Daffa Sulaiman Kamil

Perkenalan

Assalamualaikum perkenalkan nama saya Daffa Sulaiman Kamil dengan NPM 2106731062, sekarang saya sedang berkuliah di Universitas Indonesia, Fakultas Teknik, Departemen Teknik Mesin, Teknik Perkapalan.

Resume Kuliah Metnum 26/05/2023

Pada perkulaihan hari ini masih belum masuk ke materi, melainkan cara bagaimana kami sebagai mahasiswa dapat menyadari apa yang dapat kami pelajari dari mata kuliah matematika numerik ini.

Pak DAI menyampaikan bahwa dia memiliki filosofi hidup yaitu i am my consciousness, jika diartikan secara bebas adalah aku adalah kesadaranku, beliau menjejelaskan bahwa setiap manusia akan berubag sehubung dengan jalannya waktu, seperti seorang anak muda yang memiliki kulit yang sehat dengan seiringnya waktu dia akan memiliki kulit yang keriput,rambut nya yang hitam lebat akan menjadi rambut beruban yang jarang, namun ada satu hal yang tidak akan berubah yaitu kesadarannya dia itu sendiri.

Paragraf ini saya buat untuk memasukan opini saya mengenai filosofi Pak DAI yang saya anggap menarik. Saya masih belum terlalu memahami apa yang dimaksud beliau dengan consciousness suatu manusia yang dia anggap sebagai identitas manusia tersebut, namun jika saya boleh berpendapat, yang beliau maksud dari consciousness adalah jati diri dari manusia. Dimana seorang manusia akan memiliki banyak perubahan baik secara fisikal maupun secara mental, bahkan pola pikir manusia dapat berubah dengan cepat jika dia membaca atau mendengar suatu pola pikir yang dia anggap itu menarik, namun belum tentu benar. Namun untuk Jati diri seorang manusia tidak akan bisa berubah bagaimanapun mereka ingin merubahnya. Karena jati diri manusia bukan hal yang dapat manusia rasakan secara sadar, yaitu jati diri manusia hanya akan muncul ketika situasi terdesak atau situasi dimana tidak ada manusia lain yang memperhatikan dia, dimana dia tidak dapat berbohong terhadap dirinya sendiri, seperti contoh seseorang penakut bisa saja dia berpura-pura menjadi pemberani agar dia dipandang lebih oleh orang lain, namun ketika suatu situasi terdesak dan tidak ada manusia yang melihatnya seorang penakut akan kembali ke jati dirinya secara tidak sadar. Oleh karena itu menurut opini saya yang dimaksud Pak DAI dengan i am my consciousness adalah Saya Adalah Jati Diri Saya.

Selanjutnya Pak DAI menjelaskan bahwa dalam belajar kita disarankan jangan hanya datang ke kampus untuk mengisi absen, namun tidak mendapatakan esensi dari mata kuliah yang kita ambil, karena hal tersebut hanya membuang waktu saja, yang dimana waktu tersebut dapat digunakan untuk melakukan kegiatan yang lebih bermanfaat.

Pak DAI juga bertanya kepada seluruh mahasiswa yang ada di kelas mengapa kita berjuang untuk mendapatkan sarjana padahal banyak orang di luar sana yang tidak memiliki gelar sarjana namun bisa menjadi orang sukses. Pertanyaan tersebut dapat belum bisa terjawab oleh mahasiswa yang lain.

Pak DAI juga berbicara mengenai agama. Mengapa kami melakukan ibadah, ada mahasiswa yang menjawab karena suruhan orang tua, Pak DAI bilang bahwa kita beribadah jangan hanya karena kita disuruh oleh orang tua dan tidak mengetahui kenapa kita beribadah, apa tujuan dari ibadah itu, jika kita mencari jawaban dari pertanyaan tersebut maka kita dapat melakukan ibadah dengan giat karena kita mengerti kenapa kita beribadah.

Pressurised Hydrogen Storage

Parameter:

Harga < Rp500.000,00

Tekanan = 8 bar

Volume = 1 liter

Week 1 : Study Case

Dalam beberapa paper dan journal yang sudah saya baca, tujuan dari penggunaan dari pressurised hydrogen storage ini adalah untuk diletakan di dalam FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle) yaitu suatu hydrogen baik dalam bentuk liquid ataupun gas akan menjadi bahan bakar dari sebuah modal transportasi bail itu kapal, motor, dan yang paling diutamakan adalah mobil.

