Dimas Rafa Bahesa

Introduction

Halo, perkenalkan saya Dimas Rafa Bahesa dengan NPM 2106631210. Saya lahir di Jakarta dan sekarang berdomisili di Jakarta Timur. Saat ini saya berkuliah di Fakultas Teknik Universitas Indonesia

Resume Pertemuan 26/05/2023

    Pada pertemuan pertama kelas metode numerik dengan pak DAI, beliau pada awal sesi menggunakan untuk berkenalan dengan mahasiswa dengan cara berinteraksi tanya jawab mengenai metode numerik dan pesan yang beliau sampaikan di dalam grup WA. Pak DAI juga memberika individual case study mengenai pembuatan tabung penyimpanan dengan volume 1 liter dan berisi hidrogen bertekanan 8 bar secara optimal, tebal dan material yang di gunakan dibebaskan namun untuk batasnya adalah biaya pembuataan tidak lebih dari Rp.500.000. Lalu pak DAI juga menjelaskan bahwa mencampur hidrogen dengan bahan bakar bisa meningkatkan efisiensi hingga 30%. 
    Lalu pak DAI juga mengibaratkan metnum dengan makan yang mana tidak semua makanan enak dan tidak semua makanan baik, begitu juga metnum yang mungkin ada pusingnya namun pasti juga ada bagian yang enaknya. Setelah itu pak DAI juga menjelaskan bahwa dizaman ini sudah banyak software yang bisa memudahkan, kita hanya perlu menggunakannya dengan baik contohnya adalah chatGPT yang bisa bermanfaat.Pak DAI juga memberikan pemahaman mengenai kesadaran yang mana hal itu penting bagi diri kita, salah satunya adalah sadar dengan kemampuan yang ada.

Design and Optimization of Pressurized Hydrogen Storage#1

Tujuan  : Membuat dan mengoptimalisasi tabung penyimpanan hidrogen

Volume  : 1 Liter

Tekanan  : 8 Bar

Biaya Maks.: Rp.500.000

Dalam mendesain tabung ini saya sadar bahwa kemampuan dan informasi yang saya miliki saat ini belum cukup, untuk itu pada tahap awal ini saya berupaya untuk mencari tahu mengenai tabung penyimpanan itu sendiri seperti apa saja yang harus diperhatikan dalam membuat dan mengoptimalisasi tabung penyimpanan hidrogen ini. Sebagai alat bantu untuk mencari informasi, saya menggunakan chatGPT untuk membantu saya mencari informasi tersebut. Berikut merupakan respon yang diberikan oleh chatGPT.

Membuat dan mengoptimalkan tabung penyimpanan hidrogen melibatkan beberapa langkah penting. Berikut adalah panduan umum untuk membuat dan mengoptimalkan tabung penyimpanan hidrogen:

1. Pilih Bahan Tabung:

  Pilih bahan yang cocok untuk tabung penyimpanan hidrogen, seperti serat karbon yang diperkuat, logam, atau paduan logam. Serat karbon yang diperkuat sering digunakan karena memiliki kekuatan tinggi dan kemampuan tahan korosi yang baik.

2. Desain Tabung:

  Desain tabung harus mempertimbangkan kekuatan struktural, keamanan, dan kemampuan menyimpan hidrogen dengan efisien. Bentuk yang umum digunakan adalah silinder dengan ujung berbentuk kerucut. Anda juga perlu mempertimbangkan desain valve dan sambungan yang aman untuk mengisi dan mengeluarkan hidrogen.

3. Proses Manufaktur:

  Proses manufaktur tabung penyimpanan hidrogen melibatkan pembentukan bahan dasar menjadi bentuk tabung, seperti dengan metode pembalutan serat karbon atau pembentukan logam. Proses ini harus dilakukan dengan hati-hati untuk memastikan kekuatan dan keamanan tabung.

