Aussagiri Jati Wibowo (Metode Numerik)

Nama: Aussagiri Jati Wibowo

NPM: 2106702913

Jurusan: Teknik Mesin

Kelas: Metode Numerik - 02

"I am conscious of myself and the world around me, my actions have their own consequences, so I'll take the risk and thank god for everything he has to offer"

بِسْمِ اللهِ الرَّحْمَنِ الرَّحِيْمِ

Hydrogen Storage Optimazation

Hydrogen Storage Optimazation adalah proses meningkatkan metode dan teknologi yang digunakan untuk menyimpan hidrogen dengan efisien dan efektif. Hidrogen adalah pembawa energi yang serbaguna dan memiliki potensi untuk memainkan peran yang signifikan dalam sistem energi bersih dan berkelanjutan. Namun, salah satu tantangan dalam memanfaatkan hidrogen adalah kerapatan rendah dan energi per unit volume, yang membutuhkan teknik penyimpanan khusus.

Berikut adalah cara untuk memaksikmalkan efisiensi Hydrogen Storage:

1. Pemilihan Metode Penyimpanan: Pilih metode penyimpanan yang sesuai dengan persyaratan aplikasi tertentu. Pertimbangkan faktor-faktor seperti kerapatan energi, durasi penyimpanan, skalabilitas, dan keamanan. Metode penyimpanan yang berbeda memiliki efisiensi dan kompromi yang berbeda, sehingga penting untuk memilih opsi yang paling cocok.

2. Kondisi Operasi Optimal: Tentukan kondisi operasi optimal untuk metode penyimpanan yang dipilih. Ini meliputi identifikasi suhu, tekanan, dan parameter lain yang ideal untuk memaksimalkan kapasitas penyimpanan dan meminimalkan kerugian energi. Lakukan penelitian dan eksperimen yang teliti untuk mengidentifikasi kondisi yang paling efisien.

3. Pengembangan Bahan Lanjutan: Investasikan dalam pengembangan bahan lanjutan untuk penyimpanan hidrogen. Ini meliputi eksplorasi metal hidrida baru, hidrida kimia, adsorben, dan bahan berbasis karbon dengan kapasitas penyimpanan yang lebih tinggi, kinetika yang lebih cepat, dan stabilitas yang lebih baik. Kemajuan dalam ilmu bahan dapat secara signifikan meningkatkan efisiensi penyimpanan hidrogen.

4. Pengelolaan Panas: Minimalkan kerugian panas selama proses penyimpanan dan pelepasan hidrogen. Isolasi tangki penyimpanan atau sistem dengan cukup baik untuk mengurangi kerugian energi akibat transfer panas. Terapkan sistem pertukaran panas yang efisien untuk memulihkan dan menggunakan kembali panas selama pelepasan hidrogen, sehingga meningkatkan efisiensi sistem secara keseluruhan.

5. Desain Sistem Terintegrasi: Optimalkan desain sistem secara keseluruhan dengan mempertimbangkan seluruh rantai nilai hidrogen. Ini meliputi integrasi penyimpanan hidrogen dengan produksi hidrogen, distribusi, dan sistem pemanfaatan. Dengan mengoptimalkan seluruh sistem, menjadi mungkin untuk mengidentifikasi sinergi, meminimalkan kerugian energi, dan meningkatkan efisiensi secara keseluruhan.

6. Teknologi Kompresi Lanjutan: Jika digunakan penyimpanan gas terkompresi, investasikan dalam teknologi kompresi lanjutan yang lebih hemat energi. Kompresor yang efisien tinggi dan teknik kompresi baru dapat mengurangi konsumsi energi dan meningkatkan efisiensi penyimpanan.

7. Sistem Penyimpanan Hibrida: Pertimbangkan sistem penyimpanan hibrida yang menggabungkan berbagai metode penyimpanan untuk memanfaatkan kekuatan masing-masing. Misalnya, menggabungkan penyimpanan gas terkompresi dengan penyimpanan metal hidrida atau hidrida kimia dapat menyediakan penyimpanan berkepadatan tinggi sambil mempertahankan kinetika yang cepat.

8. Pemodelan dan Optimasi Sistem: Manfaatkan teknik pemodelan lanjutan dan algoritma optimasi untuk mensimulasikan dan mengoptimalkan sistem penyimpanan. Ini melibatkan analisis berbagai parameter, seperti suhu, tekanan, sifat bahan, dan konfigurasi sistem, untuk mengidentifikasi kondisi operasi dan konfigurasi penyimpanan yang paling efisien.

9. Penelitian dan Pengembangan Berkelanjutan: Dorong penelitian dan pengembangan berkelanjutan dalam teknologi penyimpanan hidrogen. Berkolaborasilah dengan lembaga akademik, organisasi penelitian, dan mitra industri untuk mengeksplorasi inovasi baru dan tetap terkini dengan kemajuan terbaru. Peningkatan berkelanjutan sangat penting untuk memaksimalkan efisiensi penyimpanan hidrogen.

Case Study

Rancanglah tabung hidrogen yang memiliki kapasitas 1 liter dan cost maksimal Rp. 500.000

Langkah awal dalam merancang tabung hidrogen tersebut adalah dengan menentukan dimensi tabung tersebut, yang dikalkulasikan dengan metode numerik:

import math

def calculate_lowest_surface_area(volume):
   lowest_surface_area = float('inf')  # Initialize with infinity
   optimal_radius = 0
   optimal_height = 0'

   # Iterate over possible radius values
   for radius in range(1, int(math.sqrt(volume / math.pi)) + 1):
       height = volume / (math.pi * radius**2)
       surface_area = 2 * math.pi * radius * (radius + height)

   # Check if the current surface area is lower than the lowest recorded so far
   if surface_area < lowest_surface_area:
       lowest_surface_area = surface_area
       optimal_radius = radius
       optimal_height = height

   return optimal_radius, optimal_height, lowest_surface_area

# Test the function for a 1 liter volume
volume = 1000  # cubic centimeters
radius, height, surface_area = calculate_lowest_surface_area(volume)
print(f"Optimal radius: {radius} cm")
print(f"Optimal height: {height} cm")
print(f"Lowest surface area: {surface_area} cm²")'

Berdasarkan kalkulasi menggunakan metode numerik diatas, didapatkan beberapa hasil yaitu:

Optimal radius: 5 cm
Optimal height: 12.732395447351626 cm
Lowest surface area: 557.0796326794897 cm²

Untuk itu, kita bisa merancang tabung dengan ukuran:

Radius: 5 cm

Tinggi: 13 cm

Selanjutnya adalah menentukan material yang tepat untuk membentuk tabung hidrogen tersebut: