Abraham Immanuel Pattimura Pattiradjawane

Nama  : Abraham Immanuel Pattimura Pattiradjawane

Panggilan : Bram

TTL  : Jakarta, 04 Juli 2003

NPM  : 2106705234

Program  : S1 Reguler Teknik Mesin

Jumat, 24 Februari 2023

Percakapan dengan ChatGPT

What is a manometer?

Manometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur tekanan. Manometer terdiri dari tube transparan berbentuk U yang berisi suatu cairan, biasanya air atau raksa, yang terbuka pada salah satu ujungnya dan terhubung pada objek yang diukur pada ujung lainnya. Cairan di dalam tube akan bergerak naik dan turun mengikuti perubahan tekanan. Tekanan itu sendiri dapat diukur dengan mengamati ketinggian cairan dalam tube.

Can a manometer work using nonhomogeneous liquid?

Manometer bekerja pada prinsip hidrostatika, yang menyatakan bahwa tekanan dalam fluida diam seragam di semua titik. Dengan demikian, agar manometer dapat bekerja, cairan di dalam tube harus berada dalam kesetimbangan hidrostatik, yang berarti tekanannya sama di semua titik.

Jika pengukuran tekanan dengan manometer menggunakan cairan nonhomogen, dimana sifat-sifat seperti densitas dan kekentalan berbeda dari satu titik ke titik lainnya, maka tekanan di dalam cairan akan berbeda-beda di setiap titik. Sehingga, cairan tidak berada pada kesetimbangan hidrostatik, dan manometer tidak akan memberikan hasil pengukuran yang akurat.

Maka dari itu, disarankan untuk menggunakan cairan yang homogen seperti air atau raksa. Namun, beberapa aplikasi yang terspesialisasi dapat menggunakan cairan nonhomogen dengan sifat-sifat yang dikendalikan untuk keperluan yang spesifik.

How does temperature affect a manometer?

Temperature can affect a manometer in several ways, including through changes in the density and viscosity of the liquid inside the manometer tube, and changes in the properties of the material used to construct the manometer itself.

As temperature increases, the density of the liquid inside the manometer tube typically decreases, which can cause a corresponding decrease in the pressure measured by the manometer. The degree of temperature dependence of the liquid's density will depend on the specific liquid being used.

In addition, temperature changes can also affect the viscosity of the liquid, which can impact the flow of the liquid inside the manometer and affect its accuracy.

The material used to construct the manometer itself can also be affected by temperature. For example, if the manometer is made of metal, it may expand or contract with changes in temperature, which can cause changes in the dimensions of the manometer tube and affect the accuracy of the pressure measurements.

To minimize the effects of temperature on a manometer, it is important to keep the manometer and the fluid inside it at a constant temperature, and to calibrate the manometer at the temperature at which it will be used to ensure accurate readings.

How does air velocity affect a manometer?

Air velocity can affect a manometer by creating dynamic pressure, which is a result of the motion of the fluid, in this case air, and can add to or subtract from the static pressure being measured by the manometer. The resulting pressure measured by the manometer will be the sum of the static pressure and the dynamic pressure.

In situations where air is flowing at a high velocity, such as in a wind tunnel or a ventilation system, the dynamic pressure can become significant and can impact the accuracy of the manometer reading. In such cases, it may be necessary to use a different type of pressure measuring device that is specifically designed to account for dynamic pressure, such as a pitot tube.

If a manometer is being used to measure air velocity directly, rather than pressure, then changes in air velocity can affect the accuracy of the reading. In such cases, the manometer may need to be calibrated to account for changes in air velocity and other environmental factors. It is important to carefully follow the manufacturer's instructions for using and calibrating the manometer to ensure accurate measurements.

Selasa, 28 Februari 2023

Tugas 1 Manometer

1. Mekanisme kerja manometer analog

Bagian inlet manometer dihubungkan ke vacuum cleaner, tepatnya sisi yang meniupkan udara, sehingga udara masuk melalui inlet. Setelah melalui inlet, terdapat dua buah katup yang mengatur kecepatan aliran udara. Selanjutnya, udara yang masuk akan melalui dua titik pengukuran tekanan dan kecepatan untuk dapat diukur.

