Emir Raya Syuhada

Introduction Saya Emir Raya Syuhada dengan NPM 2106731075. Saya Mahasiswa Teknik Perkapalan FTUI tahun 2021.

Resume Pertemuan 1 - 26/05/2023

Pada pertemuan pertama, hari jumat 26 mei 2023. kami dijelaskan mengenai sebuah konsep atau teori yang digagas oleh pak DAI. yaitu adalah "i'm my conciesness". maksudnya adalah, kita sebagai manusia dituntut untuk bisa sadar akan suatu realitas yang kita jalanin. sebagai contoh, kita masuk kedalam kelas dan mengikuti suatu pembelajaran. dimana selama kelas tersebut kita dipaparkan mengenai berbagai macam materi yang diterangi oleh dosen. Lalu, setelah kelas selesai kita harus dapat tersadar akan materi yang diberikan tersebut. seperti, apakah kita dapat mengambil sangkut paut terhadap sebuah permasalahan pada dunia nyata, atau mungkin mengambil suatu relevansi terhadap hal yang realistis.

Pada pertemuan tersebut, pak DAI juga memaparkan keterkaitan ilmu matematika terhadap conciusness atau kesadaran kita terhadap realitas. Pada contoh tersebut, pak DAI mengatakan bahwa ilmu matematika sebenernya bukan suatu ilmu yang eksak atau memberikan hasil yang absolut pada setiap jawaban atau hasil perhitungannya. melainkan sebuah pendekatan yang dilakukan demi menemukan sebuah jawaban dari suatu permasalahan. Dengan begitu, dibutuhkan lah suatu metodr numerik demi dapat melakukan suatu pendekatan yang optimal pada suatu permasalahan yang kita temui di dunia ini ataupun pada kehidupan sehari hari.

Case Study of pressurized Hydrogen Storage Optimization Project

according to thetask that has been explaned in the class, our job is to design & do optimization of pressurized hydrogen storage. the specification of the storage is, it should be having 1 litre capacity. then, the pressure inside the storage should be around 8 bars. and the, the cost of the storage shouldnt be more expensive than Rp.500.000. the first step i do on how i do all of those assignment is i try to looking for reference so that i can have a vision of how i do the assignment. so, as one of my strategy and tactis i use chatGPT as one of my tools to assist me on this assignment. ChatGPT give me almost all of the step on how designing and optimization to this hydrogen storage.

Material Selection: on desgingin, oe of the fiest step that we'll do is Choosing the materials for our product. we choose materials that are lightweight, durable, and can handle high-pressure conditions. Common materials used for hydrogen storage include carbon fiber composites, high-strength alloys, and specially designed polymers. The ideal material for a high pressure cylinder has a very high tensile strength, a low density, and does not react with hydrogen or allow hydrogen to diffuse into it. Most pressure storage to date have used austenitic stainless steel (e.g. AISI 316 and 304 and AISI 316L and 304L), Cu, or Al alloys, which are largely immune to hydrogen effects at ambient temperature

Tank Design: on our effort to Optimize the tank design to maximize the storage capacity while ensuring safety and cost-effectiveness. Consider factors such as shape, volume, and thickness of the tank walls. Cylindrical or spherical shapes are often used for pressurized gas storage. lets take our number, to design 1 litres capacity atleast we need to have 200mm height and radios of 40mm of cylindrical storage.

Safety Measures: Incorporate safety features such as pressure relief valves and burst discs to prevent over-pressurization. It is crucial to ensure that the tank can withstand extreme conditions without failure. that's why we have to designing this storage with almost approaching precise equation so that we can sure that this storage is safe.

Efficiency Considerations: Look for ways to improve the system's efficiency by minimizing heat transfer and hydrogen loss. Implement insulation materials to reduce heat transfer, which can help maintain the hydrogen's temperature and pressure. this activity, is concluded on the optimization stuff because here we will try to minimize the loss that happen on the storage because of the heat transfer.

Manufacturing Techniques: Choose cost-effective manufacturing techniques such as filament winding, which involves wrapping carbon fiber around a mold, or bladder molding, where a bladder is inflated within a mold to create the tank shape. in this case, we will choose Filament winding, its is a fabrication technique mainly used for manufacturing open like cylinders or closed end structures such as pressure vessels or tanks. This process involves winding filaments under tension over a rotating mandrel.

Cost Optimization: the effort that we do to keep the cost of the storage being under 500,000 rupiah is that we will consider factors such as material costs, manufacturing techniques, and economies of scale. Bulk purchasing of materials, optimizing manufacturing processes, and minimizing waste can help reduce costs.

Final Report of Case Study of pressurized Hydrogen Storage Optimization Project

Setelah mencoba melekaukan perhitungan menggunakan metode numerik, telah didapatka sebuah hasil terhadap optmasi desain dari sebuah pressurized hydrogen storage. metode yang kami gunakan adalah dengan mengukur terlebih dahulu seberapa besar nilai ukuran tabung yang optimal untuk dapat menampung hydrogen sebanyak 1L dengan tekanan sebesar 8 bar. dengan cost senilai kurang dari Rp500.000,00. perhitungan dimulai dengan mencari dimensi optimal dari tabung tersebut.

def objective_function(x):
   radius = x[0]
   height = x[1]
   surface_area = calculate_cylinder_surface_area(radius, height)
   cost = calculate_cylinder_cost(surface_area)
   return cost
def calculate_cylinder_surface_area(radius, height):
   lateral_area = 2 * math.pi * radius * height
   base_area = math.pi * radius**2
   total_area = lateral_area + 2 * base_area
   return total_area
def calculate_cylinder_cost(surface_area):
   # Menghitung biaya berdasarkan luas permukaan tabung
   # Anda dapat menyesuaikan fungsi ini dengan estimasi biaya bahan dan produksi yang relevan
   return surface_area * cost_per_unit_area

#Mendefinisikan batasan untuk radius dan tinggi tabung
def constraint(x):
   radius = x[0]
   height = x[1]
   volume = math.pi * radius**2 * height
   return volume - 1  # Volume harus sama dengan 1L (1000 cm^3)
#Mendefinisikan fungsi untuk mencetak solusi terbaik
def print_solution(x):
   radius = x[0]
   height = x[1]
   surface_area = calculate_cylinder_surface_area(radius, height)
   cost = calculate_cylinder_cost(surface_area)
   print("Optimization Result:")
   print("Radius:", radius)
   print("Height:", height)
   print("Surface Area:", surface_area)
   print("Cost:", cost)
# Menentukan batasan dan inisialisasi nilai awal
x0 = [1, 1]  # Nilai awal radius dan tinggi tabung
volume_constraint = {'type': 'eq', 'fun': constraint}  # Batasan volume harus sama dengan 1L (1000 cm^3)
bounds = [(0, None), (0, None)]  # Batasan non-negatif untuk radius dan tinggi
# Melakukan optimisasi menggunakan metode SLSQPresult = minimize(objective_function, x0, method='SLSQP', bounds=bounds, 
constraints=volume_constraint)
# Ekstrak variabel hasil yang dioptimalkan
  radius_optimasi, tinggi_optimasi = hasil.x
# Hitung luas permukaan yang dioptimalkan
  luas_permukaan_optimal = hitungLuasPermukaan([radius_optimasi, tinggi_optimasi])
# Tampilkan hasil
  print('Jari-jari teroptimasi:', radius_optimasi, 'cm')
  print('Tinggi teroptimasi:', tinggi_optimasi, 'cm')
  print('Luas Permukaan teroptimasi:', luas_permukaan_optimasi, 'cm^2')

Output Hitungan

   Jari-jari teroptimasi: 5.5111852 cm
   Tinggi teroptimasi: 9.9124114 cm
   Luas Permukaan teroptimasi: 534.08519 cm^2

Setelah itu, kita akan mulai mencari ketebalan material optimal untuk dapat mengatasi stress yang diberikan saat penggunaannya. dalam perhitungan ini, digunakan lah rumus hoop stress. lalu, dalam pemilihan material saya menggunakan Stainless steel ASTM 316 dengan tingkat kekuatan yield strength adalah 206 Mpa dan Tensile Strength adalah 517 Mpa. dengan ini, perhitungan yang dilakukan adalah.

      # Definisikan fungsi untuk menghitung tegangan cincin (hoop stress)
def calculate_hoop_stress(thickness, inner_diameter, outer_diameter, pressure):
   inner_radius = inner_diameter / 2
   outer_radius = outer_diameter / 2
   hoop_stress = (pressure * (outer_radius**2 - inner_radius**2)) / (thickness * (outer_radius - inner_radius))
   return hoop_stress

   # Definisikan parameter dan batasan
   target_stress = 206000000  # Target tegangan cincin yang ingin dicapai
   min_thickness = 0.004 # Batasan tebal minimum
   max_thickness = 0.015 # Batasan tebal maksimum

# Inisialisasi tebal awal
thickness = 0.004

# Proses iterasi untuk mengoptimalkan tebal plate
while True:
   # Hitung tegangan cincin berdasarkan tebal saat ini
   hoop_stress = calculate_hoop_stress(thickness, inner_diameter, outer_diameter, pressure)

   # Periksa apakah tegangan cincin sudah mencapai target
   if hoop_stress >= target_stress:
       break  # Keluar dari iterasi jika tegangan cincin sudah mencapai target

   # Sesuaikan tebal plate berdasarkan perbandingan tegangan cincin dengan target
   thickness += 0.1

   # Periksa batasan tebal minimum dan tebal maksimum
   if thickness < min_thickness:
       thickness = min_thickness
   elif thickness > max_thickness:
       thickness = max_thickness

# Cetak tebal plate yang dihasilkan
print("Optimized Plate Thickness:", thickness)

Output hitungan dari ketebalan plate

   Optimized Plate Thickness: 0.01 mm

setelah mendapatkan ketebalan plate material yang optimal, selanjutnya kita ingin mengetahui berapa harga yang haruhs dibayarkan untuk melakukan manufactur terhadap pressurized Hydrogen Storage tersebut. hal yang dilakukan adalah, kita akan mencari harga pasaran dari material tersebut, lalu kita akan menyesuaikan dengan jumlah yang akan kita gunakan. dengan melakukan perhitungan pada excel, didapatkan bahwa besaran nilai plat yang akan digunakan untuk merancang tabung tersebut adalah sebesar kurang lebih 5.124Kg. lalu, untuk harga yang harus dikeluarkan dalam melakukan manufaktur adalah kurang lebih sebesar RP349355.8011 sehingga sudah dimiliki suatu hasil yang sekiranya mendekati benar atau optimal terkait suatu pressurized hydrogen storage yang daat menampung 1 liter hidrogen dengan tekanan dalam sebesar 8bar. juga, tabung rancangan ini masih bernilai dibawah angka Rp500.000,00 yang mana meruapakan budget limit dalam melakukan manufakturnya sehingga didapatkan pengeluaran yang optimal juga. diharapkan desain dan optimasi yang dirancang dapat bekerja sebagai mana mestinya.