Falino Reginaldy Sihombing
Introduction
Halo perkenalkan saya Falino Reginaldy dari kelas Metode Numerik 03
Motto hidup? "Tidak harus hebat untuk memulai, tapi harus memulai untuk menjadi hebat"
Design and Optimization of 1 Liter Pressured Hydrogen (8bar) Storage
Pertama-tama berikut adalah beberapa alasan mengapa pentingnya penggunaan hidrogen di masa yang akan datang:
1. Ketersediaan dan Sumber Energi yang Berkelanjutan: Hidrogen dapat dihasilkan dari berbagai sumber energi yang berkelanjutan seperti air, biomassa, dan energi surya. Sehingga hidrogen dapat diproduksi secara tidak terbatas tanpa bergantuung pada bahan bakar fosil yang terbatas.
2. Penerapannya luas: Hidrogen dapat diterapkan dalam macam-macam hal termasuk transportasi, pembangkit listrik, industri, dan lain-lain. Dalam transportasi, hidrogen dapat digunakan dalam kendaraan bertenaga sel bahan bakar hidrogen (fuel cell electric vehicles/ FCEVs), yang menghasilkan energi listrik melalui reaksi kimia antara hidrogen dan oksigen di udara, menghasilkan air sebagai satu-satunya hasil sampingnya. Hidrogen juga dapat digunakan dalam mesin pembakaran internal yang dimodifikasi.
3. Nol Emisi Karbon: Penggunaan hidrogen sebagai bahan bakar menghasilkan emisi nol atau hampir nol karbon. Ketika hidrogen digunakan dalam kendaraan bertenaga sel bahan bakar, mereka hanya mengeluarkan air murni sebagai produk sampingan. Ini membantu mengurangi emisi gas rumah kaca dan mengatasi masalah perubahan iklim.
4. Efisiensi Energi: Bahan bakar hidrogen memiliki efisiensi energi yang tinggi karena mengonversi hidrogen menjadi listrik tanpa proses pembakaran yang melibatkan banyak tahap. Selain itu, hidrogen memiliki kepadatan energi yang tinggi, yang berarti jumlah energi yang dapat disimpan dalam hidrogen relatif besar dibandingkan dengan bahan bakar lain seperti baterai.
5. Potensi Penyimpanan Energi Skala Besar: Hidrogen dapat berfungsi sebagai penyimpan energi yang efisien, terutama dalam skala besar dan dalam aplikasi yang memerlukan penyimpanan jangka panjang.
Maka dari itu kita akan membahas mengenai Design and Optimization of 1 Liter Pressured Hydrogen (8bar) Storage
Untuk menyimpan hidrogen ada beberapa jenis metode yang digunakan antara lain :
1. Compressed Gas (yang akan dibahas)
Metode ini melibatkan penyimpanan gas hidrogen dalam silinder atau tangki bertekanan tinggi. Gas tersebut dikompresi menjadi tekanan antara 5.000 hingga 10.000 psi atau lebih tinggi, tergantung pada aplikasi penggunaanya. Penyimpanan gas terkompresi relatif sederhana dan telah digunakan dalam berbagai aplikasi, seperti kendaraan sel bahan bakar hidrogen dan proses industri. Namun, metode ini memerlukan wadah penyimpanan yang kuat dan tahan terhadap tekanan tinggi.
2. Cold/Cyro Compressed
Hidrogen juga dapat disimpan dalam bentuk cair pada suhu yang sangat rendah. Penyimpanan hidrogen cair menawarkan kepadatan energi yang lebih tinggi dibandingkan penyimpanan gas terkompresi. Hidrogen cair disimpan pada suhu di bawah -252,87°C (-423,17°F), pada titik tersebut menjadi cairan kriogenik dengan kepadatan sekitar 70,8 kg/m³. Metode ini memerlukan tangki kriogenik khusus dengan lapisan insulasi canggih untuk mempertahankan suhu rendah tersebut
Langkah - langkah desain dan optimisasi dari 1 Liter Pressured Hydrogen (8bar) Storage
1. Pemilihan Wadah: Pilih wadah yang sesuai untuk penyimpanan hidrogen bertekanan. Dalam hal ini pastikan memiliki kapasitas 1 liter dan mampu menahan tekanan hingga 8 bar. Pilihlah wadah yang terbuat dari material yang kuat dan tahan terhadap korosi untuk memastikan keamanan dalam penyimpanan hidrogen.
2. Perhitungan Bahan: Lakukan perhitungan untuk menentukan jumlah hidrogen yang dapat disimpan dalam 1 liter volume penyimpanan. Perhatikan kepadatan hidrogen dalam kondisi bertekanan dan suhu yang ditentukan.
3. Analisis Kekuatan dan Kestabilan: Lakukan analisis untuk memastikan bahwa wadah mampu menahan tekanan hidrogen yang ditentukan dengan aman. Perhatikan juga faktor-faktor seperti tegangan maksimum, deformasi, dan kemungkinan kebocoran.
4. Bahan Isolasi Termal: Pertimbangkan penggunaan bahan isolasi termal pada wadah untuk mempertahankan suhu hidrogen dan mencegah kehilangan panas yang signifikan.
5. Sistem Penyegel dan Keamanan: Pastikan wadah memiliki sistem penyegelan yang baik dan klep keamanan untuk mengatasi potensi kebocoran atau pelepasan tekanan berlebihan. Sistem ini penting untuk menjaga keamanan operasional penyimpanan hidrogen.
6. Optimalisasi Desain: Lakukan iterasi design serta simulasi untuk mengoptimalkan bentuk dan struktur tangki dalam hal kekuatan, efisiensi ruang, dan berat sehingga efisiensi akan meningkat.
7. Pengujuan: Lakukan pengujian desain menggunakan metode yang sesuai, seperti pengujian tekanan, kebocoran, dan evaluasi keandalan sistem. Pastikan wadah memiliki standar keselamatan dan kinerja yang baik.
Perhitungan Ukuran Wadah
Volume Hidrogen yang diinginkan adalah 1 Liter atau 1000 cm^3
1000 = π x r^2 x h
1000 = π x 4^2 x h (Asumsi Diameter wadah = 8cm)
1000/(π x 16) = h
h = 19.894 dibulatkan menjadi 20cm
Jadi dengan tinggi sebesar 20cm wadah dapat menampung 1 Liter Hidrogen. note : untuk tinggi akan berkurang karena elipsoidal head pada storage
Pemilihan Material
Salah satu material yang dapat digunakan sesuai spek yang diberikan yaitu cost sebesar 500.000 adalah Stain-less Steel dimana Stain-less Steel memiliki kekuatan yang cukup baik serta tahan terhadap korosi. Salah satu jenisnya adalah Stain-less Steel 321 dengan Yield Strength 205 MPa atau 30 Ksi sehingga allowable strength nya adalah 2/3 x yield strength = 20 Ksi
Untuk thickness bisa dihitung dengan rumus sebagai berikut
E = 0,6 P = 8 bar = 116 psi R = 40 mm = 1.575 inch S = 20000 Psi Corrosion allowance = 1 mm = 0.039 inch t = 116 x (1.575 + 0.039) / (20000 x 0.6) - (0,6 x 116) = 0.0157 + 0.039 = 0.0547 inch = 1.389 mm dibulatkan menjadi 1.4mm jadi ketebalan maksimalnya adalah 1.4 mm
Berikut adalah contoh elipsoidal
Coding Python untuk thickness
Final Design Product
Berikut adalah final design dari 1 Liter Pressured Hydrogen (8bar) Storage yang dibuat dengan material Stainless steel 321.
