Muhammad Fajri Shiddiq

Biodata

Nama :

Muhammad Fajri Shiddiq

NPM :

2106727941

TTL :

Palembang, 12 Februari 2004

Program Studi :

Teknik Mesin

Review Pertemuan pembelajaran

Pekan 1 Dalam menjadi manusia dibutuhkan suatu kesadaran akan apapun yang diperbuat. Pada mata kuliah mekanika fluida, proses pembelajaran akan berdasar pada konsep dengan komponen penilaian yang akan dijelaskan lebih lanjut pada Review Pekan 1

---

Pekan 2 Manometer merupakan alat yang menggunakan kolom cairan untuk mengukur tekanan. Penjelasan lebih lanjut terdapat pada Review pekan 2

---

Pekan 3 Hasil dari pengamatan penggunaan manometer, terdapat perbedaan tekanan pada pipa ketika salah satu valve dibuka. Kemudian di akhir pekan kelas diadakan kunjungan ke lab agar dapat mengamati secara langsung macam alat pengukuran tekanan, yaitu manometer analog, manometer U, pressure tranducerr. Penjelasan lebih lanjut mengenai pengamatan serta jawaban dari tugas manometer terdapat pada Review pekan 3

---

Pekan 4 Pembahasan mengenai geometri gerak fluida tanpa adanya perhitungan haya eksternal merupakan pengertian dasar dari kinematika fluida. Aliran sendiri memiliki tipe dan karakteristik yang bermacam. Penjelasan lebih lanjut dan hasil analisis langsung salah satu fenomena aliran pada Rumah Kabeda terdapat pada Review Pekan 4

---

Pekan 5 Pembahasan mengenai transport reynold, mulai dari pengertian dasar, dan kenapa pada aplikasi kinematika fluida hal ini penting. Penjelasan lebih lanjut terdapat pada Review Pekan 5

---

PRESSURIZED HYDROGEN OPTIMIZATION

Requirements Requirements : Designing hydrogen storage at 8 bar with capacity of 1 liter and budget of Rp 500.000 Design variables : Geometry size, material thickness to strength, material selection Constraints : Price not exceeding Rp 500.000 Objectives : Smallest surface area, thinnest material and withstand 8 bar pressure.

Material Selection untuk penyimpanan hidrogen di bawah tekanan, kami memilih stainless steel AISI 316. Pilihan kami didasarkan pada karakteristik khusus dan manfaat yang diberikan oleh material ini. Berikut beberapa faktor yang mendukung pertimbangan penggunaan stainless steel AISI 316 untuk penyimpanan hidrogen bertekanan:

a. Ketahanan terhadap Korosi: Sifat korosif hidrogen dapat melemahkan material dan menimbulkan risiko keamanan dengan menginduksi kekeroposan dan korosi. stainless steel AISI 316 menunjukkan ketahanan yang luar biasa terhadap korosi, terutama dalam lingkungan di mana konsentrasi hidrogen tinggi. Atribut ini menjamin kekuatan dan keamanan sistem penyimpanan secara bertahan dalam jangka waktu yang lama.

b. Kompatibilitas dengan Hidrogen: Penelitian yang luas dan aplikasi di dunia nyata telah menunjukkan bahwa stainless steel AISI 316 sangat kompatibel dengan gas hidrogen. Material ini memiliki permeabilitas yang rendah terhadap hidrogen, mengurangi kemungkinan kebocoran hidrogen dan memastikan penahanan yang efektif dalam sistem penyimpanan. Kompatibilitas ini memungkinkan penahanan gas hidrogen yang efisien dan andal.

c. Kekuatan dan Ketahanan terhadap Tekanan: Untuk menahan tekanan internal dalam sistem penyimpanan hidrogen bertekanan, material dengan kekuatan yang sangat baik sangat penting. stainless steel AISI 316 memiliki sifat mekanik yang menguntungkan, seperti kekuatan tarik dan batas elastis tinggi, memungkinkannya untuk menahan tingkat tekanan yang diperlukan tanpa mengorbankan integritas strukturalnya. Kualitas ini memastikan kemampuan material ini untuk mengatasi tuntutan penyimpanan hidrogen bertekanan dengan efektif.

Dengan demikian, penggunaan stainless steel AISI 316 merupakan pilihan yang tepat untuk penyimpanan hidrogen bertekanan, karena ketahanannya terhadap korosi, kompatibilitas dengan hidrogen, dan kekuatan yang cukup untuk menahan tekanan yang diperlukan.

