangguan karena perubahan kondisi ROW atau jalur pipa.
Pada pemantauan setiap 3 (tiga) bulan dengan menggunakan alat multimeter
dan elektroda pembanding pada test box yang dilustrasikan dalam gambar 2 sebagai
berikut :
 Pengukuran potensial :

-
Pengukuran potensial pipa terhadap tanah atau base potensial (mvolt)
-
Potensial pipa terproteksi (mvolt)
-
Potensial anoda (mvolt)
Pengukuran arus anoda (mAmp)
Pengukuran Arus Proteksi (SA)
Pengukuran Potensial Natural Pipa Thp. Elektroda Pembanding
Multimeter
Multimeter
Test Box
Test Box
Cu/CuSo4
Pipa Baja
Pipa Baja
Anoda Korban
Pengukuran Potensial Proteksi Pipa Thp. Elektroda Pembanding
Pengukuran Potensial Anoda Thp. Elektroda Pembanding
Multimeter
Multimeter
Test Box
Test Box
Cu/CuSo4
Cu/CuSo4
Pipa Baja
Pipa Baja
Anoda Korban
Anoda Korban
Gambar 2.8 Diagram Instalasi Pengukuran Potensial Sistem Anoda Korban
37