Otomatisasi Metode Impressed Current Cathodic Protection (ICCP) Pada Logam Berbasis Mikrokontroler ATMEGA 16

• Salah satu masalah utama untuk peralatan dan struktur bahan

  yang terbuat dari logam adalah korosi.

• Korosi adalah kerusakan atau degradasi logam akibat adanya

  reaksi oksidasi-reduksi menghasilkan residu yang tidak dikehendaki yaitu karat.
• Proteksi katodik biasa digunakan untuk mengurangi laju korosi pada logam.
• Metode ini biasa digunakan untuk perlindungan pipa-pipa dan

  tangki yang dikubur, struktur di dalam perairan laut dan besi-

  besi penunjang.

• Metode proteksi katodik arus paksa atau dikenal dengan

  Impressed Current Cathodic Protection (ICCP).

• Komponen pembentuk sistem proteksi katodik arus paksa terdiri dari:

  1. Katoda

  2. Sumber arus DC

  3. Anoda, dan

  4. Kawat penghubung

  

1. Besarnya tegangan dan arus dapat di desain untuk range

yang lebih luas dan sesuai kebutuhan.

  

2. Area yang luas dapat di proteksi dengan hanya satu buah

instalasi sistem.

  3. Keluaran tegangan dan arus yang bervariasi dan dapat diatur.

  4. Dapat diaplikasikan untuk lingkungan dengan tingkat resistivitas yang tinggi.

  

5. Efektif untuk melindungi struktur yang dilapisi maupun

yang tidak.

  1. Dapat menimbulkan masalah interferensi katodik.

  2. Dapat mengalami kegagalan suplai tenaga/power.

  3. Memerlukan inspeksi dan maintenance secara berkala.

  4. Memerlukan sumber daya dari luar.

  

5. Proteksi yang berlebihan dapat menyebabkan kerusakan

pelapisan

• Mikrokontroler ATmega16
• Transformer-Rectifier / Power Supply
• Buck-Boost Converter
• Sensor Interface
• pH Meter
• Buck-Boost Converter merupakan rangkaian untuk

  mengkonversi tegangan input positif menjadi tegangan output

  negatif (inverting), dan banyak digunakan ketika dibutuhkan tegangan output lebih besar atau lebih kecil dari tegangan input.

  

Rangkaian Awal Rangkaian Alternatif

• Program Mikrokontroler
• Program PC

• Uji Kebutuhan Arus
• Uji Berat
• Uji Sistem
• Uji kebutuhan arus adalah pengujian yang dilakukan sebelum sistem dibuat

  untuk mengetahui kebutuhan arus logam pada kondisi lingkungan dimana

  sistem akan diterapkan.

   Dari pengujian yang dilakukan diketahui bahwa logam akan mulai terkorosi jika diberikan arus dibawah 3 mA.

  Kondisi OFF Kondisi ON Hasil Pengujian I (mA) V (Volt) I (mA) V (Volt)

• 0,02 0,13 5,00 4,04 Terproteksi -0,44 1,27 4,00 3,46 Terproteksi -0,43 1,40 3,00 3,12 Terproteksi -0,24 1,57 2,00 2,59 Permukaan belakang terkorosi
• 0,20 1,64 1,00 2,29 Permukaan belakang terkorosi
• 0,10 1,47 0,50 1,79 Seluruh Permukaan terkorosi

• Uji berat digunakan untuk mengetahui laju korosi yang terjadi pada logam uji per tahun jika pada logam tersebut tidak dilakukan metode perlindungan apapun.

  Lingkungan Berat Awal Berat Akhir Selisih Berat Uji

  Air Ledeng 202,20 gr 202,1 gr 0,1 gr Air Laut 202,10 gr 199,8 gr 2,3 gr

   Laju korosi logam pada air ledeng = 0,0319 mpy

   Laju korosi logam pada air laut = 0,734 mpy

  Pengujian di air ledeng Pengujian di air laut Hasil Uji Berat :

• Sistem dibuat untuk mengendalikan arus proteksi pada logam

  supaya tetap berada pada kriteria perlindungan yaitu antara

  0.850 V sampai 1.5 V (dalam nilai absolut) terhadap elektroda

  referensi Ag/AgCl.

• Pada air ledeng dengan pH 6 dilakukan penambahan air cuka

  sampai mencapai pH 3

  Logam yang diproteksi Logam yang tidak diproteksi Pengujian pada Air Ledeng:

Logam yang diproteksi Logam yang tidak diproteksi

  Pengujian pada Air Laut: Logam yang diproteksi Logam yang tidak diproteksi

  Pengujian pada Air Cuka: Logam yang diproteksi Logam yang tidak diproteksi

  Pengujian pada Air Kapur: Logam yang diproteksi Logam yang tidak diproteksi

  

Grafik hasil pengujian pada air ledeng

dengan arus sebesar 6,252 mA .

  Grafik hasil pengujian pada air laut dengan arus rata-rata sebesar 6,252 mA .

  

Grafik hasil pengujian pada air cuka

dengan arus sebesar 5,951 mA .

  Grafik hasil pengujian pada air kapur dengan arus rata-rata sebesar 5,694 mA .

• Dengan metode Impressed Current Cathodic Protection (ICCP) proses korosi pada logam dapat dikendalikan dengan mensuplai kebutuhan elektron logam dengan arus DC dari luar.
• Dengan memanfaatkan mikrokontroler AVR Atmega16 sebagai pengendali, besarnya arus yang diberikan pada logam dapat disesuaikan secara otomatis dengan kebutuhan arus logam tersebut agar tetap berada range kriteria untuk proteksi katodik.

• Kebutuhan arus logam uji adalah sebesar 3 mA, sehingga arus

  yang diberikan pada saat pengujian sistem secara otomatis selalu lebih besar dari 3 mA, yaitu sebesar 6,292 mA pada

  lingkungan air ledeng, 5,493 mA pada lingkungan air laut, 5,

  951 mA pada lingkungan air cuka, dan 5,694 V pada lingkungan air kapur.

  ~ TERIMA KASIH ~

OTOMATISASI METODE IMPRESSED CURRENT CATHODIC PROTECTION (ICCP) PADA LOGAM BERBASIS MIKROKONTROLER AVR ATMEGA16 TUGAS AKHIR

  Disusun untuk memenuhi syarat kelulusan pada Program Studi Strata Satu Sistem Komputer

  Oleh: Cecep Wiliam 10207701 Pembimbing: Usep Mohamad Ishaq, M.Si. Hidayat, M.T. JURUSAN TEKNIK KOMPUTER FAKULTAS TEKNIK DAN ILMU KOMPUTER UNIVERSITAS KOMPUTER INDONESIA BANDUNG

  

HALAMAN PENGESAHAN

OTOMATISASI METODE IMPRESSED CURRENT CATHODIC

PROTECTION (ICCP) PADA LOGAM

BERBASIS MIKROKONTROLER AVR ATMEGA16

  

Disusun un tuk memenuhi s ya ra t k elulu san pada

Prog ra m S tudi S tra ta S atu Sistem Ko mputer

Oleh:

  

Cecep Wiliam

10207701

Bandung, Agustus 2012

Menyetujui,

   Pembimbing I Pembimbing II Usep Mohamad Ishaq, M.Si. ___ Hidayat, M.T. ___

NIP: 4127.70.05.008 NIP: 4127.70.05.011

  

Mengetahui,

Ketua Jurusan Teknik Komputer

Sri Nurhayati, S.Si., M.T.

  

ABSTRAK

Salah satu masalah utama untuk peralatan dan struktur bahan yang terbuat

dari logam adalah korosi yang mengikis struktur pada logam sampai pada taraf

yang sangat merusak. Korosi adalah kerusakan atau degradasi logam akibat

adanya reaksi oksidasi-reduksi antara suatu logam dengan berbagai zat di

lingkungannya dan menghasilkan residu yang tidak dikehendaki yang disebut

dengan karat. Karena sifatnya yang merusak, korosi menjadi suatu permasalahan

yang serius dan sangat penting sehingga menjadi perhatian industri-industri di

dunia.

  Sistem dibuat untuk mengendalikan arus proteksi pada logam supaya tetap

berada pada kriteria proteksi katodik yaitu antara 0.850 V sampai 1.5 V (dalam

nilai absolut) terhadap elektroda referensi Ag/AgCl. Sistem proteksi katodik arus

paksa kemudian diimplementasikan pada logam baja dengan ukuran 10 x 10 x 0,2

cm sebagai logam yang akan diproteksi dan ditempatkan pada lingkungan uji.

Program Data Acquisition and Monitoring pada PC akan langsung berjalan

ketika tombol Mulai ditekan, dan langsung memantau kondisi sistem, melakukan

pengambilan data setiap sepuluh menit sekali yang kemudian disimpan ke dalam

database secara otomatis, dan setiap satu hari sampai satu bulan sekali dapat

dilakukan backup data untuk analisa.

  Buck-Boost Converter berperan sebagai aktuator yang dikendalikan dengan

memberikan sinyal PWM dari mikrokontroler untuk proses switching, semakin

besar duty cycle PWM yang diberikan, maka arus dan tegangan keluaran dari

Buck-Boost Converter pun akan semakin besar, dan semakin besar arus dan

tegangan yang diberikan pada logam, maka tegangan Ei akan semakin kecil.

  Kebutuhan arus logam uji adalah sebesar 3 mA yang diketahui melalui uji

kebutuhan arus, sehingga arus sebesar 6,292 mA pada lingkungan air ledeng,

5,493 mA pada lingkungan air laut, 5,951 mA pada lingkungan air cuka, dan

5,694 mA pada lingkungan air kapur yang diberikan saat pengujian sistem dapat

melindungi struktur logam uji dari proses korosi karena terpenuhinya kebutuhan

elektron dan masih berada dalam range kriteria proteksi katodik.

  

Kata kunci: Pengendalian Korosi, Impressed Current Cathodic Protection, Buck-

Boost Converter, Data Acquisition, Monitoring Sistem.

  

ABSTRACT

One of the main problems for structures made of metallic material is

corrosion that erodes the structure of the metal to the extent that is very

damaging. Corrosion is the destruction or degradation of metal due to the

oxidation-reduction reaction between a metal with a variety of substances in the

environtment and produce an undesirable residues called rust. Because of its

destructiveness, corrosion becomes a serious problem and it is very important so

that became the attention of industries in the world.

