Raihan Asrijaya Putra

Introduction

Hydrogen Storage Optimization

Hydrogen Storage Optimization adalah suatu pendekatan yang bertujuan untuk mengembangkan strategi dan teknik yang efisien, aman, dan ekonomis dalam menyimpan hidrogen. Hidrogen dianggap sebagai bahan bakar masa depan yang potensial karena dapat menghasilkan energi dengan emisi nol ketika digunakan dalam sel bahan bakar atau mesin hidrogen. Namun, salah satu tantangan utama dalam pemanfaatan hidrogen adalah penyimpanan yang efisien karena sifat alaminya yang memiliki kepadatan massa rendah.

Beberapa cara untuk merancang sistem penyimpanan hidrogen 1 liter yang ramah anggaran, dioptimalkan untuk tekanan 8 bar, dengan batas pengeluaran maksimum Rp500.000

1. Material yang digunakan Pada tahap ini, perlu dilakukan seleksi bahan yang terjangkau secara ekonomis dan memenuhi persyaratan penyimpanan hidrogen. Misalnya, pilih tangki yang terbuat dari plastik kuat dan sesuai dengan tekanan hidrogen. Material seperti polimer tahan tekanan dapat menjadi pilihan yang baik karena harganya yang relatif terjangkau.

2. Bentuk dari tangki hidrogen Lakukan perancangan tangki dengan kapasitas 1 liter yang mampu menahan tekanan 8 bar. Pilih desain yang sederhana namun efisien, seperti tangki silinder dengan penutup yang kokoh dan aman. Gunakan perangkat lunak desain seperti AutoCAD untuk memodelkan geometri tangki dengan tepat sesuai persyaratan dan meminimalkan kehilangan material.

3. Cara produksi Pilih cara produksi yang efisien dan ekonomis untuk membuat tangki. Misalnya, pertimbangkan teknik blow molding atau injeksi plastik yang dapat menghasilkan tangki plastik dengan biaya produksi yang lebih rendah dibandingkan metode lainnya. Dengan menggunakan metode produksi yang tepat, Anda dapat menghemat biaya produksi yang signifikan.

4. Sistem Penyegelan Pastikan sistem penyegelan pada tangki cukup kuat untuk menahan tekanan hidrogen yang diinginkan. Gunakan metode penyegelan yang efektif dan hemat biaya, seperti penyegelan berulir atau pemanfaatan sealant yang sesuai. Pemilihan metode penyegelan yang tepat sangat penting untuk mencegah kebocoran dan menjaga tekanan hidrogen yang stabil.

5. Komponen Tambahan Selain tangki utama, pertimbangkan penggunaan komponen tambahan yang diperlukan, seperti katup pelepas tekanan sesuai dengan tekanan operasional yang diinginkan, manometer untuk memonitor tekanan dalam tangki, dan konektor yang mudah digunakan dan aman. Pastikan komponen-komponen ini memenuhi standar keamanan dan kualitas yang sesuai dengan penggunaan penyimpanan hidrogen.

6. Quality Control Lakukan Quality Control yang komprehensif untuk memastikan tangki memenuhi standar keamanan dan kinerja. Lakukan uji kebocoran hidrogen dan uji tekanan maksimum untuk memverifikasi kemampuan tangki dalam menahan tekanan yang diinginkan. Pengujian ini penting untuk memastikan bahwa tangki aman dan handal saat digunakan.

7. Pemerhatian pengeluaran Selama proses perancangan dan produksi, perhatikan pengeluaran dan biaya yang terkait. Evaluasi pilihan bahan, metode produksi, dan komponen tambahan untuk mencapai tujuan dengan biaya yang sesuai dengan batasan anggaran. Perlu juga mempertimbangkan negosiasi

Final Report of Design & Optimization of Pressurized Hydrogen Storage

Mengukur menjadi faktor terpenting dalam merancang tangki hidrogen ini. Tujuan optimisasi adalah mengurangi luas permukaan sebanyak mungkin untuk mengurangi biaya material, sambil mempertahankan volume 1 liter. Namun, karena ada pengurangan volume akibat tutup ujung, dalam kode ini, batasan volume diperbesar sedikit menjadi 1,050 liter atau 1050 cm^3. Dalam optimisasi geometris ini, digunakan kode Python dengan pustaka NumPy dan SciPy.

import numpy as np
from scipy.optimize import minimize

def objective(x):
    # x[0] represents the radius, x[1] represents the height
    radius = x[0]
    height = x[1]

    # Calculate the surface area of the cylindrical structure
    surface_area = 2 * np.pi * radius * (radius + height)

    return surface_area
def constraint(x):
    # x[0] represents the radius, x[1] represents the height
    radius = x[0]
    height = x[1]

    # Calculate the internal volume of the cylindrical structure
    volume = np.pi * radius**2 * height

    # Return the difference between the volume and the desired value (1000 cubic centimeters)
    return volume - 1000

# Initial guess for the radius and height
x0 = [1.0, 10.0]

# Define the bounds for the variables (radius and height)
bounds = [(0, None), (0, None)]

# Define the constraint dictionary
constraint_dict = {'type': 'eq', 'fun': constraint}

# Use the minimize function to optimize the objective function subject to the constraint
result = minimize(objective, x0, method='SLSQP', bounds=bounds, constraints=constraint_dict)

# Print the optimized results
print("Optimization Results:")
print("Radius: {:.2f} cm".format(result.x[0]))
print("Height: {:.2f} cm".format(result.x[1]))
print("Surface Area: {:.2f} cm^2".format(result.fun))

Dari hasil kode yang dijalankan, dapat disimpulkan bahwa untuk mencapai luas permukaan minimal, ukuran optimal dari tangki tabung adalah dengan rasio tinggi:radius = 2:1. Dalam kasus ini, tinggi tabung (h) adalah 10,82 cm dan radius (r) adalah 5,42 cm. Dengan ukuran tersebut, luas permukaan yang dihasilkan adalah 553,58 cm^2.

Mechanical Properties AISI 304, dimana didapat besar yield strength yang akan digunakan untuk mencari ketebalan tangki yang akan kita buat.

Ketebalan Tangki

r = 5.51e-2 #vessel radius
p = 800000  #8 bar pressure constraint
t = 2.7e-3  #minimum thickness

while t < 11.05e-3:
  hoop = (p * r)/(t)
  print('Untuk ketebalan', t, 'hoop stress =', hoop, "Pa")
  t += 1e-3
  if hoop > 215e9: #Yield Strength of AISI 304
    break

Jika kita lihat, untuk tingkat ketebalan 2 mm sampai 10 mm masih berada dibawah yield strength AISI 304. Maka untuk ketebalan diantara range tersebut masih dapat kita kategorikan aman untuk didesain.

Biaya Pembuatan

Setelah kita tau range aman dalam membuat ketebalan tangki, sekarang kita dapat menyesuaikan budget yang kita miliki dengan harga bahan AISI 304. Jika kita lihat diantara range ketebalan 2 mm sampai 10 mm, ketebalan 5 mm salah satu pilihan yang tepat untuk desain tangki kita saat ini.

Conclusion

Semua perhitungan yang telah kita lakukan dapat kita simpulkan dimana dengan menggunakan material AISI 304, kita dapat mendesain sebuah tangki yang teroptimasi dengan radius 5,42 cm, tinggi 10,84 cm, luas permukaan 553,58 cm^3, dan ketebalan 5 mm. Hal ini menjadi pelajaran yang berharga kedepannya karena kita sudah mampu mendesain tangki yang teroptimasi walaupun belum sampai ke dalam tahap manufakturnya.