ANALISIS KEGAGALAN TERMOMEKANIK TANGKI HIDROGEN KOMPOSIT BERBASIS KARBON-EPOKSI PADA TIGA FASE PENYIMPANAN HIDROGEN MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA

Abstract

Tangki hidrogen komposit bertekanan tinggi tipe V berbahan karbon-epoksi merupakan solusi yang efisien dan ringan dalam sistem penyimpanan energi untuk kendaraan berbahan bakar hidrogen. Namun, tantangan struktural signifikan muncul akibat kondisi ekstrem dari variasi fase penyimpanan, seperti fase gas bertekanan tinggi, fase cair bersuhu sangat rendah, dan fase gas kriogenik bertekanan. Ketiga fase ini menghasilkan beban termomekanik yang berbeda, yang dapat mempercepat terjadinya kerusakan mikrostruktur pada material komposit. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis potensi kegagalan struktural tangki tipe V akibat pengaruh simultan tekanan dan suhu, melalui pendekatan numerik berbasis metode elemen hingga. Simulasi diawali dengan proses validasi terhadap data referensi terdahulu, yang menunjukkan tingkat kesalahan relatif sebesar 5,91 persen terhadap nilai tegangan hoop, sehingga metode dinyatakan valid. Selanjutnya, dilakukan uji grid independence yang menghasilkan ukuran elemen optimal sebesar enam milimeter dengan deformasi minimum sebesar 0,55063 milimeter. Hasil simulasi variasi fase hidrogen menunjukkan bahwa fase gas bertekanan menghasilkan tegangan hoop tertinggi, yaitu sebesar 451,61 MPa, diikuti oleh fase kriogenik bertekanan sebesar 169,16 MPa, dan fase cair sebesar 125,7 MPa. Tekanan pecah tertinggi tercatat sebesar 32,25 MPa, dengan tekanan kerja maksimum sebesar 14,33 MPa berdasarkan faktor keamanan 2,25. Perbedaan karakteristik antar fase menunjukkan bahwa tekanan tinggi meningkatkan tegangan mekanik, sedangkan suhu ekstrem mempercepat degradasi termal resin komposit. Temuan ini memberikan kontribusi penting dalam pengembangan desain tangki hidrogen yang lebih andal dan aman terhadap kondisi operasional ekstrem.