Mohammad Vrio

Perkenalan

Halo, saya Mohammad Vrio. Biasanya saya dipanggil Priok. Saya berasal dari Provinsi Kalimantan Barat. Saat ini saya berkuliah di Universitas Indonesia dengan program studi S1 Teknik Perkapalan. Saya lahir di Pontianak, 30 September 2002. Saat ini bertempat tinggal di Asrama Mahasiswa UI.

Resume Kuliah Metode Numerik (26/05/2023)

Metode numerik adalah suatu cara penggunaan matematika dan algoritma komputasi untuk menyelesaikan masalah dalam bentuk perhitungan atau analisis yang menggunakan angka dan data numerik. Metode numerik sering kali dikaitkan dengan aplikasi dalam ilmu komputer, yang juga relevan dalam kehidupan kita sebagai manusia. Contoh penggunaannya adalah:

1. Image and video processing
Metode numerik digunakan dalam pengolahan gambar dan video. Di antaranya adalah data compression, image restoration, dan image analysis. Metode numerik memungkinkan pemrosesan gambar dan video yang lebih efisien dan akurat, termasuk perbaikan kualitas gambar, deteksi objek, dan analisa pola.

2. Weather prediction
Meteorologi modern bergantung pada metode numerik untuk memprediksi cuaca.

3. Product design
Metode numerik digunakan saat merancang produk untuk memperkirakan dan mengoptimasi kinerja produk sebelum produksi dilaksanakan.

4. Medicine
Dalam sektor farmasi dan pengembangan obat, metode numerik digunakan untuk membuat model interaksi antarmolekul dan untuk memperkirakan efek dari obat terhadap sampel uji. Metode ini digunakan untuk mempercepat proses pembuatan obat baru dan membantu memperkirakan objek yang paling berpotensi sebelum memasuki fase uji klinis.

Adapun contoh penggunaan metode numerik masih dapat ditelusuri lebih lanjut dan sangat potensial dalam kehidupan kita.

Metode numerik memiliki peran penting dalam perhitungan dan analisis dalam industri perkapalan. Beberapa manfaat metode numerik dalam perhitungan dunia perkapalan meliputi:

1. Menghitung kekuatan struktur
Dengan menggunakan model matematika dan simulasi numerik, perancang bisa memperkirakan respons kapal terhadap beban dan gaya eksternal, seperti gelombang laut atau angin. Dengan begitu, para perancang dapat melakukan optimasi desain struktur kapal, dan memastikan kekuatan serta keamanannya.

2. Analisis hidrodinamika
Metode numerik digunakan untuk menganalisis perilaku hidrodinamika kapal, termasuk hambatan gerak, performa propulsi, dan kestabilan kapal.

3. Optimisasi desain kapal
Metode numerik juga digunakan dalam optimisasi desain kapal. Dengan memanfaatkan algoritma optimisasi dan simulasi numerik, insinyur dapat mencari kombinasi desain yang memberikan kinerja terbaik dalam hal kecepatan, efisiensi bahan bakar, atau stabilitas.

4. Simulasi manuver kapal
Kapal dapat banyak bermanuver, seperti berlabuh, berbelok, atau merapat ke dermaga. Dengan menggunakan model yang menggunakan konsep metode numerik, kita dapat membuat simulasi numerik yang dapat membantu memprediksi behaviour dari kapal saat melakukan manuver yang kemudian dapaat membantu kita memastikan keselamatan saat kapal beroperasi.

5. Analisa kebisingan dan getaran
Simulasi numerik memungkinkan para perancang kapal untuk memperkirakan tingkat kebisingan dan getaran yang dihasilkan oleh mesin, sistem propulsi, atau interaksi antarstruktur yang terdapat di kapal. Dengan adanya analisa tersebut, perancang dapat menyusun strategi yang menghasilkan solusi untuk mengatasi kebisingan dan getaran.

Dalam industri perkapalan, metode numerik memainkan peran penting dalam perhitungan dan analisa yang berkaitan dengan kekuatan struktur, hidrodinamika, optimisasi desain, manuver, CFD, dan masih banyak lagi.

Perancangan dan Optimasi Penyimpanan Hidrogen Bertekanan

Tujuan

Untuk merancang dan mengoptimasi alat penyimpanan hidrogen bertekanan

Spesifikasi

Kapasitas : 1 Liter

Tekanan : 12 bar

Batasan

Biaya manufakturtidak boleh melebihi Rp. 500.000.

Progres Pekan 1

Karena adanya permintaaan untuk menggarap tugas ini, maka saya dengan sadar merasa bahwa saya perlu banyak bantuan untuk mendapatkan informasi mengenai cara pembuatan, material, dan prosedur yang dibutuhkan untuk mengoptimasi alat penyimpanan hidrogen ini. Saya mencari bantuan dengan membuat diri saya membaca laman daring untuk mendapatkan informasi dasar yang saya perlukan. Adapun hasil yang saya dapatkan adalah:

Kebutuhan Sistem Penyimpanan: Saya harus mengidentifikasi kebutuhan untuk sistem penyimpanan hidrogen ini, contohnya massa total, ukuran, dan faktor keselamatan dan faktor lingkungan.

