Arindra Nur Rakhman Wiambodo
Resume Minggu 1
Pada minggu pertama yang diisi oleh Bapak Dr. Ir. Ahmad Indra Siswantara atau biasa disapa Pak Dai. Disini kita mepelajari bahwasannya tiap individu layaknya mahasiswa jika melewati suatu permasalahan harusnya memiliki conciusness atau kesadaran agar dapat berpikir secara optimal untuk mendapatkan hasil yang terbaik dalam melewati suatu persoalaan. Pak Dai juga mengaskan kepada mahasiswanya untuk memanfaatkan potensi yang dimiliki sebaik mungkin dan menekankan kepada mahasiswanya untuk memanfaatkan waktu sebaik mungkin untuk belajar dengan mandiri tidak hanya pada saat perkuliahan dan juga berinteraksi dengan dosen. Pak Dai juga menjelaskan terkait dengan metode ujian yang nantinya akan diterapkan di kelas yang beliau ampu. Metode ujian yang digunakan adalah "Blank Paper Question Sheet" dimana mahasiswa diberikan kesempatan untuk menulis dan membuat materi serta pertanyaan yang akan dibuat masing - masing oleh mahasiswa mengenai segala macam ilmu yang sudah didapatkan selama mengikuti kelas perkuliahan. Pak DAI mengharapkan mahasiswa mengerti tentang materi yang sudah disampaikan selama mengikuti perkuliahan dan dituangkan kedalam kertas yang diberikan. Pak Dai memberikan case study dan juga analogi pendekatan yang menginspirasi mahasiswa untuk lebih giat dalam menuntut ilmu dan juga mendekatkan diri kepada Tuhan YME, agar di dalam perjalanan perkuliahan kita senantiasa mengingat bahwa segalanya tidak ada yang sempurna dan pasti kecuali Yang Maha Esa.
Desain dan optimasi sistem penyimpanan hidrogen bertekanan
Objective
Design and Optimization Specification
Capacity : 1 L Pressure Level : 8 bar Limitation
Max cost: Rp. 500 K
Desain dan optimasi sistem penyimpanan hidrogen kompak bertekanan dalam pembuatannya melibatkan beberapa faktor penting, yaitu :
Bahan untuk Sistem Penyimpanan Hidrogen:
1.Tangki Penyimpanan: Bahan-bahan yang umumnya digunakan dalam pembuatan sistem penyimpanan hidrogen bertekanan meliputi baja tahan karat, komposit serat karbon, aluminium, dan serat komposit lainnya seperti serat fiberglass. Ketika mempertimbangkan faktor biaya, baja tahan karat cenderung menjadi pilihan yang lebih ekonomis dibandingkan dengan komposit lainnya.
2. Katup dan Peralatan: Untuk memastikan keamanan dan pengaturan aliran hidrogen, katup, regulator tekanan, sensor tekanan, dan peralatan lainnya harus terbuat dari bahan yang tahan terhadap korosi dan keandalan tinggi, seperti baja tahan karat atau bahan paduan khusus. Dengan itu kemungkinan besar pada katup dan peralatan lainnya akan menggunakan baja anti karat layaknya tangki penyimpanannya agar kuat dan juga memiliki ongkos yang tergolong murah.
Prosedur Desain dan Optimasi:
1.Kebutuhan Penyimpanan: Pertama-tama, perlu ditentukan kebutuhan penyimpanan hidrogen, termasuk kapasitas penyimpanan, tekanan kerja, dan suhu operasional yang diinginkan. Hal ini akan membantu dalam menentukan ukuran dan spesifikasi sistem penyimpanan yang optimal.
2.Analisis Teknis: Dilakukan analisis teknis yang meliputi perhitungan kekuatan struktural, analisis termal, dan pemodelan dinamika fluida untuk memastikan sistem penyimpanan dapat menangani beban tekanan, perubahan suhu, dan aliran hidrogen dengan aman dan efisien.
3.Integrasi Sistem: Sistem penyimpanan hidrogen harus diintegrasikan dengan komponen lain dalam sistem, seperti sistem pengiriman hidrogen, sistem pengolahan dan pemurnian, serta sistem penggunaan hidrogen. Integrasi yang baik akan memastikan kinerja sistem secara keseluruhan.
4.Keamanan: Desain sistem penyimpanan harus memperhatikan aspek keamanan, seperti sistem pengendalian tekanan, sistem pemadaman kebakaran, dan perlindungan terhadap kebocoran hidrogen. Prosedur inspeksi dan pengujian juga harus dilakukan untuk memverifikasi keamanan sistem.
5.Efisiensi: Selama proses desain, optimasi dilakukan untuk meningkatkan efisiensi penyimpanan hidrogen. Ini melibatkan penggunaan bahan yang ringan dan kuat, desain geometri yang efisien, serta pemilihan material dan teknologi isolasi termal yang tepat.
Desain dan optimasi sistem penyimpanan hidrogen kompak bertekanan harus mempertimbangkan semua faktor di atas guna memastikan kinerja yang aman, efisien, dan andal dalam menyimpan hidrogen bertekanan. Hal ini penting untuk mendukung penggunaan hidrogen sebagai sumber energi yang bersih dan berkelanjutan.
FINAL REPORT OF DESIGN AND OPTIMIZATION OF PRESSURIZED HYDROGEN STORAGE
Pemilihan Material Dalam pembuatan tabung gas hidrogen ini menggunakan material yang direkomendasikan adalah plat ASTM A516 Grade 70. Plat ASTM A516 Grade 70 merupukan Spesifikasi Standar untuk Pelat Pembuluh Tekanan, Baja Karbon, untuk Layanan Suhu Sedang dan Rendah untuk pelat yang digunakan dalam aplikasi bejana tekan di mana diperlukan ketangguhan takik yang luar biasa. Plat ini berkekuatan tinggi, mudah dibuat dan dapat dilas dengan aman, juga memiliki ketahanan korosi yang baik.