  System designed to control the current protection to the metal in order to

maintain current to remain on the cathodic protection criteria between 0,850 V to

1,5 V (in absolut value) agains reference electrode Ag/AgCl. Impressed Current

Cathodic Protection then implemented to the steel metal with size 10 x 10 x 0,2 cm

as the metal to be protected and then placed in the testing environments. Data

Acquisition and Monitoring Program on the PC will automatically run when the

Mulai button is pressed and immediately begin to monitor the condition of the

system, perform data collection every ten minutes which is then stored into the

database automatically, and every single day to once a month to do data backups

for analysis.

  Buck-Boost Converter act as actuators which is controlled by providing a

PWM signal from the microcontroller for the switching process, the greater the

PWM duty cycle is given, then the output current and output voltage of the Buck-

Boost Converter would be even greater, and the greater the current and voltage

applied to the metal, then the Ei voltage will be smaller.

  Current requirement for testing metal is 3 mA known through current

requirement test, so that a current of 6,292 mA in tap water environments, 5,493

mA in the seawater environments, 5,951 mA in the vinegar environtment, and

5,694 mA in the limewater environtment which is given when testing system can

protect testing metal structure from corrosion process due to fulfillment of the

electron needs and is still in the range of cathodic protection criteria.

  

Keywords: Corrosion Control, Impressed Current Cathodic Protection, Buck-

Boost Converter, Data Acquisition, System Monitoring.

KATA PENGANTAR

  Dengan memanjatkan segala puji dan syukur ke hadirat Allah SWT, karena atas rahmat dan hidayah-Nya, akhirnya penulis dapat menyelesaikan penelitian Tugas Akhir dengan judul

  ”Otomatisasi Metode Impressed Current Cathodic

  Protection (ICCP) Pada Logam Berbasis Mikrokontroler AVR ATmega16 ”.

  Laporan penelitian Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi syarat kelulusan pada Program Studi Strata Satu Sistem Komputer di Jurusan Teknik Komputer, Universitas Komputer Indonesia.

  Dalam pelaksanaan penelitian tugas akhir penulis, banyak pihak yang telah membantu baik secara langsung maupun tidak langsung. Untuk itu penulis ingin mengucapkan terima kasih yang seikhlas-ikhlasnya kepada :

  1. Kedua Orang Tua tercin ta yang telah memberikan dukungan, do’a dan motivasi, baik secara moril maupun materil, hingga akhirnya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik.

  2. Ibu Sri Nurhayati, S.Si., M.T. Selaku ketua jurusan dan dosen wali di Jurusan Teknik Komputer, Universitas Komputer Indonesia.

  3. Bapak Usep Mohamad Ishaq, M.Si., sebagai Dosen Pembimbing I.

  4. Bapak Hidayat, M.T., sebagai Dosen Pembimbing II.

  5. Teman- teman yang telah membantu dan juga memberikan do’anya kepada penulis.

  6. Seluruh pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, yang telah membantu selama proses pelaksanaan Tugas Akhir ini.

  Penulis menyadari dalam penyusunan laporan ini masih banyak kekurangan dan kesalahan yang tidak bisa dihindari. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun sehingga dapat menjadi masukan yang berharga bagi penulis.

  Akhir kata dengan segala kerendahan hati, penulis mempersembahkan laporan penelitian Tugas Akhir ini kepada seluruh pembaca. Semoga dapat memberikan banyak manfaat bagi semua pihak, baik bagi para pembaca umumnya dan khususnya bagi penulis sendiri.

  Bandung, Agustus 2012 Penulis

  

DAFTAR ISI

  ABSTRAK ............................................................................................................... i ABSTRACT ............................................................................................................ ii KATA PENGANTAR ............................................................................................. iii DAFTAR ISI ............................................................................................................ v DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ vii DAFTAR TABEL ................................................................................................... ix DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................................ x

  BAB I PENDAHULUAN ..................................................................................... 1

  1.1 Latar Belakang Masalah ................................................................... 1

  1.2 Rumusan Masalah ............................................................................ 3

  1.3 Batasan Masalah ............................................................................... 3

  1.4 Metode Penelitian ............................................................................. 4

  1.5 Sistematika Penulisan ....................................................................... 4

  BAB II DASAR TEORI ......................................................................................... 6

  2.1 Pengertian Korosi ............................................................................. 6

  2.1.1 Proses Korosi ......................................................................... 6

  2.1.2 Bentuk-Bentuk Korosi ........................................................... 8

  2.1.3 Metode Pencegahan Korosi .................................................. 11

  2.2 Proteksi Katodik Arus Paksa .......................................................... 13

  2.2.1 Prinsip Dasar Sistem Proteksi Katodik Arus Paksa ............. 14

  2.2.2 Komponen-Komponen ICCP ............................................... 16

  2.2.3 Kriteria Perlindungan ........................................................... 18

  2.2.4 Kebutuhan Arus.................................................................... 21

  2.3 Elektroda Acuan ............................................................................. 22

  2.4 Mikrokontroler ............................................................................... 24

  2.4.1 PWM (Pulse Width Modulation) ......................................... 26

  2.4.2 ADC (Analog to Digital)...................................................... 27

  2.5 Buck-Boost Converter .................................................................... 29

  BAB III PERANCANGAN SISTEM .................................................................... 31

  3.1 Perancangan Sistem ........................................................................ 31

  3.2 Perancangan Hardware ................................................................... 33

  3.2.1 Mikrokontroler ATmega16 ................................................... 33

  3.2.2 Transformer-Rectifier ........................................................... 34

  3.2.3 Buck-Boost Converter.......................................................... 36

  3.2.4 Pengukuran Arus dan Tegangan Buck-Boost Converter ...... 37

  3.2.5 Pengukuran dan Konfigurasi pH Meter ............................... 39

  3.3 Perancangan Software .................................................................... 40

  3.3.1 Program Mikrokontroler ...................................................... 40

  3.3.2 Data Acquisition and Monitoring ......................................... 43

  3.4 Implementasi Sistem ...................................................................... 46

  BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA ................................................... 50

