MODEL PENGENDALIAN KATODIK DALAM ELEKTRODE DISK PEMUTAR SISTEM KOROSI

Transkripsi

1 MODEL PENGENDALIAN KATODIK DALAM ELEKTRODE DISK PEMUTAR SISTEM KOROSI Isni Utami Dosen Teknik Industi UPN Vetean Jawa Timu ABSTRAK Efek dai alian fluida memelukan pengendalian katodik dengan kaakteistik menggunakan model otating disk electode (RDE) telah diteliti di peatuan elektokimia. Penelitian ini diselesaikan untuk logam AISI 1018 sebagai pemuta elektode bebentuk silinde di dalam pembagian udaanacl 3.5% menggunakan vaiasi ata-ata putaan pm dan tempeatu C. Kepadatan pengendali katodik ditentukan dai logam pemukaan potensial -800mV dengan anoda Ag/AgCl. Ekspeimen menunjukkan bahwa peningkatan laju elektode, kepadatan pengendali katodik saat ini membutuhkan peningkatan kaena difusi lapisan faksi taa dan juga kaena potensial koosi menjadi lebih positif. Tempeatu yang lebih tinggi akan meningkatkan pengendali kepadatan katodik dan membuat potensial koosi menjadi negative. Enegi aktivasi oksigen akan begabung ke dalam pemukaan electode untuk membantu coodibility AISI 1018 begantung peningkatan tempeatu, kaena eaksi katodik dikontol dai peubahan massa oksigen. Kata kunci: model pengendalian katodik, elektonik disk otating, koosi ABSTRACT The effect of fluids flow ate onto necessity of cuent density cathodic potection which chaacteized using Rotating disk electode (RDE) model has been eseached on an electochemisty manne. This eseach was done to AISI 1018 steel as the electode spinning cylinde-shaped inside aeated dissolvable NaCl 3.5%. using vaiation spinning ate pm and C tempeatue. Cuent density cathodic potection necessity detemined fom the steel inteface potential - 800mV with efeence anode Ag/AgCl. Expeiment esult shows that the inceasing of electode ate, cathodic potection cuent density needs inceased due to diffusion laye tae faction and also because coosion potential become moe positive. Highe tempeatue would incease cathode potection cuent density needs and makes coosion potential moe negative. Oxygen activation enegy value to be diffused onto electode suface suppot the coodibility AISI 1018 towad tempeatue incement, because cathodic eaction contolled by tansfe mass of dissolved oxygen. Key wod: cathodic potection model, otating disk electode, coodibility PENDAHULUAN Model pengendalian koosi pada dasanya dapat dikelompokkan menjadi dua kelompok, yaitu Model Kinetika dan Model Temodinamika (Bad and Faulkne, 1980). Dalam Model Kinetika, pengendalian koosi dilakukan dengan membei hambatan pada inteaksi dengan lingkungannya sehingga laju koosinya dapat dikuangi, tetapi kecendeungan untuk tejadinya koosi itu sendii tidak diselesaikan,sehingga apabila hambatan ditiadakan koosi akan segea belangsung lagi (Jones, 1992). Selain dai pada itu apabila jumlah hambatan yang ditambahkan tidak mencukupi maka koosi akan menjadi lebih paah lagi misalnya tejadinya koosi setempat. Salah satu Model Temodinamika yang diteapkan secaa luas adalah Model poteksi katodik (Fontana, 1979). Pinsip poteksi katodik sebenanya sedehana, yaitu dengan caa mempelakukan stuktu logam yang dipoteksi sebagai katoda, dengan jalan mengalikan aus listik melalui elektolit ke logam yang dipoteksi (Blount,1989). Atas dasa pinsip inilah caa pengendalian koosi dengan teknik poteksi katodik diteapkan dalam paktek, teutama dalam pengendalian baja yang beada dalam elektolit misalnya tanah basah atau dalam ai laut. Besa kecilnya apat aus yang haus dialikan begantung dai laju koosinya. Makin besa laju koosinya makin besa pula makin besa pula jumlah apat aus poteksi yang dipelukan untuk mempoteksi katodik (Shei, 1994). Laju koosi baja dipengauhi oleh banyak fakto diantaanya oleh laju ali fluida. Sebagai contoh kapal yang begeak laju koosinya lebih besa dai pada kapal yang diam 65

2 (Beendsen, 1987). Dai penelitian F.Laque yang dikutip oleh (H.H. Uhlig, 1985) laju koosi baja dalam lingkungan ai laut akan meningkat secaa paabolik dengan betambahnya kecepatan elatif. Penyataan tesebut dipekuat oleh (John Mogan, 1987) yang menyatakan apat aus poteksi katodik meningkat secaa paabolik dengan betambahnya kecepatan kapal. Tujuan penelitian ini untyk mengeahui pengauh laju ali fluida tehadap kepeluan apat aus poteksi katodik, sehingga kemungkinan kesalahan desain dapat tejadi,dan hal ini dapat mengakibatkan kegagalan.kajian pengauh laju ali fluida tehadap kepeluan apat aus poteksi katodik yang dinyatakan dalam pesamaan empiis dipelukan untuk mempemudah pehitungan di dalam desain poteksi baja yang mempunyai kecepatan elatif, yang sampai saat ini belum ada. Penelitian pengauh laju ali fluida tehadap kepeluan apat aus poteksi katodik telah banyak dilakukan, akan tetapi hasil penelitian tedahulu banyak dinyatakan dalam bentuk gafis dan angka, belum dalam bentuk model. METODE Pendekatan masalah mengacu (Geoffey Pentice, 1991) yang menyatakan dalam suatu eaksi koosi logam jika pepindahan massa sebagai langkah penentu laju yang disebabkan pepindahan kaena pengadukan atau pepindahan hidodinamika,maka besanya apat aus koosi meupakan fungsi bilangan tak bemata sebagai beikut: i L i L L nfdc = nfdc f(re,sc); L = f(re,sc); Pesamaan empiis tesebut, menunjukkan hubungan antaa pengauh laju ali fluida tehadap kepeluan apat aus poteksi katodik. Penelitian beupaya untuk menentukan haga-haga Konstanta K, a 1, dan a 2 yang akan ditentukan melalui simulasi pecobaan-pecobaan di laboatoium. Pada penelitian ini sebagai peubah tetap adalah baja AISI - SAE 1018, sedangkan peubah bebas yang dikejakan adalah: Sebagai lingkungan, lautan NaCl 3,5% Suhu yaitu 25 C, 50 C, 75 C Kecepatan RDE pada entang pm Pada penelitian ini digunakan Potensiostat Gamy Instument yang dilengkapi dengan Pogammable DC Powe Supply. Reaksi eduksi dilangsungkan dalam sel elektolisis yang dilengkapi dengan elektoda keja bebentuk piingan beputa dai baja. Kecepatan elektoda keja dikendalikan oleh moto pengaduk, dan sumbe aus listik dihubungkan dengan sikat sikat yang tebuat dai Gaphalloy. Elektoda bantu tebuat dai kawat platina bebentuk jaing ditempatkan mengelilingi dinding sel. Ag/AgCl ( kalibasi +0,202 Volt tehadap SHE pada suhu 25 C) digunakan sebagai elektoda efeensi, yang dicelupkan pada lautan.selama poses elektolisis sistem dalam keadaan tetutup sehingga tidak ada gas yang kelua. Untuk mempeoleh data yang akuat, sebelum polaisasi dimulai elektoda keja diputa di dalam sel elektolisis sampai dipeoleh potensial koosi yang elatif tetap.pengukuan kepeluan apat aus poteksi katodik dilakukan dengan metoda potensiodinamik. Polaisasi katodik dilakukan dengan laju penambahan potensial sebesa 0,5 mv/det. Penentuan kepeluan apat aus poteksi katodik ditentukan pada potensial baja mvolt dengan elektoda Ag/AgCl. Sh = f(re,sc) Betuut tuut bilangan Shewood(Sh),bilangan Reynolds(Re),dan bilangan Schmidt (Sh). Dengan analisis bilangan tak bemata dapat dicai kelompok kelompok bilangan bilangan tak bemata sebagai beikut: = K n FC -1 u [ 2 w u ] c 3 [ u D] -c 1 Dengan manipulasi aljaba pesamaan akan didapat: = K nfcd [Re] a 1 [Sc] a 2 Gamba 1. Skema angkaian alat potensiostat 66 Junal Teknik Industi, Vol. 12, No. 1, Febuai 2011: 65 70

