Tri Ely Seftyandi
Contents
INTRODUCTION
Semangat pagi,
Tri Ely Seftyandi
2206100363
"Jangan menyerah hanya karena kau lelah!"
PROGRES 1 : TUGAS DESIGN TANGKI HIDROGEN SEBAGAI ALTERNATIF BAHAN BAKAR KENDARAAN BERMOTOR
Latar Belakang
Sejalan dengan strategi mitigasi perubahan iklim, bahan bakar fosil seperti diesel dan bensin tanpa timbal sedang dihapus demi sumber energi yang lebih ramah lingkungan dengan jejak karbon yang lebih rendah. Dengan menggunakan perubahan paradigma ini sebagai peluang, banyak pengembang kendaraan telah berinvestasi dalam berbagai teknologi yang menjanjikan. Beberapa diantaranya sedang mengerjakan mobil listrik, tentu saja, tetapi juga pada mobil bertenaga hidrogen, mobil bertenaga LPG, dan mobil hibrida.
Mengapa Hidrogen menarik untuk dipelajari sebagai bahan bakar alternatif masa depan?
karena hidrogen mempunyai 6 keunggulan, diantaranya :
1. Tidak ada emisi CO2 langsung
Tidak ada karbon dioksida (CO2) yang dihasilkan saat menggunakan hidrogen. Ketika bereaksi dengan oksigen, hidrogen hanya menghasilkan listrik, air, dan panas. Dan karena tidak mengandung karbon, tidak ada CO2 yang tercipta. Ini berarti bahwa dengan beralih dari bahan bakar fosil ke hidrogen pada mesin, turbin gas, boiler, dan sel bahan bakar, penciptaan tenaga dan panas dapat dilakukan tanpa emisi CO2 langsung.
2. Kepadatan energi tinggi
Hidrogen terbakar dengan cepat dan pada suhu tinggi. Ketika dikombinasikan dengan oksigen dan menyala, membentuk air dan melepaskan panas. Karena pengetahuan kita tentang cara menangani sifat mudah terbakar hidrogen dengan aman telah berkembang, hal ini membuka potensi hidrogen sebagai sumber daya untuk kebutuhan energi jangka panjang kita, karena bahan bakar yang lebih bersih sekarang dapat dibuat dengan hidrogen yang sangat efisien.
3. Berlimpah dan serbaguna
Hidrogen adalah unsur yang paling melimpah di alam semesta dan ada di sekitar kita, terutama dalam bentuk air (H2O) dan bahan bakar fosil, atau dikenal sebagai hidrokarbon. Tetapi sangat jarang untuk menemukan hidrogen murni di alam sebagai gas — kadar tipikalnya kurang dari satu bagian per sejuta volume. Oleh karena itu, untuk membuat hidrogen murni, ia harus diproduksi dari bahan bakar fosil, biomassa, atau air.
4. Potensi penyimpanan
Jumlah energi yang dihasilkan dari sumber energi terbarukan seperti tenaga surya dan angin cenderung berfluktuasi karena kondisi cuaca. Menggabungkan solusi penyimpanan energi dengan energi terbarukan mengurangi sifat produksi energi terbarukan yang terputus-putus, dan hidrogen terbukti sebagai penyedia penyimpanan yang efektif. Mengubah energi terbarukan menjadi hidrogen melalui elektrolisis memungkinkannya disimpan dan digunakan di kemudian hari, sekaligus menstabilkan jaringan energi dengan menyediakan sumber energi "on tap". Lebih baik lagi, hidrogen dapat disimpan dalam waktu lama tanpa kehilangan yang berarti.
5. Bahan bakar industri
Hidrogen juga dapat digunakan sebagai bahan bakar untuk menggerakkan proses industri yang intensif energi, seperti pemrosesan logam dan manufaktur kaca. Industri berat memiliki perjalanan dekarbonisasi yang menantang di depannya, terhitung hampir 40% dari penggunaan energi final dunia pada tahun 2021. Hidrogen kemungkinan akan menjadi alat penting untuk menggantikan bahan bakar fosil dalam industri yang sulit diredam, banyak proses yang sulit untuk dialiri listrik. Inisiatif sudah berjalan - produsen baja ArcelorMittal sedang mengembangkan produksi skala industri dan penggunaan Direct Reduced Iron (DRI) yang dibuat dengan 100% hidrogen.
6. Investasi yang kuat
Lonjakan investasi dalam hidrogen merupakan bukti potensinya. Penyebaran elektrolisis mencapai rekor tertinggi pada tahun 2021, dengan tambahan kapasitas lebih dari 200MW, tiga kali lebih banyak dibandingkan tahun 2020. Database Proyek Hidrogen Internasional Energy Agency's (IEA) menunjukkan hampir 1.500 proyek rendah karbon. Pasar hidrogen “hijau” saja — senilai $676 juta pada tahun 2022 — diproyeksikan mencapai $7,3 miliar pada tahun 2027. Undang-Undang Pengurangan Inflasi (IRA) di AS menawarkan subsidi yang signifikan untuk memproduksi hidrogen hijau, yang diharapkan akan semakin mempercepat pertumbuhan pasar.
sumber : [1]
Perancangan Tabung Hidrogen Kapasitas 1 Liter
Pada pertemuan matakuliah METNUM-03 tanggal 22 Mei 2023, diberikan tugas untuk merancang tabung hidrogen. Tabung Hidrogen ini diperuntukan sebagai bahan bakar kendaraan bermotor (Sepeda Motor).
Pada tahap awal perancangan diperlukan data-data Operasional sebagai berikut :
Kapasitas : 1 liter Tekanan : 8 Bar Cost : Rp 500.000 Temp Operational : 30 - 40 Deg Celcius Instrument Control : Pressure Regulator range 1 - 15 Bar
Hydrogen Properties : [2]
Detail Drawing Hydrogen Storage Tank
PROGRES 2 : Design Calculation
Perhitungan Kekuatan Material
1. Material allowable stress value :
Material : ASTM A36 sheet metal ; Yield Strength (Sy) : 36 Ksi
Allowable stress value = 2/3 x Sy = 24 Ksi
2. Wall and head minimum thickness :
Thickness formula for circumferential stress direction :
Thickness formula for longitudinal stress direction :
E = 0,60 (Single-welded butt joint without use of backing strip)
P = 8 bar = 117 Psi
R = 40 mm = 1,6 inch
S = 24000 Psi
Corrosion allowance = 1 mm = 0,039 inch
t = 117x(1,6+0,039) / (24000x0,6)-(0,6x117) = 0,0133 + corrosion allowance = 0,052 inch
t = 1,32 mm (Circumferential) ; t = 1,2 mm (Longitudinal)
So, the minimum thickness of the sheet metal is 1,4 mm
Stress Analysis
Von Mises Stress Analysis
At a pressure of 8 bar, the tank is still within safe limits.
Numerical Calculation - 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
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)