  4.1 Metode dan Hasil Pengujian ........................................................... 50

  4.1.1 Uji Kebutuhan Arus ............................................................. 50

  4.1.2 Uji Berat ............................................................................... 52

  4.1.3 Uji Sistem ............................................................................. 54

  4.2 Analisa Hasil Pengujian ................................................................. 61

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN................................................................ 65

  5.1 Kesimpulan ..................................................................................... 65

  5.2 Saran ............................................................................................... 66 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................. 67 LAMPIRAN

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

  Salah satu masalah utama untuk peralatan dan struktur bahan yang terbuat dari logam adalah korosi atau karat yang mengikis struktur pada logam sampai pada taraf yang sangat merusak. Dengan metode penangganan yang baik dalam mengatasi masalah korosi dapat meningkatkan umur (life time) dari peralatan dan struktur yang terbuat dari logam, sebaliknya penangganan yang buruk akan mengurangi umur dari peralatan tersebut atau bahkan dapat mengakibatkan kerusakan yang tidak terduga pada struktur logam [1].

  Korosi secara definisi merupakan suatu fenomena alami yang terjadi di sekitar kita, akan tetapi karena sifatnya yang merusak, korosi menjadi suatu permasalahan yang serius dan sangat penting yang menjadi perhatian industri- industri di dunia. Tidak sedikit biaya yang telah dikeluarkan untuk mengatasi permasalahan tersebut. Menyadari keadaan ini, pengendalian dan penangganan masalah korosi perlu dilakukan dengan lebih efektif terutama pada aplikasi alat- alat penunjang produksi yang berada pada kondisi-kondisi lingkungan korosif. Lingkungan korosif yang dimaksud adalah lingkungan yang berupa elektrolit dengan derajat keasaman (pH) tertentu.

  Hampir semua logam yang digunakan di industri maupun dalam kehidupan sehari-hari dapat mengalami serangan korosi. Pada umumnya serangan korosi berbeda-beda pada tiap logam dan pada kasus-kasus tertentu sangat membahayakan bagi kehidupan manusia, terutama pada logam penunjang seperti perpipaan, rangka dan tangki penyimpanan yang perlu diberikan perhatian [2].

  Dampak yang ditimbulkan korosi sungguh luar biasa. Amerika Serikat mengalokasikan biaya pengendalian korosi sebesar 80 hingga 126 milyar dollar per tahun [2]. Di Indonesia sekitar dua puluh tahun ke belakang, biaya yang ditimbulkan akibat korosi dalam bidang industri mencapai 5 trilyun rupiah. Nilai tersebut memberi gambaran betapa besarnya dampak yang ditimbulkan korosi, dan nilai ini semakin meningkat setiap tahunnya karena belum terlaksananya pengendalian korosi yang efektif di bidang industri [3].

  Kerugian yang ditimbulkan akibat korosi di industri dapat dikategorikan menjadi kerugian dengan dampak yang bersifat langsung dan tidak langsung. Kerugian langsung adalah dapat berupa terjadinya kerusakan pada peralatan, mesin dan stuktur-struktur yang berbahan dasar logam, sedangkan kerugian tidak langsung dapat berupa terhentinya aktivitas produksi karena terjadinya kerusakan peralatan akibat korosi.

  Kerugian tidak langsung bahkan dapat menyebabkan kecelakaan yang menimbulkan korban jiwa, seperti kejadian runtuhnya jembatan akibat korosi retak tegang di West Virginia yang menyebabkan 46 orang meninggal dunia, terjadinya kebakaran akibat kebocoran pipa gas di Minnesota karena selective

  

corrosion dan meledaknya pembangkit tenaga nuklir di Virginia akibat terjadinya

korosi erosi pada pipa-pipa uapnya [2].

  Terdapat banyak metode yang dapat digunakan untuk pencegahan dan pengendalian korosi, diantaranya yang banyak digunakan di industri adalah dengan metode proteksi katodik arus paksa atau yang dikenal dengan istilah ICCP (Impressed Current Cathodic Protection). Proteksi katodik biasa digunakan untuk mengurangi laju korosi pada logam, dan dapat melindungi seluruh permukaan logam dengan sempurna. Akan tetapi pada prakteknya penerapan metode tersebut masih banyak dilakukan secara konvensional / manual. Oleh karena itu penulis memilih metode tersebut sebagai bahan pengembangan untuk penelitian tugas akhir dengan judul “Otomatisasi Metode Impressed Current Cathodic

  Protection (ICCP) Pada Logam Berbasis Mikrokontroler AVR ATmega16 ”.

  1.2 Rumusan Masalah

  Pada metode proteksi katodik arus paksa, suatu potensial listrik searah / DC digunakan dengan cara tertentu sehingga seluruh permukaan logam yang akan dilindungi dibuat menjadi bersifat katodik, yang pada akhirnya akan mencegah terjadinya proses korosi.