3 HASIL DAN PEMBAHASAN Dai setiap pecobaan polaisasi baja AISI-SAE 1018 dalam lautan NaCl 3,5% teaeasi dilakukan untuk menentukan besanya apat aus poteksi katodik pada suhu C dengan vaiasi kecepatan pada entang pm, dipeoleh kuva polaisasi sebagai beikut: Dai kuva polaisasi katodik pada (gamba 3). dapat ditentukan dua paamete yaitu potensial koosi dan besanya kepeluan apat aus poteksi katodik pada kiteium mvolt dengan elektode efeensi Ag/AgCl.Dai paamete tesebut dapat ditentukan hubungan pengauh laju ali fluida tehadap kepeluan apat aus poteksi katodik. Gamba 2. Skema sel elektolisis RDE Gamba 3. Skema kuva polaisasi baja dalam lautan NaCl 3,5% pada ph 7,2 dan teaeasi. Gamba 4. Pengauh kecepatan elektoda tehadap kepeluan apat aus poteksi katodik AISI - SAE 1018 (RDE) dalam lautan NaCl 3,5% teaeasi Utami: Model Pengendalian Katodik 67

4 Gamba 5. Pengauh kecepatan elektoda tehadap potensial koosi AISI - SAE 1018 (RDE) dalam lautan NaCl 3,5% teaeasi Gamba 6. Pengauh suhu tehadap kepeluan apat aus poteksi katodik AISI - SAE 1018 (RDE) dalam lautan NaCl 3,5% teaeasi Gamba 7. Pengauh suhu tehadap potensial koosi AISI - SAE 1018 (RDE) dalam lautan NaCl 3,5% teaeasi 68 Junal Teknik Industi, Vol. 12, No. 1, Febuai 2011: 65 70

