View
12
Download
1
Category
Preview:
Citation preview
1
BAB 1
PENGENALAN
Penggunaan tangki air sebagai alat bagi menyimpan air sebelum disalurkan untuk
kegunaan harian telah menjadi satu sistem yang digunakan dengan meluas pada hari ini.
Dengan menyimpan air di dalam tangki sebelum disalurkan bagi kegunaan harian dapat
mengelakan dari terputusnya bekalan air kepada pengguna.
Pada hari ini pelbagai jenis tangki telah digunakan bagi pembekalan air kepada
pengguna dengan pelbagai isipadu dan diperbuat dari pelbagai bahan bagi menjamin air yang
disimpan tidak tercemar oleh sebarang bahan kimia. Tangki yang dibina juga mempunyai
pelbagai piawai tertentu bagi menjamin bahawa penggunaannya adalah selamat, mempunyai
rekabentuk yang kukuh serta tahan lama. Di antara bahan yang sering digunakan dalam
pembinaan tangki air adalah bahan dari plastic bertetulangkan gentian kaca (GFRP) kerana
sifat-sifatnya yang akan dinyatakan dalam bab yang berikutnya.
Oleh itu dalam Projek Sarjana Muda ini kajian akan dilakukan keatas tangki air
bentuk silinder yang mempunyai berkapasiti tinggi iaitu 40 ribu gelen dengan memberi
penekanan keatas rekabentuk dan pemasangannya.
1.1 Masalah
Pada hari ini pelbagai cara dan kaedah telah digunakan untuk memasang tangki air
yang berbentuk silinder menggunakan kaedah fabrikasi. Cara tersebut berbeza diantara satu
pengeluar dengan pengeluar yang lain dengan penekanan diberi kepada rekabentuk dan cara
pemasangan yang mudah. Tangki tersebut juga perlu mempunyai piawai tertentu bagi
membolehkannya diterima di peringkat antarabangsa dan terjamin keselamatannya.
1.2 Objektif
Menghasilkan rekabentuk dan teknik pemasangan tangki air bentuk silinder yang
menepati piawai. Tangki air yang akan dikaji adalah yang berisipadu 40 ribu gelen dan kajian
akan berpandukan kepada Piawaian BS 4994:1987 sebagai panduan asas.
2
1.3 Skop Kajian
Pada peringkat permulaan, kajian akan dijalankan keatas rekabentuk dan pemasangan
tangki air GFRP bentuk silinder yang ada pada masa kini. Ia akan dilakukan dengan membuat
pemerhatian keatas bentuk dan teknik pemasangan yang digunakan oleh para pembuat tangki
pada masa kini.
Langkah seterusnya adalah untuk menghasilkan rekabentuk konsep tangki GFRP.
Rekabentuk ini sama ada diambil daripada rekabentuk yang sedia ada dengan dibuat beberapa
perubahan ataupun dengan menghasilkan rekabentuk yang baru keseluruhannya.
Seterusnya analisa kejuruteraan akan dilakukan dengan berpandukan piawaian BS
4994:1987. Analisa ditumpukan kepada bahagian dinding tangki yang meliputi ketebalan
dinding dan cara penyambungan yang akan dilakukan.
Skop yang terakhir adalah menghasilkan lukisan kejuruteraan yang terperinci bagi
memudahkan penyampaian maklumat terhadap rekabentuk.
3
BAB II
BAHAN KOMPOSIT
Bahan komposit ditakrifkan sebagai sistem pencampuran bahan dari pencampuran
atau kombinasi dua atau lebih unsur yang kecil yang berbeza dari segi bentuk dan keadaan
kimia. Perkara yang paling penting ialah unsur-unsur tersebut tidak bercampur di antara satu
sama lain.
Kejuruteraan yang paling penting dalam penghasilan bahan komposit ialah dua bahan
yang berbeza akan disatukan bersama bagi menghasilkan bahan komposit yang mempunyai
kekuatan tinggi bergantung kepada penggunaannya. Kebanyakan bahan komposit digunakan
dalam industri berteknologi tinggi seperti industri penerbangan dan angkasa lepas. Di antara
bahan komposit yang paling popular adalah plastik bertulang gentian kaca (GFRP).
2.1 Plastik Bertulang Gentian Kaca
Plastik bertulang gentian kaca (GFRP) ditakrifkan sebagai pencampuran di antara dua
bahan iaitu gentian kaca seperti ‘chopped strand mat (CSM), dan ‘woven roving (WR)’
dengan bahan plastic seperti polyester dan epoksi resin bagi menghasilkan bahan baru yang
mempunyai kekuatan yang tinggi. Gentian kaca akan bertindak sebagai telulang sementara
bahan plastik akan menjadi agen pengikat gentian tersebut.
2.1.2 Kelebihan Plastik Bertulang Gentian Kaca (GFRP)
Plastik bertulang gentian kaca biasanya terdiri dari gentian kaca yang dicampurkan
dengan bahan plastik, sama ada polyester ataupun epoxy resin. Tetulang kaca akan
memberikan kekuatan yang tinggi kepada bahan komposit sementara bahan plastik akan
memberikan ketahanan terhadap rintangan kimia.
Kos bagi bahan GFRP adalah lebih rendah dari bahan keluli dan ringan seperti
aluminium tetapi memberikan lebih kekuatan berbanding nisbah jisim serta memberikan
rintangan yang baik terhadap bahan kimia. Bahan GFRP juga lebih mudah dibentuk dengan
4
menggunakan acuan berbanding bahan keluli yang perlu dileburkan terlebih dahulu ataupun
memerlukan mesin khas untuk melakukan penekanan.
Atas sifat-sifat yang tersebut maka GFRP amat sesuai digunakan dalam pembinaan
tangki air berbanding bahan lain. Perbandingan antara GFRP dan bahan lain ditunjukkan
dalam Rajah 2.1, 2.2 dan 2.3.
Rajah 2.1: Perbandingan kekuatan polimer/GFRP berbanding bahan lain [2]
Rajah 2.2: Perbandingan modulus ketegaran polimer/GFRP berbanding bahan lain [2]
5
Rajah 2.3: Perbandingan graviti tentu polimer/GFRP berbanding bahan lain [2]
2.2 Matriks Dalam Plastik Bertelulang
Matriks merupakan bahan plastik yang digunakan untuk mengikat gentian kaca.
Bahan matriks biasanya terdiri daripada bahan termoplastik dan plastik termoset.
2.2.1 Termoplastik
Termoplastik merupakan bahan plastik yang mempunyai rintangan yang rendah
terhadap haba. Bahan plastik tersebut boleh dikitar semula untuk dijadikan bahan yang baru.
Bahan termoplastik adalah seperti polipropolina, nilon, bahan berasaskan sterina dan lain-lain
lagi.
2.2.2 Plastik Termoset
Plastik termoset merupakan bahan plastik yang mempunyai rintangan yang tinggi
terhadap haba. Walau bagaimanapun ia tidak boleh digunakan semula setelah dikenakan
haba. Pada permulaannya hamper semua bahan pengacuan termoset merupakan bahan
rencam yang terdiri dari bahan pengisi seperti bahan kayu mika, selulos dan lain-lain lagi
yang digunakan untuk mempertingkatkan kekuatannya. Walau bagaimanapun bahan ini tidak
dianggap sebagai plastik telulang kerana ia tidak mempunyai serat.
