## Review dan analisis degister tank dengan fluida POME berdasarkan API 650 menggunakan variable design point method
Hana Hermawan 1 , Winda Wulandari 2
1 Pusat Teknologi Industri Permesinan, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi Gedung Teknologi 2 Kawasan Puspiptek Serpong, 15314
2 Pusat Teknologi Sumber Daya Energi dan Industri Kimia, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi Gedung Energi 625 Klaster V Kawasan Puspiptek Serpong, 15314 Email korespondensi: hana.hermawan@bppt.go.id

## Abstrak
POME merupakan produk samping dari produksi minyak kelapa sawit dengan rasio terkandung dalam kelapa sawit 58,3%. POME dapat dimanfaatkan untuk dijadikan biogas dengan teknologi pengolahan proses anaerobik menggunakan  tangki  berpengaduk/Continuous  Stirred  Tank  Reactor  (CSTR).  Tujuan  dari  kajian  ini  adalah melakukan  review  dan  analisis  digester  tank  dengan  fluida  POME  berdasarkan  standar  American  Petroleum Institute yaitu API 650: Welded Steel  Tanks for Oil  Storage menggunakan variable design  point method  untuk menentukan ketebalan minimum pada setiap shell tergantung  pada kedalamannya, sehingga  setiap shell dapat memiliki ketebalan yang berbeda sehingga dapat memperkecil volume material dan biaya. Kemudian dilakukan simulasi  dengan  metode  elemen  hingga  dengan  beban  dari  tekanan  hidrostatik  yang  menghasilkan  tegangan maksimum 154,88 MPa, serta deformasi maksimum 5 mm dan beban dari gaya angin yang menghasilkan tegangan maksimum 1,31 MPa, serta deformasi maksimum 0,5 mm, lalu dibandingkan dengan sifat mekanik material bahwa yield strength terjadi pada tegangan 250-395 MPa sehingga tebal shell hasil perhitungan adalah aman. Kemudian dibandingkan  ketebalan  minimum  hasil  perhitungan  dengan  desain  konstruksi  yang  hasilnya  adalah  desain konstruksi memiliki tebal yang lebih besar dari perhitungan tebal minimum sehingga desain konstruksi yang akan dipakai adalah aman.
Kata kunci : CSTR, API 650, VDPM, metode elemen hingga.

## Abstract
POME is a by-product of palm oil production with a ratio contained in palm oil of 58.3%. POME can be used as biogas with anaerobic processing technology using a Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR). The purpose of this study is to review and analyze the digester tank with POME fluid based on the American Petroleum Institute standard, API 650: Welded Steel  Tanks for Oil  Storage using  a variable design  point method  to  determine the minimum thickness of each shell depending on its depth, so that each shell can have different thickness so as to reduce the volume of material and cost. Then simulations are performed with the finite element method with a load of hydrostatic pressure that produces a maximum stress of 154.88 MPa, and a maximum deformation of 5 mm and a load  of  wind  force that produces a maximum stress of  1.31 MPa, and a maximum deformation  0.5 mm, then compared with the mechanical properties of the material that yield strength occurs at a voltage of 250-395 MPa so that the thickness of the calculated shell is safe. Then compare the minimum thickness calculation results with the construction design which results are the construction design has a thickness that is greater than the minimum thickness calculation so that the construction design that will be used is safe.
Keywords: CSTR, API 650, VDPM, finite element method.

## 1. Pendahuluan
Indonesia  merupakan  negara  dengan  penghasilan kelapa sawit yang terbesar di dunia. Berdasarkan data dari  Statistik  Perkebunan  Indonesia  untuk  kelapa sawit pada tahun 2015–2017 oleh Direktorat Jenderal Perkebunan,  luas  areal  kelapa  sawit  (minyak  sawit) pada  tahun  2015  adalah  4535400  Ha  dan  total produksi  kelapa  sawit  (minyak  sawit)  pada  tahun 2015 adalah 31070015 [1]. Salah satu produk samping dari produksi minyak kelapa sawit adalah limbah cair kelapa  sawit  atau palm  oil  mill  effluent yang  biasa disingkat  dengan  POME.  Rasio  POME  yang terkandung  di  dalam  buah  kelapa  adalah  58,3%  [2].
Dengan rasio POME yang sangat besar tersebut, maka POME dapat dimanfaatkan menjadi energi.
Pengolahan POME menjadi produk yang bermanfaat dan  juga  dapat  mengatasi  permasalahan  lingkungan harus  dengan  pemilihan  teknologi  yang  tepat  dan handal,  serta  menganut  Teknologi Zero  Waste . Umumnya,  teknologi  pengolahan  yang  digunakan adalah  menggunakan  proses anaerobic dengan teknologi covered  lagoon dan  teknologi  tangki berpengaduk secara kontinu atau Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR) [3]. Dalam kajian ini, teknologi yang  dipilih  adalah  teknologi  tangki  berpengaduk secara kontinu atau Continuous Stirred Tank Reactor
(CSTR).  Pengolahan  POME  menggunakan  CSTR merupakan sebuah tantangan karena POME merupakan effluent yang  mengandung  material kompleks  seperti  mengandung  konsentrasi  tinggi, konsentrasi  bahan  organik,  minyak  dan  gemuk  dan padatan tersuspensi [4].
Penelitian tentang CSTR telah dilakukan dengan hasil menyatakan  bahwa  CSTR  merupakan  jenis  reaktor yang  cocok  untuk  pemrosesan  substrat  POME  yang memiliki Suspended  Solid (SS)  dan free  fat , oil  and greas (FOG)  yang  tinggi  [5].  CSTR  mudah dioperasikan  dan  dapat  diproses  dengan  baik  jika kontak dengan air limbah dan mikroorganisme. Oleh karena  itu,  dibutuhkan review dan  analisis  desain untuk  CSTR  untuk  mengkonversi  POME  menjadi biogas  [6].  Tujuan  dari  kajian  ini  adalah  melakukan review dan analisis digester tank dengan fluida POME berdasarkan  standar American  Petroleum  Institute yaitu  API  650: Welded  Steel  Tanks  for  Oil  Storage menggunakan variable  design  point  method untuk menentukan  ketebalan  minimum  pada  setiap shell , sehingga  setiap shell dapat  memiliki  ketebalan  yang berbeda sehingga dapat memperkecil volume material dan biaya [7].

## 2. Metode
Perhitungan untuk mendapatkan ketebalan minimum storage  tank menggunakan Variable  Design  Point Method pada  standar  API  650.  Metode  tersebut menggunakan  titik  yang  berbeda-beda  berdasarkan kedalaman tangki untuk  menentukan ketebalan shell yang berbeda sehingga dapat memperkecil penggunaan shell plate yang sama karena berdasarkan pada kebutuhan tebal karena  beban  yang dialaminya sehingga dapat memperkecil biaya untuk pembangunan shell tank tersebut. Tabel 1 menunjukkan kebutuhan desain dari storage tank .
Tabel 1. Kebutuhan desain tangki.

## Storage Tank Details
Tank capacity 2000 m 3 Tank diameter ( D ) 14 m Tank height ( H ) 13.5 m Height of each shell ( h 1 ) 1.5 m Specific gravity of product ( G ) 1 Minimum thickness required as per safety norms 8 Corrosion allowance ( CA ) 3 Tank material Mild steel Design stress ( S D ) 220 MPa Hydrostatic stress ( S t )
236 MPa

## 3. Hasil dan Pembahasan
Berdasarkan kebutuhan desain tangki yang disebutkan pada Tabel 1, maka dilakukan perhitungan dengan perhitungan sebagai berikut.

## Perhitungan Shell Plates
Perhitungan shell plates digunakan untuk mendapatkan bottom  shell  course pada  dua  kondisi, design  condition menggunakan  Persamaan  (1), sehingga  didapatkan  besar bottom  shell  course sebesar  7,12  mm,  sedangkan hydrostatic  condition menggunakan  Persamaan  (2)  dan  didapatkan  besar bottom shell course sebesar 4,12 mm [8].
t 1d = [ 1.06 − 0.0696𝐷 𝐻 √ 𝐻𝐺 𝑆𝑑 ] [ 4.9𝐻𝐷𝐺 𝑆𝑑 ] + 𝐶𝐴 (1)
t 1t = [1.06 − 0.0696𝐷 𝐻 √ 𝐻 𝑆𝑡 ] [ 4.9𝐻𝐷 𝑆𝑡 ] (2)
Dapat disimpulkan bahwa t 1d > t 1t , sehingga dipilih t 1d sebagai ketebalan minimum dari bottom shell sebesar 7,12  mm,  kemudian  dipilih  t 1 sebesar  9  mm. Persamaan  (3)  dan  Persamaan  (4)  digunakan  untuk memeriksa rasio.
𝐿 𝐻 ≤ 1000 6 (3)
L = (500Dt) 0.5 (4) Kemudian didapatkan rasio 17.53 ≤ 166.67, sehingga memenuhi persyaratan untuk menggunakan Variable Design Point Method (VDPM).
Penentuan 2 nd Shell Course
Untuk  menentukan  ketebalan 2 nd shell  course baik secara  kondisi  desain  dan  kondisi hydrostatic ,  maka perlu  ditentukan  rumus  perhitungan  tebal 2 nd shell course dengan  Persamaan  (5),  sehingga  didapatkan 6,34 [9].
ℎ1 (𝑟𝑡1) 0.5 (5)
Penggunaan rumus perhitungan tebal 2 nd shell course perlu digunakan aturan yakni: (a) Jika hasil rasio lebih kecil atau sama dengan 1,375,  maka t 2 = t 1 , (b) Jika hasil rasio lebih besar atau sama dengan 2,625, maka t 2 = t 2a , dan (c) Jika hasil rasio lebih besar dari 1,375, tetapi kurang dari 2,625, maka digunakan Persamaan (6) berikut ini.
𝑡2 = 𝑡2𝑎 + (𝑡1 − 𝑡2𝑎) [2.1 − ℎ1 1.25(𝑟𝑡) 0.5 ] (6)
Berdasarkan  hasil  perhitungan  yang  didapatkan  dan aturan  yang  digunakan  adalah  rasio  lebih  besar  atau sama dengan 2,625, maka t 2 = t 2a .
Perhitungan t 2a Perhitungan dilakukan dengan menentukan h terlebih dahulu  pada  Persamaan  (7),  kemudian  perhitungan dengan design  condition seperti  pada  Persamaan  (8)
dan menentukan design point seperti pada Persamaan (9) hingga Persamaan (14).
h= 9-h1 = 12 meter (7)
𝑡2𝑎 = 4.9𝐷(𝐻− 𝑥 1000 )𝐺
𝑆𝑑 + 𝐶𝐴 (8) 𝑥1 = 0.61√𝑟𝑡𝑢 + 320𝐶𝐻 (9) 𝑥2 = 1000𝐶𝐻 (10) 𝑥3 = 1.22√𝑟𝑡𝑢 (11) 𝑡𝑢 = 4.9𝐷(𝐻−0.3)𝐺 𝑆𝑑 (12)
𝐾 = 𝑡𝑙 𝑡𝑢 (13)
𝐶 = √𝐾(𝐾−1) 1+𝐾 1.5 (14)
Kemudian  dibuat  dalam  beberapa design  point berbeda  berdasarkan t u yang  didapatkan  seperti ditunjukkan pada Tabel 2, dapat disimpulkan  bahwa t 2a = t 2 , sebesar 6,74 mm.
Tabel 2. Perhitungan t 2a shell kedua.
Hydrostatic condition didapatkan dengan menggunakan Persamaan (15) hingga Persamaan (17) berikut.
𝑡𝑢 = 4.9𝐷(𝐻−0.3)𝐺
𝑆𝑑 (15)
𝐾 = 𝑡𝑙 𝑡𝑢 (16)
𝐶 = √𝐾(𝐾−1) 1+𝐾 1.5 (17)
Kemudian  dibuat  dalam  beberapa design  point berbeda  berdasarkan t u yang  didapatkan  seperti ditunjukkan pada Tabel 3, dapat disimpulkan  bahwa t 2a = t 2 , sebesar 3,49 mm.
Tabel 3. Perhitungan t 2t shell kedua.
Berdasarkan
perbandingan ketebalan pada perhitungan design  condition dan hydrostatic condition, didapatkan t 2a > t 2t, maka dipilih 6,4 mm ≈ 7  mm.  Untuk  perhitungan  tebal shell  course  plate ketiga hingga kesembilan menggunakan metode yang sama  dan  didapatkan  ketebalan  untuk  semua shell course seperti ditunjukkan pada Tabel 4 berikut.
Tabel 4. Ketebalan setiap shell.
Shell Courses Ketebalan (mm) Pertama 9 Kedua 7 Ketiga 7 Keempat 6 Kelima 6 Keenam 5 Ketujuh 5 Kedelapan 4 Kesembilan 4

