## MODEL PENGENDALIAN KATODIK DALAM ELEKTRODE DISK PEMUTAR SISTEM KOROSI

## ISNI UTAMI
Dosen Teknik Industri UPN “Veteran “ Jawa Timur
E-mail: isniutami@yahoo.com

## ABSTRAK
Efek dari aliran fluida memerlukan pengendalian katodik dengan karakteristik menggunakan model rotating disk electrode (RDE) telah diteliti di peraturan elektrokimia. Penelitian ini diselesaikan untuk logam AISI 1018 sebagai pemutar elektrode berbentuk silinder di dalam pembagian udaraNaCl 3.5% menggunakan variasi rata-rata putaran 0–2000 rpm dan temperatur 25–27° C. Kepadatan pengendali katodik ditentukan dari logam permukaan potensial -800mV dengan anoda Ag/AgCl. Eksperimen menunjukkan bahwa peningkatan laju elektrode, kepadatan pengendali katodik saat ini membutuhkan peningkatan karena difusi lapisan faksi tara dan juga karena potensial korosi menjadi lebih positif. Temperatur yang lebih tinggi akan meningkatkan pengendali kepadatan katodik dan membuat potensial korosi menjadi negative. Energi aktivasi oksigen akan bergabung ke dalam permukaan electrode untuk membantu corrodibility AISI 1018 bergantung peningkatan temperatur, karena reaksi katodik dikontrol dari perubahan massa oksigen.
Kata kunci: model pengendalian katodik, elektronik disk rotating, korosi

## ABSTRACT
The effect of fluids flow rate onto necessity of current density cathodic protection which characterized using Rotating disk electrode (RDE) model has been researched on an electrochemistry manner. This research was done to AISI 1018 steel as the electrode spinning cylinder-shaped inside aerated dissolvable NaCl 3.5%. using variation spinning rate 0–2000rpm and 25–75° C temperature. Current density cathodic protection necessity determined from the steel interface potential - 800mV with reference anode Ag/AgCl. Experiment result shows that the increasing of electrode rate, cathodic protection current density needs increased due to diffusion layer tare faction and also because corrosion potential become more positive. Higher temperature would increase cathode protection current density needs and makes corrosion potential more negative. Oxygen activation energy value to be diffused onto electrode surface support the corrodibility AISI 1018 toward temperature increment, because cathodic reaction controlled by transfer mass of dissolved oxygen.
Key word: cathodic protection model, rotating disk electrode, corrodibility