6
Pada masa kini kebanyakan matriks termoset utama yang digunakan adalah terdiri
dari matriks poliester tidak tepu dan matriks epoksi. Kelebihan utama bagi plastik ini ialah ia
tidak menyingkirkan air semasa pemaut silang dan dapat diacuankan pada tekanan rendah
menggunakan suhu bilik. Antara sifat-sifat lain bagi plastik ini adalah ianya tegar kerana
adanya silang paut, tidak sensitif terhadap suhu (boleh menjadi penebat haba dan elektrik),
keras, kuat tetapi rapuh serta tahan hakisan.
2.2.2.1 Matriks Poliester
Matriks poliester merupakan bahan yang digunakan dengan paling meluas sebagai
bahan matriks bagi GFRP. Lazimnya digunakan untuk pembinaan bot-bot kecil, bekas bahan
kimia, tangki dan beg alatan untuk membaiki kereta.
Poliester secara tradisionalnya digunakan dengan meluas sebagai resin untuk
menghasilkan bahan polimer komposit. Jika disimpan di tempat yang gelap pada suhu kurang
dari 20°C ia akan mengambil masa berbulan dan mungkin bertahun untuk mengawet
(mengeras). Untuk membolehkannya mengeras mengikut masa tertentu, pemangkin (catalyst)
perlu ditambah mengikut sukatan yang ditetapkan.
2.3 Gentian Untuk Plastik Bertelulang
Tiga bahan utama yang digunakan sebagai gentian untuk FRP adalah kaca, karbon
dan aramid. Kaca adalah bahan yang digunakan dengan paling meluas kerana kosnya adalah
yang paling rendah. Gentian aramid dan karbon mempunyai kekuatan tinggi dengan
ketumpatan yang rendah. Ia banyak digunakan dalam industri berteknologi tinggi seperti
aeroangkasa di sebabkan harganya yang tinggi.
2.3.1 Gentian Kaca
Gentian kaca yang digunakan sebagai tetulang bagi plastik untuk membentuk struktur
komposit. GFRP mempunyai sifat seperti berikut:-
i) Kekuatan tinggi berbanding nisbah berat.
ii) Ketahanan terhadap suhu tinggi.
iii) Ketahanan terhadap kelembapan.
iv) Ketahanan terhadap hakisan.
v) Penebat elektrik yang baik.
vi) Mudah direkabentuk dan kosnya murah.
7
Dua jenis kaca yang biasanya digunakan dalam pengeluaran gentian kaca adalah kaca
E (elektrikal) dan kaca S (high-strength). Kaca E adalah yang biasa digunakan untuk gentian
berterusan. Secara asasnya kaca E adalah kaca ‘lime-aluminium-borosilicate’ dengan
kandungan sodium dan potassium yang rendah. Bahan asas dalam kaca E adalah 52%-56%
𝑆𝑖𝑂2, 12%-16% 𝐴𝑙2𝑂3, 16%-25% CaO dan 8%-13% 𝐵2𝑂3. Kaca E mempunyai kekuatan
terikan lebih kurang 3.44 GPa dan modulus elastik lebih kurang 72.3 GPa.
Kaca S mempunyai kekuatan tinggi berbanding dengan nisbah berat dan lebih mahal
berbanding dengan kaca E. Ia digunakan terutama untuk kegunaan ketenteraan dan
aeroangkasa. Kekuatan terikan bagi kaca S lebih daripada 4.48 GPa dan modulus elastiknya
lebih kurang 85.4 GPa. Kandungan utama untuk kaca S adalah 65% 𝑆𝑖𝑂2, 25% 𝐴𝑙2𝑂3 dan
10% MgO.
Kaca jenis lain yang digunakan ialah Kaca-C yang beralkali yang rendah. Ia
memberikan ketahanan yang sangat baik terhadap air dan bahan kimia. Biasanya digunakan
sebagai tetulang untuk lapisan gel.
Kekuatan GFRP adalah bergantung kepada kecekapan melakukan laminat antara
gentian kaca dan resin serta nisbah campurannya. Secara umumnya isipadu gentian kaca yang
tinggi akan menambahkan kekuatan. Menyediakan imbangan yang betul antara gentian kaca
dan resin adalah sangat penting.
Kaca dalam bentuk serat atau gentian secara relatifnya adalah murah dan merupakan
bentuk asas tetulang yang digunakan didalam GFRP. Serat dihasilkan dengan kaedah
penarikan kaca secara berterusan daripada satu orifis dalam mangkuk pijar platinium yang
mengandungi kaca cair yang dipanaskan secara elektrik.
2.3.2 Bentuk Gentian Kaca
Gentian kaca yang digunakan juga mempunyai pelbagai bentuk bergantung kepada
penggunaannya. Di antara jenis gentian tersebut ialah:-
Bebenang (Roving)
Gentian yang berbentuk berterusan. Gentian ini dikumpulkan dengan beberapa
gentian yang sama jenis tetapi tidak dipintal. Gentian ini digunakan pada keadaan di mana
kekuatan pada satu arah di perlukan. Biasanya dgunakan dalam pengeluaran yang
8
menggunakan belitan filamen atau pultrusion. Contoh penggunaannya adalah untuk membuat
joran dan reket. Bentuk ‘roving’ ditunjukkan dalam Rajah 2.4.
Rajah 2.4: Bebenang (Roving)
Lembaran Tikar Terpotong (Chopped Strand Mat)
Berbentuk seperti tikar diana gentian yang terpotong-potong (biasanya 50 mm)
disusun secara rawak. Jumlah per meter persegi dikawal dalam julat antara 0.3 kg hingga
0.75 kg per meter persegi. Bentuk ‘chopped strand mat’ ditunjukkan dalam Rajah 2.5.
Rajah 2.5: Lembaran tikar terpotong (Chopped Strand Mat)
9
Tisu Permukaan (Surfacing Tissue)
Gentian tisu nipis yang dapat mongering dengan sangat cepat didalam resin.
Digunakan sebagai tetulang dipermukaan yang kaya dengan resin seperti lapisan gel yang
tebal. Bentuk ‘surfacing tissue’ ditunjukkan dalam Rajah 2.6.
Rajah 2.6: Tisu Permukaan (Surfacing Tissue)
Kain Tenun (Woven Cloth)
Gentian dalam arah jaringan yang pelbagai. Digunakan untuk produk yang
memerlukan kekuatan terikan yang tinggi. Bahannya adalah mahal dan hanya diperlukan
pada lapisan nipis yang memerlukan kekuatan terikan yang tinggi. Bentuk ‘woven cloth’
ditunjukkan dalam Rajah 2.7.
10
Rajah 2.7: Kain Tenun (Woven Cloth)
Pita Bertenun (Woven Tape)
Bentuk yang sama dengan ‘woven cloth’ tetapi digulung dalam bentuk pita dengan
lebar antara 12mm hingga 75mm. bentuk ‘woven tape’ ditunjukkan dalam Rajah 2.8.
Rajah 2.8: Pita Bertenun (Woven Tape)
Bebenang Bertenun (Woven Roving)
Berbentuk gentian panjang yang dianyam dan disusun pada dua arah yang bersudut
tepat. Bentuk ‘woven roving’ ditunjukkan dalam Rajah 2.9.
11
Rajah 2.9: Bebenang Bertenun (Woven Roving)
2.3.3 Susunan Gentian Dalam Bahan Komposit
Susunan gentian dalam bahan komposit akan menentukan kekuatan mekanikal
sesuatu bahan komposit tersebut. Ada tiga jenis susunan gentian di dalam bahan komposit
iaitu:-
Susunan Satu Dimensi
Susunan pada satu arah menegak. Susunan ini akan memberikan kekuatan maksima
pada arah susunan gentiannya.
