PERANCANGAN BEJANA TEKAN (PRESSURE VESSEL) UNTUK PENGOLAHAN LIMBAH KELAPA SAWIT DENGAN VARIABEL KAPASITAS PRODUKSI 10.000 TON/BULAN

ABSTRAK

PERANCANGAN BEJANA TEKAN (PRESSURE VESSEL) UNTUK PENGOLAHAN LIMBAH KELAPA SAWIT

DENGAN VARIABEL KAPASITAS PRODUKSI 10.000 TON/BULAN

Oleh

Meylia Rodiawati

Kelapa sawit adalah tumbuhan industri penghasil minyak yang dapat dikonsumsi maupun minyak industri. Bagaimanapun pengolahan kelapa sawit akan menghasilkan limbah. Lebih lanjut, diketahui bahwa limbah tersebut berpotensi sebagai sumber biomassa untuk dikonversikan menjadi biodiesel yang salah satu tahapannya ialah perebusan. Proses perebusan yang umum diaplikasikan ialah menggunakan bejana tekan sederhana yang kekuatan dan kapasitasnya terbatas sehingga berimplikasi pada hasil produksi yang tidak maksimal. Oleh sebab itu, penting untuk merancang bejana tekan untuk pengolahan limbah kelapa sawit sesuai spesifikasi yang diperlukan. Tujuan dari penelitian ini adalah menghitung dan menentukan dimensi bejana tekan untuk menampung 10.000 Ton limbah kelapa sawit / bulan dan mengetahui tegangan yang terjadi pada bejana tekan pada saat pengolahan limbah kelapa sawit.

Perancangan dilakukan dengan menentukan jenis bejana tekan yang akan dipakai kemudian melakukan perhitungan dan penentuan diameter bejana, jenis material, jenis shell, nozzle, manhole

dan head, ketebalan tiap komponen, stress maksimum yang terjadi tiap komponen dan menggambar desain menggunakan software CAD yang berdasarkan standar ASME Section VIII Div. 1 serta referensi lainnya.

Hasil dari penelitian menunjukkan bahwa dimensi yang sesuai dengan spesifikasi yang diperlukan

adalah bejana tekan berdiameter 3,82 m dan panjangnya 30 m. Kemudian tebal shell 3/8" ( 9,525m), head tipe torispherical dengan tebal 0,5" (12,7m), pipa nozzle 16" sch 20 dengan

ketebalan dinding pipa 7,9248mm, pipa manhole NPS 24 sch 20 dengan ketebalan dinding pipa

manhole 9,525mm. Setelah dilakukan perhitungan tegangan longitudinal diperoleh nilai sebesar 29,4 MPa, tegangan circumferential 58,9 MPa dan tegangan total yang terjadi akibat termal Tegangan ini jika dibandingkan dengan tegangan ijinnya sebesar 174,8 MPa maka tegangan yang terjadi masih dalam kondisi aman.

Kata kunci: Limbah kelapa sawit, Bejana Tekan (pressure vessel), ASME Section VIII Div.1,

Abstract

PRESSURE VESSELS DESIGN FOR PALM OIL WASTE WITH VARIABLE PRODUCTION CAPACITY OF 10.000 TONS/MONTH

by capacity is limited so that the implications for the production which is not maximal. Therefore, it is important to design pressure vessels for processing palm oil waste to the specifications required. The purpose/aim of this study was to calculate and determine the dimensions of pressure vessels to accommodate 10,000 tons of palm oil waste per month and know the stress that occurs in the pressure vessel at the time of processing of palm oil waste.

The design is done by determining the type of pressure vessel which will be used.Then perform calculations and determination of vessel diameter, type of material, type of shell, nozlle, lifting lug and head, the thickness of each component, the maximum stress occurs each component and draw a design using CAD software which refers to the ASME Section VIII Div.1 standards and other references.

Results of the study showed that the dimensions are in accordance with the required specifications is a pressure vessel diameter of 3.82 m and a length of 30 m. Then thick shell 3/8 "(9.525 mm), with a thick head torispherical type 0.5" (12.7 mm), pipe nozzle 16 "schedule 20 pipe with wall thickness of 7.9248 mm, manhole pipe NPS 24 SCH 20 with a thickness 9.525 mm manhole pipe wall. Having conducted a longitudinal stress calculations obtained a value of 29.4 MPa, 58.9 MPa circumferential stress and the total stress that occurs due to the thermal is 72.4 MPa . This stress when compared with allowable stress of 174.8 Mpa, so the stress that occurs still in a safe condition.

PERANCANGAN BEJANA TEKAN (PRESSURE VESSEL) UNTUK PENGOLAHAN LIMBAH KELAPA SAWIT

DENGAN VARIABEL KAPASITAS PRODUKSI 10.000 TON/BULAN

Oleh

MEYLIA RODIAWATI

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar SARJANA TEKNIK

Pada

Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Lampung

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

MENGESAHKAN

1. Tim Penguji

Ketua Penguji : A. Yudi Eka Risano, S.T., M.Eng. ...

Anggota Penguji : Ahmad Su’udi, S.T.,M.T. ...

Penguji Utama : Ir. Yanuar Burhanuddin, M.T. ... .

2. Dekan Fakultas Teknik

Dr. Ir. Lusmeilia Afriani, D.E.A. NIP 19650510 199303 2 008

Judul Skripsi : Perancangan Bejana Tekan (Pressure Vessel) Untuk Pengolahan Limbah Kelapa Sawit Dengan Variabel Kapasitas Produksi 10.000 Ton/Bulan

Nama Mahasiswa : Meylia Rodiawati Nomor Pokok Mahasiswa : 0715021070

Jurusan : Teknik Mesin

Fakultas : Teknik

MENYETUJUI 1. Komisi Pembimbing

.

A. Yudi Eka Risano, S.T., M.Eng. Ahmad Su’udi, S.T, M.T NIP. 1976071 5200812 1 002 NIP. 1974081 6200012 1 001

2. Ketua Jurusan Teknik Mesin

PERNYATAAN PENULIS

SKRIPSI INI DIBUAT OLEH PENULIS DAN BUKAN HASIL PLAGIAT SEBAGAIMANA DIATUR DALAM PASAL 44 PERATURAN AKADEMIK UNIVERSITAS LAMPUNG DENGAN SURAT KEPUTUSAN REKTOR No. 159/H26/PP/2008.

YANG MEMBUAT PERNYATAAN

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Bandar Lampung tanggal 30 Mei 1989, sebagai anak pertama dari dua bersaudara dari pasangan Ayahanda Muhammad Roi dan Ibunda Sunaiyah.

Penulis menyelesaikan pendidikan Taman Kanak-kanak (TK) Ikal Sumur Batu Bandar Lampung pada tahun 1995, SD Negeri 1 Pahoman Bandar Lampung pada tahun 2001, SLTP Negeri 18 Bandar Lampung pada tahun 2004, SMU Negeri 4 Bandar Lampung pada tahun 2007.

Pada tahun 2007 penulis terdaftar sebagai Mahasiswa Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung melalui Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru (SPMB). Selama menjadi mahasiswa, penulis menjadi pengurus HIMATEM (Himpunan Mahasiswa Teknik Mesin) sebagai bendahara umum. Penulis pernah menjadi asisten praktikum di Laboratorium Fenomena Dasar Mesin (2011-2012). Kemudian pada bulan Mei tahun 2011, Penulis melakukan Kerja Praktek (KP) di PT. Gunung Madu Plantation (Pabrik Pengolahan Tebu) dengan judul “Analisis Perhitungan Efisiensi Menyeluruh dan Termoekonomi Pada Boiler #2 Dengan Bahan Bakar bagasse di PT. Gunung Madu Plantations”.

