Marsya Wahine Jasmine

Hello everyone!!

Nama saya Marsya Wahine Jasmine dengan NPM 2106653104. Saya merupakan 1 dari 21 orang wanita yang ada di jurusan teknik mesin UI angkatan 2021.

I. CONSCIOUSNESS

---

Pada kelas kemarin, kami banyak membahas tentang consciousness yang diperlukan untuk bisa berfikir, dalam konteks kemarin untuk mengerjakan soal (X^2 -1)/(X-1) jika x=1. Dan ini jawaban yang saya kirim via WA grup, as we all know that the expression x²-1/x-1 is an indeterminate form, so in order to obtain the answer to the expression, it needs to be transformed into the equation (x+1)(x-1)/(x-1).

Indeterminate forms are mathematical expressions that do not yield a single answer in their operation results. Therefore, different answers can be obtained depending on the approach used. Given that x=1, we can substitute it into the transformed equation and obtain 2 as the answer. However, we can also obtain 0 using a different method.

If we directly substitute x=1 into the equation, we get a result of 0. The obtained result is 0/0, where 0/0 is equal to x. From the equation, we can derive the form (0)(x)=0, and we know that any number multiplied by 0 will result in 0. Therefore, the value of the equation above cannot be determined.

II. HYDROGEN STORAGE

---

Saat ini, sering kali dibahas energi terbarukan sebagai alternatif untuk menggantikan bahan bakar bensin yang pastinya ramah lingkungan. Salah satu yang sering dibahas adalah penggunaan hidrogen yang dikenal sebagai hydrogen fuel (bahan bakar hidrogen). Hidrogen merupakan satu dari banyak energi alternatif yang dapat dikonversi menjadi energi listrik dengan bantuan sistem yang dikenal sebagai fuel cell. Untuk merubah hidrogen menjadi energi listrik dapat dilakukan dengan sistem konvensional, yakin menggunakan teknologi internal combustion engine (ICT) atau dengan teknologi sel bakar. Salah satu contoh kendaraan yang menggunakan hidrogen sebagai bahan bakar adalah TOYOTA MIRAI.

Kelebihan yang didapat dari penggunaan bahan bakar hidrogen ini adalah tidak memiliki emisi, ketahanan energi yang baik, tingkat efisiensi yang besar, dan skalabel. Bahan bakar berbasis hidrogen ini jika digunakan pada kendaraan dan dikombinasikan dengan oksigen di dalam fuel cell akan menghasilkan listrik. Hasil dari reaksi tersebut adalah uap air yang membuat bahan bakar hidrogen sangat ramah lingkungan.

Banyak perusahaan otomotif yang sudah mencoba menggunakan energi alternatif ini pada kendaraan mereka seperti Toyota, BMW, Hyundai, dan juga Honda. Namun, yang masih menjadi concern adalah tabung penyimpanan atau hydrogen storage yang fungsinya akan sama dengan tangki bensin pada umumnya. Dibutuhkan storage dengan material yang dapat menahan tekanan dan ringan. Sistem penyimpanan hidrogen gas, akan membutuhkan tabung gas yang tekanannya tinggi untuk menyimpan hodrogen dengan kepadatan gravimetrik atau volumetrik tinggi. Material yang digunakan dapat mempengerahui karena kepadatan gravimetrik dapat berkurang dengan peningkatan ketebalan dinding tabung seiring adanya peningkatan tekanan saat penggunaan.

---

Hydrogen storage biasanya memiliki bentuk seperti tabung dengan ukuran tertentu dan material sesuai dengan kebutuhannya. Terdapat 2 lapisan pada design tabung hydrogen, yaitu liner yang merupakan bagian dalam yang memiliki kontak langsung dengan hidrogen dan outer wrapping yang merupakan lapisan terluar dari tabung. Outer wrapping akan berfungsi untuk membantu menstabilkan pelapis dalam (liner) dari regangan fisik saat hidrogen diletakkan pada tekanan tinggi dan menyebabkan lapisan insulasi termal. Leher pada tabung akan menjadi jalur untuk hidrogen dimasukkan dan dikeluarkan dari tangki. Dan terdapat end plug sebagai jalur untuk membuka tabung cadangan.

HYDROGEN STORAGE

Sistem penyimpanan hidrogen yang akan digunakan untuk kendaraan memiliki beberapa syarat yang harus dipenuhi:

1. Kemampuan menyerap yang tinggi, baik secara gravimetric (>4.5 wt%) dan volumetric (36g H2/L)

2. Temperatur operasional yang moderat dalam rentang antara 60-120 derajat celcius

3. Reversibilitas dari siklus termal absorption/desorption

4. Harga yang relatif murah

5. Tidak mudah tercemar (low toxicity)

6. Tingkat keamanan yang tinggi

Hydrogen Safety and Certification Requirements to H2 Tanks Berikut merupakan standar internasional yang digunakan sebagai acuan: 1. ADR: Intertional regulation for transport of dangerous goods

2. DIN EN 12245: Transportable Gas Cylinder

3. ISO 11119-3: Transportable Gas Cylinder

4. EC 79: Fuel Tanks

5. UNR134: Fuel Tanks

6. ISO 9001:2015 Quality Management System

7. ISP 14001:2015 Environmental Management System

Study Case

---

Pada tugas kali ini, diperintahkan untuk membuat tabung hidrogen berukuran 1 liter dengan tekanan sebesar 8 bar, budget yang dikeluarkan tidak boleh melebihi Rp 500.000,-

Untuk otomotif, yang umum digunakan adalah hydrogen tank type IV yang terbuat dari lapisan logam aluminium dan bahan komposit seperti fiberglass. Standar yang digunakan untuk aluminium sebagai tangki atau tabung adalah Aluminium 5052. Untuk fiberglass, ASME atau American Society of Mechanical Engineers memberikan kode RTP-1 untuk Reinforced Thermoset Plastic Corrosion Resistant Equipment.

MATERIAL

Alumnium 5052 mengandung 2,5% magnesium dan 0,25% kromium. Material ini memiliki high fatigue strength, kemampuan las yang tinggi, dan ketahanan korosi yang tinggi. Selain itu, material ini juga memiliki densitas rendah dan konduktivitas termal yang baik. Aluminium ini umumnya dibuat dalam bentuk lembaran, pelat, dan tabung.

Pada pasar aluminium, terdapat aluminium 5052 O yang bentuknya tabung bundar. Material ini memiliki kekuatan dan plastisitas yang tinggi, kekuatan lapisan las berada diantara 95%-98% dari kekuatan logam dasar. Disarankan menggunakan paduan 5A03 sebagai solder, untuk meningkatkan kemampuan kedap udara dan menghilangkan kecenderungan terjadi keretakan.

UKURAN TABUNG

Dengan menggunakan ukuran tinggi 21 cm dan jari-jari 4 cm akan didapat volume tabung sebesar 1055.5 cm^3 atau sama dengan 1,05 liter.

Untuk luas permukaan dilakukan perhitungan seperti berikut,

L = 2π*r2 + 2π*rh

L = 2(3.14)(4)(4)+2(3.14)(4)(21)

L = 628 cm^2

YIELD STRENGTH MATERIAL

Yield strength yang dimiliki Aluminium 5052 adalah sebesar 193 MPa (28,000 psi) dan ultimate tensile strength sebesar 228 MPa (33,000 psi). Hal ini menunjukkan bahwa Aluminium 5052 meiliki kekuatan yang lebih besar jika dibandingkan dengan aluminium yang lain.

