Ken Nafilahshafa Sahatisae

Introduction

Hai, perkenalkan nama saya Ken Nafilahshafa Sahatisae, atau biasa dipanggil Ken. Saya merupakan seorang mahasiswa Teknik Perkapalan angkatan 2021 yang sedang menempuh semester 4 di Universitas Indonesia. Salam kenal!

Resume Pertemuan 1 (26/5 2023)

1. Mengenal Pertemuan kali ini lebih ke mengenal satu sama lain, baik mengenal antar dosen dan mahasiswa, maupun mengenal dengan metode numerik itu sendiri. Metode numerik atau kerap disingkat dengan metnum itu adalah bagaimana cara 'berpikir'. Pak Dai juga mengajak mahasiswa berdiskusi mengenai apakah ada perubahan setelah mempelajari metnum?

2. Tugas dan Ujian Ujian dengan Pak Dai bersifat blank question sheet dimana nanti mahasiswa diharuskan untuk membuat pertannyaan dan menjawab pertanyaan tersebut. Selain itu, kami diberi tugas case study berupa mendesain tabung hidrogen optimum dengan volume 1 liter dan tekanan 8 bar. Estimasi harga tidak boleh melebihi Rp500.000 karena tabung hidrogen ini dibuat untuk bahan bakar motor sehingga diharapkan biaya operasionalnya lebih hemat. Tugas ini sebagai penerapan goal/tujuan saat ini, yatu meng-konversi-kan energi tanpa mencemari lingkungan.

3. I'm my conciousness! Conciousness merupakan indikasi melek atau tidaknya suatu hal. Sama halnya pada binary number, 0 berarti off dan 1 berarti on. Di kelas, Pak Dai mengajak kami berdiskusi mengenai apakah fisik kita adalah diri kita sesungguhnya? Tentu, hal ini adalah pertanyaan yang harus ditanyakan pada diri sendiri. Concious merupakan landasan dimana kita mulai berpikir dan menyadari realita yang dihadapi.

3. CCIT (Cara Cerdas Ingat Tuhan) Pak Dai juga memberikan 2 kasus dimana membuka mata mahasiswa untuk melihat realitanya suatu perhitungan matematika yang tidak absolut (undefined dan infinity). Pada hakikatnya, belajar metode numerik ini membawa mahasiswa untuk mengingat Tuhan karena setelah menghadapi persoalan, baik perhitungan matematika maupun kehidupan, tidak ada yang absolut selain Tuhan itu sendiri. Manusia dengan segala keterbatasannya, dilakukanlah pendekatan untuk mendapatkan suatu nilai.

Hydrogen Storage Design, Optimization, and Calculation

A. Study Case

Mendesain tabung hidrogen untuk mesin motor dengan ketentuan:

- Kapasitas = 1 liter

- Cost maksimal = Rp. 500.000,- (Lima ratus ribu rupiah)

- Pressure = 8 bar

B. Aspek yang Perlu Diperhatikan

1. Pilih tabung penyimpanan yang efisien: Perhatikan berat dan dimensi tabung untuk memastikan kelayakan penggunaannya pada mesin motor.

2. Pertimbangkan bahan tabung: Memilih bahan tabung yang ringan, tahan korosi, dan kuat adalah penting.

3. Perhatikan tekanan kerja: Pastikan tabung penyimpanan dapat menahan pressure sebesar 8 bar tersebut dengan aman dan memiliki keamanan yang memadai untuk mencegah kebocoran atau kerusakan.

4. Faktor keamanan: Pastikan tabung penyimpanan dilengkapi dengan katup pelepas tekanan berlebih dan sistem keamanan lainnya untuk mencegah kemungkinan kecelakaan atau bahaya.

5. Efisiensi biaya: Dalam batasan biaya maksimal Rp. 500.000,-, pertimbangkan biaya tabung penyimpanan, valve, regulator tekanan, dan komponen lainnya.

6. Uji dan verifikasi: Lakukan uji coba dan verifikasi terhadap tabung penyimpanan yang telah dirancang untuk memastikan keamanan, keandalan, dan kinerja yang baik sebelum digunakan pada mesin motor.

7. Patuhi regulasi dan standar: Pastikan untuk mematuhi semua regulasi dan standar keselamatan yang berlaku terkait penggunaan hidrogen dalam mesin motor.

C. Pemilihan Material

Material yang dipilih : low carbon steel ASTM A36

Material yang paling murah yang dapat dipertimbangkan adalah baja karbon rendah (low carbon steel). Baja karbon rendah relatif murah dan umum digunakan dalam industri tabung penyimpanan. Namun, penting untuk diingat bahwa baja karbon rendah dapat teroksidasi dan berkarat jika tidak dilindungi dengan lapisan pelindung yang tepat. Oleh karena itu, penting untuk melapisi tabung dengan lapisan yang sesuai untuk melindungi hydrogen dan mencegah korosi. Sebagai langkah pencegahan, tabung baja karbon rendah dapat dilapisi dengan lapisan pelindung, seperti lapisan epoksi atau lapisan galvanisasi, untuk melindungi baja dari korosi dan menjaga keamanan penyimpanan hydrogen.

Berikut merupakan Mechanical properties dari material ASTM A36:

Berikut merupakan perkiraan biaya dari material per unit meter melalui website https://www.aesteiron.com/astm-a36-carbon-steel-plate-sheet.html:

D. Simulasi Numerik Sederhana

Untuk menyelesaikan case study ini, saya menggunakan python untuk simulasi numerik sederhana dengan beberapa asumsi. Saya menggunakan website https://www.programiz.com/python-programming/online-compiler/ untuk menulis C code dan running secara online.

1. Tinggi dan Tebal Tabung

Berikut adalah contoh simulasi menggunakan Python untuk mendapatkan persamaan tebal dinding tabung penyimpanan hidrogen dengan metode numerik:

import math

# Parameter desain
kapasitas = 1000  # Volume dalam cm^3
pressure = 8  # Tekanan dalam bar
radius = 5  # Radius tabung dalam cm
kekuatan_material = 235  # Kekuatan material dalam MPa
faktor_keamanan = 6

# Menghitung tinggi tabung
tinggi = kapasitas / (math.pi * (radius ** 2))
print("Tinggi tabung:", tinggi, "cm")

# Menghitung tebal dinding
tebal_dinding = (pressure * radius) / (2 * kekuatan_material)
print("Tebal dinding:", tebal_dinding, "cm")

Berikut adalah hasil program setelah dirunning :

Kesimpulan : didapatkan tinggi tabung sebesar 12.73 cm dan tebalnya sebesar 0.08 cm

2. Luas Permukaan Tabung

Setelah mendapatkan tinggi dan tebal tabung, dilakukan perhitungan luas permukaan tabung sebagai berikut :

import math

def calculate_surface_area(diameter, height):
   radius = diameter / 2
   base_area = math.pi * (radius ** 2)
   lateral_area = 2 * math.pi * radius * height
   total_surface_area = 2 * base_area + lateral_area
   return total_surface_area

# Input nilai diameter dan tinggi tabung
diameter = 10  # dalam satuan cm
height = 20  # dalam satuan cm

# Hitung luas permukaan tabung
surface_area = calculate_surface_area(diameter, height)

# Tampilkan hasil
print("Luas permukaan tabung adalah:", surface_area, "cm^2")

Berikut adalah hasil program setelah dirunning :

Kesimpulan : didapatkan luas permukaan tabung sebesar 557 cm^2

3. Verifikasi Kekuatan dan Keamanan Tabung

Berikut merupakan code untuk verifikasi kekuatan dan keamanan tabung secara sederhana :

import math

# Parameter desain
kapasitas = 1000  # Volume dalam cm^3
tekanan_kerja = 8  # Tekanan dalam bar
radius = 5  # Radius tabung dalam cm
kekuatan_material = 235  # Kekuatan material dalam MPa
faktor_keamanan = 6

# Verifikasi kekuatan dan keamanan
tegangan = (tekanan_kerja * radius) / tebal_dinding
print("Tegangan:", tegangan, "bar/cm")
if tegangan / faktor_keamanan <= kekuatan_material:
   print("Desain memenuhi persyaratan kekuatan dan keamanan")
else:
   print("Desain tidak memenuhi persyaratan kekuatan dan keamanan")

Berikut adalah hasil program setelah dirunning :

Kesimpulan : Desain memenuhi persyaratan kekuatan dan keamanan

4. Estimasi Biaya Material Tabung

Berikut merupakan code untuk estimasi biaya material tabung secara sederhana :

def calculate_cost(material_cost, thickness):
   # Estimasi biaya per satuan tebal
   cost_per_unit_thickness = 100000  # dalam rupiah/cm

   # Estimasi biaya total
   total_cost = material_cost * thickness + cost_per_unit_thickness * thickness
   return total_cost

# Input nilai biaya material dan tebal tabung
material_cost = 150  # dalam rupiah/cm^3
thickness = 0.08 # dalam satuan cm

# Hitung estimasi biaya tabung
estimated_cost = calculate_cost(material_cost, thickness)

# Tampilkan hasil
print("Estimasi biaya tabung adalah:", estimated_cost, "rupiah")

Berikut adalah hasil program setelah dirunning :

Kesimpulan: Biaya material untuk 1 tabung kurang lebih Rp8000,- Selain itu, perlu diperhatikan biaya produksi, biaya fabrikasi, biaya pengujian, biaya perlindungan terhadap korosi, biaya sertifikasi dan peraturan, dan biaya lainnya.