Muhammad Fajri Shiddiq
Biodata
Nama :
Muhammad Fajri Shiddiq
NPM :
2106727941
TTL :
Palembang, 12 Februari 2004
Program Studi :
Teknik Mesin
Review Pertemuan pembelajaran
Pekan 1 Dalam menjadi manusia dibutuhkan suatu kesadaran akan apapun yang diperbuat. Pada mata kuliah mekanika fluida, proses pembelajaran akan berdasar pada konsep dengan komponen penilaian yang akan dijelaskan lebih lanjut pada Review Pekan 1
Pekan 2 Manometer merupakan alat yang menggunakan kolom cairan untuk mengukur tekanan. Penjelasan lebih lanjut terdapat pada Review pekan 2
Pekan 3 Hasil dari pengamatan penggunaan manometer, terdapat perbedaan tekanan pada pipa ketika salah satu valve dibuka. Kemudian di akhir pekan kelas diadakan kunjungan ke lab agar dapat mengamati secara langsung macam alat pengukuran tekanan, yaitu manometer analog, manometer U, pressure tranducerr. Penjelasan lebih lanjut mengenai pengamatan serta jawaban dari tugas manometer terdapat pada Review pekan 3
Pekan 4 Pembahasan mengenai geometri gerak fluida tanpa adanya perhitungan haya eksternal merupakan pengertian dasar dari kinematika fluida. Aliran sendiri memiliki tipe dan karakteristik yang bermacam. Penjelasan lebih lanjut dan hasil analisis langsung salah satu fenomena aliran pada Rumah Kabeda terdapat pada Review Pekan 4
Pekan 5 Pembahasan mengenai transport reynold, mulai dari pengertian dasar, dan kenapa pada aplikasi kinematika fluida hal ini penting. Penjelasan lebih lanjut terdapat pada Review Pekan 5
PRESSURIZED HYDROGEN OPTIMIZATION
Requirements Requirements : Designing hydrogen storage at 8 bar with capacity of 1 liter and budget of Rp 500.000 Design variables : Geometry size, material thickness to strength, material selection Constraints : Price not exceeding Rp 500.000 Objectives : Smallest surface area, thinnest material and withstand 8 bar pressure.
Material Selection
After thorough examination of the available materials for storing hydrogen under pressure, we have opted for AISI 316 austenitic stainless steel. Our choice is based on the distinct characteristics and benefits provided by this specific material. Below are several factors supporting the consideration of AISI 316 stainless steel for pressurized hydrogen storage:
a. Corrosion Resistance: The corrosive nature of hydrogen can weaken materials and pose safety risks by inducing embrittlement and corrosion. AISI 316 stainless steel exhibits exceptional resistance against corrosion, especially in environments where hydrogen concentrations are elevated. This attribute guarantees the enduring robustness and safety of the storage system over an extended period.
b. Compatibility with Hydrogen: Extensive research and real-world applications have shown that AISI 316 stainless steel is highly compatible with hydrogen gas. It exhibits a low permeability to hydrogen, minimizing the chances of hydrogen leakage and ensuring effective confinement within the storage system. This compatibility enables efficient and reliable containment of hydrogen gas.
c. Strength and Pressure Resistance: In order to endure the internal pressure of pressurized hydrogen storage systems, materials with excellent strength are essential. AISI 316 stainless steel possesses favorable mechanical properties, such as high tensile strength and yield strength, enabling it to withstand the necessary pressure levels without compromising its structural integrity. This quality ensures the material’s ability to withstand the demands of pressurized hydrogen storage effectively.
