M Daffa Nafis Shafwan

Perkenalan

assalamualaikum warahmatullahi wabarakatuh

Perkenalkan, saya M Daffa Nafis Shafwan bisa di panggil defis. dengan NPM 2106730993 Saya dari fakultas teknik program studi teknik perkapalan . . Aku adalah seseorang yang percaya bahwa kebaikan dan kejujuran adalah kunci kesuksesan dalam hidup. Dengan sikap yang optimis dan hati yang tulus, aku siap menghadapi apa pun yang datang dalam perjalanan hidupku. dan sekarang menempuh pendidikan S2 Fast track di FTUI. adapun riset yang saya dalami sekarang yaitu pengaruh pengunaan hydrofoil dalam kapal berjenis lambung planning hull yang dibimbing oleh bapak Kurniawan Teguh Waskito, S.T., M.T., Ph.D.

Komputasi Teknik Pertemuan 1 (29-10-2024)

DAI5 adalah sebuah kerangka berpikir (framework) berbasis pemikiran sadar (conscious thinking) yang dirancang untuk menyelesaikan masalah, yang dikembangkan berdasarkan pendekatan pemikiran komputasional (computational thinking). Metode ini diperkenalkan oleh Dr. Ahmad Indra, yang dituangkan dalam manuskrip berjudul "DAI5: Framework Penyelesaian Masalah Berbasis Conscious Thinking." Pemikiran sadar adalah suatu metode yang bertujuan untuk meningkatkan kemampuan berpikir kritis dan kesadaran diri, terutama dalam konteks pemecahan masalah dan lingkungan pembelajaran.

Secara prinsip, pendekatan pemikiran sadar menekankan pentingnya niat dan tujuan yang jelas dalam menyelesaikan setiap permasalahan. DAI5 terdiri atas empat fase, yang masing-masing dirancang untuk memahami secara mendalam beragam permasalahan yang kompleks. Keempat fase dalam pemikiran sadar DAI5 adalah sebagai berikut:

Intention : Merupakan tahap di mana setiap individu menentukan niat berdasarkan kesadaran dan pengalaman pribadi mereka. Initial Thinking : Tahapan ini melibatkan eksplorasi berbagai masalah untuk mendapatkan gambaran, konsep, atau prinsip dasar yang diperlukan dalam penyelesaian masalah. Idealization : Proses dalam tahap ini bertujuan untuk menyederhanakan masalah yang kompleks menjadi lebih mudah dipahami dengan mengacu pada asumsi yang ada. Instruction Set : Tahapan terakhir ini merupakan persiapan untuk merancang algoritma solusi yang akan diterapkan dalam menyelesaikan permasalahan. Metode DAI5 menawarkan kerangka pemikiran yang lebih efektif dalam menyelesaikan masalah karena melibatkan seluruh aspek, baik dari sisi kecerdasan otak (brainware) maupun aspek emosional (heartware), sehingga memungkinkan tercapainya hasil yang lebih baik.

DAI5 merupakan sebuah kerangka berpikir (framework) untuk pemikiran sadar (conscious thinking) yang dirancang sebagai pendekatan dalam penyelesaian masalah, yang dikembangkan berdasarkan konsep pemikiran komputasional (computational thinking). Metode ini diperkenalkan oleh Dr. Ahmad Indra, yang dituangkan dalam manuskrip berjudul "DAI5: Kerangka Penyelesaian Masalah Berbasis Pemikiran Sadar".

Pemikiran sadar adalah metode yang bertujuan untuk meningkatkan kemampuan berpikir kritis serta kesadaran diri dalam berbagai aspek, terutama dalam konteks penyelesaian masalah dan lingkungan pembelajaran. Secara prinsip, pendekatan pemikiran sadar menekankan pentingnya niat dan tujuan yang jelas dalam setiap proses penyelesaian masalah.

DAI5 terdiri dari empat tahap, yang masing-masing dirancang untuk memahami secara mendalam permasalahan yang kompleks. Empat tahap dalam DAI5 pemikiran sadar adalah sebagai berikut:

Intention : Tahap di mana individu menentukan niat berdasarkan kesadaran dan pengalaman pribadinya. Initial Thinking : Tahap untuk mengeksplorasi berbagai masalah guna memperoleh gambaran, konsep, atau prinsip dasar dalam penyelesaian masalah. Idealization : Proses penyederhanaan masalah kompleks menjadi lebih sederhana dengan berdasarkan asumsi tertentu. Instruction Set : Tahap akhir yang mempersiapkan algoritma untuk menyelesaikan masalah yang telah diidentifikasi. Metode DAI5 menawarkan kerangka pemikiran untuk penyelesaian masalah yang lebih efektif, karena mengintegrasikan berbagai aspek, termasuk kecerdasan otak (brainware) dan perasaan (heartware), sehingga memungkinkan tercapainya hasil yang lebih memuaskan.

Tentu! Mari kita hubungkan kerangka DAI5 yang telah kita bahas sebelumnya dengan perhitungan hydrofoil . Hydrofoil adalah struktur yang digunakan untuk menghasilkan daya angkat (lift) saat diluncurkan di dalam air, dan analisis performanya sering kali melibatkan persamaan Finite Element Method (FEM). Kita akan menggunakan kerangka kerja DAI5 untuk mendekati analisis ini.

1. Intention Niat dan Kesadaran Diri Pada tahap ini, kita perlu menetapkan tujuan analisis performa hydrofoil. Beberapa pertanyaan yang dapat diajukan meliputi:

Apa tujuan dari perhitungan ini? (contoh: menentukan gaya angkat dan drag yang dihasilkan oleh hydrofoil pada kecepatan tertentu) Siapa yang terlibat dalam proses ini? (contoh: insinyur desain, peneliti) Apa pengalaman atau pengetahuan awal yang dimiliki tentang prinisip fluida dan analisis struktur? Contoh Niat: Menganalisis gaya angkat dan distribusi tekanan yang dialami hydrofoil pada berbagai kecepatan aliran untuk mengoptimalkan desain.

2. Initial Thinking Eksplorasi Masalah Pada fase ini, kita akan memasukkan teori dasar tentang hydrofoil dan bagaimana FEM digunakan. Kita perlu mengeksplorasi:

Apa yang diperlukan untuk menganalisis gaya angkat dan drag? Apa persamaan yang digunakan dalam analisis aliran fluida, seperti persamaan Navier-Stokes? Apa pengaruh geometri hydrofoil terhadap aliran dan kinerja? Contoh Penjelasan: Analisis hydrofoil memerlukan pemahaman tentang gaya angkat, drag, dan distribusi tekanan. FEM akan digunakan untuk memodelkan dan menganalisis interaksi antara aliran fluida dan struktur hydrofoil. Kita akan menggunakan parameter seperti kecepatan aliran, densitas fluida, dan luas penampang hydrofoil.

3. Idealization Penyederhanaan Masalah Dalam tahap ini, kita harus menyederhanakan model agar perhitungan dapat dilakukan secara praktis. Langkah-langkahnya mungkin termasuk:

Mengasumsikan hidrofoil bersifat simetris dan berbentuk sederhana untuk memudahkan perhitungan. Menggunakan permukaan datar atau elemen berbentuk segitiga untuk representasi FEM. Contoh Idealization: Asumsikan hydrofoil memiliki bentuk simetris dan aliran fluida sekitar hydrofoil bersifat laminar. Kita juga dapat menyederhanakan kondisi batas dengan mempertimbangkan aliran yang konstan dan stabil.

4. Instruction Set Persiapan Algoritma Pada fase terakhir ini, kita akan merumuskan langkah-langkah analitis dan numerik untuk melakukan perhitungan:

Diskritisasi domain hydrofoil menjadi elemen-elemen kecil menggunakan FEM. Membangun fungsi bentuk untuk elemen hydrofoil. Menerapkan persamaan aliran fluida untuk menentukan distribusi tekanan pada setiap elemen. Menghitung matriks kekakuan global yang mencakup efek gaya angkat dan drag. Menyelesaikan sistem persamaan untuk menganalisis gaya yang bekerja pada hydrofoil pada berbagai kecepatan aliran. Contoh Langkah Algoritma:

