Farhandany

Introduction

Name: Farhandany

NPM: 2106732903

Major: Mechanical Engineering

E-mail: Farhandany@ui.ac.id Haloo! kenalin semua nya saya Farhandany, bisa dipanggil Dany dari kelas Metode Numerik 03. Saya adalah mahasiswa semester 4 dengan program studi teknik mesin.

Dalam kehidupan saya, saya memiliki moto hidup yaitu Hard work beats talent when talent doesn't work hard. moto tersebut merupakan moto yang saya terapkan agar saya dapat selalu memaknai consciousness dalam hidup saya.

Summary Perkuliahan (22/05/2023)

Pada awal perkuliahan tatap muka, Pak DAI menjelaskan bahwa kita sebagai mahasiswa harus dapat menghargai dosen yang mengajar dengan cara duduk di bangku bagian depan, karena dengan duduk di depan merupakan bentuk apresiasi dan keseriusan kita dalam memperoleh ilmu.

Sebelum memulai materi Pak DAI sempat memperkenalkan nama lengkapnya yaitu Pak Ahmad Indra. D-pada nama beliau merupakan gelar Doctor yang merupakan gelar yang sudah beliau tempuh. Setelah itu beliau menjelaskan beberapa point penting sepeti:

-menjelaskan bagaimana sistem mengajarnya dan moto hidupnya mengenai teori consciousness (kesadaran), kesadaran tumbuh dan terdistribusi kedalam beberapa bagian seperti kesadaran dalam berprilaku, kesadaran dalam bersosialisasi,kesadaran intensional dan kultural

- menjelaskan teori CCIT (cara cerdas ingat tuhan) dan latar belakangnya

- menjelaskan mengenai project MRPP dan Evia yang menggunakan teknologi ramah lingkungan berbasis hewan yang lebih spesifik yaitu hewan domba

- menjelaskan cara berfikir kritis mengenai hadirnya angka tak terhingga dan fakta bahwa ada batasan sehingga beberapa masalah ini tidak dapat diselesaikan sampai kita mendapatkan nilai persis yang kita inginkan. dan hal terbaik yang bisa kita lakukan adalah mencoba memahami konsep sebaik mungkin dan mencoba mendapatkan hasil yang paling mendekati jawaban dari permasalahan yang ada.

Design & Optimization of Pressurized Hydrogen Storage

BACKGROUND

HIDROGEN adalah unsur kimia terkecil karena hanya terdiri dari satu proton dalam intinya. Simbol hidrogen adalah H, dan nomor atom hidrogen adalah 1. Memiliki berat atom rata-rata 1,0079 amu, sehingga menjadikannya gas paling ringan diantara gas lainnya.

Hidrogen memiliki titik leleh -259,14°C dan titik didih -252,87°C. Hidrogen memiliki kepadatan 0,08988 g/L, sehingga kurang padat daripada udara. Gas hidrogen (H2) sangat mudah terbakar dan akan terbakar di udara pada rentang yang sangat luas dari konsentrasi antara volume 4 persen dan 75 persen. Entalpi pembakaran hidrogen adalah -286 kJ/mol, dan dijelaskan oleh persamaan:

2H2(g)+O2(g)→2H2O(l) ΔHc= (286 kJ/mol)

Titik nyala hidrogen (suhu di mana pembakaran spontan akan terjadi) adalah 500°C.

DESIGN TANGKI HIDROGEN

Specs:

  1. Hydrogen Tanks volume is approximately 1 liter.
  2. Hydrogen is compressed to 8 bar.
  3. Normal operating condition (room temperature and humidity).
  4. Maximum budget is Rp500.000

Hydrogen Storage yang dibuat berfungsi sebagai tempat penyimpanan hidrogen. Tabung ini terbuat dari material stainless steel 316 yang didalamnya dilengkapi dengan tray berlubang. Material stainless steel tipe 316 secara khusus efektif pada lingkungan yang mengandung tingkat keasaman cukup tinggi dan melindungi dari korosi. Tipe 316 adalah chromium-nickel stainless steel yang mengandung 2-3 persen molybdenum. Kandungan molybdenum meningkatkan ketahanan terhadap korosi serta ketahanan terhadap suhu yang tinggi.