## PENDAHULUAN
Model  pengendalian  korosi  pada  dasarnya dapat  dikelompokkan  menjadi  dua  kelompok, yaitu Model Kinetika dan Model Termodinamika (Bard and Faulkner, 1980). Dalam Model Kinetika, pengendalian korosi dilakukan dengan memberi hambatan pada interaksi dengan lingkungannya sehingga  laju  korosinya  dapat  dikurangi,  tetapi kecenderungan untuk terjadinya korosi itu sendiri tidak  diselesaikan,sehingga  apabila  hambatan ditiadakan  korosi  akan  segera  berlangsung  lagi (Jones, 1992). Selain dari pada itu apabila jumlah hambatan  yang  ditambahkan  tidak  mencukupi maka korosi akan menjadi lebih parah lagi misalnya terjadinya  korosi  setempat.  Salah  satu  Model Termodinamika yang diterapkan secara luas adalah Model proteksi katodik (Fontana, 1979).
Prinsip proteksi katodik sebenarnya sederhana, yaitu dengan cara memperlakukan struktur logam yang  diproteksi  sebagai  katoda,  dengan  jalan mengalirkan  arus  listrik  melalui  elektrolit  ke logam yang diproteksi (Blount,1989). Atas dasar prinsip  inilah  cara  pengendalian  korosi  dengan teknik proteksi katodik diterapkan dalam praktek, terutama  dalam  pengendalian  baja  yang  berada dalam elektrolit misalnya tanah basah atau dalam air laut. Besar kecilnya rapat arus yang harus dialirkan bergantung dari laju korosinya. Makin besar laju korosinya  makin  besar  pula  makin  besar  pula jumlah rapat arus proteksi yang diperlukan untuk memproteksi katodik (Shreir, 1994). Laju korosi baja dipengaruhi oleh banyak faktor diantaranya oleh laju alir fluida. Sebagai contoh kapal yang bergerak laju korosinya lebih besar dari pada kapal yang diam
(Berendsen, 1987). Dari penelitian F.Laque yang dikutip oleh (H.H. Uhlig, 1985) laju korosi baja dalam lingkungan air laut akan meningkat secara parabolik dengan bertambahnya kecepatan relatif. Pernyataan tersebut diperkuat oleh (John Morgan, 1987) yang menyatakan rapat arus proteksi katodik meningkat secara parabolik dengan bertambahnya kecepatan kapal.
Tujuan  penelitian  ini  untyk  mengerahui pengaruh laju alir fluida terhadap keperluan rapat arus  proteksi  katodik,  sehingga  kemungkinan kesalahan desain dapat terjadi,dan hal ini dapat mengakibatkan  kegagalan.Kajian  pengaruh  laju alir fluida terhadap keperluan rapat arus proteksi katodik yang dinyatakan dalam persamaan empiris diperlukan  untuk  mempermudah  perhitungan di  dalam  desain  proteksi  baja  yang  mempunyai kecepatan  relatif,  yang  sampai  saat  ini  belum ada. Penelitian pengaruh laju alir fluida terhadap keperluan rapat arus proteksi katodik telah banyak dilakukan, akan tetapi hasil penelitian terdahulu banyak dinyatakan dalam bentuk grafis dan angka, belum dalam bentuk model.

## METODE
Pendekatan masalah mengacu (Geoffery Prentice, 1991) yang menyatakan dalam suatu reaksi korosi logam  jika  perpindahan  massa  sebagai  langkah penentu laju yang disebabkan perpindahan karena pengadukan  atau  perpindahan  hidrodinamika ,maka besarnya rapat arus korosi merupakan fungsi bilangan tak bermatra sebagai berikut:
i L = nFDC f(Re,Sc);
L i L L = f(Re,Sc); nFDC Sh = f(Re,Sc)
Berturut turut bilangan Sherwood(Sh),bilangan Reynolds(Re),dan bilangan Schmidt (Sh). Dengan analisis bilangan tak bermatra dapat dicari kelompok kelompok bilangan bilangan tak bermatra sebagai berikut:
i PRDE = K n FCr -1 u [ r 2 w ] c 3 [ u ] -c 1 u D
Dengan  manipulasi  aljabar  persamaan  akan didapat:
i PRDE = K nFCD  [Re] a1 [Sc] a2 r
Persamaan  empiris  tersebut,  menunjukkan hubungan antara pengaruh laju alir fluida terhadap keperluan rapat arus proteksi katodik. Penelitian berupaya untuk menentukan harga-harga Konstanta K , a 1 , dan a 2 yang akan ditentukan melalui simulasi percobaan-percobaan di laboratorium.
Pada penelitian ini sebagai peubah tetap adalah baja AISI - SAE 1018, sedangkan peubah bebas yang dikerjakan adalah:
Sebagai lingkungan , larutan NaCl 3,5% Suhu yaitu 25° C , 50° C, 75° C Kecepatan RDE pada rentang 0–2000 rpm
Pada  penelitian  ini  digunakan  Potensiostat Gamry  Instrument  yang  dilengkapi  dengan “Programmable DC Power Supply”. Reaksi reduksi dilangsungkan dalam sel elektrolisis yang dilengkapi dengan elektroda kerja berbentuk piringan berputar dari baja. Kecepatan elektroda kerja dikendalikan oleh  motor  pengaduk,  dan  sumber  arus  listrik dihubungkan dengan sikat sikat yang terbuat dari Graphalloy.  Elektroda  bantu  terbuat  dari  kawat platina berbentuk jaring ditempatkan mengelilingi dinding sel. Ag/AgCl ( kalibrasi +0,202 Volt terhadap SHE pada suhu 25° C) digunakan sebagai elektroda referensi, yang dicelupkan pada larutan.Selama proses elektrolisis sistem dalam keadaan tertutup sehingga tidak ada gas yang keluar. Untuk memperoleh data yang akurat, sebelum polarisasi dimulai elektroda kerja diputar di dalam sel elektrolisis sampai diperoleh potensial  korosi  yang  relatif  tetap.Pengukuran keperluan rapat arus proteksi katodik dilakukan dengan metoda potensiodinamik. Polarisasi katodik dilakukan dengan laju penambahan potensial sebesar 0,5 mV/det. Penentuan keperluan rapat arus proteksi katodik ditentukan pada potensial baja - 850 mVolt dengan elektroda Ag/AgCl.
Gambar 1. Skema rangkaian alat potensiostat
Gambar 2. Skema sel elektrolisis RDE

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari setiap percobaan polarisasi baja AISI-SAE 1018 dalam larutan NaCl 3,5% teraerasi dilakukan untuk menentukan besarnya rapat arus proteksi katodik pada suhu 25–75° C dengan variasi kecepatan pada rentang 0–2000 rpm , diperoleh kurva polarisasi sebagai berikut:
Dari kurva polarisasi katodik pada (gambar 3). dapat ditentukan dua parameter yaitu potensial korosi dan besarnya keperluan rapat arus proteksi katodik pada kriterium - 800 mVolt dengan elektrode referensi Ag/AgCl .Dari parameter tersebut dapat ditentukan  hubungan  pengaruh  laju  alir  fluida terhadap keperluan rapat arus proteksi katodik.
Gambar 3. Skema kurva polarisasi baja dalam larutan NaCl 3,5% pada pH 7,2 dan teraerasi.
Gambar 4. Pengaruh kecepatan elektroda terhadap keperluan rapat arus proteksi katodik AISI - SAE 1018 (RDE) dalam larutan NaCl 3,5% teraerasi
Gambar 5. Pengaruh kecepatan elektroda terhadap potensial korosi AISI - SAE 1018 (RDE) dalam larutan NaCl 3,5% teraerasi
Gambar 6. Pengaruh suhu terhadap keperluan rapat arus proteksi katodik AISI - SAE 1018 (RDE) dalam larutan NaCl 3,5% teraerasi
Gambar 7. Pengaruh suhu terhadap potensial korosi AISI - SAE 1018 (RDE) dalam larutan NaCl 3,5% teraerasi
Dari  hasil  serangkaian  percobaan  baja  AISI 1018 dalam larutan NaCl 3,5% teraerasi pada pH 7,2  dengan  variasi  kecepatan  pengadukan  pada rentang 0–2000 rpm dan suhu 25–75° C, didapatkan bahwa  besarnya  keperluan  rapat  arus  proteksi dipengaruhi oleh kecepatan pengadukan dan suhu yang dinyatakan dalam persamaan empiris sebagai fungsi bilangan Schmidt, Rynold dan Sherwood.
Sebagaimana yang dapat dilihat pada gambar 4 meningkatnya  kecepatan  pengadukan  akan meningkatkan  laju  korosi  baja  AISI  1018  dan keperluan rapat arus proteksi , hal ini disebabkan dengan  adanya  pengadukan  ion-ion  logam  di antarmuka  logam-larutan  elektrolit  lebih  cepat mencapai ruah, yang ditunjukkan dengan semakin tipisnya tebal lapisan difusi, sehingga laju korosinya juga meningkat. Hubungan pengaruh kecepatan pengadukan  pada  berbagai  suhu  terhadap  tebal lapisan difusi ditunjukkan pada gambar 8. Selain dari pada itu potensial korosinya meningkat dengan meningkatnya kecepatan pengadukan gambar 5.
Gambar 8. Hubungan pengaruh kecepatan elektroda (RDE)
Gambar 9. Kurva ln D terhadap 1/T terhadap tebal lapisan difusi AISI-SAE 1018 dalam larutan NaCl 3,5% teraerasi
Kenaikan  suhu  (25 –75°  C)  juga  akan meningkatkan  laju  korosi  baja  AISI  1018 dan  keperluan  rapat  arus  proteksi  katodik gambar  6.Meningkatnya  keperluan  rapat  arus proteksi ini disebabkan difusi oksigen ke permukaan elektroda meningkat dengan kenaikan suhu sehingga laju korosinya juga meningkat, yang dapat dijelaskan dengan  penerapan  rumus  Arrhenius  sebagai berikut:
D i = D io exp [ Q* ] RT
Dari rumusan tersebut dapat disimpulkan bahwa difusi oksigen ke permukaan elektroda meningkat dengan meningkatnya suhu dan potensial korosinya lebih negatif gambar 7, sehingga laju korosinya juga meningkat.Dengan mengalurkan Ln D terhadap 1/T yang berupa garis lurus (gambar 9) dapat ditentukan besarnya energi aktivasi oksigen untuk berdifusi.
Sebagaimana  telah  diuraikan  pada  tinjauan pustaka, hubungan fungsional pengaruh kecepatan pengadukan/laju  alir  fluida  dan  suhu  terhadap keperluan rapat arus proteksi katodik untuk regim aliran turbulendituliskan sebagai berikut:
i PRDE = K nFCD [Re] a1 [Sc] a2 r
Dari data-data hasil percobaan yang diperoleh, dapat dihitung nilai koefisien K , a 1 dan a 2 . Dengan menggunakan analisis regresi linier ganda diperoleh nilai K, a 1 , dan a 2 , sehingga rumusan keperluan rapat  arus  proteksi  katodik  untuk  metode  RDE yang dianggap sebagai regim aliran turbulen adalah sebagai berikut:
i PRCE = 2,219 nFCD [Re] 0,4664 [Sc] 0,251 r
Notasi i PRDE rapat arus proteksi katodik mA/cm 2
D koefisien difusi spesi i cm 2 /det r jari jari elektroda kerja cm w kecepatan putar elektroda kerja det -1 u viskositas kinematik cm 2 /det n jumlah elektron yang dipertukarkan C konsentrasi spesi i mol/lt F konstanta Faraday C/ekuivalen