  Dengan memanfaatkan mikrokontroler sebagai pengendali sumber arus DC, maka kebutuhan elektron dari struktur logam akan selalu terpenuhi dan membuat logam tersebut tetap berada pada kondisi imun, sehingga membuatnya kebal terhadap serangan korosi. Mikrokontroler AVR ATmega16 diprogram supaya bekerja secara otomatis mengendalikan besarnya arus keluaran dari sumber arus DC untuk menjaga supaya besarnya arus proteksi pada logam tetap terpenuhi dengan mempertahankan tegangan logam terhadap elektroda referensi tetap berada pada kriteria proteksi katodik ketika terjadi perubahan pada lingkungan. Kondisi lingkungan yang digunakan berupa lingkungan elektrolit dengan pH 4 sampai 7, contohnya adalah air cuka, air ledeng dan air laut dan air kapur. Dengan metode tersebut struktur logam diharapkan akan terus terlindungi dari berbagai macam bentuk serangan korosi pada berbagai perubahan kondisi lingkungan.

  1.3 Batasan Masalah

  Pada penelitian tugas akhir ini ada beberapa hal yang menjadi batasan masalah dalam pelaksanaannya, sehingga penelitian yang dilakukan masih dalam batasan yang wajar dan dapat dilakukan, yang pada akhirnya pemecahan masalah pun menjadi lebih fokus dan terarah.

  Batasan masalah pada penelitian tugas akhir ini adalah:

  1. Metode pencegahan korosi yang digunakan adalah metode proteksi katodik arus paksa atau ICCP.

  2. Penelitian difokuskan pada perancangan sistem pengendalian dengan mikrokontroler AVR.

  3. Perancangan dan pembuatan hardware berskala kecil.

  4. Lingkungan yang digunakan berupa fluida tidak bergerak.

  5. Pengujian laju korosi menggunakan metode uji berat.

  1.4 Metode Penelitian

  Dalam pengerjaan penelitian tugas akhir ini, digunakan beberapa tahapan dalam metode penelitiannya, yaitu :

  1. Tahap studi literatur, adalah tahapan pengumpulan dan pembelajaran dari data-data berupa referensi yang diperoleh.

  2. Tahap perancangan sistem, adalah tahapan pembuatan rancangan dari sistem yang akan dibuat pada penelitian tugas akhir.

  3. Tahap pembuatan hardware (perangkat keras), adalah tahap dalam pembuatan alat yang berupa rangkaian-rangkaian komponen yang akan digunakan pada sistem.

  4. Tahap pembuatan software (perangkat lunak), adalah tahap pembuatan program aplikasi untuk pengendalian sistem oleh mikrokontroler, dan program antarmuka pada PC.

  5. Tahap pengujian sistem, pada tahap ini semua perangkat sistem telah selesai dibuat, kemudian sistem diuji apakah dapat melindungi logam dengan baik atau tidak.

  1.5 Sistematika Penulisan

  Laporan penelitian tugas akhir ini merupakan laporan hasil kegiatan penelitian yang dituangkan ke dalam tulisan yang secara sistematis terurut dari akar permasalahan sampai kepada solusi atau hasil akhir penelitian.

  Laporan penelitian tugas akhir ini dibuat sebanyak lima bab yang terdiri dari bab pendahuluan, bab dasar teori, bab perancangan sistem, bab hasil pengujian dan analisa, kemudian sampai pada bab kesimpulan dan saran. Berikut adalah sistematika penulisannya:

  BAB I PENDAHULUAN Menguraikan tentang latar belakang permasalahan, merumuskan inti permasalahan yang dihadapi, yang kemudian diikuti dengan pembatasan masalah dan metode penelitian serta sistematika penulisan.

  BAB II DASAR TEORI Berisi konsep dasar dan teori-teori penunjang yang berkaitan dengan topik penelitian yang dilakukan dan hal-hal yang berguna dalam proses penelitian dan analisis permasalahan.

  BAB III PERANCANGAN SISTEM Bab ini berisi blok-blok sistem yang dirancang, layout sistem, parameter- parameter sistem, diagram alir sistem, dan hal-hal lain yang berhubungan dengan perancangan sistem pada penelitian tugas akhir yang dikerjakan.

  BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA Bab ini berisi hasil implementasi dari tugas akhir yang dikerjakan, metode pengujian yang disertai juga dengan hasil pengujian dari sistem sehingga dapat diketahui batasan dan kemampuan dari sistem yang dibuat.

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Berisi kesimpulan dari hasil pengujian dan analisa yang dilakukan, dan juga berisi saran yang dianjurkan untuk pengembangan selanjutnya.

BAB II DASAR TEORI

2.1 Pengertian Korosi

  Korosi merupakan proses atau reaksi elektrokimia yang bersifat alamiah dan berlangsung dengan sendirinya pada logam yang berada dalam suatu lingkungan korosif baik itu berbentuk gas maupun cairan / elektrolit. Oleh karena itu korosi tidak dapat dicegah atau dihentikan sama sekali, tetapi proses korosi dapat dikendalikan, sehingga akan memperlambat proses perusakannya [2].

  Korosi adalah kerusakan atau degradasi logam akibat adanya reaksi oksidasi-reduksi antara suatu logam dengan berbagai zat di lingkungannya dan menghasilkan senyawa-senyawa / residu yang tidak dikehendaki yaitu karat, sehingga dalam bahasa sehari-hari proses korosi biasa disebut perkaratan. Contoh korosi yang paling umum adalah perkaratan pada logam besi atau baja [4].

  Korosi dapat juga diartikan sebagai serangan yang merusak logam karena logam bereaksi secara kimia dengan lingkungannya. Ada definisi lain mengatakan bahwa korosi adalah kebalikan proses ekstraksi logam dari bijih materialnya. Contohnya, bijih material logam besi di alam bebas ada dalam bentuk senyawa besi oksida (FeO) atau besi sulfida (FeSO), setelah diekstraksi dan diolah, akan dihasilkan besi yang digunakan untuk pembuatan baja atau besi paduan. Selama pemakaian, besi atau baja tersebut akan bereaksi dengan lingkungan yang menyebabkan korosi dan kembali menjadi senyawa besi oksida [4].

2.1.1 Proses Korosi

  Suatu proses korosi pada logam dapat terjadi karena terpenuhinya empat syarat yaitu, ada yang bertindak sebagai anoda, sebagai katoda, adanya elektrolit, dan adanya jalur listrik (electrical circuit) yang menghubungkan antara anoda dan katoda [1], ilustrasinya dapat dilihat pada gambar 2.1., dengan kehadiran empat komponen tersebut maka suatu bentuk proses elektrokimia yang disebut dengan sel korosi (corrosion cell) akan terjadi pada logam, dan menyebabkan logam menjadi terdegradasi / terkorosi.

  Proses korosi juga terjadi dikarenakan adanya kecenderungan suatu logam untuk berubah menjadi keadaan yang lebih stabil melalui reaksi oksidasi, dimana kecenderungan oksidasi suatu logam bervariasi tergantung pada potensial reduksinya.

Gambar 2.1. Proses korosi yang terjadi pada pipa [1]

  Degradasi logam terjadi pada wilayah permukaan yang bertindak sebagai anoda, dimana elektronnya tereksitasi dan mengalir melalui elektrolit sampai ke katoda. Pada anoda akan terbentuk residu hasil proses korosi berupa oksida atau karbonat yang disebut dengan karat. Rumus kimia karat besi adalah Fe O .nH O,

  2

  3

  2 yaitu suatu zat padat yang berwarna coklat kemerahan [4].

  Bentuk reaksi umum pada anoda adalah reaksi peluruhan logam menjadi ion, seperti yang ditunjukkan pada persamaan 2.1 di bawah ini. _{n n}

    M  M  e

  ( 2 . 1 ) Keterangan: M = Logam yang terlibat n = Valensi logam terkorosi e = Elektron

  Contoh pada besi (Fe) yang mengalami reaksi oksidasi / peluruhan, reaksi yang terjadi adalah: _{2 e}

    Fe Fe

  2 ( 2 . 2 )  

  Elektron yang dibebaskan di anoda kemudian mengalir ke bagian lain dari besi yang bertindak sebagai katoda, di mana oksigen akan tereduksi dengan reaksi pada persamaan 2.3 berikut: _e

    O

  2 H O

  4 ( 2 . 3 ) ₂   ₂ Persamaan 2.2 dapat juga disebut sebagai persamaan untuk reaksi anodik,

  sedangkan persamaan 2.3 disebut dengan persamaan katodik, sehingga hasil keseluruhan persamaan reaksi oksidasi-reduksinya adalah sebagai berikut: ₂

   

  2 Fe O

  2 H O

  2 Fe

  4 OH . ( 2 . 4 )     _{2 2} 2+

  Setelah proses peluruhan, ion besi (Fe ) akan secara merata teroksidasi

• - 3+

  menjadi Fe dan akan bergabung dengan ion hidroksida (OH ) pada katoda membentuk produk yang disebut karat (FeOOH atau Fe O .nH O). yang perlu

  2

  3

  2

  diperhatikan adalah bahwa proses peluruhan logam yang terjadi pada anoda berlangsung secara elektrokimia, sedangkan produk karat dihasilkan dari reaksi kimia kedua [4].

2.1.2 Bentuk-Bentuk Korosi

  Hampir semua masalah yang berhubungan dengan korosi dapat dikategorikan ke dalam delapan bentuk serangan korosi pada logam, yaitu korosi merata, korosi galvanik, korosi sumuran, korosi celah, korosi retak tegang, korosi intergranular, selective leaching, dan korosi erosi [2]. Bentuk-bentuk serangan korosi yang terjadi pada logam:

  1. Korosi Merata (Uniform Corrosion), adalah korosi yang terjadi secara serentak di seluruh permukaan logam, oleh karena itu pada logam yang mengalami korosi merata akan terjadi pengurangan dimensi yang relatif besar per satuan waktu, bentuk serangan korosi merata dapat dilihat pada

gambar 2.2 dibawah.Gambar 2.2. Bentuk serangan korosi merata

  2. Korosi Galvanik (Galvanic Corrosion), adalah korosi yang terjadi apabila dua logam yang tidak sama dihubungkan dan berada di lingkungan korosif. Salah satu dari logam tersebut akan mengalami korosi, sedangkan logam lainnya akan terlindung dari serangan korosi. Logam yang mengalami korosi adalah logam yang memiliki potensial yang lebih rendah.

Gambar 2.3. Bentuk serangan korosi galvanik

  3. Korosi Sumuran (Pitting Corrosion), adalah korosi lokal yang terjadi akibat pecahnya lapisan pasif. Bentuk korosi ini sangat berbahaya karena lokasi terjadinya sangat kecil tetapi dalam, ilustrasinya dapat dilihat pada gambar 2.4.