4. Perlindungan dan Lapisan:

  Tabung penyimpanan hidrogen sering dilapisi dengan bahan yang dapat melindungi dari korosi dan kebocoran hidrogen. Misalnya, lapisan polimer atau lapisan logam dapat digunakan untuk memberikan perlindungan tambahan.

5. Pengujian dan Sertifikasi:

  Setelah tabung selesai diproduksi, penting untuk melakukan pengujian yang ketat untuk memastikan keamanan dan kinerjanya. Pengujian meliputi tes tekanan hidrostatik, tes kebocoran, dan pengujian ketahanan terhadap kejutan mekanis. Pastikan tabung memenuhi standar keselamatan yang berlaku dan memperoleh sertifikasi yang diperlukan.

Mengoptimalkan tabung penyimpanan hidrogen melibatkan beberapa faktor berikut:

1. Berat dan Kapasitas:

  Meningkatkan kekuatan dan menurunkan berat tabung adalah tujuan utama dalam mengoptimalkan desain. Ini dapat dicapai dengan menggunakan bahan yang lebih ringan dan penggunaan teknik manufaktur yang canggih.

2. Efisiensi Penyimpanan:

  Pengoptimalan efisiensi penyimpanan hidrogen melibatkan pengembangan sistem penyerapan dan pelepasan hidrogen yang efisien. Desain yang baik harus mempertimbangkan laju penyerapan dan pelepasan hidrogen untuk memaksimalkan kapasitas penyimpanan dan mengurangi kerugian energi.

3. Keselamatan:

  Faktor keselamatan sangat penting dalam pengoptimalan tabung penyimpanan hidrogen. Perhatikan penggunaan bahan tahan korosi, sistem deteksi kebocoran, dan perlindungan termal yang memadai untuk mencegah risiko kebakaran atau ledakan.

4. Kinerja pada Suhu Tinggi:

  Hidrogen adalah bahan yang mudah terbakar, sehingga penting untuk

mengoptimalkan kinerja tabung pada suhu tinggi. Ini melibatkan penggunaan bahan yang tahan suhu tinggi dan isolasi termal yang efektif.

5. Skalabilitas:

  Tabung penyimpanan hidrogen harus dapat dihasilkan secara massal dengan biaya yang terjangkau. Pengoptimalan proses manufaktur dan pemilihan bahan dapat membantu mencapai skala produksi yang lebih besar dan mengurangi biaya produksi.

Tabung penyimpanan hidrogen umumnya terdiri dari beberapa komponen utama. Berikut adalah beberapa komponen yang umumnya ada dalam tabung penyimpanan hidrogen:

1. Tabung Utama:

  Ini adalah bagian utama dari tabung penyimpanan hidrogen yang berfungsi sebagai wadah untuk menyimpan hidrogen. Tabung ini biasanya terbuat dari bahan yang kuat dan tahan korosi, seperti serat karbon yang diperkuat atau paduan logam.

2. Lapisan Perlindungan:

  Tabung penyimpanan hidrogen sering dilapisi dengan lapisan perlindungan untuk melindungi tabung dari korosi dan kebocoran hidrogen. Lapisan ini dapat berupa lapisan polimer atau lapisan logam yang tahan terhadap hidrogen.

3. Valve dan Sambungan:

  Tabung dilengkapi dengan valve atau katup yang memungkinkan pengisian dan pengeluaran hidrogen. Valve ini dirancang untuk memastikan aliran yang aman dan terkendali. Sambungan yang aman juga penting untuk menghubungkan tabung dengan sistem pengisian atau penggunaan hidrogen.

4. Sensor dan Sistem Pengukuran:

  Tabung penyimpanan hidrogen sering dilengkapi dengan sensor dan sistem pengukuran untuk memonitor tekanan, suhu, dan level hidrogen dalam tabung. Sensor ini penting untuk mengawasi kondisi tabung dan memastikan operasi yang aman.