Diskritisasi geometri hydrofoil menjadi elemen-elemen 2D menggunakan teknik FEM. Tentukan fungsi bentuk untuk setiap elemen (misalnya, elemen segitiga). Hitung distribusi tekanan dan gaya angkat berdasarkan kondisi aliran dengan menggunakan analisis yang relevan (misalnya, untuk mengintegrasikan tekanan pada permukaan hydrofoil). Terapkan hasil pada simulasi untuk menghitung gaya angkat dan drag. Analisis efek variasi kecepatan aliran terhadap performa hydrofoil. Kesimpulan Dengan menggunakan kerangka DAI5, analisis performa hydrofoil dapat dilakukan secara sistematis dan terstruktur. Pendekatan ini membantu dalam memahami interaksi antara aliran fluida dan desain hydrofoil, serta memberikan langkah-langkah praktis untuk menerapkan FEM dalam analisis tersebut. Melalui pendekatan ini, insinyur dapat mengoptimalkan desain hydrofoil untuk kinerja yang lebih baik dalam aplikasi nyata, seperti dalam perahu atau perangkat lain yang memanfaatkan daya angkat dari aliran fluida.

berikut link video youtube saya mengenai presentasi Design & Optimization of Pressurized Hydrogen Storage

https://www.youtube.com/watch?v=lowQngSJwZg&t=17s

Resume Pertemuan 26/5/2023

Metode numerik merupakan teknik penggunaan matematika dan algoritma komputasi untuk menyelesaikan masalah dalam bentuk perhitungan atau analisis yang melibatkan angka dan data numerik. Meskipun metode numerik sering dikaitkan dengan aplikasi dalam ilmu komputer, teknik ini juga memiliki manfaat yang relevan dalam kehidupan sehari-hari. Berikut adalah beberapa contoh manfaat metode numerik dalam kehidupan sehari-hari:

1.Pengelolaan keuangan: Metode numerik dapat digunakan dalam perencanaan keuangan pribadi, seperti perhitungan bunga, investasi, dan pinjaman. Dengan menggunakan metode numerik, seseorang dapat menghitung pembayaran bulanan hipotek atau pinjaman, menentukan waktu yang dibutuhkan untuk mencapai tujuan tabungan, atau mengoptimalkan investasi.

2.Pengolahan gambar dan video: Metode numerik digunakan dalam pengolahan gambar dan video, seperti kompresi data, restorasi gambar, dan analisis citra. Metode numerik memungkinkan pemrosesan gambar dan video yang lebih efisien dan akurat, termasuk perbaikan kualitas gambar, deteksi objek, dan analisis pola.

3.Prediksi cuaca: Meteorologi modern bergantung pada metode numerik untuk memprediksi cuaca. Model matematika kompleks digunakan untuk memproses data cuaca dari berbagai sumber, seperti satelit dan stasiun cuaca, dan menghasilkan prediksi cuaca jangka pendek maupun jangka panjang.

4.Desain produk: Metode numerik digunakan dalam desain produk untuk memprediksi dan mengoptimalkan kinerja suatu produk sebelum produksi fisik dilakukan. Simulasi numerik memungkinkan insinyur untuk menganalisis dan memprediksi perilaku produk dalam berbagai kondisi, seperti kekuatan struktural, aliran fluida, atau karakteristik termal.

5.Pengembangan obat: Dalam penelitian farmasi dan pengembangan obat, metode numerik digunakan untuk memodelkan interaksi molekuler dan meramalkan efek obat pada organisme. Metode ini mempercepat proses desain obat baru dan membantu mengidentifikasi kandidat yang paling potensial sebelum uji klinis dilakukan.

6.Optimisasi transportasi: Metode numerik digunakan dalam optimisasi rute transportasi, pengelolaan lalu lintas, dan perencanaan transportasi perkotaan. Algoritma yang berbasis metode numerik dapat membantu mengurangi kemacetan lalu lintas, meningkatkan efisiensi rute pengiriman, dan merencanakan pergerakan optimal dalam sistem transportasi yang kompleks.

7.Analisis data dan statistik: Metode numerik juga penting dalam analisis data dan statistik. Dalam kehidupan sehari-hari, kita sering menghadapi data yang kompleks dan besar, dan metode numerik dapat digunakan untuk menganalisis data ini, menemukan pola, membuat prediksi, atau mengidentifikasi tren.