## SIMPULAN
Dari hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa persamaan  empiris  yang  merupakan  hubungan
fungsional anatara pengaruh kecepatan elektroda/ laju alir fluida yang dikarakterisasi sebagai aliran laminer  terhadap  keperluan  rapat  arus  proteksi katodik adalah sebagai berikut:
i PRCE = 2,219 nFCD [Re] 0,4664 [Sc] 0,251 r

## DAFTAR PUSTAKA
Berendsen A.M. 1987. Ship Painting Manual. Delf, Bard  A.J.  and  Faulkner  L.R.  1980.  Electrochemical Methods, Fundamental and Application. John Willey & Sons, New York.
Blount F.E. 1989. Electrochemical Prinsiples of Cathodic Protection Corrosion Control. NACE vol 10, No 7. Chawla S.L and Gupta R.K. 1993. Material Selection for Corrosion Control ASM International.
Fontana G. Mars. 1979. Corrosion Engineering. Third edition. Mac Graw Hill Book co, New York.
Jones  Denny  A.  1992.  Prinsiples  and  Preventation  of Corrosion. Macmillan Publishing Company. New York.
Jones D. A. 1972. Analysis of Cathodic Protection Criteria, Corrosion. NACE, Vol 28, No 11.
Morgan  J.H.  1987.Catodic  Protection.  second  edition, Nace.
NACE  Standard  Rp-01-76.1976.  Corrosion  Control  of Steel,Fixed  Offshore  Platfoms  Associated  with Petroleum Production. NACE.
Prentice G. 1991. Electrochemical Engineering Principles. Prentice Hall, New Jersey.
Scully J.C. 1975. The Fundamental of Corrosion.second edition, New York.
Shreir L.L., Jarman RA., Burstein G.T. 1994. Corrosion Corrosion  Control.  Third  edition.  Newness Butterworths London.
Uhlig H.H., 1985. Corrosion and Corrosion Control. John Willey & Sons New York.