Tray yang dibuat hanya satu buah yang diletakkan di bagian tengah storage yang berfungsi sebagai tempat meletakkan adsorben. Adsorben yang digunakan yaitu karbon aktif dan zeolit yang berfungsi sebagai media penyerap gas hidrogen agar dapat disimpan dalam jumlah yang lebih banyak

Di storage terdapat tray untuk menempatkan adsorben. Kemudian pada bagian atas storage terdapat bagian tutup storage sebagai tempat untuk memasukkan dan mengeluarkan adsorben. Selain itu terdapat alat ukur tekanan berupa pressure gauge untuk mengetahui tekanan gas H2 didalam storage.

LANGKAH-LANGKAH PENGUJIAN

Tahap penentuan energi hidrogen pada storage sesuai dengan penelitian yang pernah dilakukan yaitu dengan menimbang massa adsorben terlebih dahulu, lalu membuka bagian head storage selanjutnya memasukkan adsorben diatas tray secara merata sampai setiap sisi tray terisi adsorben, setelah itu menutup bagian head tray dan valve outlet storage, kemudian memastikan tidak ada kebocoran pada storage, membuka valve inlet storage, menghidupkan kompressor, dan memulai proses pengamatan pada storage. Adapun data yang diambil meliputi temperatur dan tekanan gas hidrogen di storage.

HIPOTESA

Mol gas hidrogen berpengaruh terhadap energi hidrogen yang tersimpan di storage. Semakin besar Mol gas hidrogen, maka semakin besar pula energi Hidrogen yang tersimpan di storage. Kondisi tersebut sesuai dengan persamaan dQ= n x Cp x ∆t yang menjelaskan bahwa banyaknya energi yang dihasilkan berbanding lurus dengan mol gas artinya mol suatu gas di tambahkan dalam suatu wadah yang volumenya tetap, dapat meningkatkan energi gas di dalam wadah tersebut.

Dalam hukum gas ideal menyatakan bahwa tekanan (P), volume (V), dan jumlah mol gas (n) saling terkait oleh persamaan berikut:

 PV = nRT.

Di mana:

- P = Tekanan gas dalam satuan pascal (Pa) atau bar

- V = Volume gas dalam satuan meter kubik (m³) atau liter (L)

- n = Jumlah mol gas

- R = Konstanta gas ideal (8,314 J/(mol·K) atau 0,0831 bar·L/(mol·K))

- T = Suhu gas dalam satuan Kelvin (K)

Untuk mendapatkan tabung yang bertekanan 8bar, kita memerlukan dua informasi tentang jumlah mol gas (n) dan suhu gas (T). karena pengukuran laju alir gas hidrogen didapat melalui perhitungan akibat adanya perbedaan tekanan antara tekanan awal storage sebelum valve dibuka, tekanan akhir setelah valve dibuka serta waktu yang ditempuh hingga didapat tekanan akhir, sehingga tidak dapat dipastikan tekanan yang ada akan stabil.

Mechanical Properties of AISI 316 Austenitic Stainless Steel

Pemilihan Material

Pada material yang saya gunakan yaitu Stainless steel 316. Material ini adalah variasi dari stainless steel 316 dengan batasan karbon lebih rendah untuk mengurangi adanya sensitivitas intergranular. Batas karbon maksimum pada material ini dibatasi hingga 0,03% atau lebih rendah. Saya memilih produk ini karena memiliki sifat mekanik yang kuat, ketahanan korosi dan ketahanan sensitivitas intergranular tinggi.

Mechanical Properties of AISI 316

Range ukuran dari ketebalan pelat tidak boleh kurang dari 1/5 radius tangki. Menurut ASME BPV Code Section VIII D.1, ketebalan pelat tangki minimal sebesar 1/16 in atau 1,59 mm tanpa mempertimbangkan korosi, material, ataupun dimensi. Pada perhitungan ini, akan dilakukan iterasi dari radius minimum sebesar 2,7 mm sampai 11,05 mm dengan penambahan sebanyak 1 mm pada setiap iterasinya.

