Muhammad Raihan Aditiyaputra

Hydrogen

Hidrogen sendiri merupakan elemen pertama dalam tabel periodik. Hidrogen dalam keadaan yang normal merupakan gas yang tidak berwarna, tidak berbau, serta terbentuk oleh molekul diatomik yaitu H2.

Hidrogen memiliki beberapa sifat utama yakni, No. Atom : 1 Berat Atom : 1.00811 Kumpulan : 1 Titik Lebur : -258.8 C Titik Didih : -259.2 C Massa Jenis : 0.0899 g/L

Hidrogen dapat diproduksi dari berbagai bahan baku. Ini termasuk sumber daya fosil, seperti gas alam dan batu bara, serta sumber daya terbarukan, seperti biomassa dan air dengan masukan dari sumber energi terbarukan (misalnya sinar matahari, angin, gelombang, atau tenaga air). Berbagai teknologi proses dapat digunakan, termasuk kimia, biologi, elektrolitik, fotolitik, dan termokimia. Setiap teknologi berada dalam tahap perkembangan yang berbeda dan masing-masing menawarkan peluang, manfaat yang unik, dan tantangan. Ketersediaan bahan baku lokal, kematangan teknologi, aplikasi dan permintaan pasar, masalah kebijakan, dan biaya semuanya akan mempengaruhi pilihan dan waktu dari berbagai opsi untuk produksi hidrogen.

Sumber:

https://rootofscience.com/blog/2021/kimia/hidrogen-definisi-sifat-sejarah-dan-kegunaan/

https://analisa.id/hy2green-penyimpanan-hidrogen-dengan-adsorben-cnt-carbon-nanotube-sebagai-bahan-bakar-ramah-lingkungan/17/05/2022/

Penyimpanan Hidrogen

Penyimpanan hidrogen merupakan teknologi yang digunakan untuk menyimpan hidrogen dengan aman, efisien, dan mudah diakses. Karena hidrogen sendiri memiliki kepadatan energi yang tinggi, namun sebagai wujud gas hidrogen memiliki sifat mudah terbakar dan juga mudah meledak jika pemilihan sistem penyimpanan tidak diperhatikan secara hati-hati.

Jenis-jenis penyimpanan pada hidrogen: 1. Penyimpanan hidrogen dalam bentuk gas, menggunakan tabung bertekanan tinggi 2. Penyimpanan hidrogen dalam bentuk cair, menggunakan tangki hidrogen cair 3. Penyimpanan hidrogen dalam bentuk padat, menggunakan spons adsorbsi seperti magnesium 4. Penyimpanan hidrogen dalam senyawa kimia, hidrogen akan diubah menjadi senyawa kimia yang lebih aman sebagai contoh, amonia, metanol, dan hidrida logam

Dari keempat jenis penyimpanan di atas masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangannya masing-masing. Tergantung kebutuhan dari masing-masing pengguna. Tak hanya kebutuhan, namun juga budget yang dimiliki juga memengaruhi sistem penyimpanan tersebut.

Sumber:

https://material-sciences.blogspot.com/2010/03/teknologi-penyimpanan-hidrogen.html

Perhitungan volume tabung hidrogen

Untuk keperluan dari tabung hidrogen sendiri merupakan 1 liter dengan tekanan 8 bar dan juga dengan kondisi suhu ruangan yaitu 25 derajat Celcius. Menurut NFPA 55, Compressed Gases and Cryogenic Fluids Code, 2020 design tabung gas hidrogen yang baik adalah berbentuk silindris dan ada setengah bola di bagian atas dan bagian bawah.

Untuk rumus volume silindris sendiri adalah πr^2 x t dan untuk dua setengah bola bisa dijadikan 1 dengan rumus volume bola yaitu 4/3 x πr^3. Lalu dijumlahkan agar bisa mendapatkan tinggi dari tabung (t).

1000 = (πr^2 x t) + (4/3 x πr^3)

dengan diamter standar tabung gas hidrogen untuk 1 liter adalah 80mm s/d 100 mm. Didapatkan tinggi untuk tabung gas 80.19 mm.

Pemilihan Bahan dan Design

Menurut Standar United Nations (UN) Model Regulations on the Transport of Dangerous Goods untuk tekanan 1 bar, ketebalan minimum bahan adalah 6 mm. Namun untuk pemilihan bahan sendiri bisa bermacam-macam. Untuk biaya yang dapat dikeluarkan adalah Rp 500.000,00. Saya menggunakan mild steel welded dengan metode single butt.

Berikut merupakan stress analysis yang dilakukan

1. Von Mises

2. Safety Factor

3. Final Design

Codes

import math from scipy.optimize import minimize

1. Define the objective function

def calculate_surface_area(x):

   radius, height = x
   return 2 * math.pi * (radius**2) + 2 * math.pi * radius * height

1. Define the volume constraint function

def check_volume_constraint(x):

   radius, height = x
   return math.pi * (radius**2) * height - 1000

1. Initial estimation for the radius and height (in mm)

initial_guess = [10, 100]

1. Define the bounds for the radius and height (in mm)

bounds = [(0, None), (0, None)]

1. Define the volume constraint as an equality constraint

volume_constraint = {'type': 'eq', 'fun': check_volume_constraint}

1. Minimize the surface area while satisfying the volume constraint

result = minimize(calculate_surface_area, initial_guess, method='SLSQP', bounds=bounds, constraints=volume_constraint)

1. Extract the optimal radius, height, and minimum surface area

optimal_radius = result.x[0] * 10 # Convert back to millimeters optimal_height = result.x[1] * 10 # Convert back to millimeters min_surface_area = result.fun * 100 # Convert to square millimeters

1. Print the results (in mm)

print(f"\n\nOptimal Radius: {optimal_radius:.2f} mm") print(f"Optimal Height: {optimal_height:.2f} mm") print(f"Minimum Surface Area: {min_surface_area:.2f} mm²\n\n")

In conclusion the optimum height is 80.19 mm with the diameter of 80 mm and the width of the material is 6 mm.

Kesimpulan

Untuk pembuatan tabung hidrogen dengan budget Rp 500.000,00 dan dapat menampung sebanyak 1 liter hidrogen serta memiliki pressure 8 bar. Tabung yang akan dibuat tergolong kecil dan juga low pressure, sehingga menggunakan bahan dasar mild steel welded sudah cukup dengan ketebalan 6 mm. Namun jika masih dirasa kurang aman ketebalan dinding tabung bisa dinaikkan sampai 10 mm tergantung dengan sisa budget yang dimiliki. Lalu untuk dimensi finalnya adalah diameter tabung menyesuaikan dengan standar yaitu 80 mm dan untuk tinggi tabungnya sendiri 80.19 mm.