Rivaldo Siagian

INTRODUCTION

Halo! Nama saya Rivaldo Siagian - 2206100325 dari kelas Metnum 03.

"Kehidupan adalah seperti jalur balapan, dan aku adalah pembalap yang siap menghadapi tikungan tajam dengan senyuman di wajahku!"

Hydrogen Tank Design and Optimization Project

LATAR BELAKANG

Hidrogen telah diakui sebagai salah satu sumber daya potensial yang dapat menggantikan bahan bakar fosil dalam kendaraan. Ini karena hidrogen adalah sumber energi bersih yang dapat dihasilkan melalui proses elektrolisis air atau reaksi kimia lainnya, dengan hasil akhir hanya menghasilkan air sebagai produk sampingan. Selain itu, penggunaan hidrogen sebagai sumber energi dalam kendaraan juga dapat mengurangi emisi gas rumah kaca dan polusi udara.

Namun, salah satu tantangan utama dalam menggunakan hidrogen sebagai sumber daya kendaraan adalah penyimpanannya. Hidrogen memiliki kepadatan energi yang rendah, yang berarti diperlukan ruang yang relatif besar untuk menyimpan hidrogen dalam jumlah yang cukup untuk menjalankan kendaraan dalam jarak yang signifikan. Oleh karena itu, diperlukan sistem penyimpanan yang efisien dan aman untuk mengatasi masalah ini.

Hidrogen dapat menggantikan bahan bakar fosil dalam beberapa cara:

1. Kendaraan Listrik Hidrogen (FCEV): Hidrogen dapat digunakan sebagai bahan bakar dalam kendaraan listrik hidrogen (FCEV). FCEV menggunakan sel bahan bakar untuk mengubah hidrogen menjadi energi listrik yang digunakan untuk menggerakkan motor kendaraan. Satu-satunya hasil samping dari reaksi ini adalah air, sehingga tidak ada emisi gas buang yang berbahaya. Dengan demikian, FCEV merupakan alternatif yang bersih dan berkelanjutan bagi kendaraan konvensional yang menggunakan bahan bakar fosil.

2. Generator Pembangkit Listrik Hidrogen: Hidrogen juga dapat digunakan dalam generator pembangkit listrik untuk menghasilkan energi listrik. Generator ini dapat digunakan sebagai sumber daya alternatif di sektor transportasi, seperti kereta api atau kapal laut, menggantikan mesin diesel atau mesin pembakaran internal lainnya yang menggunakan bahan bakar fosil. Dalam generator ini, hidrogen dapat digunakan untuk menghasilkan energi listrik melalui proses yang bersih dan efisien.

3. Penggunaan Hidrogen dalam Proses Manufaktur: Hidrogen juga dapat digunakan sebagai bahan baku dalam proses manufaktur untuk menggantikan bahan bakar fosil. Misalnya, dalam industri kimia, hidrogen dapat digunakan sebagai sumber energi dalam reaksi kimia atau proses pembuatan gas sintetis. Penggunaan hidrogen dalam proses manufaktur ini membantu mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil dan mengurangi emisi karbon dioksida.

Dengan menggantikan bahan bakar fosil dengan hidrogen dalam berbagai sektor, kita dapat mengurangi emisi gas rumah kaca dan mengurangi dampak negatif terhadap lingkungan. Namun, penting untuk memperhatikan bahwa produksi dan penyediaan hidrogen haruslah bersumber dari sumber energi terbarukan atau proses yang tidak menghasilkan emisi karbon agar manfaatnya benar-benar berkelanjutan dan ramah lingkungan. Sumber: [1]

PROGRES 2 : Design Calculation

DESIGN TANGKI HIDROGEN

Specs:

  1. Hydrogen Tanks volume is approximately 1 liter.
  2. Hydrogen is compressed to 8 bar.
  3. Normal operating condition (room temperature and humidity).
  4. Maximum budget is Rp500.000

Ukuran Tangki

Untuk mencari diameter dan tinggi tangki hidrogen dengan volume sekitar 1 liter, kita dapat menggunakan rumus volume silinder:

V = πr^2h

di mana:

V adalah volume tangki hidrogen,

π adalah konstanta Pi (sekitar 3.14159),

r adalah jari-jari tangki, dan

h adalah tinggi tangki.