Report

Geometri Dasar

Dalam membuat optimisasi penyimpanan hydrogen dengan volume 1 liter dan biaya maximal Rp. 500.000, diperlukan perhitungan yang dilakukan dalam pemrograman Python yang saya buat dengan kode sebagai berikut:

import numpy as np
from scipy.optimize import minimize
def hitungLuasPermukaan(x):
    radius, tinggi = x
    return 2 * np.pi * radius * tinggi + 2 * np.pi * radius**2
def batasanVolume(x, volume_target):
    radius, tinggi = x
    return np.pi * radius**2 * tinggi - volume_target
# Set variabel konstan
volume_target = 1000  # Volume konstan (dalam sentimeter kubik)
# Definisikan masalah optimisasi
def masalahOptimisasi(x):
    return hitungLuasPermukaan(x), batasanVolume(x, volume_target)
# Tetapkan tebakan awal untuk variabel optimisasi
tebakan_awal = [1.0, 1.0]
# Definisikan masalah optimisasi
batasan = [{'type': 'eq', 'fun': lambda x: masalahOptimisasi(x)[1]}]
batas = [(0, None), (0, None)]
hasil = minimize(lambda x: masalahOptimisasi(x)[0], tebakan_awal, method='SLSQP', bounds=batas, constraints=batasan)
# Ekstrak variabel hasil yang dioptimalkan
radius_optimal, tinggi_optimal = hasil.x
# Hitung luas permukaan yang dioptimalkan
luas_permukaan_optimal = hitungLuasPermukaan([radius_optimal, tinggi_optimal])
# Tampilkan hasil
print('Jari-jari Optimal:', radius_optimal, 'cm')
print('Tinggi Optimal:', tinggi_optimal, 'cm')
print('Luas Permukaan Optimal:', luas_permukaan_optimal, 'cm^2')

Melalui perhitungan tersebut, dapat ditemukan bahwa hasilnya yaitu:

Jari-jari Optimal: 5.419262767614773 cm
Tinggi Optimal: 10.83851313481415 cm
Luas Permukaan Optimal: 553.5810444881138 cm^2

Perhitungan Iterasi Ketebalan Dinding Tangki

Iterasi ini dapat dilakukan menggunakan coding Python sebagai berikut:

r = 5.51e-2 #vessel radius
p = 800000  #8 bar pressure constraint
t = 2.7e-3  #minimum thickness

while t < 11.05e-3:
  hoop = (p * r)/(t)
  print('Untuk ketebalan', t, 'hoop stress =', hoop, "Pa")
  t += 1e-3
  if hoop > 205e9: #Yield Strength of AISI 316
    break

Berdasarkan hasil perhitungan, range ketebalan 2,7 mm sampai 11,05 mm masih di bawah yield strength sehingga seluruh ketebalan pada range tersebut dapat diaplikasikan. Berikut adalah hasil perhitungan dari code yang menunjukkan bahwa hoop stress-nya jauh di bawah yield strength 205 MPa.

Hasil Iterasi Ketebalan Dinding Tangki

End Caps

pembentukan end caps ini tentunya mengurangi volume dari tangki hidrogen. Oleh sebab itu, geometri dasar tangki dibuat dengan volume yang lebih banyak seperti di atas, yaitu 1050 cm^3 agar pengurangan volume akibat end caps ini tidak sampai kurang dari batasan 1 liter yang telah ditetapkan. Luas area proporsional dengan volume sehingga dapat dilakukan perhitungan perbandingan. Melalui perhitungan ini, dapat dicari radius dari fillet.

Hasil perhitungan di atas menunjukkan bahwa radius fillet yang diperoleh untuk end caps pada ujung tangki adalah 2,59553 cm.

Biaya

Berdasarkan perhitungan ini, dengan mengoptimalkan budget constraint, berat minimum yang wajar, tetapi tetap menjaga kekuatan yang wajar, dipilih ketebalan sebesar 6 mm untuk dinding tangki hidrogen ini.

estimasi ongkos machining dan pengelasan sebesar Rp.200.000. Desain untuk tabung hydrogen ini berkisaran di harga Rp.396.000