Ichram Fauzan Saheptra

Introduction

Assalamualaikum warahmatullahi wabarakatu. Perkenalkan nama saya ichram fauzan biasa dipanggil ichram. Lahir di jakarta pada tanggal 20 Januari 2004 dan sekarang berdomisili di cibubur dengan NPM 2106731024 dari jurusan Teknik Perkapalan UI 2021

Salam Kenal Semuanya...

Perkuliahan 26/05/23

   Pada pertemuan kelas Metode Numerik yang diajar oleh Pak DAI, pertama-tama dia berkenalan dengan mahasiswanya dengan tanya jawab mengenai metode numerik dan content yang di kirim di WAG. Lalu kita diberikan sebuah tugas untuk merancang sebuah tabung hidrogen berisi 1 liter dengan tekanan 8 bar dan budget dari pembuatan tabung tersebut harus dibawah 500.000, tujuan dari tugas ini untuk mengefesienkan bahan bakar pada kendaraan, karena jika hidrogen di campur dengan bahan bakar dapat meningkatkan efesiensi sebanyak 30%. Lalu beliau memberikan nasehat kepada mahasiswanya untuk memanfaatkan potensi yang dimiliki sebaik mungkin dan menekankan kepada mahasiswanya untuk memanfaatkan waktu sebaik mungkin untuk belajar dengan mandiri tidak hanya pada saat perkuliahan dan juga berinteraksi dengan dosen. Lalu Pak DAI juga menjelaskan bahwa metode numerik pada jaman ini dapat memudahkan kita jika menggunakannya dengan baik, contohnya adalah ChatGPT

Design & Optimization of Pressurized Hydrogen Storage

Tujuan : Merancang dan Mengoptimalisasi Tabung Penyimpanan Hidrogen

Spesifikasi :

- Kapasitas : 1 Liter

- Tekanan  : 8 Bar

Biaya Tidak Lebih dari Rp.500k

Saat saya mengetahui bahwa perlu medesain projek tabung hidrogen ini, saya sadar bahwa saya perlu bantuan dalam mencari informasi tentang bahan dan prosedur untuk merancang dan mengoptimalisasi tabung penyimpanan hidrogen. Alat bantu yang saya gunakan untuk mencari informasi adalah ChatGPT. Berikut adalah respon yang diberikan oleh ChatGPT

-> Merancang dan mengoptimalkan sistem penyimpanan hidrogen bertekanan membutuhkan beberapa langkah penting. Berikut adalah penjelasan untuk membuat dan mengoptimalkan tabung penyimpanan hidrogen :

1. Tank Material

  Material: Choose a tank material that is lightweight, durable, and compatible with hydrogen storage. Considering the budget constraint, a high-density polyethylene (HDPE) tank can be a cost-effective option

2. Tank Design

  Select a tank type suitable for pressurized hydrogen storage. In this case, a Type IV tank, which consists of a composite overwrapped pressure vessel (COPV), can be a suitable choice due to its lightweight nature.

3. Manufacturing Process

  The process of manufacturing a hydrogen tank involves shaping the base material into a tank shape, as with the extrusion method, where HDPE in resin form is heated and pressed through an extruder. After extrusion the tube will be cut to specifications, make sure the tube is cut with precision

4. Safety Measures

  To prevent leakage, do a good seal on both ends of the HDPE tube. The sealing method may include heating and compacting the tube ends to seal them thermally or using other methods according to the HDPE material

5. Testing and Certification

  After the hydrogen tank has been manufactured, it is important to testing to ensure safety and performance. Quality testing may include hydrostatic pressure testing, leak testing, visual testing and other relevant tests to verify cylinder quality. Ensure the tube meets applicable safety standards and obtain required certification

-> Untuk mengoptimalan tabung penyimpanan hidrogen dapat melakukan tahap berikut :

 - Determine Storage Requirements
 - Evaluate Different Storage Methods
 - Optimize Cylinder Size

Final Report of Hydrogen Storage Optimization

Tujuan  : Membuat dan mengoptimalisasi tabung penyimpanan hidrogen

Volume  : 1 Liter

Tekanan  : 8 Bar

Biaya Maks.: Rp.500.000

Dimensi Tabung

import math

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

def find_optimal_dimensions(volume):
    min_surface_area = float('inf')
    optimal_radius = 0
    optimal_height = 0

    for radius in range(1, int(volume**(1/3)) + 1):
        height = volume / (math.pi * radius**2)
        surface_area = calculate_surface_area(radius, height)

        if surface_area < min_surface_area:
            min_surface_area = surface_area
            optimal_radius = radius
            optimal_height = height

    return optimal_radius, optimal_height

volume = 1000
radius, height = find_optimal_dimensions(volume)
print(f"Optimal dimensions for a tube with a volume of {volume} cm³:")
print(f"Radius: {radius} cm")
print(f"Height: {height} cm")

Dari hasil codingan diatas didapatkan dimensi optimal dari tabung :

Radius : 5 cm

Tinggi : 12.73 cm

Ketebalan Tabung

Bahan pertama HDPE

import math

def calculate_optimized_thickness(volume, pressure):
    yield_strength = 30
    safety_factor = 2  
    
    mpa_to_bar = 10     
    pressure_mpa = pressure / mpa_to_bar
    
    thickness = (volume * pressure_mpa) / (2 * math.pi * yield_strength * safety_factor)
    thickness_mm = thickness * 1000
    
    return thickness_mm

volume = 1  
pressure = 8 

optimized_thickness = calculate_optimized_thickness(volume, pressure)

print(f"The optimized thickness of HDPE for {volume} liter capacity and {pressure} bar pressure is approximately {optimized_thickness:.2f} mm.")

Dari hasil codingan diatas didapatkan tebal optimal dari HDPE:

Tebal : 2.12 mm

Bahan Kedua Stainless Steel 304L

import math

def calculate_optimized_thickness(volume, pressure):
    yield_strength = 205  
    safety_factor = 2  
    
    mpa_to_bar = 10      
    pressure_mpa = pressure / mpa_to_bar
    
    thickness = (volume * pressure_mpa) / (2 * math.pi * yield_strength * safety_factor)
    thickness_mm = thickness * 1000
    
    return thickness_mm

volume = 1
pressure = 8

optimized_thickness = calculate_optimized_thickness(volume, pressure)

print(f"The optimized thickness of mild steel for {volume} liter capacity and {pressure} bar pressure is approximately {optimized_thickness:.2f} mm.")

Dari hasil codingan diatas didapatkan tebal optimal dari Stainless Steel 304L:

Tebal : 0.31 mm

Dari hasil codingan diatas didapatkan tebal optimal dari tabung hidrogen:

Tebal : 2.43 mm

dan untuk tebal yang saya gunakan dalam pembuatan tabung adalah 3mm HDPE dan 1mm stainless steel, jadi total tebal nya adalah 4 mm

Surface Area

import math

def calculate_surface_area(height, diameter, thickness):
    height_mm = height
    diameter_mm = diameter
    thickness_mm = thickness
    
    radius_inner = (diameter_mm / 2) - thickness_mm
    radius_outer = diameter_mm / 2
    
    area_inner = 2 * math.pi * radius_inner * height_mm
    area_outer = 2 * math.pi * radius_outer * height_mm
    area_top_bottom = math.pi * (radius_outer**2 - radius_inner**2)
    
    total_surface_area = area_inner + area_outer + area_top_bottom
    
    return total_surface_area

height = 127
diameter = 100
thickness = 4

surface_area = calculate_surface_area(height, diameter, thickness)

print(f"The surface area of the cylindrical vessel is approximately {surface_area:.2f} square millimeters.")

Dari hasil codingan diatas didapatkan surface area optimal dari tabung hidrogen:

Luas Area : 778.11 cm^2

Hoop Stress

r = 5e-2
p = 800000
t = 2e-4

while t < 2.43e-3:
  hoop = (r * p)/(t)
  print('for thickness', t, 'hoop stress =', hoop, "Pa")
  t += 4.4e-4
  if hoop > 205e9:
    break

Dengan hasil : 

for thickness 0.0002 hoop stress = 200000000.0 Pa
for thickness 0.00064 hoop stress = 62499999.99999999 Pa
for thickness 0.00108 hoop stress = 37037037.03703704 Pa
for thickness 0.00152 hoop stress = 26315789.47368421 Pa
for thickness 0.00196 hoop stress = 20408163.265306123 Pa
for thickness 0.0024 hoop stress = 16666666.666666668 Pa

Total Biaya

Harga material plat stainless steel 304L per cm^2 dengan tebal 1mm (sumber tokopedia) adalah Rp.100

Maka harga untuk plat SS dengan luas 737.16 cm^2 adalah Rp.73.716

Harga material plat HDPE per cm^2 dengan tebal 3mm (sumber tokopedia) adalah Rp.41,5

Maka harga untuk plat HDPE dengan luas 786.02 cm^2 adalah Rp.32.620

Harga regulator 140psi dengan pengukur tekanan (sumber tokopedia) adalah Rp.140.000

Maka total biaya untuk membuat 1buah Tabung penyimpanan adalah Rp.246.336