5 Gamba 8. Hubungan pengauh kecepatan elektoda (RDE) Kenaikan suhu (25 75 C) juga akan meningkatkan laju koosi baja AISI 1018 dan kepeluan apat aus poteksi katodik gamba 6.Meningkatnya kepeluan apat aus poteksi ini disebabkan difusi oksigen ke pemukaan elektoda meningkat dengan kenaikan suhu sehingga laju koosinya juga meningkat, yang dapat dijelaskan dengan peneapan umus Ahenius sebagai beikut: D i = D io exp [ Q*] RT Dai umusan tesebut dapat disimpulkan bahwa difusi oksigen ke pemukaan elektoda meningkat dengan meningkatnya suhu dan potensial koosinya lebih negatif gamba 7, sehingga laju koosinya juga meningkat.dengan mengalukan Ln D tehadap 1/T yang beupa gais luus (gamba 9) dapat ditentukan besanya enegi aktivasi oksigen untuk bedifusi. Sebagaimana telah diuaikan pada tinjauan pustaka, hubungan fungsional pengauh kecepatan pengadukan/laju ali fluida dan suhu tehadap kepeluan apat aus poteksi katodik untuk egim alian tubulendituliskan sebagai beikut: = K nfcd [Re] a 1 [Sc] a 2 Gamba 9. Kuva ln D tehadap 1/T tehadap tebal lapisan difusi AISI-SAE 1018 dalam lautan NaCl 3,5% teaeasi Dai hasil seangkaian pecobaan baja AISI 1018 dalam lautan NaCl 3,5% teaeasi pada ph 7,2 dengan vaiasi kecepatan pengadukan pada entang pm dan suhu C, didapatkan bahwa besanya kepeluan apat aus poteksi dipengauhi oleh kecepatan pengadukan dan suhu yang dinyatakan dalam pesamaan empiis sebagai fungsi bilangan Schmidt, Rynold dan Shewood. Sebagaimana yang dapat dilihat pada gamba 4 meningkatnya kecepatan pengadukan akan meningkatkan laju koosi baja AISI 1018 dan kepeluan apat aus poteksi, hal ini disebabkan dengan adanya pengadukan ion-ion logam di antamuka logam-lautan elektolit lebih cepat mencapai uah, yang ditunjukkan dengan semakin tipisnya tebal lapisan difusi, sehingga laju koosinya juga meningkat. Hubungan pengauh kecepatan pengadukan pada bebagai suhu tehadap tebal lapisan difusi ditunjukkan pada gamba 8. Selain dai pada itu potensial koosinya meningkat dengan meningkatnya kecepatan pengadukan gamba 5. Dai data-data hasil pecobaan yang dipeoleh, dapat dihitung nilai koefisien K, a 1 dan a 2. Dengan menggunakan analisis egesi linie ganda dipeoleh nilai K, a 1, dan a 2, sehingga umusan kepeluan apat aus poteksi katodik untuk metode RDE yang dianggap sebagai egim alian tubulen adalah sebagai beikut: i PRCE = 2,219 nfcd [Re] 0,4664 [Sc] 0,251 Notasi apat aus poteksi katodik ma/cm 2 D koefisien difusi spesi i cm 2 /det jai jai elektoda keja cm w kecepatan puta elektoda keja det -1 u viskositas kinematik cm 2 /det n jumlah elekton yang dipetukakan C konsentasi spesi i mol/lt F konstanta Faaday C/ekuivalen SIMPULAN Dai hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa pesamaan empiis yang meupakan hubungan Utami: Model Pengendalian Katodik 69

6 fungsional anataa pengauh kecepatan elektoda/ laju ali fluida yang dikaakteisasi sebagai alian lamine tehadap kepeluan apat aus poteksi katodik adalah sebagai beikut: i PRCE = 2,219 nfcd [Re] 0,4664 [Sc] 0,251 DAFTAR PUSTAKA Beendsen A.M Ship Painting Manual. Delf, Bad A.J. and Faulkne L.R Electochemical Methods, Fundamental and Application. John Willey & Sons, New Yok. Blount F.E Electochemical Pinsiples of Cathodic Potection Coosion Contol. NACE vol 10, No 7. Chawla S.L and Gupta R.K Mateial Selection fo Coosion Contol ASM Intenational. Fontana G. Mas Coosion Engineeing. Thid edition. Mac Gaw Hill Book co, New Yok. Jones Denny A Pinsiples and Peventation of Coosion. Macmillan Publishing Company. New Yok. Jones D. A Analysis of Cathodic Potection Citeia, Coosion. NACE, Vol 28, No 11. Mogan J.H Catodic Potection. second edition, Nace. NACE Standad Rp Coosion Contol of Steel,Fixed Offshoe Platfoms Associated with Petoleum Poduction. NACE. Pentice G Electochemical Engineeing Pinciples. Pentice Hall, New Jesey. Scully J.C The Fundamental of Coosion.second edition, New Yok. Shei L.L., Jaman RA., Bustein G.T Coosion Coosion Contol. Thid edition. Newness Buttewoths London. Uhlig H.H., Coosion and Coosion Contol. John Willey & Sons New Yok. 70 Junal Teknik Industi, Vol. 12, No. 1, Febuai 2011: 65 70