5. Sistem Penyerapan dan Pelepasan Hidrogen:

  Beberapa tabung penyimpanan hidrogen dilengkapi dengan sistem penyerapan dan pelepasan hidrogen yang memungkinkan hidrogen diserap ke dalam tabung atau dilepaskan dari tabung sesuai kebutuhan. Sistem ini dapat terdiri dari bahan penyerap seperti logam hidrida atau karbon aktif.

6. Perlindungan Termal:

  Hidrogen adalah bahan yang mudah terbakar, sehingga tabung penyimpanan hidrogen sering dilengkapi dengan perlindungan termal yang efektif. Perlindungan ini berfungsi untuk mencegah peningkatan suhu yang berlebihan dalam tabung dan meminimalkan risiko kebakaran atau ledakan.

7. Sistem Deteksi Kebocoran:

  Tabung penyimpanan hidrogen juga dapat dilengkapi dengan sistem deteksi kebocoran yang sensitif. Sistem ini mengawasi kebocoran hidrogen dan memberikan peringatan jika ada kebocoran yang terdeteksi, memungkinkan tindakan cepat untuk mencegah bahaya.

8. Sertifikasi dan Labelisasi:

  Tabung penyimpanan hidrogen harus memenuhi standar keselamatan yang ditetapkan dan sering harus melewati proses sertifikasi. Tabung yang telah memenuhi persyaratan sertifikasi biasanya akan diberi label yang menunjukkan kepatuhan mereka terhadap standar keselamatan yang berlaku.

Perlu dicatat bahwa komponen dan desain tabung penyimpanan hidrogen dapat bervariasi tergantung pada aplikasi dan teknologi yang digunakan.

Design and Optimization of Pressurized Hydrogen Storage#2

Memilih Material

Dalam membuat tabung penyimpanan hidrogen ini terdapat beberapa material yang dapat digunakan, untuk itu saya menggunakan alat bantu ChatGPT untuk mencari material apa saja yang bisa digunakan untuk membuat tabung ini. Dari ChatGPT memberikan beberapa saran seperti baja karbon, komposit, logam paduan, dan komposit logam.

Material yang kemudian saya pakai disini adalah Aluminium 6061. Aluminium 6061 memiliki berbagai kegunaan dalam berbagai industri dan aplikasi. Berikut adalah beberapa kegunaan utama aluminium 6061:

1. Konstruksi: Aluminium 6061 digunakan dalam industri konstruksi untuk berbagai aplikasi seperti jendela, pintu, bingkai bangunan, atap, panel dinding, dan sistem pemagaran. Bahan ini tahan terhadap korosi atmosfer dan memiliki kekuatan yang cukup untuk mengatasi beban struktural.

2. Industri otomotif: Aluminium 6061 digunakan dalam pembuatan bodi mobil, bumper, knalpot, roda, dan bagian-bagian lainnya. Kekuatan, kekerasan, dan ketahanan korosinya membuatnya cocok untuk digunakan dalam industri otomotif.

3. Dirgantara: Aluminium 6061 sering digunakan dalam industri dirgantara untuk membuat struktur pesawat, sayap, rangkaian, dan bagian-bagian kritis lainnya. Bahan ini memiliki kekuatan tinggi dan ringan, yang sangat penting untuk aplikasi dirgantara.

4. Perlengkapan olahraga: Aluminium 6061 digunakan dalam pembuatan perlengkapan olahraga seperti sepeda, tongkat hiking, peralatan ski, peralatan panjat tebing, dan perlengkapan luar ruangan lainnya. Kekuatan, kekerasan, dan ringannya membuatnya ideal untuk aplikasi ini.

5. Industri kelautan: Aluminium 6061 juga digunakan dalam industri kelautan untuk pembuatan lambung kapal, ponton, tangki penyimpanan, dan bagian-bagian lainnya yang membutuhkan ketahanan terhadap korosi air laut.

6. Peralatan elektronik: Aluminium 6061 digunakan dalam industri elektronik untuk pembuatan heatsink, casing perangkat elektronik, dan komponen lain yang memerlukan sifat-sifat termal yang baik.

7. Peralatan industri umum: Aluminium 6061 digunakan dalam berbagai peralatan industri umum seperti peralatan tahan panas, bingkai mesin, tangki penyimpanan, dan komponen mekanik lainnya.

8. Aplikasi arsitektur: Aluminium 6061 digunakan dalam desain arsitektur modern untuk elemen-elemen seperti pagar, rel, tangga, dan dekorasi eksterior.

Aluminium 6061 memiliki kekuatan yang baik, kekerasan yang tinggi, ketahanan terhadap korosi, dan kemampuan untuk diolah dengan mudah. Karena sifat-sifat ini, aluminium 6061 banyak digunakan dalam berbagai industri dan aplikasi yang membutuhkan kombinasi kekuatan, kekerasan, ringan, dan ketahanan terhadap korosi.

Final Report Design and Optimization of Pressurized Hydrogen Storage#3

Tujuan  : Membuat dan mengoptimalisasi tabung penyimpanan hidrogen

Volume  : 1 Liter

Tekanan  : 8 Bar

Biaya Maks.: Rp.500.000

Dimensi Tabung

import math

def calculate_surface_area(radius, height):
    top_area = math.pi * radius**2
    side_area = 2 * math.pi * radius * height
    return 2 * top_area + side_area

def find_optimal_dimensions(volume):
    min_surface_area = float('inf')
    optimal_radius = 0
    optimal_height = 0

    for radius in range(1, int(volume**(1/3)) + 1):
        height = volume / (math.pi * radius**2)
        surface_area = calculate_surface_area(radius, height)

        if surface_area < min_surface_area:
            min_surface_area = surface_area
            optimal_radius = radius
            optimal_height = height

    return optimal_radius, optimal_height

# Assuming volume is in cm³
volume = 1000
radius, height = find_optimal_dimensions(volume)
print(f"Optimal dimensions for a tube with a volume of {volume} cm³:")
print(f"Radius: {radius} cm")
print(f"Height: {height} cm")

Dari pengkodean diatas, didapatkan bahwa dimensi optimal tabung sebagai berikut:

radius= 5 Cm

Height= 12,73 Cm

Properti Material

Aluminium 6061 adalah salah satu paduan aluminium yang populer dan banyak digunakan dalam berbagai aplikasi industri. Berikut ini adalah beberapa properti material dari aluminium 6061:

1. Kekuatan Tinggi: Aluminium 6061 memiliki kekuatan tarik yang tinggi, yakni sekitar 275-310 MPa (megapascal) dalam kondisi padat.

2. Ketangguhan: Paduan ini memiliki ketangguhan yang baik, yang berarti ia mampu menahan deformasi plastis sebelum pecah. Ketangguhan yang baik membuatnya cocok untuk aplikasi yang memerlukan ketahanan terhadap benturan.

3. Kekerasan: Aluminium 6061 dapat dihasilkan dalam berbagai tingkat kekerasan, mulai dari kekerasan rendah hingga kekerasan yang tinggi. Hal ini memungkinkan material ini untuk digunakan dalam berbagai aplikasi yang memerlukan kekerasan yang berbeda.

4. Kelenturan: Aluminium 6061 memiliki kelenturan yang baik, sehingga mudah untuk dibentuk menjadi berbagai bentuk dan ukuran.

5. Ketahanan terhadap Korosi: Aluminium 6061 memiliki ketahanan yang baik terhadap korosi. Ini disebabkan oleh lapisan oksida yang terbentuk pada permukaan aluminium, yang melindungi material dari reaksi kimia dengan lingkungan.

6. Konduktivitas Termal: Aluminium 6061 memiliki konduktivitas termal yang tinggi, sehingga mampu menghantarkan panas dengan efisien. Hal ini membuatnya cocok untuk aplikasi yang membutuhkan transfer panas yang baik, seperti dalam industri otomotif dan elektronik.