“Yaa Allah, lapangkanlah dadaku, dan mudahkanlah bagiku urusanku dan

lepaskanlah kekakuan lidahku, supaya mereka mengerti perkataanku “

(Q.S. Thoha : 25-28 )

Tiadanya keyakinanlah yang membuat orang takut menghadapi tantangan;

dan saya percaya pada diri saya sendiri.

(Muhammad Ali)

Jangan pernah takut dengan kesusahan, takut lah pada kemudahan.

Teriring Do’a dan Syukur ku Persembahkan Karya

yang Sederhana ini untuk Kedua Orang Tua ku,

Keluargaku

Dan

Almamater Tercinta

i

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR ISI ... i

DAFTAR TABEL ... iv

DAFTAR SIMBOL ... v

DAFTAR GAMBAR ...viii

I.PENDAHULUAN 1.1Latar Belakang ... 1

1.2Tujuan ... 3

1.3Batasan Masalah... 3

1.4Sistematika Penulisan ... 3

II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1Pengertian Kelapa Sawit ... 5

2.2Tahap Pengolahan Kelapa Sawit ... 6

2.3Jenis dan Potensi Limbah Sawit ... 9

2.4Pengolahan Limbah Cair ... 12

2.5Pengolahan Limbah Padat ... 20

2.6Pengertian Bejana Tekan ... 23

2.7Klasifikasi Bejana Tekan ... 24

ii

2.9 Bagian-Bagian Utama Bejana Tekan ... 27

2.10 Perhitungan Desain Bejana Tekan ...32

III. METODOLOGI PERANCANGAN 3.1Waktu dan Tempat Perancangan ... 43

3.2Melakukan Perhitungan dan Proses Desain Pressure Vessel ... 43

3.3Alur Proses Desain ... 44

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1Dimensi Bejana Tekan ... 46

4.1.1 Diameter Bejana Tekan ... 47

4.1.2 Densitas Limbah Kelapa Sawit ... 48

4.1.3 Panjang Shell Bejana tekan ... 48

4.1.4 Perhitungan shell ... 48

4.1.5 Perhitungan head ... 50

4.1.6 Perhitungan Nozzle ... 51

4.1.7 Perhitungan Manhole ... 57

4.1.8 Perhitungan Letak Posisi Saddle ... 63

4.1.9 Beban angin (Pw)... 63

4.2Analisa Perhitungan Bejana Tekan ... 64

4.2.1 Analisa tegangan longitudinal yang terjadi pada dinding bejana tekan ... 64

iii

4.2.3 Analisa tegangan pada saddle ... 66 4.2.4 Analisa beban total yang terjadi akibat thermal pada bejana tekan ... 72

V. SIMPULAN DAN SARAN

A. Simpulan ... 75 B. Saran ... ... 76 DAFTAR PUSTAKA

SANWACANA

Assalammu’alaikum Wr. Wb

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas berkat rahmat, dan karunia-NYA penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Skripsi dengan judul

“Perancangan Bejana Tekan (Pressure Vessel) Untuk Pengolahan Limbah Kelapa Sawit Dengan Variabel Kapasitas Produksi 10.000 Ton/Bulan” adalah salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Universitas Lampung.

Dalam penyusunan skripsi ini, penulis telah mendapatkan banyak motivasi dan dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terimakasih kepada:

1. Ibu Dr. Ir. Lusmeilia Afriani, D.E.A., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Lampung.

2. Bapak Harmen Burhanuddin, S.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung.

3. Bapak A. Yudi Eka Risano, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing utama tugas akhir, terima kasih atas semua arahan, bimbingan dan ilmu yang diberikan selama penyelesaian tugas akhir penulis.

5. Bapak Ir. Yanuar Burhanuddin, M.T. selaku dosen pembahas dalam seminar tugas akhir dan penguji dalam sidang sarjana, terima kasih atas semua saran-saran, bimbingan, dan juga nasehat terhadap penulis.

6. Bapak Dr. Asnawi Lubis, selaku salah satu staf pengajar Jurusan Teknik Mesin yang telah bersedia meluangkan waktu dan memberikan ilmunya kepada penulis.

7. Seluruh staf pengajar Jurusan Teknik Mesin yang telah banyak memberikan ilmunya kepada penulis dan staf administrasi yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan studi di Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung.

8. Bapak Harnowo Supriadi, S.T., M.T dan Bapak Ir. Herry Wardono, M.Sc. selaku pembimbing akademik penulis selama studi di Teknik Mesin Universitas Lampung.

9. Bapak dan mamak tercinta yang selalu memberikan kasih sayang, sabar menunggu dan mendoakan atas harapan akan kesuksesan penulis hingga dapat menyelesaikan studi.

10.Kepada adikku “Okta” yang telah memberikan dukungan dan motivasi hingga dapat menyelesaikan studi.

11.Kepada om tarno, bibi, aldo, aldi, wak subli, wak ijah, wati, supri dan seluruh keluarga besar penulis, terima kasih atas bantuannya, dukungan dan motivasi.

12.Kepada yahya, terima kasih atas dukungan, motivasi, kasih sayang, dan pengertian, serta doa yang diberikan.

14.Kepada guru-guru gambar penulis “Sutrisno, Leonard, dan Bahar”, terima kasih atas bantuanya hingga penulis dapat menyelesaikan studi.

15.Teman-teman seperjuangan Asep (Komti), Ragil (Kurus), Bakung (Ences), Efri (Tukil), Imam (Kance), Nain (Inah), Agus (Kempol), Adhan (Kribo), Gede (Triplek), Jon, Candra, Jasiron, Rian, Ema, Bram, Dodo, Ridho, Sugi, Desi, Indra, Teguh, Ganjar, Zanuardi, Maindra, Daza, Rian Gembel, Kristoper, Anjar, Arson, Dodi W, Bagus, Dona, Hendi, Haris dan rekan-rekan Teknik Mesin 2007 lainnya yang telah membantu dan memberikan dukungannya. Semoga persaudaraan kita tetap terjaga dengan slogan

“Solidarity Forever”.

16.Rekan-rekan angkatan 1998-2006 dan 2008-2012 Teknik Mesin Unila dan semua pihak yang telah membantu penulis.

Dan semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu, terimakasih penulis ucapkan atas bantuan yang diberikan sehingga terselesaikannya skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

Wassalammua’alaikum Wr. Wb.

Bandar Lampung, 17 Mei 2013 Penulis

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

1. Jenis, Potensi dan Pemanfaatan Limbah Pabrik Kelapa Sawit ... 11

2. Karakteristik Limbah Cair Kelapa Sawit ... 14

3. Karakteristik Air Hasil Olahan Setelah Proses Anaerobik ... 15

4. Karakteristik Air Hasil Olahan Setelah Proses Aerobik ... 16

viii

DAFTAR GAMBAR

Gambar Nama Halaman

1. Kelapa Sawit ... 5

2. Diagram Alir Proses Pengolahan Kelapa Sawit ... 9

3. Pemanfaatan Limbah Kelapa Sawit ... 10

4. Hasil Pengolahan Tandan Buah Segar ... 12

5. CS Pressure Vessel G-95 ... 23

6. Bejana tekan posisi vertical ... 25

7. Bejana tekan posisi horizontal ... 25

8. Klasifikasi Bejana Tekan Secara Umum ... 26

9. Contoh Kepala Bejana Tekan ... 28

16. Silinder shell untuk dimensi bagian dalam ... 34

ix

18. Stress Pressure Vessel ... 36

19. Torispherical head ... 37

20. Diagram Alir Tugas Akhir ... 45

21. Penggabungan dua plat ... 47

22. Dimensi Tebal Shell ... 49

23. Dimensi Tebal head ... 50

24. Dimensi Tebal pipa nosel ... 51

25. Nozzle tanpa reinforcement ... 53

26. Nozzle dengan reinforcement ... 55

27. Pipa Manhole ... 57

28. Manhole tanpa reinforcement ... 58

29. Manhole dengan reinforcement ... 60

30. Posisi penyangga (saddle) bejana tekan ... 63

31. Tegangan searah (longitudinal stress) pada dinding bejana tekan ... 64

32. Tegangan melingkar (Circumferential Stress) pada dinding bejana tekan ... 65

33. Stress in horn and midspan Saddle ... 69

34. Tegangan pada saddle ... 70

DAFTAR SIMBOL

Simbol Nama Satuan

A Luas m2

An Luas ke-n pada nosel atau manhole m2

Asaddle Jarak shell dengan saddle m

CA Faktor korosi

Dp Diameter reinforcement yang dibutuhkan m

Ej Efisiensi Sambungan

E Modulus Elastisitas Pa

Ey Modulus Elastisitas yield Pa

F Gaya di saddle N

FA Gaya di saddle tumpuan A N

FB Gaya di saddle tumpuan B N

FC Gaya di saddle tumpuan C N

FD Gaya di saddle tumpuan D N

fr Faktor strength reduction

G Berat sampel dan isi kg

Go Berat sampel tanpa isi kg

H Tinggi head m

I Momen Inersia

vi

Pin Tekanan kerja dalam maksimum Pa

Pout Tekanan kerja luar maksimum Pa

Pw Beban Angin kg/m2

Q Beban satu saddle kg

Qa Aliran Gas

R jari-jari bejana tekan m

S Nilai tegangan material Pa

Sn Tegangan yang diijinkan pada nosel Pa

Sv Tegangan yang diijinkan pada vessel Pa

S1 Tegangan longitudinal bending pada saddle Pa

S2 Tegangan tangential shear pada saddle Pa

S4 Tegangan circumferential pada saddle Pa

Sy Tegangan yield material Pa

Vt Volume botol kosong m3

Vw Kecepatan Angin mph

d Diameter luar bejana tekan m

fr Faktor strength reduction

g Percepatan gravitasi m/s2

m Massa kg

vii

tas Tebal shell yang tersedia m

tah Tebal head yang tersedia m

tan Tebal nozzle yang tersedia m

tam Tebal manhole yang tersedia m

trs Tebal shell yang dibutuhkan m

trh Tebal head yang dibutuhkan m

trn Tebal nosel yang dibutuhkan m

trm Tebal manhole yang dibutuhkan m

ρ Massa jenis limbah cair kelapa sawit kg/m3

σ1 Longitudinal Stress Pa

σ2 Circumferential Stress Pa

∆L Pemuaian panjang bejana tekan m

∆T Selisih suhu akhir dan awal oC

ɛ Regangan

I. PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Perkembangan ilmu dan teknologi yang semakin cepat menuntut para pengguna jasa teknologi agar dapat menemukan solusi baru terhadap masalah yang ada sekarang ini. Salah satunya adalah limbah dari hasil pengolahan kelapa sawit, seperti tandan buah kosong sawit, dan pelepah. Limbah pabrik kelapa sawit juga berpotensi sebagai sumber biomassa yang dapat dikonversikan menjadi energi terbaru (Biodiesel). Biodiesel dipilih karena merupakan alternatif baru menggantikan BBM yang lebih ramah lingkungan, mengurangi polusi dan dampak polusi.

2

merupakan salah satu bentuk optimasi pemanfaatan sumber daya untuk meningkatkan nilai tambah.

Salah satu proses pengolahan limbah kelapa sawit untuk biodiesel adalah perebusan. Pada umumnya, proses perebusan yang dilakukan di Indonesia adalah secara konvensional dengan menggunakan bejana tekan sederhana yang kekuatan dan kapasitasnya terbatas sehingga hasil produksinya tidak maksimal. Kalau berbicara tentang bejana tekan, pasti melibatkan tekanan (pressure), baik internal maupun external pressure. Sehingga dibutuhkan ketelitian dalam merancangnya untuk mengatasi pressure tersebut. Adapun beberapa macam contoh dari bejana tekan tersebut, misalnya : vessel (separator) atau heat exchanger dimana masing-masing bejana tekan tersebut tentu memiliki bentuk dan fungsi yang berbeda-beda.

3

1.2Tujuan

Adapun tujuan dari tugas akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Menghitung dan menentukan dimensi pressure vessel untuk menampung 10.000 ton limbah kelapa sawit;

2. Menghitung dan menentukan ketebalan pada tiap komponen dari proses perancangan bejana tekan ini;

3. Mengetahui tegangan yang terjadi pada pressure vessel pada saat proses pengolahan limbah kelapa sawit.

1.3Batasan Masalah

Adapun batasan masalah pada tugas akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Pressure vessel yang dirancang merupakan jenis horizontal vessel;

2. Pressure desain sebesar 3.0 Kg/cm2 (2,94 x 105 Pa) dan temperature desain 80OC;

3. Dalam hal ini hanya membahas komponen-komponen standar yang diatur pada ASME Section VIII Divisi 1 .

4. Pada desain perancangan ini pengelasan diabaikan.

1.4Sistematika Penulisan

4

I. PENDAHULUAN

Pada bab ini menguraikan tentang latar belakang, tujuan, batasan masalah dan sistematika penulisan.

II. TINJAUAN PUSTAKA

Berisikan landasan teori dari beberapa literatur yang mendukung pembahasan tentang studi kasus yang diambil, yaitu Proses Desain dan Perancangan Bejana Tekan (Pressure Vessel) untuk Pengolahan Limbah Kelapa Sawit dengan Kapasitas 10.000 Ton.

III. METODOLOGI PERANCANGAN

Pada bab ini menjelaskan metode yang digunakan penulis dalam pelaksanaan proses desain pressure vessel.

IV. HASIL DAN ANALISIS

Pada bab ini berisikan tentang perhitungan-perhitungan dimensi pressure vessel dan pembahasan tentang proses desain atau perancangannya.

V. SIMPULAN DAN SARAN

Pada bab ini berisikan kesimpulan dan saran dari perhitungan yang diperoleh serta pembahasan tentang studi kasus yang diambil.

DAFTAR PUSTAKA

Berisikan literatur-literatur atau referensi-referensi yang diperoleh penulis untuk menunjang penyusunan laporan tugas akhir ini.

LAMPIRAN

III. METODOLOGI PERANCANGAN

A.Waktu dan Tempat Perancangan

Proses desain tugas akhir ini dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin Universitas Lampung pada bulan Mei 2012 sampai Febuari 2013.

B.Melakukan Perhitungan dan Proses Desain Pressure vessel

Sebelum melakukan perhitungan, maka harus menentukan jenis pressure vessel yang akan dipakai. Setelah itu baru menghitung komponen penyusun untuk proses desain bejana tekan, yang mana perhitungannya yaitu sebagai berikut: 1. Menentukan diameter luar Pressure vessel;

2. Menentukan jenis material yang dipakai;

3. Menentukan jenis shell dan head yang cocok untuk proses desain; 4. Menentukan ketebalan tiap komponen penyusun bejana tekan; 5. Menentukan tiang penyangga (saddle);

6. Menentukan nozzel yang dipakai; 7. Menentukan Lifting Lug yang dipakai

8. Menentukan stress maksimum yang terjadi pada tiap komponen penyusun bejana tekan;

9. Menentukan proses pengelasan yang cocok untuk mendesain pressure vessel;

44

45

A

Memenuhi kriteria jenis material pilihan

Gambar 20. Diagram Alir Tugas Akhir Detail Drawing

SELESAI

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1Pengertian Kelapa Sawit

Kelapa sawit (Elaeis) adalah tumbuhan industri penting penghasil minyak yang dapat dikonsumsi, minyak industri, maupun bahan bakar (biodiesel). Perkebunannya menghasilkan keuntungan besar, sehingga banyak hutan dan perkebunan lama dikonversi menjadi perkebunan kelapa sawit. Indonesia adalah penghasil minyak kelapa sawit kedua dunia setelah Malaysia. Di Indonesia penyebarannya di daerah Aceh, Pantai Timur Sumatra, Jawa, Sulawesi, dan Kalimantan.

Gambar 1. Kelapa Sawit (Wikipedia, 2012)

6

mempunyai daya lapis yang tinggi dan tidak menimbulkan iritasi pada tubuh dalam bidang kosmetik. Bagian yang paling populer untuk diolah dari kelapa sawit adalah buah. Bagian daging buah menghasilkan minyak kelapa sawit mentah yang diolah menjadi bahan baku minyak goreng dan berbagai jenis turunannya. Kelebihan minyak nabati dari sawit adalah harga yang murah, rendah kolesterol, dan memiliki kandungan karoten tinggi. Minyak sawit juga diolah menjadi bahan baku margarin (Wikipedia, 2012).

2.2Tahap Pengolahan Kelapa Sawit

Tandan buah segar (TBS) yang dipanen di kebun diangkut ke lokasi pabrik minyak sawit dengan menggunakan truk. Sebelum dimasukkan ke dalam Loading Ramp, tandan buah segar tersebut harus ditimbang terlebih dahulu pada jembatan penimbangan (weighting brigde). Perlu diketahui bahwa kualitas hasil minyak CPO yang diperoleh sangat dipengaruhi oleh kondisi buah (TBS) yang diolah dalam pabrik, sedangkan proses pengolahan dalam pabrik hanya berfungsi menekan kehilangan di dalam pengolahannya. Sehingga kualitas hasil tidak semata-mata tergantung dari TBS yang masuk ke dalam pabrik.

a. Perebusan

7

dimaksudkan untuk mematikan enzim-enzim yang dapat menurunkan kuaiitas minyak. Disamping itu, juga dimaksudkan agar buah mudah lepas dari tandannya dan memudahkan pemisahan cangkang dan inti dengan keluarnya air dari biji. Proses ini biasanya berlangsung selama 90 menit dengan menggunakan uap air yang berkekuatan antara 280 sampai 290 Kg/ton TBS. Dengan proses ini dapat dihasilkan kondensat yang mengandung 0.5% minyak ikutan pada temperatur tinggi. Kondensat ini kemudian dimasukkan ke dalam Fat Pit. Tandan buah yang sudah direbus dimasukan ke dalam thresher dengan menggunakan Hoisting Crane.

b. Perontokan Buah dari Tandan

8

c. Pengolahan Minyak dari Daging Buah

Brondolan buah (buah lepas) yang dibawa oleh Fruit Conveyor dimasukkan ke dalam Digester atau peralatan pengaduk. Di dalam alat ini dimaksudkan supaya buah terlepas dari biji. Dalam proses pengadukan (Digester) ini digunakan uap air yang temperaturnya selalu dijaga agar stabil antara 80° – 90°C. Setelah massa buah dari proses pengadukan selesai kemudian dimasukkan ke dalam alat pengepresan (Screw Press) agar minyak keluar dari biji dan fibre. Untuk proses pengepresan ini perlu tambahan panas sekitar 10% s/d 15% terhadap kapasitas pengepresan. Dari pengepresan tersebut akan diperoleh minyak kasar dan ampas serta biji.

9

d. Proses Pemurnian Minyak

Minyak dari oil tank kemudian dialirkan ke dalam oil purifer untuk memisahkan kotoran/solid yang mengandung kadar air. Selanjutnya dialirkan ke vacuum drier untuk memisahkan air sampai pada batas standard. Kemudian melalui sarvo balance, maka minyak sawit dipompakan ke tangki timbun (Oil Storage Tank).

Gambar 2. Diagram Alir Proses Pengolahan Kelapa Sawit (Rizky Kurnia, 2011)

2.3Jenis dan Potensi Limbah Kelapa Sawit

10

berikutnya dapat dilihat pada Gambar 3. Pada Gambar tersebut terlihat bahwa limbah yang terjadi pada generasi pertama dapat dimanfaatkan dan terjadi limbah berikutnya. Terlihat potensi limbah yang dapat dimanfaatkan sehingga mempunyai nilai ekonomi yang tidak sedikit. Salah satunya adalah potensi limbah dapat dimanfaatkan sebagai sumber unsur hara yang mampu menggantikan pupuk sintetis (Urea, TSP dan lain-lain).

11

Tabel 1. Jenis, Potensi dan Pemanfaatan Limbah Pabrik Kelapa Sawit (Rizky Kurnia, 2011)

Limbah padat tandan kosong (TKS) merupakan limbah padat yang jumlahnya cukup besar yaitu sekitar 6 juta ton yang tercatat pada tahun 2004, namun pemanfaatannya masih terbatas. Limbah tersebut selama ini dibakar dan sebagian ditebarkan di lapangan sebagai mulsa. Persentasi tankos tehadap TBS sekitar 20% dan setiap ton tankos mengandung unsur hara N, P, K, dan Mg berturut-turut setara 3 kg urea, 0,6 kg CIRP, 12 kg MOP, dan 2 kg kieserit.

12

Gambar 4. Hasil Pengolahan Tandan Buah Segar (Rizky Kurnia, 2011)

2.4Pengelolaan Limbah Cair

a. Karakteristik Limbah Cair Industri Kelapa Sawit

Pada proses pengolahan kelapa sawit menjadi CPO, selain menghasilkan minyak sawit tetapi juga menghasilkan limbah cair, di mana air limbah tersebut berasal dari:

1. Hasil kondensasi uap air pada unit pelumatan (digester) dan unit pengempaan (pressure). Injeksi uap air pada unit pelumatan bertujuan mempermudah pengupasan daging buah, sedangkan injeksi uap bertujuan mempermudah pemerasan minyak. Hasil kondensasi uap air pada kedua unit tersebut dikeluarkan dari unit pengempaan.

13

3. Hasil kondensasi uap air pada unit penampung biji/inti. Injeksi uap ke dalam unit penampung biji bertujuan memisahkan sisa minyak dan mempermudah pemecahan batok maupun inti pada unit pemecah biji

4. Kondensasi uap air yang berada pada unit penampung atau penyimpan inti 5. Penambahan air pada hydrocyclone yang bertujuan mempermudah pemisahan

serat dari cangkang.

6. Penambahan air panas dari saringan getar, yaitu untuk memisahkan sisa minyak dari ampas.

Limbah cair kelapa sawit mengandung konsentrasi bahan organik yang relatif tinggi dan secara alamiah dapat mengalami penguraian oleh mikroorganisme menjadi senyawa-senyawa yang lebih sederhana. Limbah cair kelapa sawit umumnya berwarna kecoklatan, mengandung padatan terlarut dan tersuspensi berupa koloid dan residu minyak dengan kandungan BOD tinggi.

14

Tabel 2. Karakteristik Limbah Cair Kelapa Sawit (Rizky Kurnia, 2011)

No. Parameter Hasil Pengujian 1 BOD (mg/l) 25.000 mg/l 2 COD (mg/l) 10.000 mg/l 3 Minyak dan lemak 8370

4 pH 5

5 TSS 21.270 mg/l

6 Temperatur 50

b. Proses Pengolahan Limbah Cair Industri Kelapa Sawit

Teknik pengolahan limbah cair industri kelapa sawit pada umumnya menggunakan metode pengolahan limbah kombinasi. yaitu dengan sistem proses anaerobik dan aerobik. Limbah cair yang dihasilkan oleh pabrik kemudian dialirkan ke bak penampungan untuk dipisahkan antara minyak yang terikut dan limbah cair. Setelah itu maka limbah cair dialirkan ke bak anaerobik untuk dilakukan proses anaerobik.

Pengolahan limbah secara anaerobik merupakan proses degradasi senyawa organik seperti karbohidrat, protein dan lemak yang terdapat dalam limbah cair oleh bakteri anaerobik tanpa kehadiran Oksigen menjadi biogas yang terdiri dari CH4 (50-70%), serta N2, H2, H2S dalam jumlah kecil. Waktu tinggal limbah cair

15

Tabel 3. Karakteristik Air Hasil Olahan Setelah Proses Anaerobik (Rizky Kurnia, 2011)

No. Parameter Hasil Pengujian 1 BOD (mg/l) 1890 mg/l 2 COD (mg/l) 3025 mg/l 3 TSS (mg/l) 5579 mg/l

4 pH 7

5 TDS 7890 mg/l

6 Temperatur 30 C

Berdasarkan hasil analisa di atas menunjukkan bahwa proses anaerobik dapat menurunkan kadar BOD dan COD limbah cair sebanyak 70 %. Setelah pengolahan limbah cair secara anaerobik dilakukan pengolahan limbah cair dengan proses aerobic selama 15 hari. Pada proses pengolahan secara aerobik menunjukkan penurunaan kadar BOD dan Kadar COD adalah sebesar 15 %, dapat dilihat pada tabel 4.

16

Tabel 4. Karakteristik Air Hasil Olahan Setelah Proses Aerobik (Rizky Kurnia, 2011)

c. Pemanfaatan Limbah cair “CPO parit” untuk pembuatan biodiesel

CPO parit merupakan limbah cair hasil proses pengolahan kelapa sawit yang dapat mencemari air dan tanah. Namun, dengan adanya proses pengolahan CPO parit menjadi biodiesel maka CPO parit tersebut menjadi lebih bermanfaat. CPO parit memiliki kandungan CPO yang relatif sedikit yaitu sekitar 2% dari jumlah CPO keseluruhan yang dihasilkan. Adapun alur proses pengutipan CPO parit adalah sebagai berikut:

1. Hasil bawah dari alat centrifuge yang berupa campuran air, kotoran, dan minyak pada pengolahan CPO, mengalir ke parit-parit pembuangan

2. Aliran ini berkumpul di suatu tempat yang disebut pad feed I yang dilengkapi dengan mesin pengutip minyak

No. Parameter Hasil Analisa 1 BOD (mg/l) 189 mg/l

2 COD (mg/l) 453,75 mg/l 3 TSS (mg/l) 3023 mg/l

4 pH 7

5 TDS 6060 mg/l

17

3. Minyak yang terkumpul oleh mesin dialirkan pada tangki penampungan minyak untuk diproses kembali

4. Sisa minyak yang tidak terkumpul pada mesin pengutip minyak, dialirkan menuju kolam pad feed II yang mengandung partikel kotoran yang sangat banyak

5. Kemudian aliran slurry (air, lumpur yang terbawa, minyak) ini dikumpulkan pada kolam penampungan minyak terakhir yang dilengkapi dengan mesin rotor yang berputar untuk memerangkap minyak lalu dialirkan ke tangki pengumpul minyak. Minyak inilah yang kemudian disebut dengan CPO parit.

Komposisi yang terdapat dalam minyak CPO parit terdiri dari trigliserida – trigliserida (mempunyai kandungan terbanyak dalam minyak nabati), asam lemak bebas /FFA, monogliserida, dan digliserida, serta beberapa komponen – komponen lain seperti phosphoglycerides, vitamin, mineral, atau sulfur.

18

d. Proses Pembuatan Biodiesel CPO parit

Ada beberapa proses pengolahan biodiesel berbasis CPO parit, di antaranya adalah esterifikasi dan transesterifikasi yang termasuk dalam proses alkoholisis. Proses esterifikasi dilakukan cukup dengan satu tahap untuk menghilangkan kadar FFA berlebih di dalam CPO parit sedangkan proses transesterifikasi dilakukan dengan dua tahap karena tahap pertama transesterifikasi masih menyisakan jumlah trigliserida yang cukup banyak pada akhir reaksi transesterifikasi I. Sebelum melakukan reaksi esterifikasi, CPO parit yang akan direaksikan terlebih dahulu dimasukkan ke dalam sentrifuse untuk memisahkan kotoran padat (total solid) dan air dari CPO parit sehingga tidak mengganggu reaksi esterifikasi nantinya.

Proses esterifikasi yaitu mereaksikan methanol (CH3OH) dengan CPO parit

dengan bantuan katalis asam yaitu asam sulfat (H2SO4). Dalam pencampuran ini,

19

Pada proses transesterifikasi I dan II prinsip kerjanya sama yaitu mencampurkan kalium hidroksida (KOH) dan metanol (CH3OH) dengan hasil reaksi pada

esterifikasi. Proses transesterifikasi ini melibatkan reaksi antara trigliserida dengan methanol membentuk metil ester. Adapun perbandingan rasio molar trigliserida dengan methanol adalah 1 : 6 dan jumlah katalis yang digunakan adalah 1% dari trigliserida. Kadar KOH yang digunakan untuk reaksi ini adalah 99% yang biasa dijual di pasar-pasar bahan kimia (Rizky Kurnia, 2011).

Semakin tinggi kemurnian dari bahan yang digunakan akan meningkatkan hasil yang dicapai dengan kualitas yang tinggi pula. Hal ini berhubungan erat dengan kadar air pada reaksi transesterifikasi. Adanya air dalam reaksi akan mengganggu jalannya reaksi transesterifikasi. Lama reaksi transesterifikasi adalah 1 jam, suhu 630C dengan yield 98%.

Hasil reaksi transesterifikasi I dimasukkan terlebih dahulu ke sentrifuse sebelum diumpankan ke reaktor transesterifikasi II. Di sini terjadi lagi pemisahan antara lapisan atas berupa metil ester, sisa FFA, sisa trigliserida, dan sisa metanol dengan lapisan bawah yaitu gliserol, air, dan katalis asam maupun basa.

20

air dan metal ester berdasarkan berat jenisnya. Selanjutnya adalah proses pengeringan metil ester dengan menggunakan evaporator yang bertujuan untuk menghilangkan air yang tercampur di dalam metal ester. Pengeringan dilakukan lebih kurang selama 15 menit dengan temperatur 105°C. Keluaran evaporator didinginkan untuk disimpan ke dalam tangki penyimpanan biodiesel.

2.5Pengolahan Limbah Padat

a. Tandan Kosong Sawit (TKS) sebagai Kompos dan Pupuk Organik

Sebelum melakukan pengkomposan tankos (Tandan Kosong), bahan baku ini dirajang terlebih dahulu dengan ukuran antara 3-5 cm dengan memakai mesin rajang agar dekomposisi dapat dipercepat. Penguraian bahan organik tergantung kepada kelembaban lingkungan. Kelernbaban optimum antara 50-60%, dan jika kadar air bahan >85%, perlu ditambahkan aktifator untuk mengurangi kadar air, agar masa fermentasi lebih cepat. Selanjutnya dilakukan pengaturan pH antara 6,8-7,5.

21

14-21 hari dengan menggunakan bakteri mesofil dan termofil. Tromol diputar selama 5-7 jam perhari dengan kecepatan 2-3 rpm, dan suhu fermentasi antara 45-60oC.

Pemutaran tromol bertujuan untuk mempercepat homogenasi dan penguraian bahan organik majemuk menjadi bahan organik sederhana. Setelah fermentasi, dan limbah mengalami biodegradasi menjadi kompos, lalu dikeluarkan dari dalam tromol, dan selanjutnya ditimbun dengan ketinggian 1 meter, atau volume 1 m3. Tinggi rendahnya timbunan ini berpengaruh terhadap suhu fermentasi selama penimbunan. Fermentasi di tempat terbuka ini masih berlangsung antara 5-7 hari pada suhu antara 60-70°C. Selanjutnya timbunan kompos ditebarkan pada hamparan yang cukup luas untuk menurunkan suhunya, dan diayak dengan ukuran tertentu dan dikering anginkan.

b. Pembuatan Papan Partikel dari Sabut Kelapa Sawit

Sabut kelapa sawit merupakan salah satu limbah terbesar yang dihasilkan dalam proses pengolahan minyak sawit. Kebanyakan limbah berupa sabut ini biasanya hanya dijadikan bahan bakar, dibuang atau ditimbun di dalam tanah saja. Sabut kelapa sawit ini bisa dijadikan sebagai bahan pembuatan papan partikel yang berarti bisa mengatasi masalah pembuangan limbah sabut kelapa sawit sekaligus memberikan nilai tambah secara ekonomi.

22

dikurangi seminimal mungkin. Pengurangan kadar minyak dapat dilakukan salah satunya dengan memasak sabut kelapa sawit dalam larutan NaOH 10% selama 1 jam.

c. Pembuatan Pulp dari Sabut Kelapa Sawit

Kertas adalah salah satu kebutuhan pokok dalam kehidupan modern. Peranannya sangat penting baik dalam memenuhi kebutuhan pendidikan dan kebudayaan maupun untuk keperluan industri, rumah tangga serta keperluan lain yang sesuai dengan kemajuan zaman. Pemanfaatan sabut kelapa sawit merupakan alternatif bahan baku bagi pabrik-pabrik kertas untuk hasilkan kertas HVS, doorslag, manila, karton, duplicator/cycto style dan lain-lain.

d. Pembuatan Arang Aktif dari Cangkang Kelapa Sawit

Pembuatan arang aktif dari cangkang kelapa sawit menggunakan proses karbonisasi dan aktifasi. Proses karbonisasi bertujuan untuk menghilangkan senyawa-senyawa yang mudah menguap dalam bentuk unsur-unsur non karbon, hidrogen dan oksigen. Proses karbonasi dipengaruhi oleh pemanasan dan tekanan. Semakin cepat pemanasan semakin sukar diamati tahap karbonasi dan rendemen arang yang dihasilkan lebih rendah sedangkan semakin tinggi tekanan semakin besar rendemen arang.

23

dilakukan secara kimia menggunakan aktifator HNO3 1% atau dapat juga

dilakukan proses dehidrasi dengan garam mineral seperti MgCL2 10% dan ZnCl2

10%. Manfaat arang aktif diantaranya adalah bahan bakar alternatif, zat penghilang bau, pengontrol kelembaban yang efektif, industri rumah tangga, dan pemanasan di industri peternakan (Rizky Kurnia Widiantoko, 2011).

2.6Pengertian Bejana Tekan

Bejana tekan (Pressure Vessel) adalah tempat penampungan suatu fluida baik berupa cair maupun gas dengan tekanan yang lebih tinggi dari tekanan atmosfir, pada umumnya sampai dengan 15.000 Psi. Bejana tekan pada umumnya bekerja pada suhu antara -350oF hingga di atas 1000oF, dengan kapasitas yang sangat besar hingga 95.000 gallon. Sehingga dapat pula digunakan sebagai ketel uap (Boiler), alat pertukaran panas (Heat exchanger), Air receiver, bejana penyimpanan fluida baik udara, maupun cairan.

24

Pressure vessel paling sering digunakan sebagai media penampung fluida cairan, uap air, atau gas pada tingkatan tekanan lebih besar dari tekanan udara. Pressure vessel menampung suatu unsur yang digunakan secara luas untuk berbagai aplikasi industri yang mencakup bahan kimia, farmasi, makanan dan minuman, minyak dan bahan bakar, industri nuklir, dan industri plastik. Bejana tekan dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis berdasarkan kontruksi dan bentuk, ukuran dan penggunaannya. Bejana tekan dibuat sesuai dengan ASME Boiler & Pressure Vessel Code Sec. VIII Divisi 1, Divisi 2 atau Divisi 3, atau Pressure Vessel Code lain yang diakui, atau telah disetujui oleh pihak yang berwenang.

2.7Klasifikasi Bejana Tekan

Klasifikasi bejana tekan dibagi menurut posisi atau tata letak bejana tekan yang terdiri dari dua macam posisi yaitu:

1. Posisi Vertikal

Posisi vertikal yaitu posisi tegak lurus terhadap sumbu netral axis, di mana posisi ini banyak digunakan di dalam instalasi anjungan minyak lepas pantai (offshore), yang tidak mempunyai tempat yang tidak begitu luas. Jenis bejana tekan ini banyak difungsikan sebagai jenis 2-phase, yaitu pemisahan antara minyak mentah dan gas saja yang mana pada penggunaan bejana tekan pada posisi vertikal ini hasil utama yang akan diproses adalah gas dan cair sehingga gas yang akan dihasilkan lebih kering (dry gas) dibandingkan dengan separator pada posisi horizontal.

25

Gambar 6. Bejana tekan posisi vertikal (Sandi Praspa, 2010) 2. Posisi horizontal

Bejana tekan pada posisi horizontal banyak ditemukan dan digunakan pada ladang sumur minyak di daratan karena mempunyai kapasitas produksi yang lebih besar. Jenis bejana tekan dengan posisi horizontal ini biasanya berfungsi sebagai separator 3-phase, yaitu pemisahan antara minyak mentah (crude oil), air (water), dan gas.

26

Sedangkan untuk klasifikasi bejana tekan secara umum dapat dilihat pada gambar 8, sebagai berikut:

Gambar 8. Klasifikasi Bejana Tekan Secara Umum (Sandi Praspa, 2010)

1.8Fungsi Bejana Tekan

Berdasarkan fungsi dan pemakaiannya, bejana tekan dibagi, antara lain: 1. Tangki penyimpanan bahan bakar

27

bakar tergantung dari kapasitas yang direncanakan berdasarkan kebutuhan, berapa lama bahan bakar tersebut akan digunakan atau disimpan.

2. Boiler

Boiler adalah salah satu jenis dari bejana tekan, biasanya digunakan sebagai media penyimpan uap, hasil dari penguapan air yang telah dipanaskan, sebelum uap tersebut digunakan untuk menggerakan turbin.

3. Tabung kompresor

Tabung kompresor ini merupakan juga salah satu jenis bejana tekan yang berfungsi sebagai penampung udara yang bertekanan atau di kompresikan.

4. Water pressure tank

Water pressure tank merupakan salah satu jenis bejana tekan yang berfungsi sebagai penyimpan air yang bertekanan, yang dapat di alirkan melalui pipa-pipa penyalur, di mana dari water pressure tank ini dapat diinjeksikan ke dalam suatu system yang tekanannya lebih rendah dari tekanan atmosfer.

2.9 Bagian-Bagian Utama Bejana Tekan

Bagian-bagian utama dari bejana tekan antara lain:

28

hasil perhitungan yang ditentukan dan karakteristik fluida yang akan di proses di dalam bejana tekan.

