BAB II
TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Dasar Teori
Korosi adalah suatu pokok bahasan yang menyangkut berbagai disiplin ilmu, atau dengan kata lain ini menggabungkan unsur-unsur fisika, kimia, metalurgi, elektronika dan perekayasaan. Kebanyakan dari kita yang berkecimpung dalan penanggulangan korosi sering mempunyai latar belakang salah satu atau beberapa disiplin ilmu utama itu tetapi tidak semuanya jadi seorang pakar elektrokimia tidak selalu mendalami aspek-aspek korosi dari segi metalurgi atau rekayasa, sementara pakar metalurgi perekayasa mekanik atau perekayasa struktur tidak harus memahami secara lengkap prisip-prinsip kelistrikan dibalik suatu uji suatu korosi. Demikian pula seorang mahasiswa sering menemui kesulitan didalam memahami korosi karena kurang pengetahuannya dalam salah satu atau beberpa ilmu dasar tadi. Untuk pemahaman korosi khususnya dilingkungan air penting sekali memahami teori yang paling mendasar sebelum memahami teori yang lebih kompleks. Teori tersebut adalah sel korosi basah sederhana dimana teori tersebut adalah suatu rangkaian sederhana yang terdiri dari empat komponen. Komponen tersebut adalah sebagai berikut :
a). Anoda
Anoda biasanya terkorosi dengan melepasakan elektron-elektron dari atom-atom logam netral untuk membentuk ion-ion yang bersangkutan. Yang ion mungkin tetap tinggal dalam larutan atau bereaksi membentuk hasil korosi yang tidak larut. Reaksi yang terjadi adalah : M Mz+ + ze
-b). Katoda
(1). pH < 7 : H+ + e-H (atom) 2H H2 (gas)
(2). pH ≥ 7 : 2H2O + O2 + 4e- 4OH
c). Elektrolit
Istilah elektrolit diberikan kepada larutan, yang dalam hal ini harus bersifat mengantarkan listrik.
d). Hubungan Listrik
Antara anoda dan katoda harus terdapat hubungan listrik agar arus dalam sel korosi dapat mengalir.
Gambar 1 : Sel Korosi Basah Sederhana Keterangan :
1. Anoda 2. Elektrolit 3. Hubungan Listrik 4. Katoda 2.2. Pengertian Korosi dan Proses Korosi
Daerah yang paling agresif pada lingkungan laut adalah zona atmosferik dan zona percikan (splashing) karena pada zona tersebut kandungan oksigennya sangat tinggi, sehingga meningkatkan laju korosi. Agresifitas lingkungan laut disebabkan oleh beberapa factor, seperti :
- laut merupakan elektrolit yang memiliki sifat konduktifitas yang sangat tinggi. - Kandungan oksigen terlarut cukup tinggi.
- Temperatur permukaan laut yang cukup tinggi. - Ion klorida pada air laut umumnya tinggi. - Adanya biofoling
Bentuk-bentuk serangan korosi yang umum terjadi dilingkungan laut adalah korosi merata, korosi galvanic, korosi sumuran (pitting) dan korosi celah ( crevice). Korosi dapat terjadi karena beberapa proses, antara lain adalah sebagai berikut :
a). Proses Fisis
Adalah korosi yang disebabkan karena struktur logam dari material tersebut yang memungkinkan terjadinya pengkaratan.
b). Prosos Khemis
Adalah korosi yang disebabkan karena adanya proses secara kimia antara logam dengan kondisi lingkungan sekitar, yang dalam hal ini adalah air dan udara.
c). Proses Biologis
2.3. Pengertian Anoda
Didalam proses korosi, secara kimia benda akan melepaskan elektron-elektron bebas yang terdapat pada struktur benda itu sendiri, peristiwa ini disebut oksidasi atau karat pada logam. Peristiwa ini disebabkan oleh potensial benda yang lebih besar dibanding potensial dilingkungan sekitarnya. Dengan demikian benda tersebut harus dilindungi agar laju korosi bisa terhambat.
Salah satu cara perlindungan tersebut adalah diberikan anoda pada benda tersebut. Anoda merupakan suatu alat dari logam yang biasa dipasang pada lambung kapal untuk memproteksi kapal tersebut dari korosi (karat). Metode pengendalian korosi semacam ini ada dua cara yaitu, metode anoda tumbal (sacrificial anoda) dan metode arus terpasang (impressed current).
Metede anoda tumbal adalah metode yang menggunakan prinsip dasar dwilogam, yaitu apabila dua logam yang mempunyai potensial yang berbeda apabila digabungkan akan berperan menjadi anoda sedangkan logam yang satu akan berperan menjadi katoda. Dengan cara ini anodalah yang akan terkorosi sedangkan katoda tidak terkorosi.
Metode arus terpasang juga menggunakan prisip dasar yang sama dengan metode anoda tumbal, tetapi dalam proses kerjanya anoda arus terpasang tidak terkorosi karena menggunakan teknik elektrik.
2.4. Dasar Teori Proteksi Anodik dan Katodik
Gambar 2. Diagram E/pH untuk besi dalam air
Dari gambar diatas potensial korosi bebas, Ekor, untuk besi dalam air yang teraerasi berada dalam rentang -600 hingga -700 mV SSC pada pH sama dengan 7. Potensial ini dinyatakan dengan titik O dalam gambar. Untuk kondisi air laut, perubahan yang paling tampak diatas adalah tidak adanya pasivasi dibawa pH samadengan 5. ini sangat tidak relevan dengan kondisi air laut alami yang mempunyai pH antara 8,2 dan 8,5. karena itu titik O digeser ke harga pH yang sesuai, tetapi rentang harga-harga Ekor sendiri tetap sama. Entah berada dalam lingkungan yang mengandung klorida atau tidak, titik O selalu berada dalam zona korosi dan besi akan berkarat dengan cepat apabila pemasokan oksigen slalu cukup. Ada empat macam cara berbeda yang mempengaruhi kesetimbangan termodinamik dititik O yaitu :
Cara (b) peningkatan pH : peningkatan sedikit saja ternyata memindahkan besi ke daerah pemasifan, karena unsure paling mantap disini adalah besi hidroksida (atau oksida terhidrasi) yang tidak dapat larut. Kalau bahan itu dibiarkan melapisi besi, maka akan mengurangi laju korosi karena selaput itu akan memisahkan besi dari lingkungan yang korosif. Tetapi kita tidak dapat beranggapan bahwa selaput yang tidak dapat larut tersebut akan selalu menjadi pelindung, Karena apabila selaput tersebut kedap air, rusak akibat aliran elektrolit atau akibat kegiatan mekanik maka korosi akan berlanjut.
Cara (c) pemberian potensial lebih negative : kondisi akan pindah ke daerah kekebalan. Karena perbedaan antara zona korosi dan zona kekebalan atau yang menjadi batas antara kedua zona itu logam dengan potensial kurang dari -800 mV SSC pada pH 7.
Tetapi meskipun logam berada didaerah kekebalan, reaksi korosi masih bisa berlangsung karena reaksi-reaksi anodik dan katodik bervariasi terhadap potensial. Semakin negatif potensial semakin lambat reaksi katodik, sebaliknya reaksi katodik justru semakin cepat. Akibatnya logam menjadi lebih katodik inilah prinsip proteksi katodik pada logam.
Cara (d) potensial dibuat lebih positif : yaitu logam dibawah ke daerah pasif yaitu kondisi dimana laju korosi mempunyai peluang untuk berkurang akibat pembentukan selaput antara logam dan elektrolit. Cara ini telah digunakan secara efektif untuk kombinasi-kombinasi baja dengan elektrolit tertentu, sebagaimana hal nya untuk kombinasi-kombinasi-kombinasi-kombinasi elektrolit dan logam-logam lain. Cara ini dikenal sebagai proteksi anodik.
korosi. Ada kalanya, inhibitor tertentu dapat ditambahkan ke dalam elektrolit. Cara (c) dan (d) merupakan dasar pengendalian korosi melalui proteksi katodik dan anodik.
2.5. Jenis-Jenis korosi
Berdasarkan bentuk dan tempat terjadinya, korosi terbagi dalam beberapa jenis antara lain; korosi merata (uniform corrosion), korosi sumuran, korosi antar butir, korosi erosi, korosi galvanik dan korosi celah dan masih banyak lainnya. Berikut ini merupakan penjelasannya;
2.5.1 Korosi Merata
Korosi merata atau general corrosion merupakan bentuk korosi yang paling lazim terjadi. Korosi yang muncul terlihat merata pada seluruh permukaan logam dengan intensitas yang sama. Salah satu contohnya adalah effek dari korosi atmosfer pada permukaan logam. Korosi merata terjadi apabila seluruh bagian logam memiliki komposisi yang sama.
