Naila Zulfaizza

INTRODUCTION

Assalamualaikum Wr. Wb. Perkenalkan saya Naila Zulfaizza dengan NPM 2106654914. Saya lahir di bogor dan masih berdomisili di Bogor. Dalam menjalankan pembelajaran Metode Numerik ini, saya menggunakan kesadaran (consciousness) saya sehingga pembelajaran dapat saya nikmati dengan harapan berupa kebermanfaatan baik bagi saya dan orang lain suatu hari nantinya. Segala tugas yang saya tulis disini saya kerjakan dengan semangat serta lapang dada. Dan segala kesalahan yang tercantum akan menjadi pembelajaran saya untuk menjadi pribadi yang bersyukur serta tidak putus asa. Bismillah.

Resume Perkuliahan 26/05/2023

Dalam pertemuan ini kita memahami bahwa Consciousness atau kesadaran berpikir diperlukan untuk mencapai hasil dalam pemecahan masalah. Sangat diperlukan bagi setiap individu untuk dapat 'be present', sehingga kita dapat lebih menikmati dan memberikan usaha maksimal untuk menjalankan kebaikan setiap harinya. Selain itu, kita harus lebih sadar dalam menggunakan potensi yang kita punya demi tujuan yang baik, bukan hanya mengandalkan waktu untuk menjawab permasalahan yang ada. Meskipun manusia tentunya melakukan kesalahan, kita akan lebih sedikit menyesal ketika kita sadar saat memberikan sisi terbaik kita. Contohnya, sebagai mahasiswa kita memperhatikan dosen saat materi diberikan di kelas, namun tetap memiliki rasa haus akan ilmu dan belajar lebih dalam setelah kelas.

Design & Optimization of Pressurized Hydrogen Storage

Kapasitas : 1 L

Tekanan : 8 bar

Anggaran  : Rp500.000

Penyimpanan hidrogen bertekanan adalah metode penyimpanan hidrogen dalam wadah bertekanan, seperti silinder. Biasanya pompa digunakan untuk mengisi botol dengan hidrogen. Hidrogen yang disimpan dalam silinder dapat berupa gas bertekanan, cair atau padat. Penggunaan cyroform dalam penyimpanan hidrogen memungkinkan efisiensi yang lebih besar karena penyimpanan hidrogen dalam bentuk cyro menjaga hidrogen pada suhu sangat rendah, biasanya di bawah -253°C (-423°F). Suhu tersebut dapat mempertahankan stabilitas dan tekanan tinggi yang memungkinkan kompresi yang lebih baik, sehingga cyroform dianggap paling efektif dan efisien. Selain itu, bentuk cyro juga fleksibel dan dapat digunakan untuk berbagai keperluan. Saat mengoptimalkan penyimpanan hidrogen, penggunaan cyroform bisa menjadi solusi yang layak, terutama saat anggaran terbatas. Karena bahan yang digunakan dalam pembuatan sistem penyimpanan seringkali membutuhkan kualitas tinggi, yang harganya mahal dan tidak boleh dikompromikan. Namun, optimalisasi bentuk penyimpanan dapat dicapai melalui penelitian sebelumnya dan penggunaan pompa bertekanan tinggi. Berikut desain sederhana yang dapat saya bayangkan untuk penyimpanan hidrogen saya:

1. Material: Pilih material dengan ketahanan tekanan tinggi dan kompatibilitas hidrogen, seperti serat karbon atau paduan baja khusus. Namun stainless Steel juga dapat menjadi pilihan baik dengan budget rendah. Pastikan material yang dipilih juga tahan terhadap korosi dan kebocoran.

2. Bentuk tabung: Pilih bentuk tabung silinder dengan salah satu ujungnya tertutup rapat. Pertimbangkan ukuran dan kapasitas yang diperlukan untuk penyimpanan hidrogen yang diinginkan.

3. Katup masuk: Pasang katup masuk dan keluar yang dapat menangani tekanan hidrogen tinggi dengan aman. Pastikan katup mudah digunakan dan memiliki sistem pengaman untuk mencegah kebocoran.

4. Keamanan: Pastikan tabung dilengkapi dengan sistem pengaman yang efektif untuk mencegah kebocoran atau kebakaran. Termasuk katup pelepas tekanan yang beroperasi pada tekanan tertentu untuk mencegah kenaikan tekanan yang berbahaya.

