Arvin Kareem F

بِسْمِ اللهِ الرَّحْمَنِ الرَّحِيْمِ

Assalamualaikum, saya Arvin Kareem Fadhurahman dengan NPM 2106732840 dari kelas Metode Numerik - 03

HIDROGEN

Hidrogen adalah unsur kimia dengan simbol H dan nomor atom 1. Hidrogen merupakan elemen teringan dalam tabel periodik. Pada kondisi standar, hidrogen adalah gas dengan molekul diatomik yang memiliki rumus H2. Hidrogen tidak memiliki warna, tidak berbau, tidak berasa, non-toksik, dan sangat mudah terbakar. Hidrogen adalah zat kimia yang paling melimpah di alam semesta, menyusun sekitar 75% dari seluruh materi.

Gas hidrogen sendiri adalah gas yang mudah terbakar

2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l) (572 kJ/2 mol = 286 kJ/mol = 141,865 MJ/kg)

dengan entalpi pembakaran adalah -286 kJ/mol.

MENDESAIN SEBUAH TANGKI HIDROGEN

Pada era perkembangan teknologi yang semakin pesat, upaya untuk mencari alternatif energi yang ramah lingkungan terus meningkat. Salah satu solusi yang menarik adalah penggunaan hidrogen sebagai sumber energi untuk kendaraan bermotor. Hidrogen merupakan bahan bakar yang bersih, tidak menghasilkan emisi karbon, dan dapat dihasilkan melalui proses elektrolisis air.

Tangki hidrogen adalah wadah yang digunakan untuk menyimpan hidrogen yang terkompresi. Hidrogen dapat disimpan dalam bentuk gas atau cair. Sebuah tangki penyimpanan gas bekerja dengan cara menyimpan hidrogen yang terkompresi di bawah tekanan. Sementara itu, tangki penyimpanan kriogenik bekerja dengan cara menyimpan hidrogen dalam bentuk cair.

Parameter Desain

Pada desain tangki hidrogen kali ini diberikan beberapa parameter:

1. Tangki memiliki kapasitas 1 liter

2. Mampu menahan tekanan hingga 8 bar

3. Design budget tidak melebihi Rp.500.000

Faktor-Faktor Konsiderasi

1. Kekuatan : Mengingat bahwa parameter desain yang diberikan bahwa tangki harus mampu menahan tekanan 8 bar, tangki harus dirancang agar memiliki kekuatan yang cukup untuk menahan tekanan dari hidrogen seperti logam atau serat karbon.

2. Keberlanjutan : Tangki juga harus didesain agar dapat digunakan kembali. Oleh karena itu perlu dipertimbangkan fitur-fitur seperti segel yang baik, penguncian yang aman, dan material yang tidak mudah berkarat.

3.Kompatibilitas Material : Selain memilih material yang kuat, perlu dipikirkan juga jenis material yang tidak mudah bereaksi dengan hidrogen. Apabila terjadi reaksi maka dapat menimbulkan korosi pada tangki dan juga akan menurunkan kualitas itu sendiri.

4. Efisiensi Produksi : Desain tangki juga harus mempertimbangkan efisiensi produksi seperti biaya material dan desain dari tangki itu sendiri. Produksi yang efisien akan membantu menekan biaya yang dibutuhkan untuk memproduksi tangki.

5. Standarisasi : Desain tangki harus memenuhi standar dari badan regulasi standar yang relevan

6. Transportabilitas : Tangki hidrogen harus didesain agar mudah dipasang atau dipindahkan kepada sistem yang ditujukan. Maka harus dipertimbangkan berat tangki yang sesuai

OPTIMISASI HYDROGEN TANK

Berdasarkan pada diagram fase diatas, hidrogen pada tekanan 8 bar dengan temperatur 25 derajat celcius akan berada pada fase gas

Menentukan dimensi tangki:

Dari gambar diatas kita bisa menentukan volume dari tangki dengan menggunakan persamaan volume untuk mencari tinggi tangki. Jika kita gunakan diameter tangki sebesar 10 cm maka bisa diperoleh tinggi tangki:

h = 1.000/3,14 x 5 x 5

h = 12,73 cm

1. Allowable Stress

Material yang digunakan adalah sheet metal ASTM A36 dengan yield strength 248 MPa

Allowable Stress = 2/3 x 248 = 165,3 MPa

2. Minimum Thickness

E = 0,60

P = 8 bar = 116 Psi

R = 100 mm = 3,93 inch

S = 24000 ksi

Corrosion allowance = 1 mm = 0,039 inch

t = 116x(3,93+0,039) / (24000x0,6)-(0,6x116) = 0,03212 + corrosion allowance

t = 0,07112 in atau 1,8 mm

3. Stress Analysis

Dari hasil stress analysis yang dilakukan pada tangki dengan ketebalan 1,8 mm, dapat kita lihat bahwa tegangan maksimum yang dialami tangki adalah 198,6 MPa. Jika kita lihat dari allowable yang ditentukan, tegangan yang dialami lebih besar dari yang sudah kita kalkulasi dengan persamaan diatas. Alternatif yang dilakukan adalah dengan menambah ketebalan dari dinding tangki. Setelah ketebalan tangki dinaikan dan dilakukan kembali stress analysis, diperoleh tegangan:

4. Manufacturing Cost

a. Harga material: ASTM A36

b. Dengan data massa yang diperoleh kita bisa melihat massa material yang dipakai dan memperoleh total harga material: 8,346 x 14.840 = Rp. 15.626

c. Dibutuhkan nozzle untuk memasukan dan mengeluarkan hidrogen: Nozzle Tip

d. Pressure gauge untuk mengukur tekanan dalam tangki Pressure Gauge

e. Estimasi biaya pemesinan: Machining, Welding, Fitting, listrik : Rp. 150.000

f. Total biaya produksi : 124.000 + 11.000 + 125.000 + 150.000 = Rp. 301.626