2. Mekanisme kerja manometer tipe U (fluida air)

Sebuah tube berbentuk U memiliki satu ujung yang terhubung ke objek yang tekanannya diketahui, sehingga dijadikan referensi, biasanya berupa udara. Sedangkan ujung satunya terhubung ke objek yang ingin diukur tekanannya. Di dalam tube, terdapat fluida, biasanya air atau raksa. Ketika tekanan diaplikasikan, tinggi fluida di masing-masing ujung tube akan mengalami perbedaan. Selisih dari ketinggian dari berbanding lurus dengan selisih tekanan dari kedua objek yang tersambung dengan tube. Dengan mengetahui tekanan referensi dan selisihnya dengan tekanan dari objek yang diukur, kita dapat mengetahui nilai tekanan dari objek yang diukur.

3. Hasil pengukuran P1, P2, dan P2 (ketika menggunakan manometer tipe U)

> Satu katup terbuka, satu katup tertutup

P1  : 10 mbar

P2(analog) : 1.5 mbar

P2(tipe U) : 9 mmH2O

> Kedua katup terbuka

P1  : 8.5 mbar

P2(analog) : 1.2 mbar

P2(tipe U) : 12 mmH2O

4. Faktor yang mempengaruhi tinggi rendahnya tekanan

Tekanan dipengaruhi oleh kecepatan aliran udara. Menurut prinsip Bernoulli, ketika kecepatan fluida meningkat, tekanannya akan menurun, dan sebaliknya. Prinsip ini menyatakan bahwa total energi dari fluida adalah konstan sepanjang jalur aliran, yang berarti bahwa jika kecepatan fluida meningkat, tekanannya harus menurun agar energi tetap sama.

Prinsip ini umumnya diamati dalam aliran fluida melalui penyempitan, seperti pipa atau nozzle. Ketika fluida mengalir melalui penyempitan, kecepatannya meningkat, dan tekanannya menurun, menciptakan wilayah tekanan rendah. Efek ini digunakan dalam banyak aplikasi, seperti dalam desain karburator untuk mesin pembakaran dalam, di mana aliran udara melalui penyempitan digunakan untuk menciptakan wilayah tekanan rendah yang menarik bahan bakar ke dalam aliran udara.

5. Tuliskan satuan yang ada pada manometer tersebut dan konversi ke dalam satuan SI

1 mbar = 100 Pa

10 mbar = 1000 Pa

1 mmH2O = 9.80665 Pa

12 mmH2O = 117.6798 Pa

6. Skala tekanan pada manometer tersebut

P1 sebelum : sesudah katup dibuka = 10 : 8.5 = 20 : 17

P2 analog sebelum : sesudah katup dibuka = 1.5 : 1.2 = 5 : 4

P2 tipe U sebelum : sesudah katup ditutup = 12 : 9 = 4 : 3

Soal diajukan kepada ChatGPT

What is the amount of pressure created by air in atmospheric conditions: 1 atm, 20 deg C, flowing through a tube of diameter 4 cm at 15 m/s?

Jawaban:

To calculate the pressure created by air flowing through a tube of diameter 4 cm at 15 m/s under atmospheric conditions (1 atm, 20°C), we can use the same equation as in the previous answer:

P + (1/2) * ρ * v^2 = constant

However, we need to adjust the values of the density and atmospheric pressure based on the given conditions.

At a temperature of 20°C, the density of air is approximately 1.204 kg/m^3 (assuming atmospheric pressure of 1 atm). Therefore, we can plug in this value for ρ in the equation above.

Additionally, the atmospheric pressure at sea level is approximately 101,325 Pa (1 atm), so we can use this value for P.

P + (1/2) * ρ * v^2 = constant

101,325 Pa + (1/2) * 1.204 kg/m^3 * (15 m/s)^2 = constant

Simplifying the equation, we can solve for P:

P = constant - (1/2) * ρ * v^2

P = 101,325 Pa - (1/2) * 1.204 kg/m^3 * (15 m/s)^2

P = 100,748 Pa

Therefore, the pressure created by air flowing through a tube of diameter 4 cm at 15 m/s under atmospheric conditions (1 atm, 20°C) is approximately 100,748 Pa (or 1.0075 bar).