7. Berat Ringan: Aluminium 6061 memiliki kepadatan yang relatif rendah, hanya sekitar satu ketiga dari baja. Ini membuatnya menjadi pilihan yang baik untuk aplikasi di mana bobot menjadi faktor penting, seperti dalam industri otomotif dan penerbangan.

8. Sifat Non-magnetik: Aluminium 6061 adalah bahan non-magnetik, yang membuatnya cocok untuk aplikasi di mana sifat non-magnetik diperlukan, seperti dalam industri elektronik dan peralatan medis.

9. Pengelasan dan Pembentukan: Aluminium 6061 dapat dengan mudah dilas dengan metode pengelasan umum, seperti pengelasan busur listrik dan pengelasan titik. Selain itu, paduan ini juga dapat dibentuk secara relatif mudah menggunakan metode pembentukan seperti pengecoran dan pembentukan dingin.

Itulah beberapa properti material utama dari aluminium 6061. Properti ini menjadikannya bahan yang serbaguna dan banyak digunakan dalam berbagai industri dan aplikasi.

Ketebalan Tabung

import math

def calculate_thickness(radius, height, pressure, material_yield_strength):
    inner_radius = radius
    outer_radius = radius + thickness
    hoop_stress = pressure * inner_radius / thickness
    required_thickness = hoop_stress * outer_radius / material_yield_strength
    return required_thickness

# Constants for Aluminum 6061
yield_strength = 276 * 10**6  # in Pascals (Pa)

# Tube dimensions
radius = 0.05  # in meters (m)
height = 0.1273  # in meters (m)
pressure = 8 * 10**5  # in Pascals (Pa)

# Convert dimensions to centimeters (cm)
radius_cm = radius * 100
height_cm = height * 100

# Calculate required thickness
thickness = 0.1  # initial guess for thickness in cm
tolerance = 0.001  # tolerance for convergence in cm

while True:
    required_thickness = calculate_thickness(radius_cm, height_cm, pressure, yield_strength)
    if abs(thickness - required_thickness) < tolerance:
        break
    thickness = required_thickness

# Convert thickness back to millimeters (mm)
thickness_mm = thickness * 10

# Output the result
print(f"The required thickness for the aluminum tube is {thickness_mm:.2f} mm.")

Dari pengkodean diatas, didapatkan bahwa tebal dari tabung sebagi berikut:

Tebal= 2,76 mm

Luas Permukaan Tabung

import math

def calculate_surface_area(radius, height):
    # Calculate the lateral surface area
    lateral_surface_area = 2 * math.pi * radius * height
    
    # Calculate the base area
    base_area = math.pi * radius**2
    
    # Calculate the total surface area
    total_surface_area = lateral_surface_area + (2 * base_area)
    
    return total_surface_area

# Example usage
radius = 5  # cm
height = 12.73  # cm

surface_area = calculate_surface_area(radius, height)
print("The surface area of the tube is:", surface_area, "cm²")

Dari pengkodean diatas, didapatkan bahwa luas permukaan tabung tersebut sebagai berikut:

Luas permukaan= 557,004 cm^2

Total Biaya

Harga material plat aluminium 6061 per cm^2 dengan tebal 6mm (sumber tokopedia) adalah Rp.345

Maka harga untuk plat dengan luas 600 cm^2 adalah Rp.207.000

Harga regulator 140psi dengan pengukur tekanan (sumber tokopedia) adalah Rp.176.600

Harga cat anti karat (sumber tokopedia) adalah Rp.78.000

Maka total biaya untuk membuat 1buah Tabung penyimpanan adalah Rp.461.600

Kesimpulan

Alat: Tabung Penyimpanan Hidrogen

Material: Plat aluminium 6061

Volume: 1 Liter

Tekanan: 8 Bar

Radius: 5 Cm

Height: 12,73 Cm

Thickness: 2,76 mm

Luas Permukaan: 557,004 Cm^2

Total Biaya: Rp.461.600