Dalam kasus ini, kita ingin volume tangki sekitar 1 liter, atau 1000 cm^3. Dengan demikian, persamaan menjadi:

1000 = πr^2h Pilih nilai yang wajar untuk diameter tangki. Misalnya, asumsikan diameter tangki sekitar 10 cm.

Gunakan rumus volume silinder untuk mencari tinggi tangki:

1000 = π(5)^2h

Selesaikan persamaan untuk h: h = 1000 / (π(5)^2)

Hitung nilai h menggunakan kalkulator: h ≈ 12,73 cm

Dengan asumsi diameter tangki sekitar 10 cm, tinggi tangki sekitar 13 cm akan memberikan volume tangki yang mendekati 1 liter.

Perhitungan Kekuatan Material

Material SS-304 dengan melihat table ASME II D, maka diperoleh yield strength 30000 psi, dengan perhitungan menggunakan ASME VIII, maka diperoleh tekanan sebesar 32 bar, tabung ini cukup untuk menahan pressure sebesar 8 bar. Dengan menggunakan ASME VIII Div 1, didapatkan hitungan berikut :

Diketahui :

Joint efficiency (E) = 0,85

MAWS (SS-304 Seamless Pipe) = 30000 psi

OD = 3,94 inch

Outside radius (r) = 1,97 inch

Corrossion Allowance (CA) = 0,01 inch

Thickness (ta) = 0,05 inch

Thickness (t) = (ta-CA) = 0,04 inch

P = Set/(R-4t)

P = (30000x0,85x0,04)/(1,97-(0,4x0,04))

P = 459,92 Psi

P = 32,34 bar Stress Analysis

Von Mises Stress Analysis

At a pressure of 8 bar, the tank is still within safe limits.

Numerical Calculation - Thick Cylinder Stress

Thick Cylinder Stress

  ri = 80:160
  ro = 160
  Pi = 0.8
  r = 80:1:160
  %inside radius tan sress
  tsi = Pi*((ro.^2)+(ri.^2))/((ro.^2)-(ri.^2))
  %inside radius radial stress
  rsi = -Pi
  %inside radius hoop stress
  hsi = ((Pi)*(ri.^2))/((ro.^2)-(ri.^2))
  %outer radius inside tan stress
  tso = ((2*Pi*(ri.^2))/(ro.^2)-(ri.^2))
  %outer radius inside radial stress
  rso = 0
  %outer radius inside hoop stress
  hso = ((Pi*(ri.^2))/(ro.^2)-(ri.^2))
  plot(r,tsi,'d')
  hold on
  plot(r,rsi,'d')
  hold on
  plot(r,hsi,'d')
  xlabel('Radius - mm')
  ylabel('Stress - MPa')
  title('Thick Cylinder Stress')
  grid on

Quality Cek Lakukan pemeriksaan kualitas selama proses pembuatan untuk memastikan tangki memenuhi spesifikasi desain. Melakukan berbagai metode pengujian non-destruktif, seperti sinar-X dan ultrasonografi, untuk mengidentifikasi setiap cacat atau kelemahan.

Surface Treatment Terapkan pelapis atau perawatan yang sesuai untuk meningkatkan ketahanan tangki terhadap korosi dan meningkatkan daya tahan.

Tambahkan Katup dan Fitting Tambahkan katup, perangkat pelepas tekanan, dan perlengkapan lain yang diperlukan ke dalam tangki. Pastikan penyegelan dan sambungan yang tepat untuk menjaga keamanan dan mencegah kebocoran.

Kepatuhan Terhadap Peraturan Sistem penyimpanan hidrogen tunduk pada peraturan dan standar khusus, tergantung pada yurisdiksi dan penerapannya. Pastikan kepatuhan terhadap kode, peraturan, dan standar industri yang berlaku, seperti yang ditetapkan oleh American Society of Mechanical Engineers (ASME) atau International Organization for Standardization (ISO).

Estimasi Biaya

Biaya material :

Plat carbon / mild Steel 80 x 160 x 1.5 mm (1 each) = 55.000

Cap End diameter 80 mm (2 each) = 120.000

Pressure Gauge 1-15 Bar (1 each) = 175.000

Total biaya material = 350.000

Biaya Produksi :

Roll Plat 80 x 160 x 1.5 mm = 25.000

Las Plat = 60.000

Coating = 20.000

Total biaya fabrikasi = 105.000

Total biaya pembuatan Hydrogen Tank adalah 455.000

(total biaya diatas belum termasuk biaya inspeksi hidrotest, NDT, dll)