## Design Bottom Plate
Menurut  API  650,  ketebalan  minimum  dari bottom plate adalah  6  mm,  ditambah  dengan corrosion allowance 3  mm  seharusnya  menjadi  9  mm,  namun dipilih  10  mm  dengan  pertimbangan  ketersediaan  di pasaran.

## Design Annular Plate
Perhitungan didapatkan dengan menggunakan Persamaan  (18)  dan  Persamaan  (19),  sehingga didapatkan Product  stress sebesar  154,88  MPa  dan Hydrostatic stress sebesar 96,76 MPa.
Product stress= 𝑡𝑑×𝑆𝑑 𝑡 𝑡𝑒𝑟𝑝𝑖𝑙𝑖ℎ− 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑜𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑎𝑙𝑙𝑜𝑤𝑎𝑛𝑐𝑒 (18) Hydrostatic stress= 𝑡𝑡×𝑆𝑡 𝑡 𝑡𝑒𝑟𝑝𝑖𝑙𝑖ℎ (19)
Berdasarkan  rekomendasi  API  650  pada  Tabel  5, dengan  mengacu  pada  tegangan  produk  yang  terjadi pada bottom shell course , tebal annular plate adalah 6  mm  ditambahkan  dengan corrosion  allowance 3 mm, sehingga didapatkan tebal 9 mm.
Tabel 5. Rekomendasi tebal bottom plate API 650.

## Analisa Beban
Analisa  beban  dihitung  dengan  menggunakan perhitungan  tekanan  hidrostatik  yang  ditunjukkan pada  Persamaan  (20),  kemudian  tekanan  hidrostatik tiap  kedalaman shell ditunjukkan  pada  Tabel  6 berikut.
𝑝 = 𝜌𝑔𝐻 (20)
Tabel 6. Tekanan hidrostatik berdasarkan kedalaman shell.
Shell Courses Tekanan (Pa) Pertama 127137,6 Kedua 113011,2 Ketiga 98884,8 Keempat 84758,4 Kelima 70632 Keenam 56505,6 Ketujuh 42379,2 Kedelapan 28252,8 Kesembilan 14126,4

## Analisa Beban Udara
Analisa  beban  udara  dihitung  dengan  menggunakan perhitungan  gaya  hambat  ( drag  force )  yang ditunjukkan pada Persamaan (21), sehingga didapatkan besar gaya hambat yakni 32952,62 N.