Kepala bejana tekan ini dapat dihubungkan dengan dinding bejana tekan dengan cara pengelasan, di mana ukuran diameter dari kepala bejana tekan harus sama dengan ukuran dinding bejana tekan, untuk ketebalan kepala bejana tekan lebih tipis sedikit dibandingkan dengan ketebalan dinding, sedangkan untuk jenis material yang digunakan sama dengan material yang digunakan pada dinding. Cara pembuatan dari kepala bejana tekan dengan cara punch dish.

Gambar 9. Contoh Kepala Bejana Tekan (Zaldi Tri Satria, 2011)

Khusus untuk torispherical head dibagi menjadi dua yaitu flanged standard dished dan flanged shallow dishedhead. Digunakan untuk bejana horizontal yang digunakan untuk menyimpan cairan yang mudah menguap (volatile) seperti : naphta, bensin, dan alkohol. Jika digunakan head diameter < diameter shell maka digunakan flangeds standard dished. Sedangkan jika digunakan diameter head > lebih besar dari pada diameter shell maka digunakan flanged shallow dished heads.

29

Gambar 10. Flanged Standard Dished and Flanged Shallow

2. Dinding (shell), berbenruk silinder yang dapat menahan tekanan dari dalam maupun tekanan dari luar. Tebalnya dinding tergantung dari hasil perhitungan dan dari karekteristik fluida yang akan diproses di dalam bejana tersebut, di mana dinding bejana terbuat dari plat baja yang diroll dan dibentuk menjadi suatu diameter lingkaran yang berbentuk tabung, pada ujung-ujung arah horizontal di sambungkan dengan cara pengelasan. Ukuran dan diameter dari dinding bejana tekan dapat disesuaikan dengan hasil perhitungan kapasitas dan volume fluida yang akan diproses untuk dipisahkan di dalam alat pemisah ini.

3. Lubang orang (manhole), yaitu suatu lubang yang berfungsi untuk keluar masuknya orang untuk membersihkan atau merawat. Besar dan ukuran dapat ditentukan sesuai ukuran badan orang dewasa yaitu sekitar 20”-24” atau 500mm-600mm untuk

diameter lubangnya, untuk rating ditentukan sesuai dengan dari nosel inlet atau outlet dari bejana tekan yang akan direncanakan.

30

4. Penyangga (saddle), yaitu penyangga berbentuk saddle yang direncanakan berdasarkan bentuk ½ lingkaran yang di tempatkan pada bagian bawah dinding bejana tekan yang berbentuk silinder, yang berfungsi sebagai penyangga bejana tekan. Sebagian besar vessel horizontal di tumpu oleh dua buah saddle dengan sudut kontak 120O (Sandi Praspa, 2010).

Gambar 11. Saddle (Zaldi Tri Satria, 2011) Penyangga (saddle) terdiri dari dua tipe yaitu:

a. Penyangga permanen (fix saddle) yaitu di pasang di salah satu sisi separator dan disambung dengan cara pengelasan, sedangkan bagian satu sisi (bawah) disediakan lubang baut guna untuk menyambung penyangga tersebut dengan cara dipasang baut untuk menghubungkan dengan pondasi atau kedudukan saddle.

31

tegangan tarik yang timbul akibat adanya tekanan dan temperatur yang diakibatkan dari bagian dalam bejana dan untuk menghindari terjadinya pecah atau keretakan pada dinding bejana tekan.

5. Nosel atau flanges yaitu berfungsi sebagai penghubung antara bejana tekan itu sendiri dengan proses pemipaan aliran fluida yang akan di alirkan keluar masuk (nosel outlet inlet) dari dan ke bejana tekan itu sendiri, dari dan keproses lanjutan ke dalam sistem pemipaan atau interface dengan alat-alat instrument pendukung lainnya.

Gambar 12. Nozzel (Zaldi Tri Satria, 2011)

Smbol-simbol penunjuk yang ada pada nozzle sebagai referensi untuk menghitung nozzle adalah seperti gambar berikut:

32

6. Reinforcement Pad merupakan penguat yang diletakkan di sekeliling nozzle dan di atas shell atau head, sebagai kompensasi atas daerah yang hilang karena adanya lubang yang dipakai untuk penyambungan suatu nozzle.

Gambar 14. Reinforcement Pad (Megyesy, 1972)

7. Lifting lug adalah bagian dari vessel yang berfungsi sebagai tempat untuk mengaitkan alat pemindah yang biasanya berupa crane. Perhitungan lifting lug didasarkan pada tiga macam kekuatan yaitu kekuatan lubang lug, kekuatan kaki lug dan kekuatan las lug. Lifting lug harus dapat menahan berat vessel dalam keadaan kosong ditambah dengan berat saddle (Zaldi Tri Satria. 2011).

Gambar 15. Lifting lug (Zaldi Tri Satria, 2011)

2.10 Perhitungan Desain Bejana Tekan 1. Diameter bejana

Dengan kapasitas atau volume produksi yang telah ditentukan, maka dapat dihitung diameter silinder luar dengan menggunakan rumus sebagai berikut:

V = π r2 _L

33

3. Perancangan shell dan head

a. Pemilihan Material

Hal pertama yang harus diperhatikan dalam mendesain shell dan head adalah pemilihan material plat yang akan digunakan. Dalam pemilihan tersebut harus diperhatikan ketahanan korosi bahan terhadap fluida yang akan digunakan dan pada range suhu berapa material tersebut aman beroperasi. Setelah menentukan materialnya, dari table material properties akan didapatkan nilai tegangan maksimum yang didizinkan (S) dan modulus young elastisitasnya (E) dari material tersebut.

b. Perhitungan pada silinder shell

34

kemudian disambung dengan cara pengelasan. Namun, sebelumnya kita harus mengetahui tebal shell yang didesain.

Tebal (t) dan tekanan (p) shell pada dimensi bagian dalam, dengan P ≤ 0.385SE atau t ≤ 0.5Ri

t = PR

SEj - 0.6P

... (3)

P = SEj t

R + 0.6t ... (4)

Gambar 16. Silinder shell untuk dimensi bagian dalam (Megyesy, 1972)

 Tebal (t) dan tekanan (p) shell pada dimensi bagian luar, dengan P ≤ 1.25SE atau t ≤ 0.5Ri

t = PR

SEj+0.4P ... (5)

P = SEj t

R+ 0.4t ... (6)

35

Untuk menentukan tebal plat harga dari persamaan ditambahkan dengan harga faktor korosi (CA) dalam satuan inci. Setelah itu, diambil nilai terbesar antara tebal bagian dalam atau tebal bagian luar (Megyesy, 1972).

c. Analisa Tegangan Pada Shell

Biasanya bentuk dari pressure vessel industri terdiri dari beberapa bentuk seperti spherical dan cylindrical dengan bentuk head hemispherical, semi ellipsoidal conical, torispherical atau bentuk flat head. Pada bidang teknik bahan dari shell dianggap bentuk tipis apabila ketebalan diding lebih kecil bila dibandingkan dengan diameter dan panjangnya serta rasio ketebalan dinding terhadap jari-jari dari kurva, yaitu : R/t ≥ 10, dengan R adalah jari-jari bejana dan t adalah tebal dinding bejana. Hal ini juga berarti tensile, compressive atau tegangan geser dihasilkan oleh beban eksternal pada ketebalan dinding shell dan dapat diasumsikan distribusinya sama untuk seluruh tebal dinding vessel. Pada perencanaan ini tipe shell yang dipakai adalah cylindrical shell dengan tekanan internal.

Pada shell silindris, tekanan akan berbagi secara merata pada setiap dinding. Tegangan yang terjadi pada shell dengan tekanan internal P dapat dihitung dari kesetimbangan statis.