Susunan Dua Dimensi
Susunan pada dua arah yang bersudut 90°. Susunan ini akan memberi kekuatan
maksima pada dua arah di mana gentian tersebut disusun.
Susunan Tiga Dimensi
Susunan pada tiga arah x, y dan z. Susunan ini akan memberikan kekuatan pada
ketiga-tiga arah. Walau bagaimanapun susunan yang lebih rawak akan mengurangkan
kekuatan mekanikalnya.
12
BAB III
KAEDAH PEMBUATAN PRODUK DARI GFRP
Untuk menghasilkan produk dari bahan GFRP beberapa kaedah telah diperkenalkan.
Di antara kaedah-kaedah yang lazim digunakan ialah bengkalai tangan (hand lay-up),
semburan, belitan filamen, penarikan (pultrusion) dan lain-lain. Kaedah yang digunakan
bergantung kepada jenis produk yang dikeluarkan serta kos yang optimum.
3.1 Kaedah Bengkalai Tangan
Kaedah ini merupakan kaedah yang paling banyak digunakan dalam pengeluaran
barangan dari plastik bertetulang. Kelebihan utama proses ini ialah ianya murah, maka hanya
sedikit alatan khusus yang digunakan. Acuannya boleh dibuat dari plaster, kayu, kepingan
logam, atau polimer komposit (FRP) itu sendiri.
Langkah pertama adalah menyapu acuan dengan agen pelelas supaya acuan tidak
melekat. Ini diikuti dengan lapisan nipis (0.3 mm – 0.4 mm) damar tulin (dikenali sebagai
salutan gel) yang mempunyai beberapa fungsi. Pertama ia menyembunyikan corak jalinan
serat yang tidak sekata dan mencantikkan barangan apabila ia dikeluarkan dari acuan. Kedua
dan yang paling penting ialah ia akan melindungi tetulang dari lembapan yang akan
menguraikan lekatan antara permukaan serat dengan damar. Tikar tisu boleh digunakan jika
salutan gel memerlukan sokongan. Ini akan memperbaiki sifat rintangan hentaman pada
permukaan dan juga menyembunyikan tekstur tetulang. Walau bagaimanapun ia adalah
mahal dan digunakan jika perlu sahaja.
Setelah salutan gel diberi masa untuk separa pulih, tetulang utama akan dikenakan.
Pada mulanya satu salutan damar (poliester tak tepu yang paling biasa digunakan) disapu di
atasnya dan ini diikuti oleh lapisan tikar kaca yang dimasukkan dengan tangan. Penggelek
akan digunakan untuk mengukuhkan tikar dan juga membuang udara yang terperangkap.
Kelebihan teknik ini ialah sifat kekuatan dan kekakuan bahan komposit boleh dikawal dengan
membina lapisan tikar dan damar yang diperlukan. Pemulihan berlaku pada suhu bilik tetapi
kadang-kadang haba dibekalkan untuk mempercepatkannya. Sebarang trim sebaik-baiknya
dilakukan sebelum pemulihan lengkap kerana bahan masih lembut untuk dipotong dengan
pisau atau kacip. Selepas pemulihan roda kacip khas diperlukan kerana bahan sudah
mengeras. Kaedah ini ditunjukkan dalam Rajah 3.1.
13
Rajah 3.1: Kaedah asas bengkalai tangan
3.2 Kaedah Semburan
Dalam proses ini langkah persediaan adalah serupa dengan proses susunan tangan
tetapi tetulang dikenakan dengan menggunakan muncung semburan dan bukannya dengan
menggunakan tikar kaca. Roving dimasukkan ke unit penyembur dan helaian terpotong ini
disemburkan serentak dengan damar atau resin. Ketebalan pengacuan serta kekuatannya akan
terbentuk dengan mudah pada bahagian yang mengalami tegasan tinggi. Namun begitu
kejayaan kaedah ini banyak bergantung kepada kemahiran pekerja kerana pekerja yang
mengawal ketebalan keseluruhan rencaman dan juga nisbah kaca bersama damar.
Rajah 3.2: Kaedah asas semburan
14
3.2.1 Pembinaan Acuan
Acuan merupakan elemen yang penting dalam penghasilan produk menggunakan
bahan GFRP. Bentuk produk adalah mengikut bentuk acuan yang digunakan. Ini adalah di
sebabkan semasa proses pembuatan, gentian kaca yang telah dibasahi oleh resin akan
mengikut bentuk acuan sebelum ianya menjadi keras. Acuan ini boleh dihasilkan dari produk
yang telah sedia ada atau jika ianya satu bentuk yang baru, maka plak mesti disediakan
terlebih dahulu. Rajah 3.3 menunjukkan rajah penghasilan plak.
Plak adalah bentuk sebenar produk. Plak dibuat dari bahan-bahan yang mudah
dibentuk seperti kayu, papan lapis, formika, tanah liat, dawai, kepingan logam, plaster acuan
dan sebagainya. Dalam pembinaan ini kemahiran pertukangan dan pembuatan model adalah
penting. Langkah-langkah pembinaan plak adalah:-
i) Lukiskan secara terperinci produk yang hendak dihasilkan.
ii) Berdasarkan lukisan tersebut bahan-bahan binaan dipotong mengikut ukuran yang
telah ditentukan.
iii) Binaan dimulakan dari rangka (bentuk) asal produk dan diikuti dengan bahagian-
bahagian yang lain.
iv) Bahagian kambi dibuat dengan membentuk dari bentuk asas atau dengan bahan
tambahan yang lain seperti plaster acuan dan sebagainya. Jika terdapat lubang kecil
atau tidak sempurna ianya perlu dibaiki.
v) Semua permukaan perlu dirata dan dilicinkan sebagaimana yang dikehendaki.
vi) Permukaan ini kemudiannya digilap.
Rajah 3.3: Kaedah asas penghasilan plak
15
3.3 Kaedah Belitan Filamen
Dalam kaedah ini helaian tetulang yang berterusan digunakan untuk memperolehi
keuntungan maksima daripada kekuatan serat. Dalam proses yang lazim, ‘roving’ atau
helaian tunggal dilalukan ke atas bekas damar dan kemudiannya digulung di atas mandrel
yang berputar. Dengan menyusun serat pada arah melintang dan dengan kawalan mandrel
maka tetulang boleh disusun dalam bentuk yang dikehendaki. Kekuatan yang sangat tinggi
boleh dicapai dan sesuai untuk kegunaan paip bertekanan. Tetulang yang disusun dalam arah
gegelang bertegasan tinggi adalah penting. Proses ini juga boleh menghasilkan tamgki tetapi
memerlukan mesin yang besar serta melibatkan pelaburan awal yang tinggi. Kaedah asas
belitan filamen ditunjukkan dalam Rajah 3.4.
Rajah 3.4: Kaedah asas belitan filamen
3.4 Kaedah Penarikan (Pultrusion)
Penarikan merupakan kaedah pengeluaran berterusan yang sama dengan proses
penyemperitan. Tikar serat anyaman atau ‘roving’ ditarik melalui bekas damar dam kemudian
melalui satu acuan untuk menghasilkan beberapa bentuk seperti yang dikehendaki. Bentuk
16
yang selalu dihasilkan ialah tiang dengan bentuk U, empat segi dan lain-lain. Bentuk profil
ini keluar melalui muncung dan kemudian melalui terowong ketuhar untuk mempercepatkan
proses pemulihan damar. Bahan yang terhasil melalui proses ini akan dipotong kepada
panjang tertentu untuk disimpan. Kaedah asas sistem penarikan ditunjukkan dalam Rajah 3.5.