Korosi merata terjadi karena proses anodik dan katodik yang berlangsung pada permukaan logam terdistribusi secara merata. Ini terjadi karena adanya pengaruh dari lingkungan sehingga kontak yang berlangsun mengakibatkan seluruh permukaan terkorosi. Korosi seperti ini umumnya dapat kita temukan pada baja diatmosfer dan pada logam atau paduan yang aktif terkorosi (potensial korosinya berada pada daerah kestabilan oin nya dalam diagram potensial pH).
Kerusakan material yang diakibatkan oleh korosi merata umumnya dinyatakan dengan laju penetrasi yang ditujukan pada table sebagai berikut :
Ketahanan Relatif Korosi
Outstanding < 1 < 0,02 < 25 < 2 Excellent 1 – 5 0,02 – 0,1 25 - 100 2 - 10 Good 5 – 20 0,1 – 0,5 100 – 500 10 - 50 Fair 20 - 50 0,5 – 1 500 - 1000 50 - 150 Poor 50 – 200 1 – 5 1000 - 5000 150 - 500 Unexceptable 200 + 5 + 5000 + 500 +
Keterangan : - mpy ( mils penetration per year) dimana I mpy = 0,0254 mm/yr
Sumber : dikutip dari Corrosion Engineering, 3 ed, Mars G. Fontana
Secara teknik korosi merata tidak berbahaya karena laju korosinya dapat diketahui
dan diukur dengan ketelitian tinggi. Kegagalan materi akibat serangan korosi ini dapat dihindari dengan pemeriksaan dan monitoring secara teratur. Korosi pada logam terjadi karena adanya reaksi redoks antara logam dengan lingkungannya. Korosi merata berlangsung secara lambat dan korosi ini dipicu oleh korosi yang mula-mula terjadi pada sebagian permukaan logam sehingga dengan bertambahnya waktu akan menyebar keseluruh permukaan logam. Korosi yang tejadi pada logam besi prosesnya bisa dilihat dibawah ini :
Reaksi yang terjadi adalah :
Fe (s) Fe2+ + 2e (reaksi oksidasi) O2+ 2H2O + 4 e 4-OH (reaksi reduksi) 2 Fe + O2 + 2H2O 2 Fe (OH)2 (redoks)
penanganan langsung pada bagian logam yang terkorosi sebelum korosi ini menyebar kesemua permukaan logam.
Gambar 3. Korosi Merata
2.5.2 Korosi Sumuran
Gambar 4. Mekanisme Korosi Sumuranar gambar 5. Korosi Sumuran
2.5.3 Korosi Erosi
Korosi erosi merupakan gabungan dari kerusakan elekrokimia dan kecepatan fluida yang tinggi pada permukaan logam. Korosi erosi dapat pula terjadi karena adanya aliran fluida yang sangat tinggi melewati benda yang diam atau statis. Atau bisa juga terjadi karena sebuah objek bergerak cepat di dalam fluida yang diam, misalnya baling-baling kapal laut.
Gambar 6. Korosi Erosi
dikendalikan dengan menggunakan material yang terbuat dari logam yang keras, merubah kecepatan alir fluida atau merubah arah aliran fluida.
2.5.4 Korosi Galvanik
Korosi galvanik terjadi apabila dua buah logam yang jenisnya berbeda di pasangkan dan direndam dalam cairan yang sifatnya korosif. Logam yang rebih aktif atau anoda akan terkorosi, sementara logam yang lebih noble atau katoda tidak akan terkorosi. Pada tabel galvanisasi, aluminium dan seng lebih aktif jika dibandingkan dengan baja.
Gambar 7. Mekanisme korosi galvani Gambar 8. Korosi Galvanik
digunakan untuk sistem proteksi pada komponen baja, misalnya proteksi pada lambung kapal, tiang penyangga dermaga, pipa baja, tiang penyangga jembatan dan lain sebagainya.
2.5.5 Korosi Celah
Korosi celah merupakan korosi yang terkonsentrasi pada daerah tertentu. Korosi celah terjadi karena adanya larutan atau elektrolit yang terperangkap di dalam celah atau lubang, misalnya pada sambungan dua permukaan logam yang sejenis, permukaan logam yang retak, baut dan tapal. Elektrolit yang terperangkap pada lubang akan menimbulkan beda konsentrasi oksigen, sehingga terbentuk sel korosi. Daerah dengan konsentrasi oksigen tinggi berperan sebagai katoda dan daerah konsentrasi oksigen rendah berperan sebagai anoda.
Gambar 9. Mekanisme korosi celah Gambar 10. Korosi Celah
2.5.6 Korosi Lubang (Pitting Corrosion)
Gambar 11. Korosi Lubang
Korosi lobang sangat merusak logam atau logam paduan, karena kecepatan penetrasi penembusan yang tinggi. Pelarutan yang cepat akan terjadi didalam lubang, reaksi reduksi O terjadi pada tepi lubang. Kelebihan muatan positif dari ion logam di dalam lubang akan diimbangi oleh migrasi ion CI . Dengan demikian kosentrasi garam MCI didalam lubang meningkat, kemudian garam MCI terhidrolisasi membentuk endapan hidroksida dan asam khlorida. Kondisi tersebut menyebabkan keasaman didalam lubang meningkat (pH<<), korosi logam semakin parah dengan arah pembentukan lubang mengikuti arah gravitasi.
2.5.7 Korosi Tegangan (Stress Corrosion)
Gambar 12. Korosi Tegangan
2.5.8 Korosi Selektif (Selective Leaching Corrosion)
Korosi selektif terjadi akibat elemen pemadu secara selektif meninggalkan logam paduannya.
Gambar 13. Korosi Selektif
2.6. Perlindungan Terhadap Korosi
Untuk menghindari semua proses korosi dapat ditempuh dengan tiga cara, antara lain sebagai berikut :
Dalam hal pemilihan material bahwa yang mempengaruhi pengkaratan ialah susunan kimianya terutama kadar phospornya pada baja yang dipakai. Dalam persoalan ini semua material baja yang dipakai sudah barang tentu harus mempunyai sertifikat dari Biro Klasifikasi, baik sifat kimianya maupun sifat mekanisnya harus sesuai dengan ketentuan.
b). Perlindungan secara pasif.
Perlindungan secara pasif dengan cara menghambat terjadinya gejala-gejala yang mengakibatkan korosi, tetapi tidak mempengaruhi terhadap sebab-sebab korosi. Contohnya dengan menggunakan cat.
c). Perlindungan secara aktif
adalah dengan mempengaruhi sebab korosi. Contoh dari perlindungan secara aktif adalah dengan menggunakan Cathodic Protection. Pencegahan korosi secara aktif dari badan kapal terutama dibawah garis air adalah dengan cara Cathodic Protection yaitu suatu konstruksi baja harus dihindari terhadap korosi apabila baja tersebut bertindak sebagai katode. Ada dua cara untuk menjadikan baja sebagai katode dengan memberikan electron padanya, yaitu :
Gambar 14. Impressed Current Cathodic Protection
2). Sucrificial Anode
Dimana metode terbagi atas dua jenis, yaitu : Aluminium anode
Zink anode
Metode lain untuk menjadikan baja sebagai katode dengan memberikan electron padanya, adalah
a). Menghubungkan baja dengan logam mulia, misalnya Magnesium
b). Memindahkan electron ke permukaan pelat baja dengan pertolongan sumber listrik arus searah.
2.7. Deret Volta
Li K Ba Sr Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb H Sb Bi Cu Hg Ag Pt Au
Pada Deret Volta, unsur logam dengan potensial elektrode lebih negatif ditempatkan di bagian kiri, sedangkan unsur dengan potensial elektrode yang lebih positif ditempatkan di bagian kanan.
Semakin ke kiri kedudukan suatu logam dalam deret tersebut, maka : Logam semakin reaktif (semakin mudah melepas elektron)
Logam merupakan reduktor yang semakin kuat (semakin mudah mengalami
oksidasi)
Sebaliknya, semakin ke kanan kedudukan suatu logam dalam deret tersebut, maka Logam semakin kurang reaktif (semakin sulit melepas elektron)
Logam merupakan oksidator yang semakin kuat (semakin mudah mengalami reduksi)
Larutan garam suatu logam yang berada di bagian kiri dapat bereaksi dengan logam yang berada di bagian kanan. Contohnya larutan FeCl3 (feri chloride) boleh mengikis Cu (copper / tembaga).
2.8. Perhitungan Kebutuhan Jumlah Anoda Pada Suatu kapal
Jumlah ampere yang terjadi dapat dihitung dari permukaan baja yang harus dilindungi, serta kepadatan arus yang diperlukan. Disamping itu jumlah ampere juga tergantung dari waktu yang diperlukan untuk melindungi, serta jenis material dasar dari anoda yang pakai.
Kebutuhan zink anoda dan aluminiun anoda pada luas permukaan basah suatu kapal, dihitung dengan menggunakan rumus pendekatan menurut PERPRO, sebagai berikut :
W = (WSA x Cd x Y) Z
W = ( WSA x Cd x Y ) Z
Dimana :
Cd = Current Density (mA/ft2) EC = Elektric Current
