material selection for converter kit
Post on 19-Jul-2015
1.211 Views
Preview:
TRANSCRIPT
5/17/2018 Material Selection for Converter Kit - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/material-selection-for-converter-kit 1/10
Tugas 2
Nararia Askarningsih
1106154343
Teknik Metalurgi da
Material
Desain dan Pemilihan Material :
Converter Kit
5/17/2018 Material Selection for Converter Kit - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/material-selection-for-converter-kit 2/10
2
I. Pendahuluan
Semenjak pemerintah menyusun rencana untuk membatasi BBM bersubsidi ke mobil
pribadi, kata-kata converter kit mulai sering terdengar akrab di telinga masyarakat Indonesia.
Converter kit, sesuai namanya yang berarti “alat konversi”, adalah alat untuk mengalihkan sistem
BBM ke BBG (bahan bakar gas). Converter kit merupakan alternatif selain menggunakan BBM
nonsubsidi bagi mobil pribadi. Jadi, pemilik mobil harus memasang perangkat converter kit pada
kendaraannya apabila ingin pindah menggunakan BBG. Pada dasarnya converter kit ini terdiri
dari dua komponen, yaitu tabung dan kit. Tabung ini nantinya akan digunakan untuk menyimpan
gas yang diletakkan pada bagasi mobil sedangkan kit dipasang pada mesin mobil [1].
Gambar 1. Converter kit dari Motonic Corporation, Korea
Gambar 2. Pemasangan Converter kit pada mobil.
Ada dua jenis tabung yang dipakai, yaitu compressed natural gas (CNG) dan liquified gas
for vehicle (LGV). Untuk tabung CNG dirancang memiliki daya tahan 200 bar sedangkan untuk
tabung LGV memiliki daya tahan 10-12 bar. Untuk LGV, gas yang dipakai adalah gas LPG
(propana dan butana) sedangkan CNG menggunakan gas alam seperti metana. Pertamina sudah
memproduksi tabung BBG LGV dengan merk dagang Vi-Gas. Tabung atau tangki gas untuk
menyimpan BBG jenis CNG terdiri dari beberapa tipe sebagai berikut :
5/17/2018 Material Selection for Converter Kit - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/material-selection-for-converter-kit 3/10
3
Tipe 1 material dasarnya dari aluminium atau logam. Murah tapi berat.
Tipe 2 terbuat dari logam yang diperkuat oleh wrap composites (glass atau carbon
fiber) pada bagian tengahnya.
Tipe 3 terbuat dari logam yang diperkuat oleh wrap composites di seluruh bagian
tangki. Walaupun ringan, namun harganya mahal.
Tipe 4 plastic gas-tight liner reinforced by composite wrap around entire tank.
Gambar 3. Tipe tabung gas CNG (a) tipe 3 (b) tipe 4 [2]
Kondisi service tangki gas CNG ini berkisar dari -40 F sampai 185 F atau maksimum temperatur
servicenya adalah 85 °C. Pengisian tangki dengan gas secara berkala mengakibatkan tangki
harus mampu menahan tekanan siklik sehingga tangki harus memiliki fatigue strength yang
tinggi. Tangki gas CNG didesain untuk mampu menahan tekanan sampai 1.25 kali tekanan
maksimumnya. Tekanan maksimum yang mampu dicapai tangki CNG adalah 200 bar [2] .
Sampai saat ini, Indonesia masih perlu mengimpor converter kit. Produsen converter kit
yang sudah menyetujui rencana investasi di Indonesia adalah Motonic Corporation dari Korea
Selatan. Perkembangan terakhir, PT Dirgantara Indonesia menyatakan siap untuk memproduksi
68 ribu converter kit dengan harga yang lebih murah dari barang impor, yaitu dibawah Rp. 12
juta.
5/17/2018 Material Selection for Converter Kit - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/material-selection-for-converter-kit 4/10
4
II. Desain Material untuk Converter Kit
Syarat desain keamanan yang dibutuhkan pada tangki gas converter kit ini adalah leak
before break . Jenis kegagalan yang dapat terjadi harus adanya kebocoran, bukan rupture yang
dapat mengakibatkan ledakan [2]. Gambar 4 menunjukkan tangki yang sedang dilakukan
pengujian, dimana tangki diisi dengan air bukan gas.
Gambar 4. Contoh kegagalan bocor pada tangki gas
Perhitungan desain keamanan [3] :
Fracture toughness untuk uniform crack geometries
Tegangan yang dibutuhkan untuk membuat crack dengan diameter 2a berpropagasi adalah :
Safety dapat dicapai jika working stress kurang dari stress diatas. Untuk keadaan yang lebih
aman, crack tidak boleh berpropagasi walaupun stress sudah mencapai yield strength dari
dinding tangki, dengan kata lain
Berdasarkan persamaan diatas, dapat disimpulkan bahwa kondisi toleransi perambatan retak
adalah dengan memaksimalkan harga material indeks dengan persamaan dibawah ini
5/17/2018 Material Selection for Converter Kit - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/material-selection-for-converter-kit 5/10
5
Ketebalan dinding tangki harus didesain untuk menerima pressure, p, tanpa terjadi leaking.
Dengan kata lain ketebalan, t, dapat dirumuskan :
Pemilihan Material
Properties material yang diperlukan untuk converter kit ini adalah :
Fracture Toughness
Merupakan syarat desain kemanan dari tabung bertekanan untuk dapat menahan
propagasi retak. Diperlukan nilai yang semaksimal mungkin untuk fracture toughness ini.
Yield strength
Diperlukan agar tangki memiliki umur pakai yang panjang dan memiliki kekuatan yield
yang tinggi untuk dapat menahan tekanan gas didalam tangki yang bisa mencapai 200
bar.
Density
Untuk cost saving, diperlukan dinding tangki yang tipis dan berat yang ringan agar tidak
membebani kendaraan yang menggunakan converter kit ini.
Impact Strength
Material tangki diharapkan mampu menahan beban impak yang dihasilkan dari
kemungkinan benturan pada saat pemakaian.
Modulus Young
Diperlukan agar material tangki memiliki umur pakai yang panjang, serta dapat menahantekanan gas dalam tangki.
Fatigue Strength
Tangki gas harus tahan getaran dan tahan beban siklik karena penggunaannya yang
melibatkan tekanan dan vibrasi yang kurang stabil sehingga tidak menyebabkan retak
terpropagasi.
5/17/2018 Material Selection for Converter Kit - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/material-selection-for-converter-kit 6/10
6
Sifat thermal tidak diperlukan atau kurang menjadi prioritas dalam pemilihan material untuk
tabung CNG pada converter kit ini. Hal tersebut dikarenakan temperatur service dari tabung gas
tidak terlalu tinggi, maksimal hanya 85 °C. Pada Tabel 1 dan 2 ditunjukkan penentuan dengan
decision number untuk mengetahui prioritas properties yang dibutuhkan untuk tabung CNG.
Perbandingan dan Decision Number
Tabel 1. Decision Number
PropertiesDecision Number
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Fracture Toughness 1 1 1 1 1
Yield Strength 0 0 1 1 1Density 0 1 0 1 0
Impact Strength 0 0 1 1 0
Modulus Young 0 0 0 0 1
Fatigue Strength 0 0 1 1 0
Tabel 2. Weighting Factors dari Properties Material
PropertiesPositive
Decisions
Weighting
Factors
Fracture Toughness 5 0.33
Yield Strength 3 0.20
Density 2 0.13
Impact Strength 2 0.13
Modulus Young 1 0.07
Fatigue Strength 2 0.13
Total 15 1
5/17/2018 Material Selection for Converter Kit - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/material-selection-for-converter-kit 7/10
7
Material yang memenuhi kandidat properties diatas, disesuaikan dengan tipe tabung yang
beredar di pasaran :
Aluminium 2014-T6
Aluminium 7075-T6
Stainless steel 310 fully hard
Ti-6Al-4V (Ti alloys)
Aluminium 6061 Reinforced Carbon Fiber Composites
Steel Reinforced Glass Fiber Composites (Steel yang digunakan adalah AISI 4130, atau dengan
kata lain adalah Cr-Mo Steel)
Pada kedua komposit diatas, fiber berguna sebagai pelapis / pembungkus (wrap) dan material
aluminium dan steel sebagai liner. Sering disebut dengan istilah “hoop wrapped” atau dilapis
hanya di bagian tengah untuk tangki gas CNG tipe 2 . “Full wrap”, untuk tangki gas CNG tipe 3,
memiliki properties yang lebih baik dari hoop wrap, hanya saja dari segi cost sangat tinggi,
karena harga fiber (baik glass maupun carbon fiber) sangat mahal di pasaran.
Perhitungan pemilihan material yang sesuai untuk tabung CNG pada converter kit diberikan pada
Tabel 3-5.
5/17/2018 Material Selection for Converter Kit - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/material-selection-for-converter-kit 8/10
8
Tabel 3. Angka dari properties material untuk tabung CNG [4-5]
Jenis MaterialFracture toughness
(MPa-m1/2
)
Yield strength
(MPa)
Density
(g/cc)
Impact Strength
(J)
Modulus Young
(GPa)
Fatigue Stre
(MPa)
Al 2014-T6 19 414 2.8 49 73.1
Al 7075-T6 25 503 2.81 48 71.7
SS 310 40 420 8 59 200
Ti-6Al-4V 75 880 4.43 19 0.1138
Aluminium 6061 ReinforcedCarbon Fiber Composites 29.55 2406.70 2.19 22.85 158.06 16
Steel Reinforced Glass FiberComposites 46.35 2016.25 4.87 31.62 130.15 27
Tabel 4. Perhitungan Weighted Properties Index
MaterialScaled Properties Weighted
Properties Index1 2 3 4 5 6
Al 2014-T6 25.33 20.53 35 83.05 36.55 24.31 33.53
Al 7075-T6 33.33 24.95 35.125 81.36 35.85 31.18 37.69
SS 310 53.33 20.83 100 100.00 100.00 50.98 61.39
Ti-6Al-4V 100.00 43.65 55.375 32.20 0.06 100.00 66.12Aluminium 6061 Reinforced
Carbon Fiber Composites39.40 119.37 27.375 38.73 79.03 32.24 55.19
Steel Reinforced Glass Fiber
Composites61.80 100.00 60.875 53.59 65.08 53.28 66.76
5/17/2018 Material Selection for Converter Kit - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/material-selection-for-converter-kit 9/10
9
Tabel 5. Perhitungan untuk mendapatkan Ranking atau Prioritas penggunaan material
MaterialRelative Cost
[6]
Cost of Unit
Strength
Weighted Properties
Index
Figure of
MeritRanking
Al 2014-T6 1.67 1.13 33.53 29.69 4
Al 7075-T6 2.04 1.14 37.69 33.07 3
SS 310 2.74 5.22 61.39 11.76 5
Ti-6Al-4V 12.96 6.52 66.12 10.13 6
Aluminium 6061 ReinforcedCarbon Fiber Composites 11 1.00 55.19 55.14 2
Steel Reinforced Glass Fiber
Composites1 0.24 66.76 276.40 1
Berdasarkan perhitungan, material steel reinforced glass fiber composite mendapati peringkat pertama atau dengan kata lain
adalah material yang terbaik diantara jenis-jenis material diatas untuk dapat digunakan pada tabung CNG converter kit.
III. Kesimpulan
Berdasarkan perhitungan dengan metode Weighted Property Index Method, didapatkan material yang paling baik untuk tabung
CNG pada converter kit adalah steel (AISI 4130) reinforced galas fiber composites. Material tersebut memiliki sifat mekanik yang
bagus dan harga yang cukup terjangkau dipasaran. Kita ambil perbandingan (berdasarkan alibaba.com), harga tabung CNG dengan
material penyusun aluminium reinforced carbon fiber composite berkisar 800 - 1600 USD / tangki, sedangkan harga tabung CNG
dengan material penyusun steel reinforced glass fiber composite berkisar 100 – 300 USD / tangki. Hal tersebut mungkin diakibatkan
oleh bahan baku penyusun carbon fiber yang harganya lebih mahal dibandingkan glass fiber. Dari perbandingan harga tersebut
diharapkan, jika Indonesia memang sudah siap untuk memproduksi converter kit secara massal, pertimbangan material yang
digunakan juga harus dipikirkan matang-matang sehingga semua lapisan masyarakat mampu untuk membeli atau memiliki converter
kit dengan harga yang cukup terjangkau.
5/17/2018 Material Selection for Converter Kit - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/material-selection-for-converter-kit 10/10
10
REFERENSI
1 http://bisnis.vivanews.com/news/read/279479-aman--dahlan-ajari-cara-kerja-converter-
kit. Aman, Dahlan Ajari Cara Kerja Converter Kit , 2012).
2 Gambone, Livio. CNG Cylinders 101. (2005).3 Ashby, Michael F. Material Selection in Mechanical Design. (Butterworth-Heinemann,
1999).
4 http://efunda.com. The Ultimate Online Reference for Engineers. diakses pada tanggal 18
Maret 2012
5 http://asm.matweb.com/search/specificmaterial.asp diakses pada tanggal 18 Maret 2012
6. http://alibaba.com. Global Trade Center . diakses pada tanggal 21 Maret 2012.
top related