Rajah 3.5: Kaedah asas penarikan
3.5 Bahan Lain Dalam Kerja Pembuatan Produk GFRP
Dalam penghasilan produk dari GFRP selain dari gentian kaca dan resin beberapa
bahan lain juga perlu digunakan. Contoh barangan tersebut adalah seperti pemangkin,
pencepat dan lain-lain.
Lapisan Gel (Gelcoat)
Bahan yang biasa digunakan ialah resin isophtalic ataupun jenis resin yang lain
sebagai lapisan permukaan. Lapisan gel menyediakan ketahanan yang baik dari bahan kimia,
serapan air, hentakan dan pancaran ultra ungu. Ia rapuh jika digunakan sebagai lapisan tebal
dan merupakan sebab mengapa ia tidak sesuai untuk laminat atau digunakan sebagai acuan.
Pemangkin (catalyst)
Pemangkin dicampur kepada resin untuk membolehkan pempolimeran berlaku
dengan cepat. Tanpa campuran pemangkin resin akan lambat mengawet. Pemangkin
17
dicampur mengikut peratusan tertentu supaya resin akan mengawet mengikut masa yang
telah ditetapkan. Contoh pemangkin adalah benzoyl dan cyclohexanone proxide.
Pencepat (accelerators)
Pencepat digunakan untuk mempercepatkan tindakan mangkin. Contoh pencepat
adalah cobalt napthenate.
Pewarna (Pigment)
Pewarna digunakan untuk menghasilkan produk yang pelbagai warna. Pewarna akan
dicampurkan dengan gelcoat dan biasanya kuantitinya adalah 5% dari berat gelcoat.
Pengisi (Filler)
Serbuk pengisi yang digunakan selalunya bagi mengurangkan kos keseluruhan
dengan mengurangkan penggunaan resin. Penggunaannya akan mengurangkan pengecutan di
mana tanpa pengisi pengecutan biasanya 7%. Pengisi akan memperbaiki permukaan tetapi
kuantitinya tidak boleh melebihi 40% dari tetulang.
Agen Pelepasan (Release Agent)
Digunakan untuk memisahkan acuan dan bahan yang dihasilkan. Harus dipastikan
agen pelepas tidak meninggalkan kesan keatas permukaan pengacuanan.
18
BAB IV
KAJIAN KEATAS REKABENTUK TANGKI
Tangki air merupakan tempat bagi penyimpanan air sebelum air tersebut diedarkan
kepada pengguna. Kandungan air yang mempunyai pelbagai jenis bahan kimia boleh
menghakis terutamanya terhadap bahan-bahan keluli. Oleh kerana itu penggunaan GFRP
sebagai bahan dalam penghasilan tangki adalah sangat bersesuaian atas sifat-sifatnya yang
telah disebutkan di bab awal.
4.1 Rekabentuk Tangki Masakini
Pada masa kini terdapat pelbagai rekabentuk tangki yang berasaskan GFRP telah
dihasilkan. Lazimnya tangki yang dihasilkan adalah berbentuk silinder dan panel (empat
segi). Rekabentuk sesebuah tangki banyak bergantung kepada di mana dan bagaimana tangki
itu akan digunakan.
Bagi tangki berbentuk panel biasanya digunakan di dalam ataupun di atas bangunan di
sebabkan bangunan yang lazimnya berbentuk empat segi. Pemasangannya juga adalah mudah
dan lebih fleksibel. Kelemahannya ialah mudah terjadi kebocoran di sebabkan ia melibatkan
banyak penyambungan. Bagi tangki berbentuk silinder ia biasanya digunakan untuk kapasiti
yang tinggi dan ditempatkan di luar bangunan di sebabkan masalah ruang yang tidak
mencukupi di dalam bangunan. Walau bagaimanapun dalam kajian ini hanya melibatkan
pemasangan tangki berbentuk silinder.
4.2 Pertimbangan Rekabentuk
Pertimbangan rekabentuk adalah kreteria-kreteria yang perlu dipertimbangkan dalam
menghasilkan sesuatu rekabentuk tangki yang memenuhi piawaian. Di antara kreteria penting
yang perlu diambil kira ialah:-
i) Fleksibiliti – kemudahan untuk menghasilkan tangki mengikut kapasiti yang
dikehendaki.
19
ii) Mudah dipasang – dapat dipasang dengan menggunakan tenaga dan kemahiran yang
minima dalam masa yang singkat.
iii) Mudah dibawa ketempat pemasangan – jika komponen tangki dihasilkan di tempat
lain ia hendaklah dapat dibawa dengan mudah ke tempat pemasangan.
iv) Kualiti rekabentuk – rekabentuk dapat dipastikan tidak mendatangkan masalah
selepas pemasangan seperti berlaku kebocoran dan sebagainya.
Pemerhatian telah dibuat keatas beberapa rekabentuk tangki yang dihasilkan oleh
beberapa pengeluar yang berlainan. Secara asasnya tiga rekabentuk utama telah dikelaskan
dan dibuat pemerhatian serta perbandingan.
4.3 Rekabentuk Satu
Rekabentuk ini melibatkan penghasilan kepingan GFRP yang mudah dilentur.
Kepingan itu kemudiannya akan dibawa ke tempat pemasangan dan dilentur untuk
menjadikannya berbentuk silinder. Setelah dilentur kepada bentuk silinder, bahagian dinding
akan dilaminat. Kaedah ini merupakan kaedah yang fleksibel kerana ia tidak mempunyai
dinding yang bersaiz tertentu. Tangki yang dihasilkan adalah mengikut ukuran pelanggan.
Kaedah ini ditunjukkan dalam Rajah 4.1.
4.4 Rekabentuk Dua
Rekabentuk ini melibatkan penghasilan beberapa kepingan dinding yang
kemudiannya akan dicantumkan untuk mendapatkan bentuk silinder. Lenturan tidak perlu
dilakukan terhadap kepingan dinding kerana bentuk dinding yang melentur telah dihasilkan
melalui acuan. Kaedah yang digunakan adalah fleksibel terhadap ketinggian tetapi
diameternya adalah tetap. Perubahan pada diameter akan menyebabkan pertambahan kos
kerana perlu menghasilkan acuan yang baru. Kaedah ini ditunjukkan dalam Rajah 4.2.
4.5 Rekabentuk Tiga
Rekabentuk ini melibatkan penghasilan beberapa kepingan dinding yang
kemudiannya akan dicantumkan untuk membentuk tangki silinder. Pemasangan tangki ini
dilakukan dengan mencantumkan dinding yang telah sedia dibentuk. Kerja melentur dinding
tidak perlu dilakukan kerana bentuk dinding yang melentur telah dihasilkan melalui acuan.
Rekabentuk tangki ini fleksibel dari segi ketinggian tetapi mempunyai garispusat yang tetap.
Pemasangannya lebih mudah dari pemasangan rekabentuk satu dan dua kerana dindingnya
dibahagikan kepada bahagian yang lebih kecil. Kaedah ini ditunjukkan dalam Rajah 4.3.
20
4.6 Ulasan Rekabentuk
Dari pemerhatian yang dilakukan, ketiga-tiga rekabentuk tersebut mempunyai
kekurangan dan kelebihan yang tersendiri. Dari rekabentuk satu dapat dilihat bahawa masalah
pembinaan adalah disebabkan kepingan GFRP yang terpaksa dilentur secara manual. Proses
ini memerlukan pekerja yang berkemahiran tinggi bagi melakukan fabrikasi. Kelebihannya
kerana ia tidak memerlukan pemasangan banyak komponen-komponen kecil dan ianya lebih
fleksibel.
Rekabentuk dua menggunakan kaedah yang lebih mudah dari rekabentuk satu. Ini
kerana kepingan dinding telah dihasilkan dengan mengikut bentuk silinder yang dibahagikan
kepada beberapa bahagian. Rekabentuk ini hanya fleksibel dari segi ketinggian tetapi
berdiameter tetap. Pemasangan memerlukan pencantuman beberapa kepingan dinding yang
bersaiz besar dan masih memerlukan kemahiran yang tinggi.
Rekabentuk tiga menggunakan kaedah yang hampir sama dengan kaedah rekabentuk
dua yang telah diterangkan sebelum ini. Pemasangannya mudah kerana dinding yang
dihasilkan sudah sedia ada berbentuk silinder tetapi ia memerlukan pemasangan banyak
komponen dinding dan perlu diberi perhatian terhadap penyambungan yang dilakukan.
Namun begitu rekabentuk tiga dianggap rekabentuk yang mempunyai pemasangan yang
paling mudah kerana komponennya telah dibahagikan kepada beberapa bahagian yang kecil
walaupun tidak fleksibel terhadap diameter.
21
Rajah 4.1: Kaedah pemasangan tangki (rekabentuk satu)
Kepingan dinding GFRP dihasilkan
mengikut ketinggian dan diameter
tangki
Dinding dilentur untuk membentuk
silinder. Kemahiran diperlukan
untuk tugas ini
22
Rajah 4.2: Kaedah pemasangan tangki (Rekabentuk dua)
Kepingan dinding GFRP dihasilkan
menggunakan acuan mengikut
ketinggian dan diameter tangki
Dinding disambung untuk
membentuk silinder. Sedikit
kemahiran diperlukan untuk tugas ini
23
Rajah 4.3: Kaedah pemasangan tangki (Rekabentuk tiga)
Kepingan dinding GFRP dihasilkan
menggunakan acuan dalam komponen kecil
mengikut ketinggian dan diameter tangki
Dinding dilentur untuk membentuk
silinder. Kemahiran yang sedikit
diperlukan untuk tugas ini
24
BAB V
REKABENTUK KONSEP
Dalam menghasilkan sebuah tangki berbentuk silinder, pelbagai teknik telah
digunakan bagi mendapatkan rekabentuk terbaik. Di antara teknik yang popular adalah secara
fabrikasi.
Dalam kaedah pemasangan secara fabrikasi, bahagian penting dalam rekabentuk
sesebuah tangki seperti dinding tangki dan bumbung akan dihasilkan terlebih dahulu. Ini
adalah untuk memudahkan pemasangan dan pengangkutan bahan ke tempat pemasangan.
Rekabentuk dinding dan bumbung yang dihasilkan haruslah mengambil kira beberapa
aspek penting dalam pemasangan seperti kemudahan pemasangan, ketepatan bagi
menghasilkan tangki berbentuk silinder dan tahap kemahiran yang diperlukan dalam
melakukan pemasangan tersebut.
5.1 Rekabentuk Dan Penghasilan Dinding GFRP
Dalam kajian rekabentuk tangki dalam bab yang lalu, teknik yang paling mudah
dalam pemasangan tangki adalah dengan menghasilkan komponen tertentu seperti dinding
dan bumbung menggunakan acuan yang kemudiannya akan dicantumkan untuk mendapatkan
bentuk silinder. Dimensi dan bentuk tangki yang dihasilkan di sini adalah berasaskan
rekabentuk tangki yang dihasilkan oleh sebuah syarikat pembuat tangki iaitu Syarikat
Hasilman Sdn. Bhd. Cara yang digunakan bersamaan dengan kaedah tiga yang telah
dibincangkan dalam bab IV yang lepas. Tangki yang dihasilkan mempunyai tiga aras di mana
setiap aras mempunyai enam unit dinding yang akan dicantumkan bagi mendapatkan bentuk
silinder.
Setiap aras tangki tersebut mempunyai ketebalan dinding yang berbeza bergantung
kepada jumlah lapisan gentian yang digunakan. Secara amnya bahagian bawah adalah lebih
tebal daripada bahagian atas. Rajah 5.1 dibawah menunjukkan bentuk asas dinding yang telah
dihasilkan menggunakan kaedah bengkalai tangan seperti yang telah dinyatakan dalam bab
yang lepas.
26
Jadual 5.1 dibawah menunjukkan jumlah CSM450 dan WR600 yang digunakan untuk
menghasilkan dinding bagi setiap aras ketinggian.
Jadual 5.1: Bilangan lapisan CSM450 dan WR600 yang digunakan bagi menghasilkan
dinding pada setiap aras
Aras Bil. CSM450 Bil. WR600
III 4 3
II 3 2
I 2 1
5.1.1 Rekabentuk Dinding Secara Terperinci
Bahagian dinding yang dihasilkan haruslah mempunyai rekabentuk yang sesuai bagi
memudahkan pemasangan dan fleksibel. Pada setiap dinding tersebut pula mempunyai
lapisan ‘gelcoat’ di permukaan luar bagi mengelakkan sinaran ‘ultra violet’ yang boleh
merosakkan binaan struktur laminat.
5.1.1.1 Rekabentuk Bahagian Atas Dinding
Bahagian atas dinding direka dengan mempunyai tapak bagi membolehkan dinding
yang berada pada aras atas dicantumkan dengan dinding dibawahnya dengan cara
meletakkannya di atas dinding di bawahnya. Keratan rentas bagi bahagian atas dinding
ditunjukkan dalam Rajah 5.2.
Rajah 5.2: Keratan rentas bahagian atas dinding tangki
27
Daripada Rajah 5.2 di atas dapat dilihat bahagian atas dinding tangki yang
mempunyai bahagian rata yang bertindak sebagai tapak bagi pemasangan dinding tangki di
aras atasnya.
5.1.1.2 Rekabentuk Bahagian Bawah Dinding
Sebagaimana bahagian atas dinding bahagian bawah juga direka denan mempunyai
tapak bagi membolehkan dinding yang berada di aras bawahnya dicantum dengan cara
meletakkan dinding di aras atas di atas dinding di bawahnya. Keratan rentas bagi bahagian
bawah dinding ditunjukkan dalam Rajah 5.3 dibawah.
Rajah 5.3: Keratan rentas bahagian bawah dinding tangki
Daripada Rajah 5.3 dapat dilihat bahagian bawah dinding tangki yang mempunyai
bahagian rata dan berbentuk seperti perumah yang bertindak sebagai tapak bagi pemasangan
dinding di bawahnya.
5.1.1.3 Rekabentuk Bahagian Sisi Dinding
Bahagian sisi dinding direka dengan satu bahagian berbentuk rata sementara bahagian
yang satu lagi mempunyai perumah bagi membolehkan dinding yang berada pada bahagian di
sebelahnya dicantum secara penyambungan tindihan. Keratan rentas bagi dinding
ditunjukkan dalam Rajah 5.4.
