Nabila Khoirun Nisa

Introduction

Perkenalkan saya Nabila Khoirun Nisa, lahir di Bogor, 27 Agustus 2003. Saya berdomisili di Kota Depok.

Resume Kuliah Pertemuan 26/05/2023

Pada pertemuan ini, dijelaskan tentang penjelasan metode numerik dan penerapannya yang berhubungan dengan kehidupan. Lalu diberikan soal yaitu berapakah nilai X^2-1/X-1 jika X=1, penyelesaian untuk soal ini ada dua cara. Cara pertama jika langsung memasukin nilai x=1 kedalam persamaan tersebut maka akan didapatkan nilai 0/0 (tidak terdefinisi), pembagian 0/0 didalam matematika itu menimbulkan ambiguitas karena hasilnya tidak eksak dan tidak mempunyai nilai numerik yang tepat, mungkin bisa menggunakan bahasa pemrograman untuk mendapatkan nilai yang mendekati 0 tapi nilai tersebut tetap tidak eksak. Cara kedua dengan menjabarkan persamaannya tersebut menjadi (x+1)(x-1)/(x-1) maka akan didapatkan nilai 2. Namun kedua jawaban ini tetaplah tidak eksak karena yang eksak di dunia ini hanyalah Tuhan yang Maha Esa.

Design & Optimization of Pressurized Hydrogen Storage

Designing and optimizing a pressurized hydrogen storage system with a capacity of 1 liter and a pressure level of 8 bar while keeping the cost below Rp 500,000 requires careful consideration of various factors. On this occasion, I am using ChatGPT to answer the question. Here's a high-level approach you can follow:

• Tank Selection

Choose a suitable tank material and design that can withstand the required pressure and store 1 liter of hydrogen. Common materials for hydrogen storage tanks include carbon fiber composites and certain types of steel.

• Tank Sizing

Determine the optimal tank size based on the desired capacity of 1 liter and pressure level of 8 bar. Consider factors such as the hydrogen's density, temperature effects, and safety margins.

• Safety Measures

Ensure that the storage system incorporates safety features to prevent leakage, rupture, and other hazards. This may include pressure relief valves, burst discs, and proper sealing mechanisms.

• Material Cost Optimization

Explore various materials and manufacturing techniques to reduce the cost of the storage system while maintaining safety and performance requirements. This may involve analyzing different suppliers, considering alternative materials, or optimizing the manufacturing process.

• Manufacturing Process

Optimize the production process to minimize costs. This could involve techniques such as automated manufacturing, bulk purchasing of components, or leveraging economies of scale.

• System Integration

Consider the overall integration of the storage system within the larger hydrogen infrastructure. This includes connections to hydrogen production and distribution systems, as well as any necessary safety interlocks or controls.

• Cost Analysis

Conduct a comprehensive cost analysis, factoring in material costs, manufacturing costs, quality control, safety measures, and any other associated expenses. Ensure that the total cost remains below Rp 500,000.

• Performance Optimization

Assess the overall performance of the storage system, including factors such as efficiency, weight, and size. Look for opportunities to optimize the design to enhance performance while keeping costs within budget.

It's important to note that the cost of hydrogen storage systems can vary significantly depending on factors such as local market conditions, manufacturing capabilities, and specific design requirements. The provided budget constraint might be challenging to achieve, so additional research and cost analysis would be necessary to identify specific solutions that meet your requirements.

Final Report Design Hydrogen Storage

Hidrogen dianggap sebagai salah satu solusi potensial untuk mengurangi emisi gas rumah kaca dan mengatasi ketergantungan terhadap bahan bakar fosil. Namun, penyimpanan hidrogen merupakan tantangan teknis karena sifatnya yang memiliki kepadatan energi yang tinggi tetapi memiliki massa jenis yang rendah. Hidrogen gas biasanya harus disimpan pada tekanan yang tinggi atau dalam bentuk cair pada suhu sangat rendah untuk mencapai kepadatan energi yang memadai. Oleh karena itu, pengembangan tangki penyimpanan hidrogen yang efisien, aman, dan terjangkau sangat penting.