Mechanical Properties untuk Aluminium 5052

UKURAN KETEBALAN TABUNG

import math
from scipy.optimize import minimize

def objective(thickness):
    volume = math.pi * radius**2 * height
    return abs(volume - target_volume)

def constraint(thickness):
    hoop_stress = pressure * radius / thickness
    return yield_strength - hoop_stress

# Input parameter
radius = 4  # Jari-jari tabung dalam cm
height = 21  # Panjang tabung dalam cm
target_volume = math.pi * radius**2 * height  # Volume target dalam cm^3
pressure = 8  # Tekanan dalam bar
yield_strength = 193  # Kuat luluh bahan dalam MPa (Aluminium 5052)

# Konversi tekanan ke bar
pressure_bar = pressure

# Define the bounds for the thickness
bounds = [(0.01, None)]  # Minimum ketebalan 0.01 cm

# Define the hoop stress constraint
hoop_stress_constraint = {'type': 'ineq', 'fun': constraint}

# Minimize the objective function (deviation from target volume)
result = minimize(objective, x0=0.1, method='SLSQP', bounds=bounds, constraints=[hoop_stress_constraint])

optimal_thickness = result.x[0]
print("Ketebalan Optimal: {} cm".format(optimal_thickness))

Ketebalan Optimal: 0.16580310880827206 cm

Hasil yang didapat dari perhitungan ketebalan optimal tabung menggunakan code tersebut adalah 0.1658 cm^2

KEAMANAN TABUNG

import math

def calculate_hoop_stress(radius, pressure, thickness):
    hoop_stress = pressure * radius / thickness
    return hoop_stress

# Input parameter
radius = 4  # Jari-jari tabung dalam cm
pressure = 8  # Tekanan dalam bar
thickness = 0.166  # Ketebalan tabung dalam cm
yield_strength = 193  # Kuat luluh bahan dalam MPa (Aluminium 5052)

# Konversi tekanan ke bar
pressure_bar = pressure

# Hitung tegangan lingkaran (hoop stress)
hoop_stress = calculate_hoop_stress(radius, pressure_bar, thickness)

print("Tegangan Lingkaran: {} MPa".format(hoop_stress))

# Periksa keamanan
if hoop_stress <= yield_strength:
    print("Tegangan lingkaran aman.")
else:
    print("Tegangan lingkaran melebihi batas keamanan.")

Tegangan Lingkaran: 192.77108433734938 MPa
Tegangan lingkaran aman.

Hasil perhitungan keamanan tegangan pada tabung menggunakan code tersebut adalah sebesar 192.771 MPa dan dinilai sebagai tegangan yang aman. Hal ini dikarenakan tegangan yang dihasilkan berada di bawah yield strength Aluminium 5052.

COST

Ukuran luas permukaan yang digunakan adalah 628 cm^2. Dilihat dari toko online, harga 1 cm^2 plat alumunium 5052 diberi harga sebesar Rp 470,-. Jika dihitung anggaran yang akan dikeluarkan untuk besar tabung yang akan kita buat adalah sebesar Rp 295.160,-. Dapat dilihat bahwa pengeluaran untuk material tabung ini hanya 58% dari total budget yang diberikan di awal yaitu sebesar Rp 500.000,-. [1]

DESIGN INVENTOR

Model ini dibuat menggunakan aplikasi Inventor, dengan menggunakan ukuran tabung diameter 8 cm dan tinggi 21 cm dan material yang digunakan adalah Alumunium 5052.

CONCLUSION

Di awal kami mendapat study case untuk membuat tabung hidrogen yang akan digunakan pada kendaraan hemat energi. Tabung ini memiliki kapasitas 1 liter dengan tekanan sebesar 8 bar. Dari yang sudah saya pelajari, saya dapat membuat tabung dengan ukuran tinggi 21 cm dan diamter 8 cm yang memiliki volume sebesar 1,05 liter dan luas permukaannya sebesar 628 cm^2. Material yang digunakan adalah Aluminium 5052 yang memiliki harga Rp 470,- per cm^2 dan jika dihitung secara keseluruhan pengeluarannya akan sebesar Rp 295.160. Dari analisis dengan menggunakan code premrograman, didapat perhitungan ketebalan optimal tabung sebesar 0.1658 cm^2 dan keamanan tegangan pada tabung sebesar 192.771 MPa. Tegangan tabung dinilai aman karena masih berada di bawah tegangan yield strength dari material yang digunakan.

YOUTUBE VIDEO

Berikut ini adalah link dari video pendapat saya mengenai My Concious Efforts in Numerical Method Learning and Its Application in Hydrogen Storage Design Optimization

LINK YOUTUBE [2]