28
Rajah 5.4: Keratan rentas bahagian sisi dinding tangki
5.2 Rekabentuk Dan Penghasilan Bumbung GFRP
Bumbung yang digunakan adalah berbentuk kun bagi menghasilkan rekabentuk yang
tegar selepas pemasangan. Kaedah yang digunakan adalah sama dengan kaedah pemasangan
dinding di mana sebanyak sepuluh bahagian bumbung akan dihasilkan yang kemudiannya
akan dicantumkan bagi menghasilkan bumbung yang berbentuk kun. Rajah 5.5 menunjukkan
bahagian bumbung yang telah dihasilkan.
Rajah 5.5: Rekabentuk bahagian bumbung yang telah dihasilkan
Bagi setiap bahagian bumbung sebanyak 3 lapisan CSM450 digunakan. Setiap
bahagian bumbung juga mempunyai tiga bentuk tetulang yang akan meningkatkan ketegaran
terhadap tekanan bersudut tepat dengan permukaan.
29
5.2.1 Rekabentuk Bumbung GFRP Secara Terperinci
Sebagaimana rekabentuk bahagian luar lapisan dinding, bahagian bumbung yang
dihasilkan juga haruslah mempunyai rekabentuk yang sesuai bagi memudahkan pemasangan
dan fleksibel. Bahagian bumbung direka dengan mengambil kira kemudahan semasa
pemasangan dan ketegaran. Pada setiap bahagian bumbung mempunyai lapisan ‘gelcoat’ di
permukaan luar bagi mengelakkan dari sinaran ‘ultra violet’ yang boleh merosakkan binaan
struktur laminat.
5.2.1.1 Rekabentuk Tetulang
Pada setiap bahagian bumbung mempunyai tiga bahagian tetulang untuk menjadikan
bumbung tegar serta mengelakkan lenturan. Rasuk yang berkeratan rentas berbentuk ‘V’
dipasang secara memanjang di atas bumbung dari satu hujung ke hujung yang lain.
5.2.1.2 Rekabentuk Bahagian Sisi Bumbung
Bahagian sisi bumbung dibuat berbentuk rata untuk membolehkannya dicantumkan
dengan bahagian bumbung yang lain. Keratan rentas bagi bahagian sisi bumbung ditunjukkan
dalam Rajah 5.6.
Rajah 5.6: Rekabenuk bahagian sisi bumbung
30
5.2.1.3 Rekabentuk Bahagian Tepi Bumbung
Bahagian tepi bumbung direka berbentuk sama seperti bahagian bawah dinding. Ini
adalah untuk membolehkan ia dicantumkan dengan dinding tangki. Keratan rentas bagi
bahagian tepi bumbung ditunjukkan dalam Rajah 5.7.
Rajah 5.7: Rekabentuk bahagian tepi bumbung
5.3 Rekabentuk Bahagian Tapak GFRP
Bahagian tapak yang menjadi bahagian dasar tangki dihasilkan daripada dua lapisan
CSM450 dan satu lapisan WR600. Bahagian tapak tangki biasanya dihasilkan di kilang
sebelum dibawa ke tempat pemasangan. Rekabentuk bahagian tapak hampir sama dengan
rekabentuk bahagian atas dinding bagi memudahkan pemasangan diantara bahagian dinding
dan tapak. Keratan rentas bahagian tapak tangki ditunjukkan dalam Rajah 5.8.
Rajah 5.8: Rekabentuk bahagian tapak tangki
31
BAB VI
ANALISA REKABENTUK
Analisa rekabentuk kejuruteraan yang dilakukan adalah berasaskan rekabentuk
konsep yang telah dihasilkan dengan berpandukan piawaian BS 4994 : 1987 sebagai panduan
asas. Ini bagi membolehkan tangki yang dihasilkan menepati piawaian antarabangsa dari segi
rekabentuk dan pemasangan disamping mengambil kira soal-soal keselamatan. Sebelum
analisis dilakukan ujian regangan ke atas bahan GFRP (CSM450/polimer dan
WR600/polimer) telah dijalankan (Rujuk LAMPIRAN A).
6.1 Menentukan Nilai Regangan Muktamad Unit Kekuatan (Ultimate Tensile Unit
Strength, UTUS) Bagi CSM450/Polimer
UTUSCSM = Fmak
bm
b – lebar spesimen
m – jisim glass (kg/m2)
Daripada graf yang telah diplotkan, nilai F𝑚𝑎𝑘 = 6.999 x 103 N.
Jisim gentian kaca, m𝐶𝑆𝑀 = 1.35 kg/m2 (berdasarkan 3 lapisan CSM450 yang
digunakan dalam ujian).
Lebar spesimen, b = 24.56 mm
Oleh itu,
UTUSCSM = 6.999 𝑥 103
(24.56)(1.35)
= 211.093 N/mm per kg/m2 glass
32
6.2 Menentukan Modulus Laminat Bagi GFRP (CSM450/Polimer)
Dari persamaan (72) BS 4994 : 1987
XLAM = (F2 − F1)
(𝑍2 − 𝑍1) x
𝐿
𝑏 N/mm
dimana,
𝑍2 − 𝑍1 - perubahan dalam anjakan (mm) berkadar terus dengan daya
(F2 − F1) yang dikenakan.
L - panjang tolok spesimen (mm)
b - purata lebar spesimen (mm)
Oleh itu,
XLAM = (4.057 𝑥 103 − 0 𝑥 103)
(0.3 − 0) x
50
24.56 N/mm
= 27531.89 N/mm
6.3 Menentukan Modulus Unit Bagi GFRP (CSM450/Polimer)
Dari persamaan (73) BS 4994 : 1987
XZ = 𝑋𝐿𝐴𝑀
𝑚𝐶𝑆𝑀
= 27531.89
1.35
= 20394 N/mm per kg/m2 kaca
33
6.4 Menentukan Nilai Regangan Muktamad Unit Kekuatan (Ultimate Tensile Unit
Strength, UTUS) Bagi WR600/Polimer
UTUSWR = Fmak
bm
dimana,
mWR = 1.8 kg/m2
Fmak = 9.906 kN
𝑏 = 24.49 mm
oleh itu,
UTUSWR = 9.906 𝑥 103
(24.49)(1.8)
= 224.748 N/mm per kg/m2 kaca
6.5 Menentukan Modulus Laminat Bagi WR600/Polimer
XLAM = (9.906 𝑥 103 − 0 𝑥 103)
(0.4 − 0) x
50
24.49 N/mm
= 33292.05 N/mm
6.6 Menentukan Modulus Unit Bagi WR600/Polimer
XZ = 𝑋𝐿𝐴𝑀
𝑚𝑊𝑅
= 33292.05
1.8
= 18495.58 N/mm per kg/m2 kaca
34
6.7 Analisis Tekanan Yang Bertindak Pada Dinding Tangki
6.7.1 Spesifikasi Rekabentuk Tangki GFRP
i) Isipadu tangki, V = 181.84 𝑚3 (40,000 gelen)
Diameter tangki, D = 7,000 mm
Tinggi tangki, H = 4,800 mm
ii) Bahan matrik yang digunakan
Resin berasaskan poliester (gred biasa untuk laminat dan gred tinggi untuk lapisan
akhir bahagian dalam bagi menahan dari tindakan kimia)
iii) Nisbah berat gentian kaca
CSM400 – 35%
WR600 – 55%
iv) Kaedah pembuatan – bengkalai tangan
35
Rajah 6.1: Tekanan hidrostatik yang bertindak pada dinding tangki
Dari rajah diatas,
Dengan mengambil ketumpatan air, 𝜌 diambil sebagai 1000 kg/m3
𝑃1 = 𝜌𝑔𝐻1
10002
= (1000 𝑥 9.81 𝑥 4.8)
10002
= 0.0471 N/mm2
Seterusnya dengan kaedah yang sama tekanan bagi kedalaman yang lain dapat
ditentukan. Keputusan pengiraan dinyatakan dalam Jadual 6.1.
36
Jadual 6.1: Nilai tekanan yang bertindak pada tangki
Kedalaman Tekanan, P (N/mm2)
𝐻1 0.0471
𝐻2 0.02943
𝐻3 0.0177
6.7.2 Beban Lingkaran Pada Tangki
Pada tekanan, 𝑃1
𝑄∅1 = 𝑃1𝐷
2
= 0.0471 𝑥 7000
2
= 164.85 N/mm
Seterusnya dengan kaedah yang sama beban lingkaran bagi nilai tekanan yang lain
dapat ditentukan. Keputusan pengiraan dinyatakan dalam Jadual 6.2.
Jadual 6.2: Nilai tekanan yang bertindak pada tangki
Tekanan Beban Lingkaran, 𝑄∅ (N/mm)
𝑃1 164.85
𝑃2 103.01
𝑃3 61.81
6.8 Faktor Keselamatan Rekabentuk, K
Dari persamaan (1) BS 4994 : 1987
K = 𝟑(𝒌𝟏 𝐱 𝒌𝟐 𝐱 𝒌𝟑 𝐱 𝒌𝟒 𝐱 𝒌𝟓)
37
i) Menentukan faktor 𝑘1 - faktor berdasarkan kaedah pembuatan
Berdasarkan Jadual 6 BS 4994 :1987
𝑘1 = 1.5
Kerana pembuatan berdasarkan penggunaan tangan (hand lay-up)
ii) Menentukan faktor 𝑘2 - faktor berdasarkan kelakukan jangka panjang
Faktor adalah berdasarkan persekitaran kimia. Disebabkan tangki dianggap tidak
mempunyai lapisan termoplastik, faktor diambil sebagai
𝑘2 = 2.0
iii) Menentukan faktor 𝑘3 - faktor berdasarkan kepada suhu
Berdasarkan Rajah 1 BS 4994 : 1987, suhu rekabentuk diambil sebagai 50°C dengan
80°C HDT. Oleh itu :
𝑘3 = 1.12
iv) Menentukan faktor 𝑘4 - faktor berdasarkan kepada beban berkitar
Berdasarkan Rajah 2 BS 4994 : 1987, beban berkitar dianggarkan 1000 kitaran
pengisian dan pengosongan tangki. Oleh itu :
𝑘4 = 1
v) Menentukan faktor 𝑘5 - faktor berdasarkan kepada prosedur pengawetan/pengerasan
Sehingga proses pengawetan selesai faktor 𝑘5 boleh diambil sebagai :
𝑘5 = 1.1
Oleh itu faktor keselamatan rekabentuk:
𝐊 = 𝟑(𝒌𝟏 𝐱 𝒌𝟐 𝐱 𝒌𝟑 𝐱 𝒌𝟒 𝐱 𝒌𝟓)
= 3(1.5 x 2 x 1.12 x 1 x 1.1)
= 11.088
38
6.9 Beban Terhad Dibenarkan Unit Bebanan (Load-limited Allowable Unit Loading,
𝒖𝑳)
𝑢CSM = 211.093 N/mm per kg/m2 gentian kaca
𝑢WR = 224.748 N/mm per kg/m2 gentian kaca
Oleh itu, dari persamaan (2) BS 4994 : 1987
𝑢L(CSM) = 𝑢𝐶𝑆𝑀
K
= 211.093
11.008
= 19.038 N/mm per kg/m2 kaca
dan
𝑢L(WR) = 𝑢𝑊𝑅
K
= 224.748
11.008
= 20.27 N/mm per kg/m2 kaca
39
6.10 Terikan Dibenarkan, 𝝐
Dengan mengambil nilai resin gagal pada 1.8%, (2.2% diberi oleh pengeluar resin),
oleh itu, 𝜖 adalah 0.1 x 1.8% = 0.18 (kurang dari 0.2% dari nilai maksima terikan yang
dibenarkan, seperti dinyatakan dalam BS 4994 : 1987)
6.10.1 Had Terikan Yang Dibenarkan Unit Beban, 𝒖𝒔
Dari persamaan (5) BS 4994 : 1987
Untuk CSM450, 𝑢𝑠(𝐶𝑆𝑀) = 20394.0 𝑥 0.18 𝑥 10−2
= 36.70919 N/mm per kg/m2 kaca
Untuk WR600, 𝑢𝑠(𝑊𝑅) = 18495.58 𝑥 0.18 𝑥 10−2
= 33.292 N/mm per kg/m2 kaca
6.11 Unit Beban Rekabentuk (Design Unit Loading), 𝒖𝒛
Dari keputusan yang telah diperolehi menunjukkan bahawa nilai 𝑢𝐿 < 𝑢𝑆 untuk
setiap jenis bahan tetulang.
Oleh itu terikan bagi setiap lapisan jika dibebankan dengan 𝑢𝐿 perlu ditentukan.
Dalam tindakan untuk mengelakkan beban lebihan keatas lapisan CSM450 dalam laminat,
terikan rekabentuk, 𝜖𝑑 dihadkan kepada 0.093%. Maka unit beban rekabentuk adalah setara
dengan tahap terikan. Kenyataan ini dapat dibuktikan dengan persamaan berikut.
Dari persamaan (4) BS 4994:1987
Untuk CSM450,
𝜖𝐿(𝐶𝑆𝑀) = 𝑢𝐿(𝐶𝑆𝑀)(100)
20934.0
= 0.0931%
Untuk WR600,
40
𝜖𝐿(𝑊𝑅) = 𝑢𝐿(𝑊𝑅)(100)
18495.58
= 0.1096%
Oleh itu untuk CSM450
𝑢Z(CSM) = 𝑢𝐿(𝐶𝑆𝑀) = 19.038 N/mm per kg/m2 kaca
Untuk CSM450
𝑢Z(WR) = 18495.58 𝑥 0.0931% 𝑥 10−2
= 17.266 N/mm per kg/m2 kaca
6.12 Analisa Terhadap Pemyusunan Laminat
Dengan bilangan lapisan WR600 yang diperlukan adalah (n) dan bilangan lapisan
CSM450 yang diperlukan adalah (n-1)
Oleh itu dari persamaan (6) BS 4994:1987
𝑢1𝑚1𝑛1 + 𝑢2𝑚2𝑛2 ≥ 𝑄∅1
(𝑢𝑧 𝑥 𝑚 𝑥 𝑛)𝑊𝑅 + [𝑢𝑧 𝑥 𝑚 𝑥 (𝑛 − 1)]𝐶𝑆𝑀 ≥ 𝑄∅1
Pada aras 1,
𝑛 = 164.85 + (19.038 𝑥 0.45)
(17.266 𝑥 0.6) + (19.038 𝑥 0.45)
= 9.16
≈ 10
Oleh itu jumlah keseluruhan laminat bagi aras 1 adalah seperti berikut
10 lapisan WR600
9 lapisan CSM450
41
Jumlah lapisan yang dicadangkan
8 lapisan WR600
10 lapisan CSM450
Pembuktian
(17.266 𝑥 0.6 𝑥 8)𝑊𝑅 + [19.038 𝑥 0.45 𝑥 10]𝐶𝑆𝑀 = 168.55
> 164.85 (diterima)
Jadual 6.3: Bilangan lapisan yang perlu digunakan daripada analisis dan cadangan
Aras Bil. Lapisan (analisis) Bil. Lapisan
(cadangan)
Beban lingkaran (N/mm)
WR600 CSM450 WR600 CSM450 𝑄∅ (cadangan) 𝑄∅ (sebenar)
I 9.16 ≈ 10
9 8 10 168.55 164.85
II 5.9 ≈ 6 5 5 6 103.2 103.01
III 3.72 ≈ 4 3 3 4 65.35 61.81
6.13 Ketebalan Dinding
Dengan mengambil peratusan kandungan kaca 35-40% bagi CSM450 dan 50-55%
bagi WR600, dengan ketumpatan resin 1.1. Dari Rajah (5) BS 4994:1987 ketebalan setiap
lapisan boleh dinyatakan sebagai
𝑡𝐶𝑆𝑀450 = 0.862 𝑚𝑚
𝑡𝑊𝑅600 = 0.674 𝑚𝑚
Jadual 6.4: Ketebalan dinding bagi setiap aras
Aras 𝑡𝐶𝑆𝑀450 (𝑚𝑚) 𝑡𝑊𝑅600 (𝑚𝑚) 𝑡𝐿𝐴𝑀(𝑡𝐶𝑆𝑀450 + 𝑡𝑊𝑅600), 𝑚𝑚
I 10 (0.862) 8 (0.674) 14.01
II 6 (0.862) 5 (0.674) 8.54
III 4 (0.862) 3 (0.674) 5.47
42
6.14 Jumlah Penggunaan Bahan Pada Dinding Dan Bumbung
Luas dinding pada aras I = πD (tinggi dinding)
= π(7) (1.8)
= 39.58 𝑚2
Luas dinding pada aras II = πD (tinggi dinding)
= π(7) (1.2)
= 26.39 𝑚2
Luas bumbung = π(3.5)√3.52 + 1.252
= 40.87 𝑚2
Jumlah penggunaan bahan pada dinding ditunjukkan dalam Jadual 6.5.