Gambar 2.4. Bentuk serangan korosi sumuran

  4. Korosi Celah (Concentration-Cell (Crevice) Corrosion), adalah korosi lokal yang terjadi pada celah diantara dua komponen.

Gambar 2.5. Bentuk serangan korosi celah

  5. Korosi Retak Tegang (Stress Corrosion Cracking), adalah bentuk korosi dimana material mengalami keretakan akibat pengaruh lingkungannya.

Gambar 2.6. Bentuk serangan korosi retak tegang

  6. Korosi Intergranular (Intergranular Corrosion), adalah bentuk korosi yang terjadi pada paduan logam akibat terjadinya reaksi antar unsur logam tersebut di batas butirnya. Ilustrasinya dapat dilihat pada gambar 2.7.

Gambar 2.7. Bentuk serangan korosi intergranular

  7. Selective Leaching, adalah korosi yang terjadi pada paduan logam karena pelarutan salah satu unsur paduan yang lebih aktif, seperti yang biasa terjadi pada paduan tembaga-seng.

Gambar 2.8. Bentuk serangan korosi selective leaching

  8. Korosi Erosi (Erosion Corrosion), adalah korosi yang terjadi karena adanya kombinasi antara fluida yang korosif dan kecepatan aliran yang tinggi, ilustrasinya diperlihatkan pada gambar 2.9 berikut.

Gambar 2.9. Bentuk serangan korosi erosi

2.1.3 Metode Pencegahan Korosi

  Ada banyak metode yang telah dikembangkan untuk mengatasi permasalahan korosi. Dimana pada masing-masing metode tersebut memiliki kelebihan dan kekurangannya, sehingga suatu metode yang efektif akan diterapkan dengan melihat kondisi lingkungannya. Akan tetapi perlindungan dengan metode apapun itu tidak berarti selalu aman. Kesalahan-kesalahan fatal dapat terjadi jika dalam operasinya tidak dilaksanakan sesuai dengan prosedur yang ditetapkan.

  Berikut adalah metode-metode yang banyak digunakan sebagai langkah untuk pencegahan korosi [2]:

  1. Seleksi Bahan Material (Material Selection) Dari sudut pandang teknis, jawaban paling tepat untuk mengatasi korosi adalah dengan menggunakan material yang lebih resistan terhadap serangan korosi. Akan tetapi permasalahan akan muncul ketika pemilihan material / bahan yang kebal terhadap korosi tetapi tidak dapat digunakan untuk menjalankan proses utama. Sehingga pada akhirnya pemilihan material akan mempertimbangkan antara faktor ekonomi dan kompetensi secara teknis.

  2. Pelapisan (Protective Coatings) Metode ini digunakan untuk menyediakan perlindungan jangka panjang pada rentang waktu tertentu. Metode ini tidak menambah kekuatan struktur tapi dapat mempertahankan kekuatan dan integritas struktur. Inti dari metode ini adalah mengisolasi struktur aktif dari lingkungan yang bersifat korosif.

3. Corrosion Inhibitors

  Inhibitor adalah bahan kimia yang bereaksi dengan permukaan logam, atau lingkungan tempat logam berada, membawa permukaan logam ke level tertentu untuk perlindungan korosi. Inhibitor biasanya bekerja dengan mengadsorpsi dirinya ke permukaan logam dan membentuk lapisan tipis untuk melindungi logam dari korosi.

  4. Proteksi Katodik (Cathodic Protection) Proteksi katodik adalah suatu metode yang bersifat elektrik yang digunakan untuk pencegahan korosi pada struktur logam yang berada pada suatu lingkungan korosif berupa elektrolit seperti tanah atau air. Terdapat dua metode dasar untuk pengendalian korosi dengan proteksi katodik.

  Salah satunya adalah yang menggunakan arus yang dihasilkan dari penggabungan dua logam yang berbeda secara elektrokimia, metode ini dikenal sebagai metode Anoda Tumbal (Sacrificial atau Galvanic Cathodic

  Protection Systems). Metode lainnya dari proteksi katodik adalah yang

  melibatkan penggunaan sumber arus searah atau DC (Direct Current) dari luar sistem yang dikenal sebagai metode Arus Paksa (Impressed Current

  Cathodic Protection Systems).

  5. Proteksi Anodik (Anodic Protection) Metode ini dikembangkan menggunakan prinsip kinetika dari elektroda.

  Secara sederhana, proteksi anodik bekerja berdasarkan susunan lapisan pelindung pada logam yang dihasilkan dari arus anodik yang dialirkan dari luar. Proteksi anodik mempunyai kelebihan yang unik, contohnya adalah arus yang dialirkan biasanya sebanding dengan laju korosi dari sistem yang dilindungi. Sehingga proteksi anodik tidak hanya melindungi tapi juga memberikan nilai langsung laju korosi untuk monitoring sistem. Proteksi anodik ini biasa digunakan untuk melindungi peralatan yang digunakan untuk menyimpan dan menanggani asam sulfat (H SO ).

  2

  4

2.2 Proteksi Katodik Arus Paksa

  Proteksi katodik arus paksa atau dikenal dengan Impressed Current

  

Cathodic Protection (ICCP) merupakan salah satu metode proteksi katodik

  (Cathodic Protection) dimana kebutuhan arus elektronnya disuplai dari luar sistem [4].

