Fakhri Munif

Biodata

hallo semua perkenalkan nama saya Fakhri Munif biasa dipanggil aco dengan nomor npm (2106656081)

HYDROGEN STORAGE

Penyimpanan hidrogen merujuk pada proses dan metode yang digunakan untuk menyimpan hidrogen dalam bentuk yang aman, efisien, dan praktis. Penyimpanan yang efektif dan efisien dari hidrogen merupakan tantangan utama dalam pengembangan teknologi hidrogen sebagai sumber energi alternatif.

Ada beberapa metode utama yang digunakan untuk penyimpanan hidrogen:

1. Penyimpanan dalam Bentuk Gas: Hidrogen dapat disimpan dalam tangki tekanan tinggi yang dirancang khusus untuk menahan tekanan hidrogen. Metode ini digunakan dalam kendaraan bertenaga hidrogen dan aplikasi industri lainnya. Penyimpanan dalam bentuk gas memiliki keuntungan dalam hal kesederhanaan dan ketersediaan, tetapi memiliki kepadatan energi yang rendah sehingga memerlukan tangki yang cukup besar.

2. Penyimpanan dalam Bentuk Cair: Hidrogen juga dapat disimpan dalam bentuk cair dengan mendinginkan gas hidrogen hingga suhu sangat rendah (sekitar -253°C). Penyimpanan dalam bentuk cair memungkinkan peningkatan kepadatan energi dibandingkan dengan penyimpanan gas, tetapi memerlukan infrastruktur yang kompleks dan mahal.

3. Penyimpanan dalam Material Penyerap: Metode ini melibatkan penggunaan bahan penyerap seperti logam padat, karbon, atau hidrida logam yang dapat mengabsorpsi hidrogen dalam kondisi tertentu. Penyimpanan hidrogen dalam material penyerap dapat memberikan kepadatan energi yang lebih tinggi dan memungkinkan penyimpanan dalam volume yang lebih kecil, tetapi pengisian dan pengosongan hidrogen dapat mempengaruhi efisiensi dan kecepatan operasi.

4. Penyimpanan dalam Formasi Molekuler: Metode ini melibatkan penggunaan senyawa kimia untuk menyimpan hidrogen dalam bentuk molekuler tertentu seperti hidrokarbon atau amonia. Proses ini memungkinkan penyimpanan dan pengeluaran hidrogen saat diperlukan, tetapi teknologi ini masih dalam tahap pengembangan dan penelitian.

Pilihan metode penyimpanan hidrogen tergantung pada berbagai faktor seperti aplikasi, kepadatan energi yang diinginkan, keamanan, infrastruktur yang tersedia, dan faktor ekonomi. Tujuan utamanya adalah untuk mengembangkan metode penyimpanan hidrogen yang aman, efisien, dan terjangkau untuk mendukung penggunaan hidrogen sebagai sumber energi yang bersih dan berkelanjutan.

desain hydrogen storage

Tangki hidrogen adalah wadah yang dirancang khusus untuk menyimpan dan mengangkut gas hidrogen dalam bentuk cair atau terkompresi. Tangki hidrogen memiliki peran penting dalam aplikasi yang melibatkan penyimpanan, transportasi, dan penggunaan hidrogen sebagai sumber energi.

namun kita diminta untuk mendesain sebuah hydrogen storage dengan beberapa hal penting yaitu:

design yang dibutuhkan

1. tangki berkapasitas 1 liter

2. mampu menahan hingga 8 bar

3. design budget tidak melebihi Rp.500.000

Saat memilih material yang terbaik untuk tangki penyimpanan hidrogen, beberapa faktor harus dipertimbangkan, termasuk keamanan, berat, biaya, dan kompatibilitas dengan hidrogen. Berikut adalah beberapa pertimbangan utama dalam mengevaluasi material tersebut:

1. Kompatibilitas Hidrogen: Material harus kompatibel dengan gas hidrogen untuk mencegah kebocoran dan menjaga keutuhan tangki. Beberapa material mungkin rentan terhadap penggetasan atau kebocoran akibat hidrogen, sehingga penting untuk memilih material yang menunjukkan kompatibilitas yang baik.

2. Kekuatan dan Ketahanan: Material harus memiliki kekuatan yang memadai untuk menahan tekanan yang diinginkan dan menjaga keintegritasan struktural tangki. Selain itu, material juga harus memiliki ketahanan yang baik terhadap beban siklik dan dampak potensial.

3. Berat: Material yang lebih ringan memberikan keuntungan dalam hal pengurangan berat, yang pada gilirannya meningkatkan mobilitas dan efisiensi. Material seperti komposit serat karbon dikenal memiliki rasio kekuatan-terhadap-berat yang tinggi dan sering digunakan dalam tangki penyimpanan hidrogen.

4. Biaya: Pertimbangkan biaya material, termasuk pembuatan, fabrikasi, dan pemeliharaan tambahan seperti lapisan permukaan. Pertimbangan biaya sangat penting, terutama dalam produksi dalam skala besar atau aplikasi komersial.