Metode numerik memiliki peran penting dalam perhitungan dan analisis dalam industri perkapalan. Beberapa manfaat metode numerik dalam perhitungan dunia perkapalan meliputi:

1.Perhitungan kekuatan struktur: Metode numerik digunakan dalam perhitungan kekuatan struktur kapal. Dengan menggunakan model matematika dan simulasi numerik, insinyur dapat memprediksi bagaimana kapal akan merespons beban dan gaya eksternal, seperti gelombang laut atau beban angin. Hal ini memungkinkan mereka untuk mengoptimalkan desain struktur kapal, memastikan kekuatan dan keamanannya.

2.Analisis hidrodinamika: Metode numerik digunakan untuk menganalisis perilaku hidrodinamika kapal, termasuk hambatan gerak, performa propulsi, dan kestabilan kapal. Simulasi numerik memungkinkan insinyur untuk memprediksi gaya-gaya hidrodinamika yang bekerja pada kapal dalam berbagai kondisi, seperti pergerakan di air tenang atau di tengah gelombang besar. Informasi ini dapat digunakan untuk merancang kapal yang lebih efisien dan stabil.

3.Optimisasi desain kapal: Metode numerik juga digunakan dalam optimisasi desain kapal. Dengan memanfaatkan algoritma optimisasi dan simulasi numerik, insinyur dapat mencari kombinasi desain yang memberikan kinerja terbaik dalam hal kecepatan, efisiensi bahan bakar, atau stabilitas. Hal ini memungkinkan pengembangan kapal yang lebih efisien dan ramah lingkungan.

4.Simulasi manuver kapal: Metode numerik digunakan untuk melakukan simulasi manuver kapal, seperti berlabuh, berbelok, atau merapat ke dermaga. Dengan menggunakan model matematika yang tepat, simulasi numerik dapat membantu memprediksi perilaku kapal saat melakukan manuver dan memastikan keselamatan operasi.

5.Dinamika fluida komputasional (CFD): Metode numerik CFD digunakan dalam perhitungan aliran fluida sekitar kapal. Ini termasuk analisis aliran air di sekitar lambung kapal, pembangkitan gelombang, dan interaksi antara kapal dan air. Simulasi CFD memungkinkan insinyur untuk memperoleh pemahaman yang mendalam tentang kinerja hidrodinamika kapal, sehingga mempengaruhi perancangan dan efisiensi kapal.

6.Analisis kebisingan dan getaran: Metode numerik digunakan untuk menganalisis kebisingan dan getaran pada kapal. Simulasi numerik memungkinkan insinyur untuk memprediksi tingkat kebisingan dan getaran yang dihasilkan oleh mesin, sistem propulsi, atau interaksi struktur pada kapal. Hal ini membantu dalam merancang kapal yang lebih nyaman bagi awak dan penumpangnya.

Dalam industri perkapalan, metode numerik memainkan peran penting dalam perhitungan dan analisis yang berkaitan dengan kekuatan struktur, hidrodinamika, optimisasi desain, manuver, dinamika fluida

Design & Optimization of Pressurized Hydrogen Storage

Objective

Design and Optimization

Specification

Capacity : 1 L

Pressure Level : 8 bar

Limitation

the Cost It's not as pricey as it seems Rp. 500 K

Week 1 Progress we have a cost limitation of Rp. 500K for designing and optimizing a pressurized hydrogen storage system, we may need to consider cost-effective solutions and prioritize certain aspects of the design. Here are some suggestions to help you work within the budget:

Simplify Storage Method: Choose a storage method that is more affordable, such as compressed gas cylinders, which are typically cheaper compared to tube trailers or cryogenic storage.

Opt for Lower Pressure: Select a lower storage pressure, as high-pressure storage systems tend to be more expensive. While it may reduce the storage capacity, it can help control costs.

Cost-effective Material Selection: Choose storage vessel materials that are cost-effective and readily available. Steel alloys or certain composite materials may be more affordable compared to exotic or high-performance materials.

Basic Vessel Geometry: Opt for simpler vessel geometries that can be manufactured at a lower cost. Avoid complex shapes or additional features that may increase manufacturing expenses.

Standard Safety Measures: Incorporate standard safety features required by regulations, but avoid costly additional safety measures that are not essential for basic operation.

Efficient System Integration: Optimize system integration to minimize the need for additional components, complex piping, or excessive equipment, which can add to the cost. Keep the system simple and streamlined.

Evaluate Second-hand Equipment: Consider purchasing used or refurbished storage equipment if it meets safety standards and offers cost savings compared to new equipment. Ensure that the equipment is properly tested and certified before use.

Energy-efficient Design: Consider energy-efficient solutions for thermal management, insulation, and cooling systems to reduce operating costs over the system's lifetime.

Avoid Over-Engineering: While safety is crucial, avoid over-engineering the system beyond what is necessary. Design components and systems with appropriate safety margins, but don't exceed the required specifications unnecessarily.

Cost Comparison and Optimization: Throughout the design process, compare costs of different design options, materials, and suppliers. Optimize the design within the given budget by prioritizing cost-effective solutions.

Final Report on Pressurised Hydrogen Storage

Laporan ini saya buat dengan maksud untuk mengoptimalkan desain Penyimpanan Hidrogen Bertekanan, di mana dalam desain yang akan kami hasilkan terdapat beberapa parameter yang harus dipenuhi. Parameter tersebut meliputi kemampuan desain untuk menahan tekanan 8 bar, memiliki volume sebesar 1 liter, dan dibatasi dengan harga maksimal sebesar Rp500.000,00.

Parameter Dimensi

Salah satu langkah pertama dalam optimasi ini adalah menentukan dimensi tabung hidrogen yang akan dibuat, yaitu radius dan tinggi tabung. Menentukan nilai-nilai ini secara manual bisa memakan waktu yang lama, oleh karena itu saya akan menggunakan metode numerik untuk menghitung dimensi tabung dengan lebih cepat. Tujuannya adalah mencari kombinasi radius dan tinggi yang paling kecil yang dapat menghasilkan volume sebesar 1 liter.

import numpy as np
from scipy.optimize import minimize

def calculateSurfaceArea(x):
   radius, height = x
   return 2 * np.pi * radius * height + 2 * np.pi * radius**2

def volumeConstraint(x, volume_target):
   radius, height = x
   return np.pi * radius**2 * height - volume_target

volume_target = 1000  

def optimizationProblem(x):
   return calculateSurfaceArea(x)  

initial_guess = [1.0, 1.0]
constraints = [{'type': 'ineq', 'fun': lambda x: volumeConstraint(x, volume_target)}]
bounds = [(0, None), (0, None)]
result = minimize(optimizationProblem, initial_guess, method='SLSQP', bounds=bounds, constraints=constraints)
radius_optimal, height_optimal = result.x
surface_area_optimal = calculateSurfaceArea([radius_optimal, height_optimal])

print('Optimal Radius:', radius_optimal, 'cm')
print('Optimal Height:', height_optimal, 'cm')
print('Optimal Surface Area:', surface_area_optimal, 'cm^2')

Dengan output

Optimal Radius: 5.419259729080688 cm
Optimal Height: 10.838525292449377 cm
Optimal Surface Area: 553.5810446073142 cm^2

Parameter Kekuatan

Setelah menentukan dimensi tabung hidrogen, langkah selanjutnya adalah menentukan material yang akan digunakan sebagai bahan untuk tabung tersebut. Saya memilih menggunakan bahan "Stainless Steel 304" karena memiliki harga yang terjangkau dan kekuatan Yield Strength yang tinggi sebesar 215 Mpa, seperti yang dijelaskan dalam website ini [1].

Untuk menentukan ketebalan yang akan digunakan pada tabung hidrogen, saya mencari informasi dari PT. CITRA ANGGUN LESTARI. Saya memilih menggunakan ketebalan yang tersedia dari vendor tersebut untuk menghemat biaya, daripada melakukan modifikasi terhadap ketebalan plat yang ingin saya beli.