  Proteksi katodik biasa diaplikasikan ke struktur yang telah dilapisi dengan pelapisan (coating) yang menyediakan bentuk primer dalam perlindungan korosi. Sedangkan untuk sistem yang tidak terlapisi kebutuhan arus proteksi katodik biasanya selalu berlebih. Metode ini biasa digunakan untuk perlindungan pipa- pipa dan tangki yang dikubur, struktur di dalam perairan laut dan besi-besi penunjang [2]. Contoh implementasi dua jenis sistem proteksi katodik dapat dilihat pada gambar 2.10.

  Pada tipe anoda tumbal / korban atau dikenal juga dengan anoda galvanik, proteksi logam dilakukan dengan memanfaatkan perbedaan potensial reduksi untuk logam yang berbeda. Jika tanpa proteksi katodik maka salah satu area pada struktur logam akan lebih negatif dibanding area yang lainnya, sehingga akan menyebabkan terjadinya korosi [4]. Jadi pada metode ini intinya adalah menghubungkan logam yang akan dilindungi ke logam yang lebih reaktif, sehingga proses korosi akan teralihkan ke logam tersebut.

Gambar 2.10. Tipe pencegahan korosi dengan metode proteksi katodik [1]

  Untuk struktur yang lebih besar, sistem anoda tumbal tidak dapat menyediakan kebutuhan arus yang cukup untuk perlindungan secara menyeluruh, dan juga tidak ekonomis. Sistem proteksi katodik arus paksa dikembangkan untuk mengatasi kelemahan tersebut.

2.2.1 Prinsip Dasar Sistem Proteksi Katodik Arus Paksa

  Pada prinsipnya sistem proteksi katodik arus paksa sama dengan anoda tumbal, hanya saja kebutuhan arus elektronnya disuplai dari luar sistem yaitu dari anoda yang dihubungkan ke sumber arus DC. Sumber arus DC dapat dihasilkan dari berbagai sumber seperti baterai, solar sel, dan generator. Idenya adalah dengan membanjiri struktur logam yang akan dilindungi dengan sumber elektron dari luar sistem sehingga membuat struktur logam tersebut menjadi bersifat katodik dan membuat struktur logam imun terhadap korosi.

  Komponen dasar yang membentuk sistem proteksi katodik arus paksa terdiri dari katoda yaitu logam yang akan dilindungi, sumber arus DC (Rectifier), anoda

  

inert (Ground Bed atau Anode Bed), dan kawat penghubung (Metallic Circuit)

antara anoda dan katoda [2], seperti yang terlihat pada gambar 2.11.

  Pada sistem ini, anoda dipasang di dalam tanah tempat logam yang akan diproteksi berada dan dihubungkan ke terminal positif dari output rectifier. Sedangkan logam yang akan dilindungi dihubungkan ke terminal negatif dari output rectifier. Aliran arus akan mengalir dari anoda melalui elektrolit di dalam tanah dan sampai ke logam. Sistem proteksi katodik arus paksa dapat memiliki banyak konfigurasi anoda yang tergantung pada elektrolit dan logam yang akan dilindunginya.

  Dengan menggunakan metode ini ada beberapa keuntungan yang tidak dapat dicapai dengan metode-metode lain [3], yaitu:

  1. Besarnya tegangan dan arus dapat di desain untuk range yang lebih luas dan sesuai kebutuhan.

  2. Area yang luas dapat di proteksi dengan hanya satu buah instalasi sistem proteksi katodik arus paksa.

  3. Keluaran tegangan dan arus yang bervariasi dan dapat diatur.

  4. Dapat diaplikasikan untuk lingkungan dengan tingkat resistivitas yang tinggi.

  5. Efektif untuk melindungi struktur yang dilapisi maupun yang tidak.

  Selain memiliki kelebihan yang menguntungkan, metode ini juga memiliki kelemahan-kelemahan yang membatasi dalam penggunaannya [3], yaitu:

  1. Dapat menimbulkan masalah interferensi katodik.

  2. Dapat mengalami kegagalan suplai energi / power.

  3. Memerlukan inspeksi dan maintenance secara berkala.

  4. Memerlukan sumber daya dari luar, yang menyebabkan tambahan pengeluaran bulanan.

  5. Proteksi yang berlebihan dapat menyebabkan kerusakan dari pelapisan.

  Perlindungan korosi dengan metode arus paksa secara efektif dapat mencegah terjadinya proses korosi. Selama proses perlindungan, logam secara terus menerus menerima suplai arus negatif untuk mempertahankan potensialnya dibawah potensial korosi bebasnya [5]. Sistem perlindungan ini adalah perlindungan yang paling unggul dibandingkan dengan sistem perlindungan yang lain, terutama dari segi nilai ekonomis dan kemudahan instalasinya.

2.2.2 Komponen-Komponen ICCP

  Komponen-komponen yang membentuk sistem proteksi katodik arus paksa ini terdiri dari 4 komponen utama, dimana komponen tersebut pada dasarnya sama dengan komponen pembentuk sistem proteksi katodik anoda tumbal, yaitu diatas. Perlindungan korosi dengan sistem proteksi katodik hanyalah memanipulasi proses alamiah yang terjadi pada logam ketika kontak dengan lingkungan yaitu proses korosi, agar berjalan sesuai dengan yang diinginkan, atau dengan kata lain suatu metode dalam pengendalian korosi.

  Empat komponen utama yang membentuk sistem proteksi katodik arus paksa tersebut adalah: