Akhlak terhadap Allah

Sekitar 2 minggu yang lalu, waktu saya dengar khutbah shalat jum'at dilobi teknik, yang isinya mengenai akhlak, akhlak itu terdiri dari akhlak terhadap Allah swt, orang tua, sesama manusia, dan alam semesta (hewan, tumbuhan dan sekitar kita) satu hal yang menarik dan masih terbenak di hati saya adalah ketika bagaimana ketika kita berakhlak kepada Allah, yang kaitannya dalam hal ritual beribadah. Etika ketika kita beribadah kita sebagai manusia masih sangat kurang, buktinya. Ketika shalat bagaiman cara berpakaian dan kondisi badan kita, seringkali kita mungkin kita beribadah dengan pakaian atau kondisi apa adanya, seolah-olah kita menghadap kepada sesuatu yang bukan apa-apa. Tetapi menjadi menarik dengan apa yang terjadi pekan lalu disekitar kehidupan saya, sederhana memang tapi menurut saya tidak se simple apa yang dilihat.Hal yang menarik yang terjadi sepekan lalu, adalah ketika saya dan teman-teman saya yang akan sidang atau seminar, dengan segala persiapan disamping materi ketika itu juga dipersiapkan se"pol" mungkin untuk penampilan. Berpikir dan bersiap bagaimana caranya dihadapan penguji tampil maksimal dan rapih. Mungkin ini adalah salah satu bentuk etika kepada sesama, mungkin bentuk penghormatan atras keberadaan orang lain, dosen maksudnya. Hal demikian bukanlah kesalahan apalagi hal yang hina. Tapi coba kita berpikir, sudahkah hal yang demikian kita lakukan ketika kita beribadah, katakan waktu shalat. Sepertinya sudah menjadi aneh ketika ada seseorang dengan pakaian rapih,baru, spesial dan wangi, ketika ingin berangkat ke mesjid. Pertanyaan yang muncul disekitar orang tersebut adalah "mau kemana lo rapih betu ?l" ketika menjawab mau shalat, ada ekspresi yang berbeda kalau kita menjawab pergi ke pesta.

proposal seminar Tugas Akhir ku,,,,,moga bermanfaau

BAB I

PENDAHULUAN

I.1. LATAR BELAKANG PENELITIAN

Sistem penyaluran minyak mentah melalui jalur pemipaan di dalam tanah memiliki banyak tantangan. Umumnya tantangan yang hadir adalah korosi yang terjadi pada pipa. Korosi ini bisa disebabkan karena faktor internal (pipa) atau eksternal seperti lingkungan dimana pipa itu beroperasi. Korosi yang terjadi pada pipa dapat disebabkan oleh material yang kurang cocok, lingkungan yang tidak seragam, tidak protektif dan tidak menguntungkan. Untuk itu diperlukanlah suatu metode pencegahan untuk menanggulangi tantangan ini. Metode pencegahan korosi bisa berupa pemberian lapisan pelindung (coating) proteksi katodik dan pemilihan material. Sebelum memilih metode pencegahan yang digunakan, erat kaitannya dengan pemilhan metode tersebut kita harus mengetahui kondisi atau sifat lingkungan dari tempat dimana pipa itu dipasang. Selain faktor lingkungan, juga harus diperhatikan dari segi biaya.

Dari ketiga metode pencegahan diatas, sebenarnya kita bisa mengkombinasikan ketiga metode diatas untuk pencegahan korosi, namun ada bagian yang dominan dari penggunaan ketiga metode diatas. Penggunaan coating pada pipa disertai dengan proteksi katodik adalah hal yang lazim dilakukan dan memberikan hasil yang terbaik. Pada aplikasinya ketika proses pemasangan dan penempatan coating ini bisa terjadi kerusakan dan hal ini bisa memicu terjadinya korosi pada pipa. Adanya kerusakan pada coating ini dapat diatasi dengan proteksi katodik. Dengan adanya proteksi katodik ini memberikan keuntungan pada pipa,diantaranya memberikan perlindungan pada pipa bagian luar, dapat digunakan pada berbagai kondisi lapangan, pemasangan cukup mudah, waktu perlindungan yang lama dan harga yang relatif lebih murah. Cara proteksi katodik pada pipa memiliki 2 metode, dengan anoda korban dan impressed current (arus tanding).

Dari kedua metode diatas, metode proteksi katodik dengan menggunakan arus tanding, memiliki keunggulan diantaranya: memiliki driving force yang besar, sehingga dapat digunakan untuk struktur yang besar, uncoated, yang berada dalam lingkungan resitivitas yang tinggi, hanya memerlukan beberapa anoda, relatif lebih sedikit dibandingkan metode anoda korban., selain itu dengan metode arus tanding inik dapat diatur jika ada perubahan kondisi lingkungan dan coating.

Dalam pemasangan proteksi katodik ini dibutuhkan sebuah perencanaan dan perancangan yang mendalam dan menyesuaikan kondisi aplikatif dilapangan. Untuk itu, sebelum pemasangan dibutuhkan penelitian terhadap kondisi lingkungan pipa minyak mentah tersebut seperti ketahanan listrik tanah, pengukuran beda potensial pipa terhadap tanah, lingkungan yang berpotensi terjadinya stray current,interferensi, perhitungan arus yang dibutuhkan untuk pemasangan sistem proteksi katodik, dll.

I.2 TUJUAN PENELITIAN

Tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Untuk merancang sistem proteksi katodik pada jaringan pipa minyak mentah di dalam tanah dengan metode proteksi katodik arus tanding.

I.3 RUANG LINGKUP PENELITIAN

Penelitian ini dilakukan terhadap jaringan pipa minyak mentah, dengan karakteristik pipa:

JALUR PIPA CEMARA – BALONGAN
TAHUN DIBANGUN : 2003
KONSTRUKSI : WELDED, UNDERGROUND
SPESIFIKASI PIPA : API 5L GR. B
DIA. & PANJANG : 8”, 28.000 METER
PROTEKSI KATODIK : Mg SACRIFICIAL ANODE
COATING : Wrapping Tape

Lingkup pekerjaan yang dilakukan dalam penelitian ini adalah:

1. Melaksanakan survey CIPS (Close Interval Potential Survey) di sepanjang jalur pipa Cemara – Balongan
2. Melaksanakan survey DCVG (Direct Current Voltage Gradient) untuk menentukan lokasi, ukuran dan besaran dari cacat coating di sepanjang jalur pipa.
3. Melakukan penggalian pada lokasi yang dinyatakan terdapat cacat coating
4. Mengukur tahanan listrik dalam tanah (soil resistivity)
5. Melakukan evaluasi, analisa dan perancangan sistem proteksi katodik berdasarkan data – data hasil survey dan perhitungan yang telah dilakukan.

Penelitian ini mengacu pada standard NACE RP 0169-2002. Potensial pipa terhadap tanah minimal yang dapat diapliaksikan pada pipa agar tidak terjadi korossi adalah sebesar -850mV tetapi tidak boleh melebihi -1,5 V karena akan merusak lapisan pelindung.

Metode proteksi katodik yang digunakan adalam penelitian ini adalah metode arus tanding dengan menggunakan anoda dari bahan MMO (Mixed Metal Oxide). Sumber arus yang digunakan berasal dari jaringan pipa listrik yang ada kemudian disearahkan dengan menggunakan rectifier.

Perancangan yang dilakukan meliputi:

1. Penghitungan tahanan listrik tanah

2. Penghitungan luas daerah yang diproteksi

3. Penghitungan kebutuhan arus

4. Penghitungan kebutuhan anoda

5. Penghitungan kebutuhan karbon backfill

6. Penghitungan atenuasi

7. Sistem Groundbeds

8. Perhitungan tegangan proteksi

9. Sistem Elektrik

10. Gambar sistem beserta spesifikasinya

I.4 KEGUNAAN PENELITIAN

Beberapa manfaat yang dapat diperoleh melalui penelitian ini antara lain :

- Dari penelitian ini dapat diketahui kondisi proteksi yang bisa dicapai dari pemasangan pipa minyak mentah dalam tanah dari kondisi lingkungan tertentu.

- Hasil penelitian ini dapat dijadikan upaya preventif terjadinya korosi

BAB II

METODOLOGI PENELITIAN

II.1 DIAGRAM SKEMATIS PENELITIAN

II.2 METODOLOGI

Sebelum melakukan perancangan proteksi katodik, terlebih dahulu dilakukan survey terhadap kondisi lingkungan pemasangan pipa ditempatkan. Survey yang dilakukan meliputi, potensial proteksi katodik pipa terhadap tanah dengan menggunakan metode Close Interval Potential Survey (CIPS) dan Direct current voltage gradient (DCVG), pengukuran soil resistivity (ketahanan listrik tanah), pengukuran arus yang mengalir pada bagian yang disurvey/uji, survey terhadap ”Hot Spot”, Stray Current, dan interferensi pada proteksi katodik.

II.3 DESKRIPSI PENGUJIAN

II.3.1 PENGUJIAN CIPS (Close Interval Potential Survey)

Close Interval Potential Survey (CIPS) bertujuan untuk mengetahui integritas dari jalur pipa khususnya berkaitan dengan efektifitas kerja dari Sistem Proteksi Katodik. Prinsip dari CIPS ini adalah mengukur Potensial Pipa dalam kondisi Sistem Proteksi Katodik berjalan, sehingga secara langsung akan dapat diketahui pada lokasi mana saja dari jalur pipa yang tidak terlindungi oleh Sistem Proteksi Katodik tersebut. Kriteria proteksinya sendiri sesuai dengan Standard NACE RP 0169 – 2002 Recommended Practice for Control of External Corrosion on Underground or Submerged Metallic Piping Systems.

1. Persiapan

1.1. Peralatan

Berbagai peralatan yang perlu dipersiapkan untuk survey adalah sebagai berikut:

- CIPS Data logger dengan impedance minimum 10 Mohm lengkap dengan asesorisnya.

- Data Probes (elektroda standard Cu/CuSO₄) 1 pasang (dua data probe)

- Probe Adapter

- Kabel dengan ukuran minimum 30 AWG.

- Perlengkapan Safety untuk Personil (Helmet, Safety Boot, Google, Gloves)

1.2. Persiapan

- Membaca dan menentukan posisi pipa.

- Pembersihan jalur pipa jika diperlukan.

1.3. Pengukuran potensial pipa, potensial proteksi pipa, dan potensial anoda pada test point (prosedur terpisah).

2. Setting Peralatan

2.1. Rangkaian Peralatan

- Pada Test Point, pastikan kabel pipa terhubung dengan kabel anoda (kondisi sistem proteksi katodik bekerja).

- Rangkai Peralatan dengan langkah – langkah sebagai berikut:

o Hubungkan Kabel Pipa/Anoda dengan kabel AWG 30 yang terhubung dengan positif dari data logger.

Gambar 2.1 Prosedur menghubungkan data logger dengan test point.

o Hubungkan kedua data probe pada probe adapter.

Gambar 2.2 Menyambung kabel data probe dengan probe adapter.

o Sambungkan Data Probe/Probe Adapter dengan negative dari data logger.

Gambar 2.3. Menghubungkan data logger dengan probe adapter.

- Setting Data Logger sesuai dengan User Manual dari alat CIPS.

- Masukkan default untuk pembacaan potensial proteksi minimum sebesar -850 mV, dan set alarm (jika ada).

- Kalibrasi bacaan data probe (kedua data probe menunjukkan nilai bacaan potensial yang sama pada lokasi yang sama).

3. Pengambilan data Potensial proteksi

3.1. Pengambilan data Potensial proteksi.

- Survey CIPS dilakukan tepat diatas permukaan tanah dimana pipa terpendam.

- Pengambilan data (data logging) dilakukan setiap interval 1 meter dari pergerakan data probe (metode data logging tergantung dari jenis data probe – continuous probe atau push button probe).

- Pastikan rangkaian peralatan tidak terputus selama pengambilan data.

- Ilustrasi survey CIPS seperti terlihat pada Gambar 4.

Gambar 2.4 Skematika survey CIPS

- Jalur pipa yang melewati sungai, jalan raya, bangunan dan sebagainya sehingga data logging tidak bisa dilakukan, pada peralatan data logger diberi tanda akan adanya halangan tersebut berikut jarak yang hilang.

4. Data Importing dan interpretasi.

4.1. Data Importing.

Data importing dilakukan untuk memudahkan dalam membaca hasil survey CIPS. Umumnya hasil bacaan dari data logger bisa didownload ataupun diconvert dalam bentuk file xls. Dari file xls ini kemudian hasil bacaan dari data logger tersebut bisa diubah dalam bentuk grafik sehingga akan lebih mudah dalam membaca sekaligus menginterpretasi hasil survey CIPS.

4.2. Interpretasi Data

Data hasil survey CIPS yang telah berbentuk grafik akan lebih mudah untuk diinterpretasi, mengingat grafik langsung memuat bacaan nilai potensial proteksi terhadap jarak pengukuran dari titik awal. Selain itu dengan adanya garis batas -850 mV, dapat dengan mudah diketahui pada lokasi mana saja dari jalur pipa yang tidak terproteksi (nilai bacaan potensial proteksi <>

		Jarak (m)

Gambar 2.5 Interpretasi data grafik hasil survey CIPS.

Gambar 2.6. Contoh Grafik Hasil Survey CIPS

II.3.2 PENGUJIAN DCVG ( Direct Current Voltage Gradient )

Survey DCVG dilakukan untuk mendeteksi adanya cacat coating pada struktur pipa yang terpendam. Seringkali survey ini digunakan juga untuk menentukan apakah suatu area bersifat anodic atau katodik, tetapi tidak bisa digunakan untuk mengukur level dari CP (Cathodic Protection). Metode ini cukup efektif untuk mendeteksi cacat coating yang relatif kecil dan tersembunyi sekalipun.

Survey DCVG dilakukan dengan mode On/Off dari arus yang keluar dari rectifier. On/Off dari arus rectifier diatur siklusnya melalui current interrupter. Dengan begitu, potensial soil to soil bisa diukur pada saat siklus On dan juga pada saat siklus Off. Istilah potensial DCVG diartikan sebagai perbedaan/selisih antara potensial soil to soil pada saat arus CP On dan potensial soil to soil pada saat arus CP Off.

1. Persiapan

1.1. Peralatan

Beberapa peralatan yang digunakan untuk survey DCVG adalah sebagai berikut:

- DCVG Data Logger

- Current Interrupter

- DC Power Supply (12 kV, 10 Ampere)

- Data Probe (Elektroda Cu/CuSO₄)

- Perlengkapan Safety untuk Personil (Helmet, Safety Boot, Google, Gloves)

1.2. Setting Peralatan

4.3. Persiapan

- Membaca dan menentukan posisi pipa.

- Pembersihan jalur pipa jika diperlukan.

2. Setting Peralatan

2.1. Rangkaian Peralatan

- Untuk bisa mendapatkan data IR drop yang terbaca pada alat (data logger), diperlukan swing potential yang cukup. Sehingga pada Sistem Proteksi Katodik dengan metode sacrificial anode dibutuhkan arus dari luar (dari DC power supply).

- Pada Test Point, pastikan kabel pipa tidak terhubung dengan kabel anoda.

- Hubungkan kutub positif dari DC Power Supply dengan Kabel Anoda dan kutub negatifnya dengan Kabel Pipa.

- Current Interrupter dipasang seri terhadap salah satu aliran arus dari DC Power Supply ke Anoda atau yang ke struktur pipa.

Gambar 2.7 Rangkaian peralatan untuk survey DCVG

- Setting alat Current Interrupter sesuai dengan manual dari alat.

- Setting On/Off potensial (Interrupter cycle) pada Current Interrupter. Tipikal cycle dari interrupter adalah 8 detik On dan 2 detik Off (NACE RP 0502-2002).

- Setting reading method dari data logger disesuaikan dengan Current Interrupter.

Voltmeter/Data loger

Gambar 2.8 Rangkaian data probe dan voltmeter/data logger untuk survey DCVG

3. Survey DCVG

3.1. DCVG dengan Teknik Survey Tegak Lurus

Gambar 2.9 Skematika survey DCVG dengan teknik pengukuran

Tegak Lurus arah pipa.

Dalam survey DCVG dengan teknik Tegak Lurus sesuai dengan Gambar, pergerakan dari Data Probe (Elektroda Standar Cu/CuSO₄) dilakukan dalam kondisi dimana posisi dari kedua elektroda tersebut tegak lurus terhadap centre dari struktur pipa. Jarak antar elektroda umumnya antara 4 sampai 5 kaki, dimana salah satu elektroda berada tepat di garis pusat dari pipa. Data logging umumnya dilakukan setiap interval 1 – 2 meter.

Seperti terlihat pada Gambar 2.10, dengan teknik DCVG ini sebelum memasuki daerah coating defect (daerah diluar lingkaran merah), beda potensial yang terbaca pada voltmeter dari data logger akan menunjukkan angka nol. Semakin mendekati coating defect maka beda potensial akan semakin naik dan mencapai nilai maksimum tepat pada bagian dari pipa yang mengalami coating defect. Dan sebaliknya apabila pergerakan menjauhi lokasi yang mengalami coating defect, beda potensial yang terbaca akan turun kembali. Profil dari survey DCVG dengan teknik Tegak Lurus apabila menemui suatu lokasi yang mengalami coating defect adalah seperti terlihat pada Gambar 2.10 dibawah.

Gambar 2.10 Profil hasil survey DCVG dengan teknik Tegak Lurus arah pipa

3.2. DCVG dengan Teknik Survey Paralel

Gambar 2.11. Skematika survey DCVG dengan teknik Paralel

Dalam survey DCVG dengan teknik Paralel, posisi dari kedua data probe (elektroda standard Cu/CuSO₄) segaris dengan centre dari pipa. Sehingga pergerakan dari data probe segaris antar probe yang satu dengan yang lain.

Pada metode ini, lokasi dari coating defect ditunjukkan dengan adanya simpangan dari nilai beda potensial, dimana:

- Pada saat pergerakan data probe mendekati area yang mengalami coating defect, nilai beda potensial akan meningkat dan bernilai positif.

- Pada saat data probe berada tepat diatas lokasi pipa yang mengalami coating defect, beda potensial yang terbaca di voltmeter adalah nol.

- Pada saat data probe menjauhi area yang mengalami coating defect, nilai beda potensial akan semakin menurun dan bernilai negatif.

Profil dari survey DCVG dengan teknik Paralel apabila menemui suatu lokasi yang mengalami coating defect adalah seperti terlihat pada Gambar 7 dibawah.

Gambar 2.12 Profil hasil survey DCVG dengan teknik Paralel

3.3. Prosedur untuk menentukan coating defect.

3.3.1. Penentuan Total mV.

Total mV merupakan perbedaan antara potensial maksimum pada lokasi coating defect dan potensial tanah yang semakin meningkat akibat kontribusi sistem Proteksi Katodik terhadap aliran arus ke coating defect.

Untuk menentukan Total mV, terlebih dahulu harus diketahui posisi yang pasti dari coating defect (contoh: lokasi dimana bacaan potensial DCVG mencapai maksimum yang diketahui dari survey DCVG sebelumnya). Kemudian dilakukan pengukuran potensial DCVG dengan menggerakan data probe segaris dengan arah tegak lurus dari arah pipa.

Gambar 2.13 Skematika pengukuran nilai Total mV.

Pengukuran Total mV dilakukan dengan langkah – langkah sebagai berikut:

- Tempatkan data probe (elektroda) sebelah kiri (yang terhubung dengan kutub negatif dari data logger) pada lokasi yang mengalami coating defect. Sedangkan elektroda sebelah kanan (yang terhubung dengan kutub positif dari data logger) ditempatkan pada jarak 4 atau 5 kaki tegak lurus dari arah pipa. Hasil bacaan potensial DCVG pada pengukuran tersebut merupakan nilai mV maksimum. Nilai potensial tersebut akan menjadi komponen pertama dalam penentuan Total mV.

- Selanjutnya pengukuran dilanjutkan secara paralel terhadap arah tegak lurus dari arah pipa (kurang lebih 3 atau 4 pengukuran) sampai didapatkan nilai pengukuran beda potensial terbaca nol.

- Hasil penjumlahan nilai – nilai pengukuran tersebut diatas merupakan Total mV.

3.3.2. Menentukan ukuran coating defect.

Ukuran dari coating defect diekspresikan dalam hubungan IR potensial drop dalam tanah (dengan adanya aliran arus dari CP). Besaran coating defect diekspresikan dalam % IR dengan formula sebagai berikut:

% IR = [Total mV/IR drop] x 100

Nilai dari IR drop dari persamaan tersebut diatas, diambil dari pengukuran IR drop pada 2 test point terdekat dari lokasi coating defect (lokasi coating defect berada diantara 2 test point). Nilai IR drop pada masing – masing test point merupakan selisih dari potensial pipa terhadap tanah pada saat CP On dan potensial pipa terhadap tanah pada saat CP Off. Apabila hasil pengukuran selisih potensial On/Off di kedua test point sama, maka nilai itulah yang digunakan sebagai nilai IR drop. Tetapi apabila dari hasil pengukuran didapatkan nilai selisih potensial yang berbeda diantara kedua test point tersebut, maka nilai selisih potensialnya bisa ditentukan dengan cara ekstrapolasi dari jarak antara test point dengan lokasi coating defect.

Sebagai contoh, 2 test point yang berjarak 1 km, dan coating defect berjarak 1/3 km dari test point pertama. Hasil pengukuran IR drop pada test point 1 = 300 mV sedangkan IR drop pada test point 2 = 500 mV. Maka IR drop pada lokasi coating defect adalah :

300 mV + [1/3 x (500 mV – 300 mV)] = 366.67 mV.

II.3.3 PENGUKURAN KETAHANAN LISTRIK TANAH (soil resistivity)

Karena resistivity tanah merupakan faktor utama yang berpengaruh terhadap laju korosi,

maka kita harus memikirkan nilai ini. Umumnya ketika resistivity tanah menurun, korosivitas naik, bahkan ketika kandungan campuran (moisture) tanah meningkat, korosivitas meningkat. Ada dua metode yang biasanya digunakan untuk mengukur ketahanan tanah:

1. Pengujian langsung dilapangan dengan metode Wenner Four-Pin
2. Metode soil box, mengambil sampel tanah untuk diujikan di laboratorium, untuk diukur ketahanan listrik dengan soil box resistivity testing.

Harus ditekankan bahwa ketahahan listrik tanah dapat sangat bervariasi dalam jarak yang sangat dekat. Nilai ini juga dapat berubah dengan kedalaman dibawah permukaan tanah. Jadi, ketika menggunakan metode soil box, maka sampel tanah yang diambil harus banyak untuk pembuatan pemetaan soil resistivity yang akurat dia suatu daerah tertentu.

1. Metode Wenner Four-Pin

Gambar 2.14 metode Wenner Four-Pin untuk mengukur soil resistivity

Pada gambar 1 diatas menunjukkan bahwa, metode ini dilakukan dengan menempatakan 4 pin satu sama lainnya pada jarak yang sama. Arus kemudian dikirimkan melalui 2 pin yang paling terluar. Dengan mengukur voltase atau tegangan yang melintasi 2 pin yang terdalam maka kita dapat mengukur ketahanan tanah dengan menggunakan hukum Ohm (V IR). Ketahanan listrik dalam tanah dapat diukur dengan persamaan 2.1 dibawah ini

Resistivity = 191,5 RL ohm-cm 2.1

Dimana R, didapatkan dari hukum ohm diatas, sedangkan L adalah jarak antara pin satu sama lain. Alat (pin) yang ditanam atau dikubur ini dapat menghasilkan interferensi pada daerah yang padat. Oleh karena itu, harus diperhatikan posisi pin yang ditanam, pin ditanam tegak terhadap jaringan pipa didalam tanah. Penempatan pin yang paralel atau sejajar dengan jaringan pipa akan menghasilkan pengkuran tahanan listrik yang lebih rendah dibandingkan dengan nilai tahanan listrik sebenarnya.

2. Metode soil box

Kerja dari metode ini prinsipnya sama dengan metode Wenner four-pin. Dimana, ada empat titik yang secara listrik bersentuhan dengan tanah. Arus bekerja (mengalir) melalui elektroda yang terluar dan tegangan yang dilewati diukur melalui dua titik terdalam. Pada kotak tanah (soil box), dua “titik” terluar ujung pelat kotak adalah logam bukan pin, sedangkan titik-titik yang didalamnya adalah pin sama seperti pada metode Wenner four-pin.

Gambar 2.15 adalah detail dari kotak tanah (soil box)

Sama dengan metode Wenner Four-Pin untuk resistensi, R, menggunakan hukum ohm, R=VI

Tetapi resistiviti-nya dihitung dengan menggunakan persamaan dibawah ini:

Resistivity = R WD/L 2.2

II.3.3.1 Pengaruh temperatur terhadap ketahanan listrik tanah

Temperatur pengaruhnya besar terhadap soil resistivity pada temperatur dibawah pendinginan (freezing). Jadi, sebaiknya soil resistivity tidak ukur saat tanah berada pada dibawah temperatur pendinginannya.

BAB III

TEORI DASAR PROTEKSI KATODIK

III.1 Sejarah Proteksi Katodik

Sir Humphary Davy mempresentasikan papernya kemasyarakat Royal pada tahun 1824, ia menjelaskan bagaimana anode zinc dapat digunakan untuk mencegah korosi pada bahan pelapis tembaga (copper sheathing) lambung kapal yang terbuat dari kayu pada kapal angkatan laut Inggris. Dari papernya ini menarik perhatian dan memunculkan prinsip yang dikenal dengan proteksi katodik. Beberapa tes pengujian telah dilakukan pada kapal besar pengangkut barang di pelabuhan dan laut dan dihasilkan kesimpulan bahwa ada pengaruh rapat arus pada proteksi tembaga. Davy juga telah melakukan investigasi penggunaan sistem arus tanding menggunakan baterai galvanik, tetapi ia tidak memikirkan metode aplikasinya.

Instalasi atau pemasangan pertama secara penuh pada lambung kapal dilakukan pada pada kapal perang kecil Samarang pada tahun 1824; empat grup Cast Iron dipasang dan sebenarnya memberikan perlindungan secara penuh pada pelapis tembaga.Namun sayang sekali, pencegahan korosi tembaga menghasilkan kegagalan pada tembaga karena bersifat racun dan dapat menambah kotornya laut. Sejak terkorosinya tembaga pada pencegahan korosi ini dan hal ini dianggap lebih penting dan dikhawatirkan konndisinya makin memburuk, karena alasan ini lah ketertarikan terhadap proteksi katodik menjadi menurun. Oleh karena itu metode ini hampir 100 tahun diabaikan, dan berhasil pertama kali digunakan oleh perusahaan minya di Texas untuk memproteksi pipa di dalam tanah.

III.2 Prinsip Proteksi Katodik

Ada dua metode yang dapat diaplikasikan pada proteksi katodik yaitu, impressed current (arus tanding) atau sacrificial anode (anoda korban). Pada gambar 3.1 dibawah ini mengilustrasikan pengunaan sumber arus listrik dari luar, biasanya rectifier, yang mengubah arus ac menjadi dc. Struktur yang diproteksi dibuat secara elektrik menjadi negatif sehingga ia bertindak sebagai katoda. Elektroda yang kedua dibuat menjadi positif dan berindak sebagai anoda. Arus yang dibawa atau berjalan pada rangkaian eksternal sebagai elektron, dan arsu yang dipakai I_app seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.1 adalah sebagai arus elektron. Elektron-elektron bebas tidak berada pada larutan elektrolit: Oleh karena itu, arus dibawa harus secara positif dan negatif ( ion-ion yang bermuatan). Arus yang melalui larutan elektrolit sama dengan arus yang ada pada rangkaian eksternal, yang ditunjukkan sebagai arus positif (baik ion postif dan ion negatif membawa arus pada elektrolit, apakah yang dibawa itu ion-ion itu banyak atau sedikit dari total arus bergantung kepada jumlah transport atau perpindahan dari ion-ion tersebut, untuk penyederhanaan hanya arah aliran ion-ion positif yang ditunjukkan pada gambar yang diperoleh dari konduksi ion-ion positif).

Gambar 3.1 Proteksi Katodik dengan menggunakan suplai energi dari luar

(proteksi katodik dengan metode arus tanding)

Ditekankan bahwa proteksi katodik hanya mungkin terjadi pada struktur yang diproteksi dan anoda ketika ada kontak elektronik dan elektrolit.

Gambar 3.2 menunjukkan metode kedua proteksi katodik. Ketika ada dua logam yang berbeda terhubung secara listrik pada sebuah larutan elektrolit, arus mengalir di antara kedua logam tersebut karena adanya perbedaan potensial elektrokimia. Logam dengan potensial yang lebih elektropositif ( nobel atau mulia) menjadi katoda dan terproteksi dari korosi (struktur yang terproteksi pada gambar 3.2), logam yang memiliki potensial elektronegatif (aktif) menjadi anode. Arus yang mengalir antara dua logam mempercepat larutnya (korosi) anode, yang menjadi korban, dan harus diganti secara periodik. Aliran arus yang mengalir pada gambar sama dengan yang yang terjadi pad gambar 3.1. Elektron mengalir menuju katoda dan ion-ion membaawa arus pada elektrolit yang korosif

Gambar 3.2 Proteksi Katodik dengan Anoda Korban

Distribusi arus pada katoda menjadi rendah pada daerah yang jaraknya jauh dari anod sehingga dibutuhkan jumlah anoda yang memadai.