Pemilihan Material

Terdapat beberapa material yang umum digunakan untuk penyimpanan hidrogen dalam tangki. Beberapa diantaranya yaitu:

- Baja Karbon (Carbon Steel): Baja karbon adalah material yang kuat dan tahan korosi, sehingga sering digunakan untuk tangki penyimpanan hidrogen. Namun, baja karbon memiliki kecenderungan terhadap fragilitas yang disebabkan oleh hidrogen, terutama pada tekanan tinggi dan suhu rendah.

- Baja Tahan Karat (Stainless Steel): Baja tahan karat seperti 316 stainless steel atau 304 stainless steel sering digunakan untuk tangki penyimpanan hidrogen. Baja tahan karat memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap korosi oleh hidrogen.

- Aluminium: Aluminium memiliki kepadatan yang rendah dan tahan korosi, sehingga juga merupakan pilihan yang populer untuk penyimpanan hidrogen. Namun, aluminium cenderung memiliki kebocoran hidrogen yang lebih tinggi dibandingkan dengan baja.

- Komposit Serat Karbon (Carbon Fiber Composites): Komposit serat karbon memiliki kekuatan yang tinggi dan kepadatan yang rendah, sehingga menjadi alternatif yang menarik untuk penyimpanan hidrogen. Komposit serat karbon dapat mengatasi beberapa masalah fragilitas yang terkait dengan baja karbon.

- Polimer Kuat (High-Strength Polymers): Beberapa polimer kuat seperti polietilena berdensitas tinggi (HDPE) dan polieterketon (PEK) juga digunakan dalam tangki penyimpanan hidrogen. Polimer ini memiliki kekuatan yang cukup tinggi dan tahan terhadap korosi hidrogen.

Pemilihan material untuk tangki penyimpanan hidrogen harus mempertimbangkan faktor seperti kekuatan, ketahanan korosi, ketahanan terhadap fragilitas hidrogen, dan kebutuhan lainnya tergantung pada aplikasi spesifik. Selain itu, penting untuk mematuhi regulasi keselamatan yang berlaku dalam pemilihan dan penggunaan material tersebut. Material yang saya pilih untuk Hydrogen Storage adalah 316 stainless steel.

Spesifikasi Hydrogen Storage

Volume Tank: 1 Liter

Tekanan: 8 bar

Anggaran maksimal: Rp 500.000

Material: 316 stainless steel

---

Perhitungan Hydrogen Storage

---

Menghitung Ketebalan Bahan

def calculate_optimized_thickness(volume, pressure):
    # Stainless Steel properties
    yield_strength = 205e6  # Yield strength of the stainless steel in Pascals
    safety_factor = 3  # Desired safety factor
    
    # Conversion factors
    bar_to_pa = 1e5  # Bar to Pascal conversion factor
     
    # Convert pressure to Pascal
    pressure_pa = pressure * bar_to_pa
    
    # Calculate the radius of the cylinder using the given volume
    radius = (3 * volume / (4 * math.pi))**(1/3)
    
    # Calculate the hoop stress
    hoop_stress = pressure_pa * radius / 2
    
    # Calculate the required thickness
    thickness = hoop_stress * safety_factor / yield_strength
    
    # Convert thickness to millimeters
    thickness_mm = thickness * 1000
    
    return thickness_mm

# Input parameters
volume = 1  # 1-liter capacity
pressure = 8  # 8 bar pressure

# Calculate the optimized thickness
optimized_thickness = calculate_optimized_thickness(volume, pressure)

print(f"The optimized thickness of the stainless steel hydrogen storage vessel is {optimized_thickness:.2f} mm.")