Geometry Optimization

a. Geometry Constraints Berikut merupakan code optimasi tangki hidrogen dengan kapasitas 1 liter, dengan tekanan 8 Bar, dan biaya produksi maksimal Rp. 500.000 dengan material yang digunakan adalah AISI 316 austenitic stainless steel

   import numpy as np
   from scipy.optimize import minimize

   def objektif(x):
       # x[0] mewakili jari-jari, x[1] mewakili tinggi
       jari_jari = x[0]
       tinggi = x[1]

       # Hitung luas permukaan struktur silinder
       luas_permukaan = 2 * np.pi * jari_jari * (jari_jari + tinggi)

       return luas_permukaan

   def konstrain(x):
       # x[0] mewakili jari-jari, x[1] mewakili tinggi
       jari_jari = x[0]
       tinggi = x[1]

       # Hitung volume internal struktur silinder
       volume = np.pi * jari_jari**2 * tinggi

       # Kembalikan selisih antara volume dan nilai yang diinginkan (1000 cm^3)
       return volume - 1000

   # Menebak jari-jari dan tinggi
   x0 = [1.0, 10.0]

   # Membatasi variabel jari-jari dan tinggi
   batas = [(0, None), (0, None)]

   # Menentukan konstrain dalam bentuk kamus
   konstrain_dict = {'type': 'eq', 'fun': konstrain}

   # Menggunakan fungsi minimize dari scipy untuk optimasi
   hasil = minimize(objektif, x0, method='SLSQP', bounds=batas, constraints=konstrain_dict)

   # Mencetak hasil yang telah dioptimasi
   print("Hasil Optimisasi:")
   print("Jari-jari: {:.2f} cm".format(hasil.x[0]))
   print("Tinggi: {:.2f} cm".format(hasil.x[1]))
   print("Luas Permukaan: {:.2f} cm^2".format(hasil.fun))

Pertama mendefinisikan fungsi objektif yang menghitung luas permukaan struktur silinder berdasarkan variabel yang diberikan yakni tinggi dan jari-jari.

Kemudian mendefinisikan fungsi konstrain yang memastikan volume internal struktur silinder memenuhi konstrain dengan selisih sebesar 1000 cm^3.

Berikutnya, menebak tebakan awal untuk jari-jari dan tinggi (x0) serta batasan untuk variabel (batas). Dalam kasus ini, mengasumsikan jari-jari dan tinggi dapat memiliki nilai positif.

Selanjutnya, gunakan fungsi minimize dari scipy.optimize untuk menyelesaikan masalah optimisasi. Bemberikan fungsi objektif , metode (SLSQP), tebakan awal, konstrain, dan batasan.

Dari code tersebut didapat hasil: Tinggi: 10.84 cm, Jari-jari: 5.42 cm Luas Permukaan: 553.58 cm^2

b.Material Strenght Constraints

Dalam mempertimbangkan sifat mekanik stainless steel austenitik AISI 316, sangat penting untuk mematuhi batasan tertentu guna memastikan integritas struktural.

Menurut ASME BPV Code Section VIII D.1, ketebalan dinding bejana tidak boleh melebihi satu perlima dari jari-jari bejana. Selain itu, ketebalan dinding minimum harus setidaknya 1/16 inci (1,59 mm), tanpa memperhatikan faktor-faktor seperti cadangan korosi, material, atau dimensi.

Untuk mempertimbangkan kekuatan material, kami akan mengadopsi pendekatan konservatif dan kurang konservatif dengan menggunakan (yield strength) dan kekuatan tarik maksimum sebagai indikator kegagalan. Nilai-nilai ini akan digunakan untuk menetapkan batasan dan memastikan bahwa material stainless steel AISI 316 yang dipilih menjaga stabilitas struktural dalam batas yang dapat diterima.

Dalam perhitungan ini, kita akan mengulang dari radius minimum 2,9 mm hingga 12 mm dengan penambahan 1 mm dalam setiap iterasi.

Iteration Process
r = 5.42e-2
p = 800000
t = 2.9e-3

while t < 12e-3:
 hoop = (r * p)/(t)
 print('for thickness', t, 'hoop stress =', hoop, "Pa")
 t += 1e-3
 if hoop > 205e9:
   break

Kode di atas digunakan untuk menghitung hoop stress untuk berbagai nilai ketebalan yang berkisar dari 2,9 mm hingga 12 mm, dengan batasan bahwa iterasi akan berhenti jika total tegangan lingkaran melebihi yield strength dari stainless steel AISI 316. Berdasarkan hasilnya, semua nilai ketebalan yang berkisar dari 2,9 mm hingga 12 mm dengan penambahan 1 mm memenuhi batas yield strength.

Budget Constraint After finding the geometric parameters, the last stage of this optimization is to compare them with the cost limit which cannot exceed IDR 500,000.00. Based on the pre-selected material i.e. AISI 316, we have to choose a tank wall thickness that fits within the budget range. The following is a price list and calculations

Berdasarkan tabel diatas, kita dapat menghitung perkiraan harga dengan spesifikasi diatas (luas silinder = 571,88). Dengan membagi Harga dengan luas pelat, maka ditemukan biaya/satuan luas pelat. Setelah dihitung, dengan memaksimalkan budget, minimum berat yang masih masuk akal, dan strength masih wajar, saya memilih ketebalan 6mm untuk tank ini.

Kesimpulan

Material yang digunakan : Sheet Metal AISI 316

Tinggi : 10,84 cm

Jari-jari : 5,42 cm

Luas Permukaan :553,58 cm^2

Tebal plat(thickness) : 6 mm

Material Cost : Rp. 181,053,00