Proteksi katoda dimonitoring dengan mengukur potensial electrode dari stuktur yang dilindungi untuk menentukan e.m.f antara antara elektode dengan elektrode referensi yang sesuai. Elektrode referensi logam yang dapat dengan mudah terkorosi (misalkan zinc murni) yang memiiliki potensial yang stabil selama korosinya. Elektrode referensi yang sering digunakan sebagai serengah sel seperti tembaga jenuh pada larutan jenuh CuSO4. Voltmeter, V, harus memiliki resistensi yang sangat tinggi untuk mencegah penarikan arus yang dapat menyebabkan polarisasi pada electrode referensi,sebagai alternative dapat digunakan electrometer. Dalam pelaporan atau pembacaaan potensial struktur haruslah spesifik seperti -0,85 V vs Cu/CuSO4 elektrode yang menunjukkan bahwa potensial struktur 0,85 lebih negatif daripada electrode referensi, atau dengan pendekatan SHE (standar hydrogen electrode) senilai dengan -0,55V.

Potensial antara electrode referensi dan stuktur yang diproteksi diukur dengan V (voltmeter) pada gambar 3.3 merupakan kontribusi ohmic, IR, ketika arus katodik, I mengalir dengan resistensi efektif R, antara electrode referensi adan struktur yang diproteksi, R dan kontribusi ohmic IR, akan menjadi lebih besar ketika electrode referensi jaraknya lebih jauh dari struktur yang diproteksi, ketika electrode referensi ditempatkan jauh dari struktur yang diproteksi , resistensi efektif akan meningkat. Akan tetapi, I, yang merupakan bagian dari total Iapp yang melewati R menurun, sehingga IR mendekai nol, karena Nilai I mendekati nol. Namun hal ini tidak begitu jelas apakah pengukuran potensial dari permukaan polarisasi yang tinggi dari electrode referensi yang jaraknya jauh secara akurat. Hanya polarisasi pada permukaan struktur yang diproteksi yang efektif pada proteksi katodik. Jadi untuk memonitor potensial permukaan secara akurat dan menghilangkan kontribusi ohmic sebanyak mungkin, electrode referensi ditempatkan mendekati permukaan struktur yang diproteksi. Hal ini tidak dimungkinkan untuk struktur yang besar dan kompleks seperti yang dibenam atau di pasang didalam air laut.

Gambar 3.3 Pengukuran potensial struktur yang diproteksi dengan elektrode referensi

Dalam proteksi katodik juga harus memikirkan arus untuk memproteksi permukaan pada logam dasar (stuktur yang diproteksi). Akibatnya, proteksi katodik sering dihubungkan dengan pelapisan (coating) pada permukaan sehingga area yang diproteksi terlindungi dari cacat pada pelapisan. Pelapisan pada permukaan mengurangi arus yang dibutuhkan, ketika pelapisan sudah rusak melewati batas waktunya,arus katodik harus ditingkatkan untuk menjaga proteksi pada area yang sudah terekspos (terkelupas).

III.2 Prinsip Elektrokimia Proteksi Katodik

Korosi pada lingkungan berair terjadi dengan mekanisme elektrokimia yang melibatkan pertukaran atau perpindahan electron-elektron pada logam yang terkorosi. Elektron-elektron dibebaskan oleh reaksi anodic dan diserap oleh reaksi reduksi:

M è M⁺ + e^- (anodic) 3.1

Z²⁺ + e^- è Z⁺ (katodik) 3.2

Dimana persamaan diatas 3.1 menunjukkan oksidasi atom logam M yang dapat larut menjadi ion positif M⁺ menunjukkan reduksi ion Z²⁺ menjadi Z⁺ . Kedua reaksi terjadi secara simultan pada permukaan dengan menghasilkan logam yang terkorosi dengan melarutnya atom-atom permukaan logam. Mekanisme proteksi katodik dapat secara sederhana dipahami dengan merujuk pada persamaan 3.1 dan 3.2 diatas. Membuat permukaan menjadi lebih negative meningkatkan akses atau konsentrasi mempercepat laju reaksi katodik dan menurunkan laju reaksi anodic. Jadi aplikasi dari potensial negative dan positif akibatnya mengurangi laju reaksi, jika pengurangan potensial cukup maka korosi dapat dicapai.

Elektron adalah reaktan-reaktan persamaan 3.1 dan 3.2 di atas, oleh karena itu masing- masing laju dapat diukur sebagai arus, (elektron/satuan waktu, misalkan C/s atau A). Laju reaksi dari persamaan 3.1 dan 3.2 diketahui dengan hubungan logaritmic (Tafel) sebagai fungsi potensial

η_a = β_a log i_a/ i_o, _a 3.3

η_c = β_c log i_c/ i_o, _c 3.4

Dimana η_a dan η_c adalah perubahan potensial ( voltase atau potensial berlebih) yang disebabkan oleh rapat arus masing-masing, i_c dan i_a. Sedangkan nilai konstanta β_a i_a/ i_o, _a

β_c i_c/ i_o, _c dapat dipahami dengan melihat atau memeriksa plot diagram logaritma arus vs potensial. Garis lurus pada gambar merepresentasikan laju reaksi yang ditunjukkan sebagai fungsi potensial, sesuai dengan persamaan 3.4 dan 3.5 diatas. Dimana i_a = i_c, laju pelarutan sama dengan laju reduksi, logam M mengalami korosi pada laju korosi E_corr dalam keadaan stabil. Laju i_a adalah laju korosi dari logam, pada i_a = i_c = i_corr pada E_corr

Penjelasan pertukaran rapat arus dapat terlihat dengan jelas, misalnya pada reaksi maju Z²⁺ + e^- è Z⁺ laju pada i_o, _a sama dengan laju reaksi kebalikannya Z⁺ è Z²⁺ + e^- . Jadi, laju yang terjadi i_o, _a pada dua reaksi diatas adalah sama dan berlawanan tanda pada saat kesetimbangan. Dengan penjelasan analogi untuk i_o, _a, dan pada persamaan 3.1 .E _o,_a dan E _o,_c adalah kesetimbangan atau potensial redoks untuk reaksi anodik dan katodik pada persamaan 3.1 dan 3.2.

Jika overpotensial (dinotasikan dengan dari katoda pada logam yang akan dilindungi kita tekan dengan jalan memberikan arus (disebut arus proteksi atau I_app maka laju korosi akan menurun dari i_corr menjadi i’_corr.Untuk menjaga kenetralan pada permukaan maka arus yang kita berikan merupakan selisih dari rapat arus aktoda dan rapat arus anoda: I_app = i_c - i_a

Pada kenyataanya bentuk kurva yanga linier seperti pada gambar akan dipenagruhi adanya keterbatasan dari unsur-unsur yang tereduksi atau oleh adanya resistensi dari sistem, dimana bahan yang bersangkutan beroperasi.

Pada kondisi praktisnya, reaksi reduksi katodik yang terjadi pada umumnya melibatkan ion-ion hidrogen atau ion-ion oksigen yang terlarut, yaitu:

2H⁺ + 2e^- è H₂ 3.5 O₂ + H₂O + 4e^- è 4OH^- 3.6

_­kedua reaksi diatas akan menghasilkan peningkatan pH baik dengan kehilangan ion-ion hidrogen seperti pada persamaan 3.5 atau dengan menghasikan ion-ion OH^- pada persamaan 3.6. Alkalinitas yang meningkat dapat menghasilkan saponifikasi pada lapisan Coating yang konsekuensinya terjadi peningkatan pada araena yang diproteksi dan menurunkan efisiensi proteksi katodik.

Pada logam ferreous peningkatan pH dapat bermanfaat, karena efisiensi proteksi katodik akan meningkat dengan meningkatnya pH. Akan tetapi, pada high-strength steel kemungkinan adanya hidrogen yang masuk pada baja berbahaya yang dapat mengakibatkan hydrogen embrittlement pada daerah yang memiliki ketegangan (stress) seperti pada weld (las-lasan), keadaan ini sebaiknya dihindari sehingga potensialnya tidak berubah menjadi lebih negatif.

Faktor lainnya pada saat terjadinya peningkatan pH pada air yang mengandung calsium bicarbonate yang terlarut dan magnesium sulphate akan menghasilkann presipitasi calsium carbonate dan magnesium hydroxide. Jika deposit garam pada permukaan logam dengan membentuk scale yang koheren dan adheren, luas permukaan yang diproteksi akan berkurang akibatnya akan mengurangi biaya proteksi katodik.

III.3 Kriteria Proteksi Katodik

Kriteria proteksi katodik direkomendasikan oleh NACE (National Assocaition of Corrosion Engineers) Standard RP 0169, seperti di tabel di bawah ini:

Dari segi praktis, terlebih dahulu harus ditentukan level proteksi dari system proteksi katodik yang akan diaplikasikan. Arus proteksi yang tidak memadai akan menghasilkan level proteksi yang rendah sementara arus proteksi yang berlebihan akan menghasilkan kerusakan pada lapisan coating serta memungkinkan terjadinya pelepasan lapisan coating. Lebih jauh struktur yang terkorosi tidak lagi memiliki potensial korosi dan level proteksi yang seragam pada area permukaannya. Kriteria proteksi praktis kemudian dibutuhkan untuk optimalisasi performa proteksi. Berikut merupakan daftar dari kriteria proteksi yang diajukan untuk aplikasi struktur baja yang terpendam,

• Potensial struktur senilai -850 mV dengan elektroda standar saturated Cu/CuSO4 (pada kondisi aerobik)

• Potensial struktur senilai -950 mV dengan elektroda saturated Cu/CuSO4 (pada kondisi anaerobik dimana korosi akbat pengaruh mikroba dapat muncul)

• Perubahan potensial negatif sebesar 300 mV ketika arus proteksi diaplikasikan.

• Perubahan potensial positif sebesar 100 mV ketika arus diputus.

Kriteria pertama merupakan batasan yang paling umum diketahui dan digunakan dalam industri, hal ini berkaitan dengan kemudahan dalam pengaplikasian. Menggunakan persamaan Nernst dan konsentrasi ion Fe sbesar 10⁶ M (kriteria umum digunakan untuk mendefinisikan area non korosif secara termodinamika), diperoleh potensial batas sebesar 930 mV dengan elektroda standar. Cu/CuSO4, yang mana lebih negatif dibandingkan dengan nilai pada kriteria pertama diatas. Performa operasional yang cukup memadai pada nilai potensial yang berada pada nilai yang tidak seketat nilai hasil perhitungan dapat dihubungkan dengan pembentukan lapisan protektif fer­rous hydroxide pada permukaan

III.3 Jumlah Arus yang dibutuhkan untuk Proteksi Katodik

Jumlah arus yang dibutuhkan untuk melindungi logam bergantung kepada area permukaan dan laju korosi. Arus yang dibutuhkan secara langsung berbanding lurus dengan laju korosi,yang berbanding lurus dengan rapat arus korosi, i_corr.

Faktor kedua yang meningkatkan laju korosi yang juga meningkatkan arus yang dibutuhkan, dibawah ini merupakan faktor-faktor tersebut yang sering terjadi dan berdampak langsung terhadap laju korosi:

1. Coating atau pelapisan, kualitas coating pada permukaan menetukan jumlah bare (telanajang/terekspos) logam yang akan kontak dengan elektrolit dan juga arus yang yang akan secara aktual mengalir melalui coating. Arus yang dibutuhkan untuk memproteksi jaringan pipa yang terpendam hampir bergantung kepada coating, semua faktor lainnya tidak begitu penting. Contoh, jaringan pipa yang diproteksi dengan baik sepanjang 240 km yang telah diproteksi membutuhkan 2 A, sedangkan dengan panjang yang sama namun dalam keadaan bare (telanjang atau terekspos) setelah diproteksi membutuhkan 1000 A. Dengan pelapisan atau coating arus oyang dibutuhkan jauh lebih sedikit dibandingkan denan pipa yang dalam keadaan terekspos.
2. Ketahanan terhadap lingkungan berair, Proteksi katodik sering diaplikasikan pada situasi atau daerah diman ketahanan elektolitnya tinggi seperti tanah dan lingkungan air lokal. Biasanya ketika resistansi menurun laju korosi meningkat karena kandungan moisture pada tanah lebih besardan keberadaan ion-ion korosif yang ada pada tanah dan air. Jadi elektrolit yang resistansinya lebih rendah dibutuhkan arus yang lebih besar dibandingkan dengan elektrolit yang ketahanan listriknya lebih tinggi.