Jumat, 03 Maret 2023

Gaya Hidrostatik pada Permukaan Datar

Gaya hidrostatik adalah gaya yang bekerja pada permukaan yang terendam dalam fluida. Fluida statis hanya memberikan gaya yang normal terhadap permukaan, tanpa ada gaya geser. Untuk permukaan horizontal, seperti dasar sebuah tangki berisi cairan, gaya resultannya adalah

F = pA

Dimana A adalah luas permukaan, dan p adalah tekanan hidrostatik p = γh. γ adalah berat spesifik fluida dan h adalah kedalaman. Untuk permukaan horizontal yang kedalamannya konstan dan seragam, tekanannya juga konstan dan seragam diseluruh titiknya. Maka gaya resultan bekerja melalui centroid permukaan. Untuk permukaan vertikal atau miring seperti pada dinding tangki, tekanannya bertambah seiring bertambah dalamnya permukaan. Untuk kasus seperti demikian, besar gaya resultannya menjadi

F = γh_cA

dimana h_c adalah kedalaman centroid dari permukaan fluida. Perlu diperhatikan bahwa gaya resultan ini tidak bekerja melalui centroid. Titik dimana gaya resultan bekerja disebut center of pressure atau pusat tekanan dan dapat dicari menggunakan

y_R = (I_xc/y_cA) + y_c

untuk koordinat sumbu y, dan

x_R = (I_xyc/y_cA) + x_c

untuk koordinat sumbu x.

Tugas 2 Statika Fluida

Sabtu, 04 Maret 2023 (Tugas Praktek Pengukuran Tekanan)

Prinsip Kerja Alat Pengukur Tekanan

a) Manometer Analog

Nilai tekanan yang diukur menggunakan manometer analog dapat dibaca melalui jarum pada pressure gauge. Pressure gauge bekerja menggunakan bourdon tube. Bourdon tube akan meregang ketika mendapatkan tekanan dari fluida yang diukur, regangan ini kemudian mengakibatkan jarum dapat berputar. Semakin besar tekanan yang diukur oleh manometer analog, semakin besar regangan bourdon tube, dan sehingga semakin jauh putaran jarum.

b) Manometer U

Sebuah tube berbentuk U memiliki satu ujung yang terhubung ke objek yang tekanannya diketahui, sehingga dijadikan referensi, biasanya berupa udara. Sedangkan ujung satunya terhubung ke objek yang ingin diukur tekanannya. Di dalam tube, terdapat fluida, biasanya air atau raksa. Ketika tekanan diaplikasikan, tinggi fluida di masing-masing ujung tube akan mengalami perbedaan. Selisih dari ketinggian dari berbanding lurus dengan selisih tekanan dari kedua objek yang tersambung dengan tube. Dengan mengetahui tekanan referensi dan selisihnya dengan tekanan dari objek yang diukur, kita dapat mengetahui nilai tekanan dari objek yang diukur.

c) Pressure Transducer

Cara sebuah pressure transducer mendeteksi perbedaan tekanan adalah dengan menggunakan strain gage. Komponen ini dapat memberikan sinyal elektrik berupa perubahan hambatan listrik yang besarnya berbanding lurus dengan besar tekanan yang diterima. Pressure transducer biasanya merupakan bagian dari rangkaian akuisisi data, dimana pressure transducer dihubungkan ke board Arduino, kemudian sinyal elektriknya diubah menjadi sinyal digital untuk dibaca oleh programnya.

Studi Kasus

Berapa perubahan ketinggian yang disebabkan oleh tekanan sebesar 300 Pa pada manometer U, jika menggunakan fluida air, raksa, dan minyak?

a. Air: Massa jenis air pada suhu 20 derajat Celsius adalah sekitar 1000 kg/m^3. Karena massa jenisnya yang relatif kecil, perubahan ketinggian pada manometer U akan cukup besar. Berdasarkan hukum Pascal, perubahan ketinggian h dapat dihitung menggunakan persamaan:

P = ρgh

di mana P adalah tekanan, ρ adalah massa jenis fluida, g adalah percepatan gravitasi, dan h adalah perubahan ketinggian. Dengan menggunakan nilai ρ = 1000 kg/m^3 dan P = 300 Pa, maka h dapat dihitung sebagai berikut:

h = P / (ρg) = 300 / (1000 x 9.81) = 0.0305 meter atau sekitar 3 cm.

b. Raksa: Massa jenis raksa adalah sekitar 13.6 kali lebih besar dari massa jenis air, yaitu sekitar 13,595 kg/m^3. Karena massa jenisnya yang besar, perubahan ketinggian pada manometer U akan lebih kecil dibandingkan dengan penggunaan air. Dengan menggunakan nilai ρ = 13,595 kg/m^3 dan P = 300 Pa, maka h dapat dihitung sebagai berikut:

h = P / (ρg) = 300 / (13,595 x 9.81) = 0.0022 meter atau sekitar 2.2 mm.