Geometry Optimization
a. Geometry Constraints Berikut merupakan code optimasi tangki hidrogen dengan kapasitas 1 liter, dengan tekanan 8 Bar, dan biaya produksi maksimal Rp. 500.000 dengan material yang digunakan adalah AISI 316 austenitic stainless steel
import numpy as np from scipy.optimize import minimize
def objektif(x):
# x[0] mewakili jari-jari, x[1] mewakili tinggi
jari_jari = x[0]
tinggi = x[1]
# Hitung luas permukaan struktur silinder
luas_permukaan = 2 * np.pi * jari_jari * (jari_jari + tinggi)
return luas_permukaan
def konstrain(x):
# x[0] mewakili jari-jari, x[1] mewakili tinggi
jari_jari = x[0]
tinggi = x[1]
# Hitung volume internal struktur silinder
volume = np.pi * jari_jari**2 * tinggi
# Kembalikan selisih antara volume dan nilai yang diinginkan (1000 cm^3)
return volume - 1000
# Menebak jari-jari dan tinggi x0 = [1.0, 10.0]
# Membatasi variabel jari-jari dan tinggi batas = [(0, None), (0, None)]
# Menentukan konstrain dalam bentuk kamus
konstrain_dict = {'type': 'eq', 'fun': konstrain}
# Menggunakan fungsi minimize dari scipy untuk optimasi hasil = minimize(objektif, x0, method='SLSQP', bounds=batas, constraints=konstrain_dict)
# Mencetak hasil yang telah dioptimasi
print("Hasil Optimisasi:")
print("Jari-jari: {:.2f} cm".format(hasil.x[0]))
print("Tinggi: {:.2f} cm".format(hasil.x[1]))
print("Luas Permukaan: {:.2f} cm^2".format(hasil.fun))
Pertama mendefinisikan fungsi objektif yang menghitung luas permukaan struktur silinder berdasarkan variabel yang diberikan yakni tinggi dan jari-jari.
Kemudian mendefinisikan fungsi konstrain yang memastikan volume internal struktur silinder memenuhi konstrain dengan selisih sebesar 1000 cm^3.
Berikutnya, menebak tebakan awal untuk jari-jari dan tinggi (x0) serta batasan untuk variabel (batas). Dalam kasus ini, mengasumsikan jari-jari dan tinggi dapat memiliki nilai positif.
Selanjutnya, gunakan fungsi minimize dari scipy.optimize untuk menyelesaikan masalah optimisasi. Bemberikan fungsi objektif , metode (SLSQP), tebakan awal, konstrain, dan batasan.
Dari code tersebut didapat hasil: Tinggi: 10.84 cm, Jari-jari: 5.42 cm Luas Permukaan: 553.58 cm^2
b.Material Strenght Constraints
Considering the mechanical properties of AISI 316 austenitic stainless steel, it is crucial to adhere to specific limitations to ensure structural integrity.
According to the ASME BPV Code Section VIII D.1, the wall thickness of the vessel should not exceed one-fifth of the vessel radius. Additionally, the minimum wall thickness should be at least 1/16 inch (1.59 mm), irrespective of factors such as corrosion allowance, material, or dimensions.
To account for material strength, we will adopt both a conservative and less conservative approach by using the yield strength and maximum tensile strength as indicators of failure. These values will be employed to establish constraints and ensure that the selected AISI 316 stainless steel material maintains structural stability within acceptable limits.
In this calculation, we will iterate from a minimum radius of 2.9 mm to 12 mm in increments of 1 mm in each iteration.
Iteration Process r = 5.42e-2 p = 800000 t = 2.9e-3
while t < 12e-3:
hoop = (r * p)/(t)
print('for thickness', t, 'hoop stress =', hoop, "Pa")
t += 1e-3
if hoop > 205e9:
break
The above code is for calculating the hoop stress for various thickness values ranging from 2.9 mm to 12 mm, with a constraint that stops the iteration if the total hoop stress exceeds the yield strength of AISI 316 stainless steel. Based on the results, all thickness values ranging from 2.9 mm to 12 mm in 1 mm increments satisfies the yield strength limitation.
Budget Constraint
After finding the geometric parameters, the last stage of this optimization is to compare them with the cost limit which cannot exceed IDR 500,000.00. Based on the pre-selected material i.e. AISI 316, we have to choose a tank wall thickness that fits within the budget range. The following is a price list and calculations
Berdasarkan tabel diatas, kita dapat menghitung perkiraan harga dengan spesifikasi diatas (luas silinder = 571,88). Dengan membagi Harga dengan luas pelat, maka ditemukan biaya/satuan luas pelat. Setelah dihitung, dengan memaksimalkan budget, minimum berat yang masih masuk akal, dan strength masih wajar, saya memilih ketebalan 6mm untuk tank ini.
Kesimpulan
Material yang digunakan : Sheet Metal AISI 316
Tinggi : 10,84 cm
Jari-jari : 5,42 cm
Luas Permukaan :553,58 cm^2
Tebal plat(thickness) : 6 mm
Material Cost : Rp. 181,053,00