Berikut adalah harga plat Stainless Steel 304 yang ditawarkan oleh PT. CITRA ANGGUN LESTARI:

Dengan menggunakan tabel yang diberikan oleh PT. CITRA ANGGUN LESTARI, kita dapat menentukan apakah ketebalan plat yang mereka sediakan dapat menahan tekanan sesuai dengan parameter yang telah disebutkan sebelumnya. Hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan konsep "Hoop Stress" atau tegangan melingkar.

Rumus untuk menghitung "Hoop Stress" pada tabung silinder adalah:

Hoop Stress = (Pressure * Diameter) / (2 * Thickness)

Dalam kasus ini, Pressure adalah tekanan yang harus ditahan (8 bar), Diameter adalah diameter dalam tabung (dapat dihitung dari dimensi radius), dan Thickness adalah ketebalan plat yang ingin kita beli.

dihitung dengan mengunakan metode numerik, saya dapat mencari hasilnya, dengan hasil sebagai berikut:

r = 5.41e-2  
p = 800000 
atm = 101300  
Y_Strength = 215000000
for t in range(10, 130, 10):
   t /= 10000  
   hoop = ((p - atm)*(2*r) )/ (2*t)
   print('with thickness of', t, 'm,','allowable hoop stress is', hoop, "Pa")
   if hoop > Y_Strength:  
       break

Dengan hasil

with the thickness of 0.001 m allowable hoop stress is 37799670.0 Pa
with the thickness of 0.002 m allowable hoop stress is 18899835.0 Pa
with the thickness of 0.003 m allowable hoop stress is 12599890.0 Pa
with the thickness of 0.004 m allowable hoop stress is 9449917.5 Pa
with the thickness of 0.005 m allowable hoop stress is 7559933.999999999 Pa
with the thickness of 0.006 m allowable hoop stress is 6299945.0 Pa
with the thickness of 0.007 m allowable hoop stress is 5399952.857142856 Pa
with the thickness of 0.008 m allowable hoop stress is 4724958.75 Pa
with the thickness of 0.009 m allowable hoop stress is 4199963.333333333 Pa
with the thickness of 0.01 m allowable hoop stress is 3779966.9999999995 Pa
with the thickness of 0.011 m allowable hoop stress is 3436333.6363636362 Pa
with the thickness of 0.012 m allowable hoop stress is 3149972.5 Pa

Hasil di atas menunjukkan bahwa ketebalan yang disediakan oleh pihak penjual mampu untuk menahan tekanan sebesar 8 bar.

Parameter Biaya

Dalam rangka menentukan optimasi biaya dengan efisiensi terbaik, saya memanfaatkan aplikasi Excel sebagai alat bantu untuk memproses data yang telah diperoleh sehingga mempermudah proses pengolahan data tersebut

Plat Stainless Steel dengan ketebalan 12 mm sebagai pilihan tebaik sebab Plat ini memiliki harga sebesar Rp210.023,45 dan beratnya adalah 5,19 kg.

Kesimpulan

Hasil dari penelitian ini adalah spesifikasi tabung hidrogen yang memenuhi parameter yang telah ditetapkan. Selain itu, terdapat potensi untuk meningkatkan kualitas material, teknologi, inovasi, dan bentuk tabung ini. Penggunaan metode numerik dalam penelitian ini menunjukkan bahwa metode tersebut memberikan kontribusi yang signifikan dalam meningkatkan efisiensi pekerjaan manusia

Conciusness sendiri berperan Dalam konteks yang lebih luas, beberapa pandangan filosofis atau ilmiah berpendapat bahwa kesadaran manusia melibatkan pemrosesan informasi yang kompleks dan integrasi aktivitas otak yang terkoordinasi. Dalam hal ini, penggunaan metode numerik yang efisien dapat membantu memahami atau memodelkan fenomena yang terkait dengan kesadaran manusia, seperti analisis data neurologis atau simulasi perilaku neuron.

Namun, penting untuk diingat bahwa hubungan antara metode numerik dan kesadaran manusia masih merupakan subjek penelitian dan perdebatan aktif dalam berbagai bidang ilmu, termasuk neurosains dan filsafat.

Materi Perkuliahan Komputasi Teknik 10/29/2024

Berdasarkan Sumber dari CHT GPT Yang Saya Kutip