Muhamad Sabran Jamil

Intoduction Saya Muhamad Sabran Jamil dari provinsi Riau dan lahir pada 17 Meni 2003. Pada saat ini berkuliah di Universitas Indonesia

Report of Design & Optimization of Pressurized Hydrogen Storage (First Progression)

Sebagai mahasiswa Teknik Perkapalan yang sedang menjalani pendidikan untuk menjadi insinyur yang berkualitas, penting bagi kita untuk mengambil pendekatan menyeluruh dalam mendesain komponen-komponen, terutama dalam hal efisiensi dan optimisasi. Salah satu tugas dalam kelas Metode Numerik adalah merancang dan mengoptimalkan penyimpanan hidrogen bertekanan tinggi, yang memberi kita kesempatan untuk mengembangkan pola pikir insinyur. Selain itu, hal ini juga membantu meningkatkan kesadaran kita terhadap berbagai aspek terkait.

Parameter:

1. Harga di bawah Rp500.000,00

2. Tekanan = 8 bar

3. Volume = 1 liter

Certainly! Designing and optimizing a cost-effective compact pressurized hydrogen storage system involves considering several essential elements and following specific procedures:

Determine System Requirements: Identify the specific needs for the hydrogen storage system, such as storage capacity, operating pressure, weight, dimensions, and safety considerations. These requirements will serve as guidelines for the design process.

Select Storage Method: Choose the appropriate storage method based on the application and requirements. In this case, the focus is on pressurized hydrogen storage. Other methods include cryogenic storage, solid-state storage, and chemical storage.

Choose Suitable Materials: Select materials that are safe, cost-effective, and efficient. The storage vessel should be strong, compatible with hydrogen, and have low permeability to prevent leaks. Common materials include high-strength steel, carbon fiber composites, or polymer-based liners with carbon fiber wrapping.

Design the System: Develop a detailed design for the storage system, considering factors such as vessel shape, volume, structural integrity, valve and fitting placement, thermal management, and pressure relief mechanisms. Computer-aided design (CAD) software can assist in creating accurate models.

Implement Safety Measures: Incorporate safety features to ensure reliable operation and prevent accidents. This may include pressure relief devices, burst disks, pressure sensors, and fire suppression systems. Adhering to relevant safety standards, such as ISO 16111 or ASME Boiler and Pressure Vessel Code, is essential.

Optimize for Cost-effectiveness and Compactness: Use optimization techniques such as structural analysis, computational fluid dynamics (CFD) simulations, and optimization algorithms to refine the design for cost-effectiveness and compactness. These methods help identify the most efficient shapes, materials, and manufacturing techniques to reduce costs and maximize storage capacity.

Choose Manufacturing Process: Select a manufacturing process that balances cost, quality, and scalability. Common methods for hydrogen storage vessels include filament winding for composite materials and deep-drawing or forging for metal containers. Continuously improve the manufacturing process to reduce costs and enhance reliability.

Perform Performance Testing: Conduct comprehensive performance tests to ensure the system meets the desired specifications and safety requirements. This may involve pressure cycling, leak testing, burst tests, and other relevant evaluations. Simulate real-world conditions as accurately as possible.

Ensure Regulatory Compliance: Comply with relevant regulations and standards for hydrogen storage systems. This may include obtaining certifications from regulatory bodies such as ISO, the U.S. Department of Transportation (DOT), or local regulatory agencies. Compliance is crucial for market acceptance and safety.

Consider Lifecycle Implications: Evaluate the lifecycle impact of the storage system, considering factors such as material sourcing, manufacturing energy consumption, maintenance requirements, and end-of-life considerations. Aim for sustainability and minimize environmental impact.

Continuously Improve: Stay updated on advancements in hydrogen storage systems, including new technologies and materials. Continually seek opportunities to enhance system efficiency, reduce costs, and improve safety through ongoing research and development efforts.