Desain Tabung Disini saya akan melalui proses coding untuk mendapatkan besaran yang optimal daripada tabung penyimpanan hidrogen saya seperti Jari-jari,Tinggi,Ketebalan plat dan kemudian didapatkan juga Luas permukaan tabung dan besaran daripada Hoop Stress.
from scipy.optimize import minimize
def objective(x):
# x[0] adalah ketebalan plat (m)
# x[1] adalah jari-jari tabung (m)
# x[2] adalah tinggi tabung (m)
# Menghitung volume tabung dengan menggunakan rumus geometri
volume = 3.14159 * x[1]**2 * x[2]
# Menghitung selisih antara volume aktual dan volume target (1 liter)
volume_difference = abs(volume - 0.001)
return volume_difference
def constraint(x):
# x[0] adalah ketebalan plat (m)
# x[1] adalah jari-jari tabung (m)
# x[2] adalah tinggi tabung (m)
# Menghitung tekanan internal tabung dengan menggunakan rumus hukum gas ideal
pressure = 8 * 100000 # Mengonversi tekanan dari bar ke Pa
# Menghitung tegangan sirkumferensial pada tabung
circumferential_stress = pressure * x[1] / x[0]
# Menghitung tegangan longitudinal pada tabung
longitudinal_stress = pressure * x[1]**2 / (2 * x[0])
# Menghitung selisih antara tegangan aktual dan tegangan yang diizinkan
circumferential_stress_difference = abs(circumferential_stress - 21680)
longitudinal_stress_difference = abs(longitudinal_stress - 43360)
return [circumferential_stress_difference, longitudinal_stress_difference]
# Ketebalan plat (m), jari-jari tabung (m), tinggi tabung (m)
x0 = [0.001, 0.1, 0.01]
# Batasan dimensi tabung
bounds = [(0.001, 0.01), (0.01, 0.1), (0.01, 0.1)]
# Membuat objek constraint
con1 = {'type': 'ineq', 'fun': constraint}
# Menjalankan optimisasi dengan metode SLSQP
result = minimize(objective, x0, method='SLSQP', constraints=con1, bounds=bounds)
# Menampilkan hasil optimisasi
print("Hasil Optimisasi:")
print("Ketebalan plat (m):", result.x[0])
print("Jari-jari tabung (m):", result.x[1])
print("Tinggi tabung (m):", result.x[2])
def calculate_hoop_stress(x):
# x[0] adalah ketebalan plat (m)
# x[1] adalah jari-jari tabung (m)
# x[2] adalah tinggi tabung (m)
# Menghitung tekanan internal tabung dengan menggunakan rumus hukum gas ideal
pressure = 8 * 100000 # Mengonversi tekanan dari bar ke Pa
# Menghitung tegangan sirkumferensial pada tabung
hoop_stress = pressure * x[1] / x[0]
return hoop_stress
# Menggunakan dimensi tabung optimal yang dihasilkan dari optimisasi sebelumnya
optimal_dimensions = result.x
# Menghitung tegangan sirkumferensial (hoop stress) dengan ketebalan plat optimal
hoop_stress = calculate_hoop_stress(optimal_dimensions)
print("Tegangan Sirkumferensial (Hoop Stress):", hoop_stress, "Pa")
def calculate_surface_area(x):
# x[0] adalah ketebalan plat (m)
# x[1] adalah jari-jari tabung (m)
# x[2] adalah tinggi tabung (m)
# Menghitung luas permukaan tabung
base_area = 3.14159 * x[1]**2
lateral_area = 2 * 3.14159 * x[1] * x[2]
total_surface_area = base_area + lateral_area
return total_surface_area
# Menggunakan dimensi tabung optimal yang dihasilkan dari optimisasi sebelumnya
optimal_dimensions = result.x
# Menghitung luas permukaan tabung dengan dimensi optimal
surface_area = calculate_surface_area(optimal_dimensions)
print("Luas Permukaan Tabung:", surface_area, "m^2")
Dari codingan diatas didapatkan pengoptimalisasi ukuran tabung yang mana didapat besaran jari-jari, tinggi,luas permukaan tabung, ketebalan plat dan juga Hoop Stress Yaitu:
Ketebalan plat (m): 0.001 Jari-jari tabung (m): 0.09248850562825066 Tinggi tabung (m): 0.037178834328587054 Luas Permukaan Tabung: 0.04847898530626556 m^2 Tegangan Sirkumferensial (Hoop Stress): 73990804.50260052 Pa
Harga Pembuatan
Untuk mendapatkan hasil yang sesuai dengan permintaan yaitu budget maksimal Rp500.000, saya memilih untuk menggunakan bahan plat ASTM A516 Grade 70 dengan ketahanan yang kuat dan harga terjangkau.
Spesifikasi Tabung Gas Hidrogen
Radius = 9.24885 cm Tinggi = 3.7178 cm Luas permukaan = 484.789 cm² Ketebalan = 0.1 cm Yield Strength bahan = 260 MPa
Harga Plate ASTM A516.png
Harga Bahan per 1 cm² Rp123 plat ASTM A516 Grade 70 Harga Katup Tabung Gas Hidrogen Rp55.000 Katup Tabung Hidrogen Harga Total Tabung (Harga per 1 cm² X Luas permukaan Tabung) + Harga Katup = (123 X 484.789) + 55.000 = (59.629) + 55.000 = Rp114.629