c. Minyak: Massa jenis minyak dapat bervariasi tergantung pada jenis dan suhu. Sebagai contoh, massa jenis minyak sayur pada suhu kamar sekitar 920 kg/m^3. Karena massa jenisnya yang lebih besar dari air, namun lebih kecil dari raksa, perubahan ketinggian pada manometer U akan berada di antara penggunaan air dan raksa. Dengan menggunakan nilai ρ = 920 kg/m^3 dan P = 300 Pa, maka h dapat dihitung sebagai berikut:

h = P / (ρg) = 300 / (920 x 9.81) = 0.0333 meter atau sekitar 3.33 cm.

Percakapan dengan ChatGPT

Bagaimana cara mengukur tekanan?

Tekanan dapat diukur dengan menggunakan alat yang disebut manometer. Berikut adalah langkah-langkah umum untuk mengukur tekanan menggunakan manometer:

Persiapkan manometer: Pastikan manometer dalam kondisi baik dan terkalibrasi dengan benar. Pastikan juga manometer telah terhubung ke sumber tekanan dengan benar.

Atur unit tekanan: Pastikan manometer telah diatur untuk mengukur satuan tekanan yang sesuai dengan sumber tekanan yang akan diukur. Misalnya, jika Anda akan mengukur tekanan udara dalam satuan psi, pastikan manometer diatur untuk mengukur dalam satuan psi.

Buka katup pengukur tekanan: Buka katup pada sumber tekanan sehingga tekanan dapat mengalir ke manometer.

Baca hasil pengukuran: Baca hasil pengukuran pada skala manometer. Pastikan bahwa hasil pengukuran diambil pada saat tekanan telah stabil, yaitu saat jarum pada manometer telah diam.

Matikan aliran tekanan: Setelah selesai mengukur tekanan, matikan katup pada sumber tekanan untuk mematikan aliran tekanan.

Penting untuk diingat bahwa langkah-langkah di atas adalah umum dan dapat bervariasi tergantung pada jenis manometer yang digunakan dan sumber tekanan yang diukur. Selalu pastikan untuk membaca dan mengikuti instruksi yang diberikan oleh produsen manometer dan sumber tekanan yang digunakan.

Apa saja alat-alat lain yang dapat digunakan untuk mengukur tekanan?

Selain manometer, ada beberapa alat lain yang dapat digunakan untuk mengukur tekanan, di antaranya adalah:

Barometer: Alat ini digunakan untuk mengukur tekanan atmosfer. Barometer mengukur tekanan dengan cara mengukur ketinggian kolom air atau merkuri di dalam tabung tertutup.

Transduser tekanan: Alat ini mengubah tekanan menjadi sinyal listrik yang kemudian diukur dengan alat elektronik. Transduser tekanan biasanya digunakan dalam aplikasi yang memerlukan pengukuran tekanan yang akurat dan presisi.

Piezometer: Alat ini digunakan untuk mengukur tekanan hidrolik dalam tanah atau di bawah permukaan air. Piezometer bekerja dengan cara mengukur ketinggian kolom air dalam tabung tertutup yang menempel pada ujung selang.

Tekanan gauges atau tekanan sensor: Jenis alat ini umum digunakan untuk mengukur tekanan udara dalam ban mobil, tekanan gas dalam tabung gas, atau tekanan udara dalam sistem pendingin. Ada beberapa jenis tekanan gauges, termasuk mekanik dan digital.

Setiap jenis alat pengukur tekanan memiliki kelebihan dan kekurangan, serta digunakan untuk keperluan yang berbeda-beda. Penting untuk memilih alat yang tepat untuk aplikasi tertentu dan memahami cara penggunaannya dengan benar.

Selain air dan raksa, apa ada fluida lain yang dimanfaatkan dalam pengukuran tekanan, dan pada aplikasi apa?

Selain air dan raksa, terdapat beberapa jenis fluida yang juga digunakan dalam pengukuran tekanan, antara lain:

Minyak: Minyak digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan kestabilan tekanan yang tinggi dan toleransi tekanan yang ketat, seperti dalam sistem hidrolik dan pneumatik. Minyak memiliki densitas yang lebih tinggi dibandingkan air, sehingga dapat menghasilkan tekanan yang lebih tinggi dengan ketinggian fluida yang lebih rendah.

Gas: Gas juga digunakan dalam pengukuran tekanan pada aplikasi seperti pengukuran tekanan gas di dalam tabung gas, pengukuran tekanan di dalam boiler, dan pengukuran tekanan di dalam sistem pengkondisian udara. Gas yang digunakan dalam pengukuran tekanan antara lain nitrogen, argon, dan gas campuran.

Alkohol: Alkohol dapat digunakan sebagai pengganti raksa dalam manometer, terutama pada aplikasi yang membutuhkan keamanan dan kesehatan kerja yang lebih tinggi, seperti di laboratorium. Jenis alkohol yang sering digunakan adalah etanol dan metanol.

Garam cair: Garam cair juga dapat digunakan sebagai pengganti raksa pada aplikasi di mana raksa terlalu berbahaya untuk digunakan, seperti dalam pengukuran tekanan di lingkungan medis atau laboratorium kimia. Garam cair memiliki densitas yang cukup tinggi sehingga dapat menghasilkan tekanan yang cukup tinggi dengan ketinggian fluida yang rendah.

Pilihan fluida yang digunakan dalam pengukuran tekanan bergantung pada aplikasi dan kondisi kerja yang diinginkan. Setiap fluida memiliki karakteristik yang berbeda dalam hal densitas, viskositas, dan reaktivitas kimia, sehingga perlu dipilih dengan cermat agar dapat menghasilkan hasil pengukuran yang akurat dan sesuai dengan kebutuhan aplikasi.

Selasa, 07 Maret 2023

Kinematika Fluida

Pendekatan mempelajari gerak fluida

Terdapat dua pendekatan dalam menganalisa kinematika Fluida. Pertama adalah Lagrangian Approach, dimana pengamatan dilakukan terhadap satu elemen fluida selama selang waktu tertentu. Pendekatan kedua adalah Eulerian Approach, yaitu pendekatan yang menggunakan sebuah volume kendali dan mengamati fluida yang melaluinya.

Jenis Aliran

Steady

Non steady

Uniform

Non uniform

Jumat, 17 Maret 2023

Tugas 3 - Kinematika Fluida

1. Apa itu aliran steady state? Berikan contohnya dalam fenomena nyata?

Aliran steady state adalah aliran dimana variabel seperti kecepatan, tekanan, dan temperatur tidak berubah dalam jangka waktu tertentu pada titik tertentu di dalam medan aliran. Dalam kondisi ini, perubahan dalam waktu tidak terlihat pada suatu titik dalam aliran, sehingga dapat dianggap sebagai kondisi aliran yang stabil. Contoh dari aliran steady state antara lain adalah aliran air dalam pipa yang bentuk dan ukuran penampangnya tidak berubah dengan laju aliran yang tidak berubah.

2. Apa itu Lagrange Method dan Eulerian Method?

Metode Lagrange, yang juga dikenal sebagai pendekatan partikel, mengikuti pergerakan setiap partikel fluida secara individual. Pada metode ini, posisi partikel dianalisis sebagai fungsi waktu, dan sifat-sifat fluida seperti kecepatan dan tekanan diperkirakan pada titik-titik partikel tersebut.

Metode Euler adalah pendekatan yang membagi medan fluida menjadi grid atau kotak yang dianalisis sebagai suatu keseluruhan. Dalam metode ini, kecepatan, tekanan, dan sifat-sifat fluida lainnya diperkirakan pada setiap titik dalam grid.

3. Apa perbedaan antara aliran uniform dan aliran non-uniform? Berikan contohnya dalam fenomena nyata

Aliran uniform, juga dikenal sebagai aliran teratur, adalah kondisi di mana kecepatan fluida di setiap titik dalam medan aliran memiliki nilai yang sama. Dalam aliran uniform, medan aliran biasanya berbentuk tabung atau pipa yang lurus dan memungkinkan fluida mengalir dengan mudah dan seragam tanpa ada perubahan yang signifikan dalam arah atau kecepatan aliran. Contoh aliran uniform meliputi aliran dalam pipa atau saluran yang lurus dan memungkinkan fluida mengalir dengan mudah dan seragam.