Maka, diperoleh ketebalan bahan stainless steel untuk Hydrogen Storage adalah 3,63 mm

Menghitung Luas Tabung

import math

def calculate_surface_area(radius, height):
    # Calculate the surface area of the tube
    base_area = math.pi * radius**2
    lateral_area = 2 * math.pi * radius * height
    surface_area = 2 * base_area + lateral_area

    return surface_area

def find_optimal_dimensions(volume, pressure, tensile_strength):
    # Convert volume from mL to cm^3
    volume_cm3 = volume

    # Convert pressure from bar to Pascal
    pressure_pa = pressure * 100000

    # Initialize variables for optimal dimensions
    optimal_radius = None
    optimal_height = None
    min_surface_area = float('inf')

    # Iterate over possible radius values
    for radius in range(1, int(math.sqrt(volume_cm3 / math.pi)) + 1):
        # Calculate the corresponding height for the given volume and radius
        height = volume_cm3 / (math.pi * radius**2)

        # Calculate the surface area for the current dimensions
        surface_area = calculate_surface_area(radius, height)

        # Check if the current surface area is the lowest found so far
        if surface_area < min_surface_area:
            min_surface_area = surface_area
            optimal_radius = radius
            optimal_height = height

    # Convert optimal radius to centimeters
    optimal_radius_cm = optimal_radius

    return optimal_radius_cm, optimal_height

# Define the input parameters
volume = 1000  # 1 liter = 1000 mL
pressure = 8  # bar
tensile_strength = 515  # MPa

# Find the optimal dimensions
optimal_radius_cm, optimal_height = find_optimal_dimensions(volume, pressure, tensile_strength)

# Display the results
print(f"Dimensi yang menghasilkan luas permukaan terendah untuk tabung 1 liter dengan tekanan 8 bar:")
print(f"Radius: {optimal_radius_cm} cm")
print(f"Tinggi: {optimal_height} cm")

Maka, diperoleh radius sebesar 5 cm dan tinggi 12.732395447351626 cm

Menghitung Surface Area

import math

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

def find_surface_area():
    # Konversi radius, tinggi, dan ketebalan plat menjadi cm
    radius_cm = 5
    height_cm = 12.73
    thickness_mm = 3.63

    # Konversi kapasitas dalam liter menjadi volume dalam cm^3
    volume = 1000

    # Konversi tekanan dalam bar menjadi tekanan dalam Pa
    pressure = 8 * 10**5

    # Kekuatan tarik baja dalam Pa
    tensile_strength = 515 * 10**6

    # Konversi ketebalan plat menjadi cm
    thickness_cm = thickness_mm / 10

    # Hitung jari-jari dalam cm
    inner_radius = radius_cm - thickness_cm

    # Hitung tinggi dalam cm
    inner_height = height_cm - (2 * thickness_cm)

    # Hitung luas permukaan tabung dalam cm^2
    surface_area = calculate_surface_area(inner_radius, inner_height)

    # Periksa apakah tekanan dalam batas kekuatan tarik baja
    if surface_area * pressure <= tensile_strength:
        return surface_area
    else:
        return None

# Panggil fungsi untuk mencari luas permukaan tabung
surface_area = find_surface_area()

# Tampilkan hasil
if surface_area is not None:
    print("Luas permukaan tabung hidrogen: ", surface_area, " cm^2")
else:
    print("Luas permukaan tabung melebihi batas kekuatan tarik baja.")

Maka, diperoleh surface area sebesar 484.83770281294807 cm^2

Menghitung Harga Hydrogen Storage

Saya mencari material di Tokopedia dan didapatkan Stainless Steel 316 dengan harga Rp 390 per 1 cm. Maka, untuk membuat Hydrogen Storage dengan ketebalan 3.63 mm, radius 5 cm, tinggi 12.732395447351626 cm, dan Luas permukaan 484.83770281294807 cm^2 diperlukan biaya Rp 189.150

Melalui sumber monotaro.id didapatkan harga Regulator untuk 140 psi dengan pengukur tekanan sebesar Rp154.290

Maka, total pengeluaran untuk membuat Hydrogen Storage sebesar Rp 343.440