Besarnya longitudinal stress dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:

σ1 = PD

36

Sedangakan circumferential stress yang terjadi: σ2 =

PD

4t ... (8)

Gambar 18. Stress Pressure Vessel (Khurmi, 1991)

Circumferential Joint atau Longitudinal stress (σ1) dan Longitudinal joint

atau Circumferential stress (σ2) merupakan tipe sambungan dan jenis tekanan

yang terjadi pada daerah shell (Brownell, 1959).

d. Tekanan Kerja Maksimum (Pa) di bawah Tekanan Kerja Eksternal

P_a= 4b

3 Do _t ... (9)

Di mana:

b = a x E

2 ... (10)

a =

0.125_R

o

t

37

e. Perhitungan Tebal Head

 Ketebalan pada Torispherical head

Untuk ketebalan dimensi dalam, L r_{=16 2 3}

t = 0.885PL

4. Perhitungan Nozzel dan manhole Rumusnya sebagai berikut:

t_nozzle= PRn

SEj-0.6P ... (18) a) Perhitungan nozzle jika tanpa reinforcing pad[2]

 Area of reinforcement required

38

 Area of reinforcement available

A₁= d E . t _as– F. trs - 2tan E . t_as– F . t_rs (1 - f_r1) ... (20)

A₁ = 2 t_as+tan E . t_as- F . trs - 2tan E . t_as– F . trs (1 - f_r1) .. (21)

A1 diambil yang terbesar

A₂ = 5 t_an- trn f_r2 . tas ... (22)

A₂ = 5 t_an- trn f_r2 . t_an ... (23)

A2 diambil yang terkecil

A41= leg2 . fr3 ... (27)

TOTAL AREA AVAILABLE

A_tot=A₁+A₂+A₃+A₄₁ ... (29) Jika A < Atot maka tidak membutuhkan reinforcement pad

b) Perhitungan nozzle jika diperlukan reinforcing pad

 Area of reinforcement required

A = d trs+ 2tan x trs(1- fr1) ... (30)

 Area of reinforcement available

A1= t-tr d-2tn t-tr (1-fr1) ... (31)

A₂=5 t_n-trn f_r2.t ... (32)

A₂=2 t_n-trn (2.5t_n+t_e)f_r2 ... (33)

A2 diambil yang terkecil

39

Jika A < Atot maka tidak membutuhkan reinforcing pad[2] 5. Perhitungan stress pada saddle  Longitudinal bending stress  Pada saddle (tension at the top, compression at the bottom)

S

₁

=±

Untuk menghitung tension stress, faktor K yang digunakan merupakan nilai K1.

40

Ketika kulit dikeraskan, nilai faktor K=3.14.

Pada midspan (tension at the bottom, compression at the top)

S

₁

=±

Sedangkan pada compression, tegangan yang disebabkan internal pressure dikurangi S1 kurang dari sama dengan setengah nilai

compression point material atau dengan rumus:

41

tegangan yang disebabkan oleh internal pressure tidak boleh lebih besar dari 0.125 tegangan izin tensil material head.

 Circumferential stress

Pada bagian bawah shell

S₅=- K7Q ts(b+1.56 Rts)

42

S4 tidak boleh lebih besar dari 1.50 tegangan izin tensil material shell dan

S5 tidak boleh lebih besar dari 0.50 titik yield kompresi material shell.

6. Perhitungan Letak Posisi Saddle

A = 0,5R ... (55) (Dennis Moss, 2004)

7. Perhitungan Beban Angin (Pw)

P_w = 0.0025 Vw2 ... (56)

(Megyesy, 1972)

8. Analisis penambahan panjang

∆L = α Lo∆T ... (57)

V. PENUTUP

5.1 Simpulan

Berdasarkan perhitungan yang dilakukan maka dapat disimpulkan sebagai berikut:

1. Dimensi konstruksi

a. Diameter bejana tekan = 3,82 meter b. Panjang bejana tekan = 30 meter

c. Tebal shell bejana tekan = 0,009525 meter = 9,525 mm d. Tebal head bejana tekan = 0,0127 meter = 12,7 mm

2. Tegangan searah (longitudinal stress) pada dinding bejana tekan lebih kecil (29,47 MPa) dari pada tegangan ijin material yang digunakan (174,8 MPa), maka bejana tekan dinyatakan aman.

3. Tegangan melingkar (Circumferential stress) pada dinding bejana tekan lebih kecil 58,9 MPa dari pada tegangan ijin material yang digunakan (174,8 MPa), maka bejana tekan dinyatakan aman.

76

aman untuk digunakan. Sedangkan tegangan yang diperlukan pada pondasi agar mampu menahan beban ditumpuan A atau C adalah 661,58 kN. Sedangkan di tumpuan B adalah 2205 k N.

5. Dengan adanya penambahan panjang sebesar 0,1872 m atau 187,2 mm akan mempengaruhi jenis saddle yang digunakan, sehingga dapat menghindari tegangan atau kerusakan pada sambungan pengelasan. Oleh karena itu, jenis saddle yang didesain pada perencanaan ini adalah fix dan sliding, yang mana dengan adanya penambahan panjang maka dapat diantisipasi dengan jenis sliding.

5.2 Saran

Adapun saran yang diberikan untuk perencanaan bejana tekan ini adalah sebagai berikut:

1. Ketebalan plat yang akan digunakan pada dinding bejana tekan tidak boleh lebih tipis dari ketebalan hasil perhitungan, minimal dua kali dari tebal yang didesain.

2. Perhitungan kekuatan akibat pengaruh sambungan tidak dilakukan, hal ini dapat dijadikan sebagai bahan penelitian selanjutnya.

3. Penguasaan konsep dasar baik untuk perhitungan manual maupun secara komputasi akan memberikan hasil yang lebih baik atau menggunakan software khusus untuk mendesain bejana tekan.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim, 2012. “Kelapa sawit”. http://id.wikipedia.org/wiki/Kelapa_sawit , diakses pada 15 Maret 2012.

ASME Committe. 2004. “ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section VIII Rule for Contruction of Pressure Vessel, Division 1 , 2004 Edition”. The

American Society of Mechanical Engineers Three Park Avenue. New York.

Brownell, Lloyd E. dan Edwin H. Young. 1959. “ Process Equipment Desain (Vessel Desain) First Edition”. Published by Mohinder Singt Sejwal For Wiley Easterm Limited.

Khurmi, R.S. 1991. “A Text Book of Machine Design”. Published by Eurasia Publishing House (Pvt), New Delhi.

Megyesy, Eugene F. 1972. “Pressure Vessel Handbook Sixth Edition”. Pressure

Moss, Dennis. 2004. “Pressure Vessel Desain Manual Third Edition”. Published by Gulf Proffesionl.

Praspa, Sandi. 2010. “Analisis Hasil Perencanaan Ulang Bejana Tekan Jenis Saparator 3-Phase Pada Kilang Onshore”. www.library.upnvj.ac.id/pdf/2s1teknikmesin/093031142/.pdf. Diakses pada 16 Maret 2012.

Risal, Muhammad. 2013. “Pemuaian Zat Padat”. http://www.rumus-fisika.com/2012/10/pemuaian-zat-padat.html. Diakses 17 Febuari 2013

Satria, Zaldi Tri. 2011. “Perancangan Vessel Hp Flare KO Drum Pada Proyek PT. Saipem Menggunakan Software Compress 6258 Dan Analisa Kekuatannya Berdasar Software Msc Nastran”. http://www.scribd.com/doc/77723649/Proposal-TA-Enk-REVISI-2#. diakses pada 20 Maret 2012

Timoshenko and Gere. 1997. “Mechanics of Materials Fourth Edition”. Published by PWS Publishing Company 20 Parts plaza Boston.