Arma Lauda Wiratmaja

Optimization of pressurized hydrogen storage

Tujuan : Optimasi pressurized hydrogen storage

Spesifikasi: Volume 1 liter dengan tekanan 8 bar

batasan parameter : budget yang digunakan dalam optimasi tidak lebih dari 500000 rupiah

Tidak dapat dipungkiri hidrogen merupakan salah satu unsur yang memiliki potensi yang luar biasa. pemanfaatan hidrogen secara efektif dan efisien diprediksi dapat menjadi salah satu energi alternatif yang tersedia. Penyimpanan hidrogen menjadi salah satu kunci penting yang masih menjadi bahan penelitian hingga saat ini, pressurized hydrogen storage merupakan sebuah metode untuk menyimpan hidrogen sehingga dapat didistribusikan dengan baik. metode ini memanfaatkan tekanan tinggi dari pompa untuk kemudian memompa hidrogen kedalam tabung. pada umumnya optimasi dapat dilakukan dengan memilih bahan yang kuat dan harga yang lebih murah dibandingkan harga lainnya. dalam hal ini untuk meningkatkan efisiensi dalam upaya optimasi dengan batasan biaya sebesar 500000 rupiah, maka dapat dilakukan optimasi dengan memilih aluminimum sebagai bahan tabung penyimpanan. optimasi ini cenderung lebih efisien dan efektif dalam meningkatkan masa simpan dari hidrogen selain itu material ini cukup kuat dalam menahan tekanan tinggi. Aluminium juga cenderung lebih stabil dibandingkan logam lain apabila terkena panas dan dingin secara cepat.

Dimisalkan harga tabung pressurized hidrogen menggunakan baja pada umumnya adalah 2-3 juta rupiah, dengan volume dan ketebalan yang sama harga tersebut dapat ditekan menjadi hanya 475000 rupiah dengan mengganti bahan utama. apabila dibandingkan aluminium memiliki efisiensi yang lebih tinggi dalam menyimpan gas, akan tetapi baja memiliki kekuatan daya tahan yang lebih besar terhadap tekanan. jika dihitung pada volume 1 liter dan tekanan 8 bar, aluminium masih memiliki kemampuan yang cukup dalam menahan tekanan tersebut

Final Report

Specification : Pressure 8 bar ; Volume 1 Liter ; Cost 500.000 Rupiah

Setelah mendapatkan spesifikasi kita perlu menentukan diameter dari tabung hidrogen, dilakukan asumsi apabila tinggi tabung adalah 60 cm dan volume adalah 1 liter maka diameter tabung yang paling optimal adalah

from scipy.optimize import minimize import math

def objective(r):

   return -math.pi * r**2 * 60  # Negative sign to maximize the volume

def constraint(r):

   return math.pi * r**2 * 60 - 1000  # Constraint: volume = 1000 cm³

1. Set the initial guess for the radius

x0 = 1.0

1. Define the optimization problem

problem = {

   'type': 'ineq',
   'fun': constraint

}

1. Solve the optimization problem

result = minimize(objective, x0, method='SLSQP', constraints=problem)

1. Extract the optimal radius from the result

optimal_radius = result.x[0]

1. Calculate the corresponding optimal height

optimal_height = 60

1. Print the results

print(f"Optimal radius: {optimal_radius:.2f} cm") print(f"Optimal height: {optimal_height} cm") print(f"Optimal volume: {math.pi * optimal_radius**2 * optimal_height} cm³")

Optimal radius: 4.42 cm Optimal height: 60 cm Optimal volume: 1000.01 cm³

Kemudian didalam membuat Tabung tersebut dipilih material berupa stainless steel 316 karena memiliki kualitas yang lebih baik dibandingkan dengan kompetitior sejenis, selain itu perbedaan harga relatif tinggi sedikit akan tetapi biaya pemeliharaan jauh lebih murah dan efisien. sehingga dalam membuat tabung ini dapat bertahan dalam jangka waktu yang lebih lama dengan mengeluarkan modal yang lebih tapi masih dalam batasan budget.

kemudian dilakukan estimasi ketebalan dinding dengan menghitung

V = π * (R² - r²) * h r = R - t

dimana t merupakan ketebalan dinding.

R = 4.42 cm (optimal radius) h = 60 cm (optimal height) V = 1000.01 cm³ (optimal volume)

lalu dilakukan substitusi

1000.01 = π * (4.42² - (4.42 - t)²) * 60

sehingga dibuat coding

from scipy.optimize import fsolve import math

def equation(t):

   R = 4.42
   h = 60
   V = 1000.01

   r = R - t
   volume = math.pi * (R**2 - r**2) * h

   return volume - V

1. Solve the equation to estimate the wall thickness

estimated_wall_thickness = fsolve(equation, 0.01)[0]

print(f"Estimated wall thickness: {estimated_wall_thickness:.2f} cm")

dengan hasil ketebalan 0.02 cm

Lalu dilakukan perhitungan luasan yang digunakan

import math

radius = 4.42 height = 60

curved_surface_area = 2 * math.pi * radius * height base_area = math.pi * radius**2

total_surface_area = curved_surface_area + 2 * base_area

print(f"Surface Area: {total_surface_area:.2f} cm²")

dan didapatkan hasil 1519.19 cm².

lalu dihitung berat massa tabung

density = 8 # grams/cm³ volume = 1000.01 # cm³

mass = volume * density

print(f"Mass of the tube: {mass:.2f} grams")

8.00 kilograms

lalu dilakukan perhitungan atau estimasi harga pembuatan tabung

8kg * 1.5 $ dengan estimasi kurs 15.000 rupiah / $ maka hasil yang didapatkan adalah 180.000 rupiah