Material Selection for Converter Kit

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



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 :



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.



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

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.



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



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.



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



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.



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.

http://bisnis.vivanews.com/news/read/279479-aman--dahlan-ajari-cara-kerja-converter-kit



http://efunda.com/

http://efunda.com/

http://asm.matweb.com/search/specificmaterial.asp


http://alibaba.com/

http://alibaba.com/

http://alibaba.com/


http://efunda.com/



Material Selection for Converter Kit

Documents

Transcript of Material Selection for Converter Kit