3. Akses terhadap larutan yang reducible (dapat tereduksi), arus katodik, i_c, proporsional atau berbanding lurus dengan jumlah spesies atau ‘unsur’ yang reducibe, Z²⁺ yang ada pada larutan. Akibatnya, arus yang dibutuhkan menjaga potensial berbanding lurus dengan jumlah spesies atau ‘unsur’ yang reducibe, tersebut (i_app = i_c - i_a). Pada larutan asam dengan konsentrasi ion H⁺ yang tinggi dibutuhkan arus yang sangat banyak untuk proteksi katodik. Pada lingkungan air laut spesien yang reproducible yang sering adalah oksigen yang terlarut. Arus dibatasi oleh difusi oksigen yang terlarut pada permukaan, yang dapat sangat bervariasi, tergantung kepada turbulensi, stirring (pengadukan) dan variabel hidrodinamik lainnya.

III.4 Korosivitas Tanah

Korosivitas tanah berpengaruh terhadap komponen logam atau material yang berada didalamnya, termasuk jaringan pipa. Pipa yang terkorosi dapat disebabkan karena lingkungannya yang korosif. Untuk itu, sebelum dilakukan instalasi jaringan pipa harus kita ketahui karakteristik lingkungan termasuk kondisi tanah dimana pipa itu dibenamkan.

Seberapa besar tingkat korosivitas tanah dapat dilakukan dengan 2 cara yaitu: dengan melihat besarnya potensial redoks tanah dan dengan melihat besarnya resistivitas atau tahanan listrik dalam tanah.

III.4.1 Potensial Redoks Tanah

Potensial redoks tanaha adalah potensial dari reaksi reduksi-oksidasi tersebut terjadi dalam tanah karena tanah memiliki kandungan air yang cukup tinggi, kandungan garam dan kandungan asam atau basa yang terlarut dalam komponen-kompoen tanah. Cara mengkurnya dengan menggunakan elektroda referensi. Dengan menggunakan logam platina dan elektroda referensi SHE, tingkatr korosivitas tanah dapat diklasifikasikan sebagai berikut:

Potensial, mV	Tingkat korosivitas
<>	Sangat korosif
100-200	Sedang
200-400	Kurang
>400	Tidak

Tabel 3.1 Potensial Redoks Tanah Terhadap Platina

III.4.2 Resistivitas Tanah

Resisitivitas tanah merupakan indikasi adanya kelembaban dan garam – garam terlarut dalam tanah, dan sifat korosifitas tanah sebanding dengan penurunan nilai resistivitas. Berikut adalah tabel yang menghubungkan nilai resistivitas tanah dengan laju korosi pada baja dalam tanah.

Tabel 3.2 Resistifitas Tanah Terhadap Besi/ Baja

Tanah dikatakan tidak bersifat korosif apabila nilai resistivitasnya diatas 10.000 ohm-cm. Dalam kisaran 1000 sampai 2000 ohm-cm, tanah tergolong bersifat mildly corrosive. Dalam kisaran 500 sampai 1000 ohm-cm, tanah tergolong bersifat korosif. Dan untuk nilai resistivitas dibawah 500 ohm-cm tanah masuk dalam kategori sangat korosif, dimana dalam kondisi ini umumnya pipa transport bare steel akan habis terkorosi kurang dari 1 tahun.

III.4 Proteksi Katodik Metode Arus Tanding

Tahapan-tahapan dalam perancangan pemasangan proteksi katodik dengan metode arus tanding

1. Memastikan soil resistivity
2. Estimasikan total arus yang dibutuhkan yang akan bergantung pada agresiviats lingkungan, kealamiahan lapisan pelindung coating dan area struktur
3. Memastikan kontinuitas listrik struktur
4. Menentukan hal-hal yang dibutuhkan untuk insulating flanges (penyebaran arus proteksi katodik pada ujung dan cabang) dan untuk penyatuan atau ikatan dengan struktur asing atau luardan penilaiann arus tambahan yang dibutuhkan
5. Memilih lokasi groundbed yang cocok, yang sebaiknya memiliki kriteria dibawah ini
1. Soil resistivity-nya rendah
2. Dekat dengan sumber arus
3. Pada titik dimana masalah interaksi (misal dengan stuktur pipa lain) tidak terlalu signifikan
4. Pada lokasi dimana groundbed dan kabel aman dari ganngguan
6. Menentukan apakah sebaiknya anoda dipasang vertikal atau horizontal
7. Menentukan resistansi (ketahanan) rangkaian (bergantung kepada kondisi tanah,dll) :

i. Katode

ii. Kabel (bergantung kepada arus, ukuran dan panjang kabel)

iii. Anode (bergantung kepada design groundbed)

iv. Memikirkan efek dari cathode volt-drop pada titik yang jauh

8. Memutuskan tegangan yang digunakan
9. Menentukan material anode yang optimum
10. Mengambil kesimpulan jumlah dan ukuran anode yang optimum
11. Menentukan jarak anoda

DAFTAR PUSTAKA

1. Jones, D.A. Principles And Prevention of Corrosion-2^nd Edition, Prentice Hall, Singapore,1997

2. Fontana, Mars G, Corrosion Engineering, McGraw-Hill International, Singapore, 1986

3. Peabody, A.W., Control of Pipeline Corrosion – 2^nd Edition, Houston, NACE International, 2001

4. Parker, Marshall E., Peattie, Edward G., Pipeline Corrosion and Cathodic Protection, Gulf Professional Publishing, Burlington MA.

5. NACE Standard – RP0502-2002

6. NACE Standard – RP 0169-2002