5. Fasilitas Pembuatan: Evaluasikan kemudahan pembuatan tangki dengan material yang dipilih. Pertimbangkan faktor-faktor seperti ketersediaan material, kemudahan fabrikasi, dan kompatibilitas dengan proses manufaktur yang ada.

6. Keamanan: Periksa karakteristik keamanan material, termasuk ketahanan terhadap api, benturan, dan mode kegagalan. Material dengan profil keamanan yang baik membantu memastikan integritas keseluruhan tangki dan mengurangi risiko yang mungkin timbul.

7. Regulasi dan Standar: Perhatikan peraturan dan standar yang berlaku untuk sistem penyimpanan hidrogen. Badan pengatur mungkin memiliki persyaratan atau pedoman material tertentu untuk memastikan keselamatan dan kepatuhan.

Perhitungan Tangki

untuk mencari tinggi dari tabung sendiri maka kita bisa memakai rumus

V = πr^2h

dimana Vnya yaitu 1 liter atau setara 1000 cm^3

lalu π nya 3,14

untuk diameter kita memakai asumsi semisal 12 cm maka r nya 6 cm

1000 = (π)(6)^2(h) maka h kita dapat h ≈ 8,8464 cm

1. Pemilihan Material Material yang digunakan adalah sheet metal AISI 316 Stainless Steel dengan yield strength 205 MPa

Allowable Stress = 2/3 x 205 = 136,6 MPa

2. Minimum Ketebalan

E = 0,60

P = 8 bar = 116 Psi

R = 12 cm = 4,72 inch

S = 24000 ksi

Corrosion allowance = 1 cm = 0,39 inch

t = 116x(4,72+0,39) / (24000x0,6)-(0,6x116) = 0,04136 + corrosion allowance

t = 0,43136 in atau 1,09 mm

Bentuk Model

saya memakai material AISI 316 Stainless Steel karena ketahan yang bagus dan harga yang terjangkau

dimana kekuatan bahan yield Strength dari AISI 316 Stainless Steel 205 Mpa bisa dilihat dari gambar dibawah

Pressurized hydrogen storage optimization

import math
from scipy.optimize import minimize

def calculate_volume(r, h):
    volume = math.pi * r**2 * h
    return volume

def calculate_pressure(volume, r):
    pressure = (volume * 1e-3) / (math.pi * r**2)
    return pressure

def objective(x):
    r = x[0]
    h = x[1]
    volume = calculate_volume(r, h)
    return -volume  # Negatifkan volume untuk maksimisasi

# Batasan geometri: jari-jari (r) harus lebih kecil dari setengah diameter dan tinggi (h) lebih kecil dari tinggi awal
def constraint(x):
    r = x[0]
    h = x[1]
    return [6 - r, 8.8464 - h]

# Batasan tekanan: tekanan harus kurang dari atau sama dengan 8 bar
def pressure_constraint(x):
    r = x[0]
    h = x[1]
    volume = calculate_volume(r, h)
    pressure = calculate_pressure(volume, r)
    return pressure - 8  # Batasan tekanan maksimum 8 bar

# Inisialisasi nilai awal untuk jari-jari dan tinggi tabung
x0 = [6, 8.8464]

# Definisikan batasan dan jenis batasan (<=)
constraint1 = {'type': 'ineq', 'fun': constraint}
constraint2 = {'type': 'ineq', 'fun': pressure_constraint}

# Panggil fungsi minimize untuk mencari solusi optimisasi
sol = minimize(objective, x0, constraints=[constraint1, constraint2])

# Ambil hasil optimisasi
optimized_r = sol.x[0]
optimized_h = sol.x[1]
optimized_volume = calculate_volume(optimized_r, optimized_h)
optimized_pressure = calculate_pressure(optimized_volume, optimized_r)

print("Jari-jari optimal:", optimized_r, "cm")
print("Tinggi optimal:", optimized_h, "cm")
print("Volume optimal:", optimized_volume, "cm^3")
print("Tekanan optimal:", optimized_pressure, "bar")

dari codingan diatas kita mendapatkan jari jari optimal 6 cm tinggi optimal 8,8464 cm, volume optimalnya 1000.504226 cm^3, dan tekanan optimalnya 0,00884 bar

lalu untuk luas permukaan tabung

import math

def calculate_surface_area(diameter, tinggi):
    r = diameter / 2
    luas_lingkaran = math.pi * r**2
    luas_selimut = 2 * math.pi * r * tinggi
    luas_permukaan = 2 * luas_lingkaran + luas_selimut
    return luas_permukaan

diameter = 12  # cm
tinggi = 8.8464  # cm

luas_permukaan = calculate_surface_area(diameter, tinggi)

print("Luas Permukaan Tabung:", luas_permukaan, "cm^2")

didapatkan luas permukaan tabung 559.6960 cm^2

Cost Constraint

Dengan mempertimbangkan anggaran yang telah ditentukan sebesar Rp 500.000, ketebalan yang tepat untuk tangki tersebut adalah 8 mm dengan range harga Rp. 244.072,23. Dengan demikian, sisa anggaran dapat dialokasikan untuk membeli katup dan pengatur tekanan.