Cara Penyimpanan: Cara penyimpanan yang digunakan pada alat penyimpanan ini adalah dengan menggunakan tabung bertekanan. Ada pula cara lain untuk membuat sistem penyimpanan lain, seperti cryogenic storage, solid-state storage, dan chemical storage.

Pemilihan Material: Memilih material yang tepat sangatlah penting untuk mencapai tingkat keamanan, efisiensi, dan penekanan biaya yang sesuai dengan yang dinginkan. Media penyimpanan harus kuat, bisa menampung hidrogen, dan memiliki tingkat permeabilitas yang rendah untuk mencegah adanya kebocoran. Material yang digunakan bisa baja berkekuatan tinggi ataupun komposit serat karbon.

Perancangan Sistem: Perancangan sistem secara detil sangatlah penting untuk setiap perancangan. Selalu pertimbangkan faktor-faktor seperti bentuk media penyimpan, volume internal, kekuatan struktur, perpipaan, perpindahan kalor, dan sistem pelepasan tekanan. Beberapa faktor tersebut dapat dicapai dengan menggunakan perangkat lunak untuk perancangan terbantu komputer (CAD — Computer-aided design).

Faktor Keamanan dan Keselamatan: Saya harus bisa mengaplikasikan alat-alat untuk menjamin keamanan dan keselamatan pengguna dan mencegah terjadinya kecelakaan serta memastikan proses pengoperasian alat yang aman. Untuk mencapai hal tersebut, saya dapat memasang alat pelepas tekanan, sensor tekanan, dan sistem pemadaman api. Adapun hal tersebut sesuai dengan standar keselamatan internasional, seperti ISO 16111 atau ASME Boiler and Pressure Vessel Code.

Cara Optimasi: Optimasi rancangan dapat dilakukan dengan membuat rancangan yang hemat biaya dan juga berukuran kecil. Adapun pendekatan yang dapat dilakukan yaitu dengan melakukan analisa struktural, computational fluid dynamics (CFD), dan optimasi algoritmik.

Proses Manufaktur: Saya harus memilih proses manufaktur yang seimbang antara biaya manufaktur, kualitas, dan dimensi. Proses manufaktur yang sering digunakan untuk tabung penyimpanan hidrogen biasanya dengan menggunakan filament winding pada material komposit dan juga melakukan deep-drawing atau forging pada tabung penyimpanannya.

Uji Performa: Saya mesti melakukan uji performa untuk memastikan bahwa sistem yang dirancang dapat memenuhi spesifikasi dan tingkat keselamatan dan keamanan yang diinginkan. Uji performa dapat dilakukan dengan metode pressure cycling, uji kebocoran, uji ledak, ataupun uji lain yang dirasa mungkin terjadi pada alat penyimpanan hidrogen ini.

Kesesuaian Standar: Saya harus memastikan bahwa alat yang dirancang sudah sesuai standar yang digunakan untuk alat penyimpanan hidrogen. Adapun hal ini bisa dilakukan dengan mengajukan sertifikasi dari Organisasi Standarisasi Internasional (ISO), Kementerian Perindustrian, ataupun organisasi lain yang memberikan sertifikasi standar. Sertifikasi ini penting untuk memastikan bahwa produk yang dimanufaktur aman dan siap dipasarkan.

Pengembangan yang Terus Berlanjut: Perkembangan teknologi dan peningkatan taraf hidup masyarakat tentunya akan selalu berkembang. Hal ini "memaksa" kita untuk terus melakukan perubahan dan optimasi. Tentunya di luar sana akan ada teknologi dan material baru yang mungkin lebih efektif dan dapat menggantikan sebagian atau seluruh sistem penyimpanan ini. Maka dari itu, saya harus bisa mencari peluang baru untuk meningkatkan efisiensi dari alat ini, kemudian menekan biayanya, serta memantapkan tingkat keamanan dan keselamatannya dengan terus melakukan dan memantau penelitian dan pengembangan yang ada.

Final Report on Pressurised Hydrogen Storage

Laporan ini dibuat dengan tujuan untuk mengoptimasi desain dari Pressurized Hydrogen Storage. Adapun batasan pada rancangan ini adalah: 1. Desain harus mampu menahan tekanan sebesar 8 bar. 2. Volume 1 liter. 3. Biaya manufaktur tidak boleh melebihi Rp500.000,00,-.

Parameter Dimensi

---

Optimasi pertama yang dilakukan adalah mengoptimasi dimensi dari tabung penyimpanan hidrogennya. Caranya adalah dengan mencari radius dan tinggi yang paling kecil yang dapat menampung hidrogen 1 liter, untuk mencari dengan cara manual dapat memakan waktu yang lama. Dengan menggunakan metode numerik saya dapat menentukan dimensi dari tabung dengan cepat.

import numpy as np
from scipy.optimize import minimize

def calculateSurfaceArea(x):
   radius, height = x
   return 2 * np.pi * radius * height + 2 * np.pi * radius**2

def volumeConstraint(x, volume_target):
   radius, height = x
   return np.pi * radius**2 * height - volume_target

volume_target = 1000  

def optimizationProblem(x):
   return calculateSurfaceArea(x)  

initial_guess = [1.0, 1.0]
constraints = [{'type': 'ineq', 'fun': lambda x: volumeConstraint(x, volume_target)}]
bounds = [(0, None), (0, None)]
result = minimize(optimizationProblem, initial_guess, method='SLSQP', bounds=bounds, constraints=constraints)
radius_optimal, height_optimal = result.x
surface_area_optimal = calculateSurfaceArea([radius_optimal, height_optimal])

print('Optimal Radius:', radius_optimal, 'cm')
print('Optimal Height:', height_optimal, 'cm')
print('Optimal Surface Area:', surface_area_optimal, 'cm^2')

Dengan output

Optimal Radius: 5.419259729080688 cm
Optimal Height: 10.838525292449377 cm
Optimal Surface Area: 553.5810446073142 cm^2

Parameter Kekuatan

---

Setelah mendapat dimensi dari tabung hidrogen, saya akan menentukan material yang akan digunakan sebagai bahan dari tabung penyimpanan tersebut. Untuk material yang akan digunakan adalah Stainless Steel 304. Adapun material tersebut digunakan karena harga yang murah, memiliki yield strength tinggi (290 Mpa menurut [1]), dan umum digunakan di sektor industri kimia dan farmasi sehingga masyarakat familiar dengan material ini.

Untuk menentukan ketebalan yang digunakan untuk tabung hidrogen ini, saya mencari dari PT.CITRA ANGGUN LESTARI.

Dengan menggunakan tabel diatas saya bisa menentukan apakah ketebalan yang disediakan Cahaya Stainless mampu untuk menahan tekanan yang sesuai dengan parameter diatas, yaitu dengan menggunakan Hoop Stress.

Dengan menggunakan metode numerik, saya bisa mencari hasilnya, yaitu:

r = 5.41e-2  
p = 800000 
atm = 101300  
Y_Strength = 215000000
for t in range(10, 130, 10):
   t /= 10000  
   hoop = ((p - atm)*(2*r) )/ (2*t)
   print('with thickness of', t, 'm,','allowable hoop stress is', hoop, "Pa")
   if hoop > Y_Strength:  
       break

Dengan hasil

with the thickness of 0.001 m allowable hoop stress is 37799670.0 Pa
with the thickness of 0.002 m allowable hoop stress is 18899835.0 Pa
with the thickness of 0.003 m allowable hoop stress is 12599890.0 Pa
with the thickness of 0.004 m allowable hoop stress is 9449917.5 Pa
with the thickness of 0.005 m allowable hoop stress is 7559933.999999999 Pa
with the thickness of 0.006 m allowable hoop stress is 6299945.0 Pa
with the thickness of 0.007 m allowable hoop stress is 5399952.857142856 Pa
with the thickness of 0.008 m allowable hoop stress is 4724958.75 Pa
with the thickness of 0.009 m allowable hoop stress is 4199963.333333333 Pa
with the thickness of 0.01 m allowable hoop stress is 3779966.9999999995 Pa
with the thickness of 0.011 m allowable hoop stress is 3436333.6363636362 Pa
with the thickness of 0.012 m allowable hoop stress is 3149972.5 Pa

Hasil di atas menunjukkan bahwa ketebalan yang disediakan oleh pihak penjual mampu untuk menahan tekanan sebesar 8 bar.

Parameter Biaya

---

Yang terakhir adalah optimasi biaya dengan kekuatan, untuk menentukan hal tersebut, dapat digunakan excel untuk mempermudah pengolahan data yang sudah didapakan.

Dari data tersebut yang saya pilih adalah plat Stainless Steel dengan ketebalan 12 mm , dengan harga Rp232.097,45 dan berat 5.28 kg.

Kesimpulan

---

Hasil dari laporan ini adalah spesifikasi dari tabung hidrogen yang sesuai dengan parameter yang diberikan. Tabung ini pun masih bisa ditingkatkan, baik dari segi kualitas material, teknologi, inovasi, maupun bentuknya. Penggunaan metode numerik pada pembuatan laporan ini membuktikan bahwa metode numerik sangat membantu pekerjaan manusia sehingga menjadi lebih efisien.

Hasil dari laporan ini tidak dapat dan tidak mungkin dijadikan sebagai hasil akhir dari rancangan untuk membuat hydrogen storage yang dapat digunakan di FCEV. Hal tersebut dikarenakan perancangan ini masih berada di atas kertas (pre-eliminary design) sehingga masih terdapat banyak celah yang dapat membuat adanya potensi kegagalan, baik secara struktural maupun ekonomi. Adapun dalam penyusunan laporan ini, saya sadar bahwa selama menyusunnya, saya memerlukan consciousness untuk bisa tetap berpikir dan mengerjakan. Saya juga sadar (conscious) bahwa laporan ini masih terdapat banyak kesalahan. Sehingga penyusunannya dapat direvisi di kemudian hari sesuai kebutuhan.

Video Presentasi Akhir

Berikut adalah tautan menuju video presentasi akhir dari studi kasus saya.

https://www.youtube.com/watch?v=Q9EZqdQHOII