5. Pelabelan dan instruksi: Beri label yang jelas dan petunjuk penggunaan yang jelas pada wadah hidrogen. Petunjuk penggunaan yang tepat, perawatan rutin, dan tindakan pencegahan keselamatan yang sesuai dengan standar K3.

Final Report of Design and Optimization of Pressured Hydrogen Storage

Pertama-tama, kita akan menghitung terlebih dahulu ukuran dimensi optimal dari tabung hidrogen yang akan kita buat. Diketahui bahwa tekanan sebesar 8 bar dan kapasitas sebesar 1 liter, maka perhitungan dengan metode numeriknya sebagai berikut:

import math

def calculate_optimal_dimensions(volume, pressure, aspect_ratio, min_height, max_height, min_diameter, max_diameter, min_wall_thickness, max_wall_thickness):

   # Constants
   safety_factor = 4  # Safety factor for design

   # Calculation
   radius = math.sqrt(volume / (math.pi * aspect_ratio))  # Optimal radius
   height = aspect_ratio * radius  # Optimal height
   diameter = 2 * radius  # Optimal diameter

   # Adjust dimensions if they fall below the minimum values
   if height < min_height:
       height = min_height
       radius = height / aspect_ratio
       diameter = 2 * radius
   if diameter < min_diameter:
       diameter = min_diameter
       radius = diameter / 2
       height = aspect_ratio * radius

   # Adjust dimensions if they exceed the maximum values
   if height > max_height:
       height = max_height
       radius = height / aspect_ratio
       diameter = 2 * radius
   if diameter > max_diameter:
       diameter = max_diameter
       radius = diameter / 2
       height = aspect_ratio * radius

   max_allowable_stress = pressure / safety_factor  # Maximum allowable stress
   wall_thickness = max_allowable_stress * radius / (2 * math.tan(math.pi / 4))  # Optimal wall thickness

   # Adjust wall thickness if it falls below the minimum value
   if wall_thickness < min_wall_thickness:
       wall_thickness = min_wall_thickness

   # Adjust wall thickness if it exceeds the maximum value
   if wall_thickness > max_wall_thickness:
       wall_thickness = max_wall_thickness

   return height, diameter, wall_thickness

1. Input values

volume = 1 # Volume in liters pressure = 0.8 * math.pow(10, 6) # Pressure in Pascals (1 MPa = 10^6 Pascals) aspect_ratio = 2 # Desired aspect ratio of height to diameter min_height = 0.2 # Minimum height in meters max_height = 0.3 # Maximum height in meters min_diameter = 0.1 # Minimum diameter in meters max_diameter = 0.15 # Maximum diameter in meters min_wall_thickness = 0.04 # Minimum wall thickness in meters max_wall_thickness = 0.05 # Maximum wall thickness in meters

1. Convert volume to cubic meters

volume = volume / 1000

1. Calculate optimal dimensions

optimal_height, optimal_diameter, optimal_wall_thickness = calculate_optimal_dimensions(volume, pressure, aspect_ratio, min_height, max_height, min_diameter, max_diameter, min_wall_thickness, max_wall_thickness)

1. Output

print(f"The optimal dimensions for a hydrogen tube with a {volume} m^3 capacity, {pressure} Pa pressure, and aspect ratio of {aspect_ratio} are:\nHeight: {optimal_height} meters\nDiameter: {optimal_diameter} meters\nWall Thickness: {optimal_wall_thickness} meters.")

Maka akan didapatkan:

The optimal dimensions for a hydrogen tube with a 0.001 m^3 capacity, 800000.0 Pa pressure, and aspect ratio of 2 are: Height: 0.15 meters Diameter: 0.15 meters Wall Thickness: 0.05 meters.

Pilihan material yang saya gunakan adalah Stainless Steel. Berdasarkan hasil pencarian di Google, biaya untuk membeli Plat Stainless Steel tebal 5mm, ukuran 15cm x 20cm, seharga Rp. 105.000,-. Maka jika kita membutuhkan 4 plat, totalnya hanya akan membutuhkan biaya sebesar Rp. 420.000,-.