Pressurized Hydrogen Storage Optimization

Pressurized Hydrogen Storage Optimization

---

Tugas : Merancang dan mengoptimalkan tangki penyimpanan hidrogen bertekanan 1 liter (8 bar)

Dalam merancang konsep tangki hidrogen dengan kapasitas 1 liter, tekanan 8 bar, dan biaya produksi maksimal Rp. 500.000, berikut adalah beberapa langkah dan pertimbangan yang perlu diperhatikan:

Pemilihan Bahan Tangki: Pertimbangkan penggunaan bahan yang kuat dan ringan, seperti aluminium atau serat karbon, untuk meminimalkan biaya produksi dan memenuhi persyaratan kekuatan. Pastikan bahan tersebut mampu menahan tekanan 8 bar dengan aman.

Desain dan Ukuran Tangki: Merancang tangki dengan ukuran dan bentuk yang tepat untuk memuat kapasitas 1 liter hidrogen dan menahan tekanan 8 bar. Pertimbangkan untuk mengoptimalkan ukuran tangki agar dapat mengurangi penggunaan bahan dan mengendalikan biaya produksi.

Konstruksi dan Pengelasan: Pastikan tangki dirancang dengan sambungan yang kuat dan aman. Gunakan metode pengelasan seperti TIG (Tungsten Inert Gas) atau MIG (Metal Inert Gas) yang sesuai untuk menggabungkan bagian-bagian tangki. Selalu patuhi standar keamanan dalam proses pengelasan.

Sistem Penguncian dan Penyegelan: Pastikan tangki dilengkapi dengan sistem penguncian yang efektif untuk mencegah kebocoran hidrogen. Lakukan pemeriksaan dan pengujian kebocoran secara menyeluruh untuk memastikan tangki dapat mempertahankan tekanan yang diinginkan selama penggunaan.

Perlindungan dan Keamanan: Sertakan sistem perlindungan dan katup pelepas tekanan untuk mengurangi risiko kegagalan dan kelebihan tekanan pada tangki. Perhatikan faktor keamanan yang sangat penting dalam perancangan tangki hidrogen.

Biaya Produksi: Selama merancang tangki, perhatikan biaya produksi secara keseluruhan agar tetap berada dalam batas maksimal Rp. 500.000. Pilih bahan dan metode konstruksi yang efisien untuk mencapai tujuan ini. Hitunglah biaya bahan, biaya tenaga kerja, dan biaya produksi lainnya dengan cermat.

Selain itu, penting untuk memperhatikan manajemen risiko dalam merancang tangki hidrogen. Beberapa pertimbangan yang dapat diikuti antara lain:

Identifikasi Risiko: Lakukan identifikasi risiko yang terkait dengan tangki hidrogen, seperti kebocoran hidrogen, kegagalan struktural, kelebihan tekanan, atau reaksi kimia yang tidak diinginkan. Perhatikan juga faktor-faktor lingkungan dan keamanan yang relevan.

Analisis Risiko: Lakukan analisis risiko secara sistematis untuk menilai probabilitas dan dampak setiap risiko yang diidentifikasi. Prioritaskan risiko berdasarkan tingkat keparahan dan kemungkinan terjadinya.

Mitigasi Risiko: Berdasarkan hasil analisis risiko, buat rencana mitigasi yang efektif untuk mengurangi risiko yang diidentifikasi. Misalnya, implementasikan sistem deteksi kebocoran hidrogen yang sensitif, pilih material dengan kekuatan yang sesuai, dan sertakan perangkat pelepas tekanan yang terpercaya.

Material Tangki: Pilih material yang cocok untuk tangki hidrogen dengan mempertimbangkan faktor risiko. Pastikan material tersebut tahan terhadap korosi dan embrittlement akibat hidrogen. Lakukan pengujian material secara menyeluruh untuk memastikan kesesuaiannya.

Desain Struktural: Rancang struktur tangki dengan mempertimbangkan kekuatan, keamanan, dan risiko terkait. Gunakan metode analisis struktural seperti finite element analysis (FEA) untuk memastikan kekuatan dan integritas struktural yang memadai.

Pengelasan dan Sambungan: Pastikan pengelasan dan sambungan pada tangki dilakukan dengan hati-hati dan sesuai dengan standar keamanan. Lakukan pengujian non-destruktif untuk memastikan kualitas pengelasan dan sambungan.

Pengujian Kebocoran dan Tekanan: Lakukan pengujian tekanan dan kebocoran secara rutin untuk memastikan integritas tangki. Terapkan protokol pengujian yang ketat dan dokumentasikan hasil pengujian secara cermat.

Sistem Pelepas Tekanan Darurat: Pasang sistem pelepas tekanan darurat, seperti katup pelepas tekanan, yang akan berfungsi saat tekanan melebihi batas aman. Pastikan sistem tersebut dirancang dengan benar dan diuji secara teratur.

Pelatihan Operator dan Prosedur Keselamatan: Lakukan pelatihan operator yang komprehensif tentang penanganan, pengoperasian, dan pemeliharaan tangki hidrogen. Tetapkan prosedur keselamatan yang jelas dan pastikan operator memahaminya dengan baik.

Pemantauan dan Pemeliharaan Rutin: Lakukan pemantauan dan pemeliharaan rutin pada tangki hidrogen untuk mengidentifikasi masalah potensial sebelum terjadi kegagalan. Lakukan pemeriksaan dan pengujian secara berkala.

Perlu dicatat bahwa perancangan yang tepat dari tangki hidrogen membutuhkan pemahaman mendalam tentang teknologi dan keamanan tangki tekanan. Selalu berpegang pada standar dan regulasi yang berlaku, dan dapatkan bantuan dari ahli terkait jika diperlukan.

Geometrical Constraint

Result of first section of code

from math import pi

import pprint


'''

r = radius
circle_area = pi * r**2
circle_circumference = 2 * pi * r

h = height
cylinder_volume = pi * r**2 * h

cylinder_surface = 2 * (pi * r**2) + (2 * pi * r * h)

constraint for cylinder_volume be a constant of 1 liter (cubic centimeter)
cylinder_volume = 1000
h in terms of r
h = 1000/(pi * r**2)

substitute in
cylinder_surface = 2 * (pi * r**2) + (2 * pi * r * 1000/(pi * r**2))

'''

mylist = []               # create a list of (surface area, radius)
for r in range(1, 21):    # assume a maximum of 20cm radius
    cylinder_surface = 2 * (pi * r**2) + (2 * pi * r * 1000/(pi * r**2))
    mylist.append((cylinder_surface, r))

# test
pprint.pprint(mylist)

Geometry optimization result for radius and height for minimum surface area

r = 5
surface_list = []
while True:
    cylinder_surface = 2 * (pi * r**2) + (2 * pi * r * 1000/(pi * r**2))
    surface_list.append((cylinder_surface, r)) 
    r += 0.01
    if r > 6:
        break

print('minimum surface area and radius: ', min(surface_list))

min_surface = min(surface_list)[0]
sf = "Minimum surface of a 1000ml tank = {:0.2f} square centimeters"
print(sf.format(min_surface))    
radius = min(surface_list)[1]
print("Radius of 1000ml tank = {:0.2f} centimeters".format(radius))
height = 1000/(pi * radius**2)
print("Height of 1000ml tank = {:0.2f} centimeters".format(height))  
sf = "Ratio of height to radius of a minimized surface can = {:0.2f}"
print(sf.format(height/radius))