Final Report of Design & Optimization of Pressurized Hydrogen Storage

Dalam merancang tangki hidrogen ini, terdapat tiga batasan yang harus diperhatikan, yaitu batasan geometris, kekuatan material, dan biaya. Setelah melakukan diskusi dengan teman-teman dalam kelas, kami memutuskan untuk menggunakan baja tahan karat austenitik AISI 316 sebagai material untuk tangki hidrogen ini. Pilihan ini sejalan dengan praktek yang umum dilakukan oleh pabrikan-pabrikan penyimpanan hidrogen industri. Austenitic stainless steel telah terbukti memiliki ketersediaan yang baik, daya tahan yang tinggi, kekuatan yang memadai, kemudahan dalam proses pembuatan, kompatibilitas dengan gas hidrogen (tidak bereaksi dengan hidrogen), dan sebagainya.

Geometri Dasar (Base)

Salah satu komponen utama dalam mendesain penyimpanan hidrogen bertekanan adalah pengukuran dan geometri dari penyimpanan tersebut. Melalui diskusi di kelas dan studi kasus individu, mahasiswa di kelas kami sepakat bahwa bentuk ideal dari penyimpanan tersebut adalah berbentuk silinder seperti yang umumnya digunakan dalam industri. Namun, parameter dari bentuk silinder tersebut masih perlu ditentukan menggunakan metode-metode Numerik.

Tujuan dari proses optimisasi penyimpanan hidrogen ini, seperti yang disebutkan dalam studi kasus sebelumnya, adalah menciptakan penyimpanan hidrogen bertekanan yang memenuhi persyaratan sambil tetap efisien biaya. Salah satu faktor utama yang memengaruhi biaya produksi adalah jumlah bahan yang digunakan, yang dalam kasus wadah silinder, sebanding dengan luas permukaan produk. Semakin kecil luas permukaan total, semakin sedikit bahan yang dibutuhkan untuk membuatnya. Pada kasus kita, luas permukaan perlu diminimalkan sambil mempertahankan volume sebesar 1 liter atau 1000 sentimeter kubik. Jari-jari dan tinggi dari silinder yang memenuhi kedua kriteria tersebut dapat ditentukan menggunakan fungsi optimisasi sederhana yang dapat dihitung secara numerik menggunakan kode yang sesuai dibuat dengan Python atau MATLAB, dan berbagai perangkat lainnya, seperti C+, C++, dll. Dalam merancang Projek ini, saya menggunakan Python untuk membuat kode yang secara manual menghitung jari-jari dan tinggi dari sebuah silinder dengan volume 1000 sentimeter kubik. Meskipun ada pustaka seperti SciPy yang telah menyediakan fungsi optimisasi yang telah dikompilasi sebelumnya, tetapi dalam rangka mempelajari konsep yang mendasarinya, saya memilih untuk mengimplementasikan kode secara manual. Berikut adalah hasil kodingan saya:

import math
from scipy.optimize import minimize

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

def calculate_optimized_dimensions(volume):
  
    volume_cm3 = volume * 1000

    objective = lambda x: calculate_surface_area(x)

    constraint = lambda x: volume_cm3 - (math.pi * x[0]**2 * x[1])

    x0 = [1, 1]

    bounds = ((0, None), (0, None))

    volume_constraint = {'type': 'eq', 'fun': constraint}

    result = minimize(objective, x0, method='SLSQP', bounds=bounds, constraints=volume_constraint)

    optimized_radius = result.x[0]
    optimized_height = result.x[1]
    optimized_surface_area = result.fun

    return optimized_radius, optimized_height, optimized_surface_area

volume = 1  
radius, height, surface_area = calculate_optimized_dimensions(volume)

print("Optimized Dimensions:")
print(f"Radius: {radius} cm")
print(f"Height: {height} cm")
print(f"Surface Area: {surface_area} cm^2")

Optimized Dimensions:
Radius: 5.41926305506462 cm
Height: 10.838511985088449 cm
Surface Area: 553.5810444905989 cm^2

<syntaxhighlight lang="xml">