Sementara itu, aliran non-uniform, juga dikenal sebagai aliran tidak teratur, adalah kondisi di mana kecepatan fluida di berbagai titik dalam medan aliran tidak sama. Dalam aliran non-uniform, medan aliran dapat memiliki bentuk dan arah yang berbeda-beda, dan fluida dapat mengalami perubahan yang signifikan dalam arah atau kecepatan aliran. Contoh aliran non-uniform meliputi aliran air melalui sungai yang berliku-liku, atau aliran udara melalui daerah dengan permukaan yang kasar.

4. Apa itu aliran laminar dan aliran turbulen? Apa perbedaan keduanya?

Aliran laminar adalah aliran fluida yang teratur dan terorganisir, di mana partikel-partikel fluida bergerak dalam jalur yang teratur dan paralel. Pada aliran laminar, partikel-partikel fluida saling mengikuti satu sama lain, dan kecepatan dan arah aliran dapat diprediksi dengan akurasi tinggi.

Sementara itu, aliran turbulen adalah aliran fluida yang tidak teratur dan tidak terorganisir, di mana partikel-partikel fluida bergerak dalam arah yang tidak teratur dan acak. Pada aliran turbulen, partikel-partikel fluida berinteraksi dengan kecepatan yang berbeda-beda dan dapat membentuk pusaran atau gelombang, menyebabkan kekacauan dan fluktuasi dalam aliran.

Perbedaan utama antara aliran laminar dan turbulen adalah tingkat kekacauan dalam aliran. Aliran laminar adalah aliran yang teratur dan terorganisir, sedangkan aliran turbulen adalah aliran yang tidak teratur dan tidak terorganisir. Aliran laminar dapat diprediksi dengan akurasi tinggi dan mudah dipahami, sedangkan aliran turbulen sulit diprediksi karena fluktuasi dan kekacauan dalam aliran.

5. Apa itu streamline, streakline, dan pathline?

Streamline adalah garis imajiner yang digunakan untuk menggambarkan arah dan pola pergerakan fluida pada suatu titik tertentu dalam aliran. Streamline selalu sejajar dengan arah kecepatan fluida di suatu titik, dan jika digambarkan pada bidang dua dimensi, streamline dapat digambarkan sebagai garis kontinu yang mengikuti arah aliran. Streamline dapat digunakan untuk memvisualisasikan pola aliran yang kompleks dan memahami efek dari perubahan geometri atau sifat fluida pada aliran.

Streakline adalah garis yang menunjukkan jejak partikel fluida tertentu seiring waktu. Dalam aliran turbulen, streakline dapat membentuk pola yang kompleks karena partikel-partikel fluida bergerak secara acak dan dapat mencampur dengan aliran dari wilayah lain. Streakline dapat digunakan untuk mempelajari pergerakan partikel-fluida yang khusus, serta efek dari perubahan dalam aliran atau dalam benda yang berinteraksi dengan fluida.

Pathline adalah garis yang menggambarkan jalur sebenarnya yang ditempuh oleh sebuah partikel-fluida dalam aliran dari waktu ke waktu. Pathline sering digunakan untuk menganalisis pergerakan fluida pada skala yang lebih besar dan dapat digunakan untuk memprediksi pola aliran dalam jangka waktu yang lebih panjang. Pathline juga berguna dalam mengidentifikasi daerah di dalam aliran yang mempunyai risiko tertinggi untuk terkontaminasi atau tercemar.

Jumat, 24 Maret 2023

Tugas 4 - Kinematika Fluida

c) Secara ruang, partikel mengalir menuju daerah dengan kecepatan lebih tinggi. Namun secara waktu, partikel mengalami perlambatan di semua titik. Percepatan dan perlambatan ini saling meniadakan sehingga kecepatan tetap konstan.

Senin, 29 Mei 2023

Case Study: Desain Tangki Hidrogen

Kapasitas: 1 Liter

Tekanan: 8 bar

Biaya Maksimal: Rp500.000

Dalam optimasi perancangan tangki hidrogen, ada beberapa faktor yang perlu dipertimbangkan

Dimensi Tangki

Tangki peru memiliki dimensi yang tepat sehingga tidak terlalu kecil untuk menahan tekanan gas, atau terlalu besar sehingga biaya material terlalu besar

Material Tangki

Material perlu memiliki kekuatan yang cukup untuk menahan tekanan dari gas di dalamnya

Biaya Material dan Produksi

Dalam perancangan tangki, tentunya terdapat budget tertentu yang membatasi dimensi dan/atau material yang dapat digunakan

Senin, 05 Juni 2023

Case Study: Final Report Desain Tangki Hidrogen

Kapasitas: 1 Liter

Tekanan: 8 bar

Biaya Maksimal: Rp500.000

D = Diameter Rongga Tangki

L = Panjang Rongga Tangki

t = ketebalan material

Objektif: Maksimalkan luas permukaan material

Kode dibuat di python:

import math
import random
from deap import base, creator, tools

# Mendefinisikan fungsi evaluasi
def evaluate(individual):
    D, L, t = individual
    A = math.pi * (D * L + D**2 / 2) + math.pi * (L + 2 * D) * t + (math.pi * 2 * t)**2
    cost_material = A * 74510  # Biaya material per meter persegi
    L_w = 2 * (2 * math.pi * (D / 2 + t) + 2 * math.pi * (D / 2))
    cost_welding = L_w * 298038  # Biaya las per meter
    total_cost = cost_material + cost_welding
    if total_cost > 500000:
        total_cost = 500000  # Batasi biaya maksimum
    return total_cost,

# Membuat objek Toolbox
toolbox = base.Toolbox()

# Mendefinisikan tipe individu dan populasi
creator.create("FitnessMin", base.Fitness, weights=(-1.0,))
creator.create("Individual", list, fitness=creator.FitnessMin)

# Mendefinisikan fungsi untuk menghasilkan atribut individu secara acak
def create_individual():
    D = random.uniform(0.1, 10)  # Diameter ruang dalam tangki
    L = random.uniform(0.1, 10)  # Panjang ruang dalam tangki
    t = random.uniform(0.001, 0.1)  # Ketebalan tangki
    return D, L, t

# Mendefinisikan operasi genetik pada individu
toolbox.register("individual", tools.initIterate, creator.Individual, create_individual)
toolbox.register("population", tools.initRepeat, list, toolbox.individual)

# Mendefinisikan operasi evaluasi
toolbox.register("evaluate", evaluate)

# Mendefinisikan operasi seleksi, crossover, dan mutasi
toolbox.register("select", tools.selTournament, tournsize=3)
toolbox.register("mate", tools.cxTwoPoint)
toolbox.register("mutate", tools.mutGaussian, mu=0, sigma=0.1, indpb=0.2)

# Mendefinisikan ukuran populasi, probabilitas crossover, dan probabilitas mutasi
population_size = 100
crossover_probability = 0.5
mutation_probability = 0.2
number_of_generations = 50

# Membangun populasi awal
population = toolbox.population(n=population_size)

# Evaluasi seluruh populasi awal
fitnesses = map(toolbox.evaluate, population)
for individual, fitness in zip(population, fitnesses):
    individual.fitness.values = fitness

# Evolusi dalam beberapa generasi
for generation in range(number_of_generations):
    # Seleksi individu terbaik
    offspring = toolbox.select(population, len(population))

    # Duplikasi individu terbaik
    offspring = list(map(toolbox.clone, offspring))

    # Melakukan crossover dan mutasi pada offspring
    for child1, child2 in zip(offspring[::2], offspring[1::2]):
        if random.random() < crossover_probability:
            toolbox.mate(child1, child2)
            del child1.fitness.values
            del child2.fitness.values

    for mutant in offspring:
        if random.random() < mutation_probability:
            toolbox.mutate(mutant)
            del mutant.fitness.values

    # Evaluasi individu baru dengan fitness sebelumnya dihapus
    fresh_individuals = [ind for ind in offspring if not ind.fitness.valid] 
    fitnesses = map(toolbox.evaluate, fresh_individuals)
    for individual, fitness in zip(fresh_individuals, fitnesses):
        individual.fitness.values = fitness

    # Menggantikan populasi dengan individu baru
    population[:] = offspring

# Mendapatkan individu terbaik dari populasi akhir
best_individual = tools.selBest(population, k=1)[0]
best_D, best_L, best_t = best_individual

# Menampilkan hasil
print("Desain tangki terbaik:")
print("Diameter (D):", best_D)
print("Panjang (L):", best_L)
print("Ketebalan (t):", best_t)
print("Biaya total:", evaluate(best_individual)[0])

Pada akhirnya diperoleh:

Diameter (D): 5.915184498834659 m Panjang (L): 2.320280455744736 m Ketebalan (t): 0.21441182336487094 m