## Hasil Simulasi dan Observasi
Statik analisis dilakukan dengan tekanan hidrostatik, data  yang  digunakan  ditunjukkan  pada  Tabel  7 berikut.
Tabel 7. Massa jenis POME.
Simulasi  yang  dilakukan  kemudian  menghasilkan hasil seperti ditunjukkan pada Gambar
Gambar 1. Tekanan hidrostatik.
Gambar 2. Equivalent stress.
Gambar 3. Total deformation.
(a) (b) (c)
Gambar 4. Simulasi (a) Force (gaya angina), (b) Equivalent stress dan (c) Total deformation.
Berdasarkan analisis dari hasil simulasi FEM tersebut, didapatkan bahwa tegangan maksimum adalah 154,88 MPa  dan  terdapat  pada shell pertama  paling  bawah dan sifat mekanik Mild steel ditunjukkan pada Tabel 8. Total deformasi yang terjadi adalah sebesar 5 mm dan  berada  di  bagian shell pertama  paling  bawah. Tegangan maksimum yang dialami oleh tangki akibat gaya  angina  adalah  1,31  MPa  dengan  deformasi maksimum adallah 0,5 mm.
Tabel 8. Sifat mekanik mild steel.
Perbandingan  dengan  ketebalan shell pada General Arrangement (GA)  dan  desain  API  650  ditunjukkan pada Tabel 9 berikut.
Tabel 9. Ketebalan shell (a) hasil perhitungan dan (b) desain API 650.

## 4. Kesimpulan
Berdasarkan hasil dari simulasi menggunakan metode elemen  hingga  dengan  pembebanan  hidrostatik, didapatkan tegangan maksimum yang terjadi sebesar 154,88  MPa  dengan  deformasi  total  5  mm  dan tegangan terbesar akibat beban angin adalah 1,31 Mpa dengan  deformasi  total  0,5  mm.  Jika  dibandingkan dengan yield strength dari material strength Mild steel adalah 250-395 MPa maka dapat dikatakan tegangan yang  terjadi  masih  aman.  Sehingga  ketebalan shell dari Drawing General Arrangement dapat digunakan dan  aman.  Untuk  kedepannya  sebaiknya  dilakukan pula  simulasi  beban  akibat  pergerakkan  fluida ( sloshing )  untuk  mengetahui  pengaruhnya  terhadap shell .
Daftar Pustaka
[1] Pertanian,  D.J.P.K.,  2016,  Statistik  Perkebunan
Indonesia Tahun 2015 – 2017, p. 14.
[2] Hambali, E. and M. Rivai, The Potential of Palm Oil  Waste  Biomass  in  Indonesia  in  2020  and 2030,  2017,  IOP  Conference  Series:  Earth  and Environmental Science, 65: p. 012050.
[3] Garritano,  A.N.,  et  al.,  2018,  Palm  oil  mill effluent (POME) as raw material for biohydrogen  and  methane  production  via  dark fermentation. Renewable and Sustainable
Energy Reviews, 92: p. 676-684.
[4] Khadaroo,  S.N.B.A.,  et  al.,  2019,  Applicability of  various  pretreatment  techniques  to  enhance the anaerobic digestion of Palm oil Mill effluent (POME):  A  review.  Journal  of  Environmental Chemical Engineering, 7(5): p. 103310.
[5] Visal B., Sibin B., 2017, Design and Analysis of Storage Tank. International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology.
[6] “American  Petroleum  Institute  (API)  650: Welded  Steel  Tanks  for  Oil  Storage”,  11th Edition.
[7] Teager,  A.,  Methodology  and  Instrumentation: Tensile Testing Lab, University of Liverpool.
[8] Indonesia,  M.E.d.S.D.M.R.,  2014,  Pembelian Tenaga  Listrik  dari  Pembangkitan  Listrik Tenaga  Biomassa  dari  Pembangkit  Listrik
Tenaga  Biomassa  dan  Pembangkit  Listrik
Tenaga Biogas oleh PT Perusahan Listrik Negara (Persero). Nomor 27 Tahun 2014.
[9] Matseh,  I.,  2018,  Processing  of  palm  oil  mill wastes  based  on  zero  waste  technology.  IOP Conference  Series:  Materials  Science  and Engineering, 309: p. 012136.