Dalam penelitian yang sudah ada mengenai pressurised hydrogen storage, pembagian composite material dari pressurised hydrogen storage dibagi menjadi 4 tipe yaitu:

Tipe 1 = tipe penyimpanan hydrogen dengan menggunakan besi sebagai material tanpa ada material tambahannya atau composite. Kekurangan dari tipe penyimpanan ini adalah bebannya yang cukup besar, yang dimana membuat tipe penyimpanan ini sulit untuk diletakan di dalam mobil tanpa harus mengorbankan beban dari mobil yang menggunakan tipe penyimpanan ini.

Tipe 2 = tipe ini menggunakan liner besi dan hoop-wrapped composite cylinder. Dimana berat dari tipe ini lebih rendah dari tipe 1, namun masih terlalu berat untuk penggunaan di dalam mobil.

Tantangan dari kedua tipe diatas bukan hanya dari optimasi berat material melainkan juga tantangan pelemahan material besi oleh hydrogen yang penilitiannya masih berlanjut, jadi masih belum bisa disimpulkan.

Tipe 3 = tipe ini sama dengan tipe 2 yaitu menggunakan fully wrapped composite cylinder with a metal liner namun perbedaanya adalah metal yang digunakan adalah alumunium yang akan membuat berat menjadi lebih rendah 25% - 75% dari tipe satu yang membuat tipe ini cocok untuk diletakan di mobil. Kelemahan dari tipe ini adalah harganya yang terlalu mahal

Tipe 4 = tipe IV terdiri dari silinder komposit yang sepenuhnya dilapisi dengan liner plastik (biasanya polietilena berkepadatan tinggi), yang bertindak sebagai penghalang permeasi hidrogen. Komposit overwrap berfungsi sebagai struktur penahan beban dan biasanya terbuat dari serat karbon atau komposit serat karbon/kaca dalam matriks epoksi. Tabung tipe IV merupakan tabung tekanan yang paling ringan, sehingga sangat cocok untuk aplikasi kendaraan, dan dapat menahan tekanan tinggi hingga 1.000 bar. Namun, mereka terlalu mahal karena kontribusi biaya yang signifikan dari serat karbon.

Final Report of Pressurised Hydrogen Storage

Saya membuat laporan ini dengan tujuan untuk optimasi dari desain Pressurised Hydrogen Storage, dimana dalam desain yang akan kami buat ada beberapa parameter-parameter yang tidak boleh dilewati, yaitu: desain yang kami buat harus mampu menahan tekanan sebesar 8 bar, mempunyai volume sebesar 1 liter, dan memiliki batasan harga maksimum sebesar Rp500.000,00.

---

Parameter Dimensi

Optimasi pertama yang saya tentukan adalah menentukan dimensi dari tabung hidrogen yang akan saya buat, yaitu radius dan tinggi dari tabung ini. Cara menentukannya adalah dengan mencari radius dan tinggi yang paling kecil yang dapat memiliki volume sebesar 1 liter, untuk mencari dengan cara manual dapat memakan waktu banyak. Dengan menggunakan cara numerik saya dapat menentukan dimensi dari tabung dengan cepat.

import numpy as np
from scipy.optimize import minimize

def calculateSurfaceArea(x):
   radius, height = x
   return 2 * np.pi * radius * height + 2 * np.pi * radius**2

def volumeConstraint(x, volume_target):
   radius, height = x
   return np.pi * radius**2 * height - volume_target

volume_target = 1000  

def optimizationProblem(x):
   return calculateSurfaceArea(x)  

initial_guess = [1.0, 1.0]
constraints = [{'type': 'ineq', 'fun': lambda x: volumeConstraint(x, volume_target)}]
bounds = [(0, None), (0, None)]
result = minimize(optimizationProblem, initial_guess, method='SLSQP', bounds=bounds, constraints=constraints)
radius_optimal, height_optimal = result.x
surface_area_optimal = calculateSurfaceArea([radius_optimal, height_optimal])

print('Optimal Radius:', radius_optimal, 'cm')
print('Optimal Height:', height_optimal, 'cm')
print('Optimal Surface Area:', surface_area_optimal, 'cm^2')

Dengan output

Optimal Radius: 5.419259729080688 cm
Optimal Height: 10.838525292449377 cm
Optimal Surface Area: 553.5810446073142 cm^2

Parameter Kekuatan

Setelah mendapatkan dimensi dari tabung hidrogen kita harus menentukan material yang akan digunakan untuk menjadi bahan untuk tabung tersebut. Untuk material yang saya gunakan adalah Stainless Steel 304, alasan mengapa saya menggunakan material tersebut adalah karena material tersebut memiliki harga yang murah, namun kekuatan Yield Strength nya tinggi yaitu 215 Mpa menurut [1].

Untuk menentukan ketebalan yang saya gunakan untuk taBUNG hidrogen ini saya mencari dari PT.CITRA ANGGUN LESTARI. Saya menggunakan ketebelan yang dijual vendor tersebut adalah untuk menghemat biaya dalam mengubah ketebalan plat yang ingin saya beli.

Berikut harga plat Stainless Steel 304 yang di jual oleh PT.CITRA ANGGUN LESTARI

Dengan menggunakan tabel diatas saya bisa menentukan apakah ketebalan yang disediakan oleh PT.CITRA ANGGUN LESTARI mampu untuk menahan tekanan yang sesuai dengan parameter diatas, yaitu dengan menggunakan Hoop Stress.

Saya menggunakan metode numerik untuk mencari hasilnya.

r = 5.41e-2  
p = 800000 
atm = 101300  
Y_Strength = 215000000

for t in range(10, 130, 10):
   t /= 10000  
   hoop = ((p - atm)*(2*r) )/ (2*t)
   print('with thickness of', t, 'm',',','allowable hoop stress =', hoop, "Pa")
   if hoop > Y_Strength:  
       break

Dengan Output

with thickness of 0.001 m , allowable hoop stress = 37799670.0 Pa
with thickness of 0.002 m , allowable hoop stress = 18899835.0 Pa
with thickness of 0.003 m , allowable hoop stress = 12599890.0 Pa
with thickness of 0.004 m , allowable hoop stress = 9449917.5 Pa
with thickness of 0.005 m , allowable hoop stress = 7559933.999999999 Pa
with thickness of 0.006 m , allowable hoop stress = 6299945.0 Pa
with thickness of 0.007 m , allowable hoop stress = 5399952.857142856 Pa
with thickness of 0.008 m , allowable hoop stress = 4724958.75 Pa
with thickness of 0.009 m , allowable hoop stress = 4199963.333333333 Pa
with thickness of 0.01 m , allowable hoop stress = 3779966.9999999995 Pa
with thickness of 0.011 m , allowable hoop stress = 3436333.6363636362 Pa
with thickness of 0.012 m , allowable hoop stress = 3149972.5 Pa

Hasil dari script diatas membuktikan bahwa ketebalan yang disediakan oleh vendor mampu untuk menahan tekanan sebesar 8 bar.

Parameter Biaya

Yang terakhir adalah optimasi biaya dengan kekuatan, untuk menentukan hal tersebut saya menggunakan excel untuk mengolah data yang sudah saya dapakan.

Dari data tersebut yang saya pilih adalah plat Stainless Steel dengan ketebalan 12 mm , dengan harga Rp232.097,45 dan berat 5,31 kg.

Kesimpulan

Hasil dari laporan ini adalah spesifikasi dari tabung hidrogen yang sesuai dengan parameter yang diberikan, dan bahkan masih mampu ditingkat kan kembali baik dari segi kekuatan ataupun teknologi, selain itu laporan ini juga membuktikan bahwa metode numerik dapat membantu pekerjaan yang dpat memakan waktu banyak menjadi pekerjaan singkat karena dibantu dengan metode komputasi.

Hasil dari laporan ini tidak bisa dijadikan hasil akhir dari desain untuk membuat hydrogen storage yang bisa digunakan di FCEV karena masih banyak faktor yang dapat menentukan layak atau tidaknya hydrogen storage untuk dijadikan tempat bahan bakar untuk FCEV. Namun dengan mengerjakan laporan ini saya sudah dapat arahan jika saya inging melanjutkan pekerjaan saya di masa depan nanti bagaimana saya dapat membuat hal yang serupa dengan hasil dari laporan ini, dan juga laporan ini membuat saya sadar masih banyak lagi yang perlu saya pelajari sebelum saya dapat benar-benar mengerti tentang Hydrogen Storage ini. itulah mengapa pentingnya Conciusness dalam belajar, bahwa kita harus sadar kita tidak bisa menjadi ahli dalam suatu bidang hanya karena kita mampu membuat suatu produk dalam bidang tersebut.

Daffa Sulaiman Kamil Departemen Teknik Mesin Teknik Perkapalan 2106731062

Matematika Numerik-05