Jadual 6.5: Jumlah penggunaan CSM450 dan WR600
Aras Luas (𝑚2) Bil.
CSM450
Bil. WR600 Luas lapisan
CSM450 (𝑚2)
Luas lapisan
CSM450 (𝑚2)
I 39.58 4 3 158.32 118.74
II 26.39 6 5 158.34 131.95
III 39.58 10 8 395.8 316.64
Bumbung 40.87 3 0 122.61 0
Jumlah luas bahan 𝟖𝟑𝟓. 𝟎𝟕 𝒎𝟐 𝟓𝟔𝟕. 𝟑𝟑 𝒎𝟐
Jisim gentian yang digunakan:-
CSM450 = 0.45 x 835.07
= 375.78 kg
WR600 = 0.6 x 567.55
= 340.53 kg
43
Jisim matriks yang digunakan:-
Dengan mengambil nisbah gentian 32.5% dari jisim GFRP untuk CSM450, jisim
matriks yang digunakan ialah:-
Jisim matriks = 375.78
32.5 𝑥 (100 − 32.5)
= 780.47 kg
Dengan mengambil nisbah gentian 52.5% dari jisim GFRP untuk WR600, jisim
matriks yang digunakan ialah:-
Jisim matriks = 340.53
52.5 𝑥 (100 − 52.5)
= 309.28 kg
Jisim tangki keseluruhan = 375.78 + 340.53 + 780.47 + 309.28
= 𝟏𝟖𝟎𝟔 𝐤𝐠
44
BAB VII
PEMASANGAN TANGKI
Pemasangan merupakan antara bahagian terpenting dalam menghasilkan tangki GFRP
berbentuk silinder. Ini kerana pemasangan perlu dilakukan dengan mematuhi piawaian yang
telah ditetapkan. Pemasangan bagi tangki bermula dengan membawa keseluruhan komponen
tangki ke tempat pemasangan dan kemudiannya dicantumkan sehingga pemasangan selesai.
Pemasangan akhir yang dilakukan adalah pemasangan aksesori seperti paip, tangga dan lain-
lain. (Rujuk Lampiran B, C, D)
7.1 Peringkat Pemasangan
Di dalam pemasangan tangki beberapa peringkat pemasangan perlu dilakukan bagi
menghasilkan sebuah tangki siap yang berbentuk silinder. Peringkat pemasangan tersebut
ditunjukkan dalam carta alir Rajah 7.1.
7.1.1 Penyediaan Tapak Ditempat Pemasangan
Tapak yang digunakan sebagai asas tangki adalah tapak konkrit yang dibina dengan
kukuh bagi mengelakkan tangki daripada mendap ke dalam tanah. Di atas tapak konkrit akan
dilaminat dengan GFRP untuk dijadikan tapak bagi tangki. Sebanyak 1350 g/m2 CSM dan
1200 g/m2 WR akan digunakan pada peringkat pertama laminat yang akan dilakukan di atas
konkrit. Pada peringkat akhir laminat sebanyak 900 g/m2 CSM dan 600 g/m2 WR akan
ditambah yang seterusnya bertindak sebagai tapak tangki.
Bahagian tapak kemudiannya akan dicantumkan dengan bahagian dinding tangki
dengan menggunakan rivet dan bahagian penyambungan tersebut akan dilaminat untuk
memastikan penyambungan adalah kuat dan tidak ada kebocoran yang berlaku.
45
Rajah 7.1: Carta alir pemasangan tangki
Mula
Penyediaan tapak tangki di tempat kerja
Pemasangan dinding
Pemasangan bumbung
Laminat bahagian dalam
Pemasangan aksesori
Pengujian tekanan
Tamat
46
7.2 Pemasangan Dinding Tangki
Pemasangan dinding dilakukan dengan mencantumkan enam bahagian dinding bagi
mendapatkan bentuk silinder pada setiap aras. Pada peringkat permulaan cantuman, rivet
akan digunakan. Penyambungan rivet merupakan cara yang mudah dan cepat bagi
menyambungkan dua bahagian kepingan secara sambungan tindihan.
7.2.1 Penyambungan Bahagian Atas Dan Bawah Dinding
Pada peringkat permulaan dinding pada aras I akan dicantumkan dahulu di mana
enam bahagian dinding akan membentuk silinder pada peringkat pertama. Kemudian enam
bahagian lagi akan dipasang di atas dinding aras I untuk menghasilkan bentuk silinder
peringkat kedua. Akhir sekali enam bahagian lagi akan dicantumkan di atas dinding aras II
untuk menghasilkan bentuk silinder peringkat ketiga. Kesemua penyambungan pada
peringkat awal menggunakan rivet dan perekat. Penyambungan antara bahagian sisi kiri dan
kanan serta atas dan bawah ditunjukkan dalam Rajah 7.2 dan 7.3.
Rajah 7.2: Penyambungan sisi dinding
47
Rajah 7.3: Penyambungan dinding atas dan bawah
Pemasangan dinding dilakukan secara bersilang (susunan bata) bagi mengelakkan
garis penyambungan secara berterusan. Pemasangan keseluruhan dinding ditunjukkan dalam
Rajah 7.4.
Rajah 7.4: Pemasangan dinding keseluruhan
48
7.2.2 Pengubahsuaian Dinding Bagi Mendapatkan Ketinggian Fleksibel
Pengubahsuaian akan dilakukan terhadap dinding yang tingginya 1.8m bagi
mendapatkan ketinggian 1.2m untuk pemasangan dinding di aras II. Pengubahsuaian dinding
ditunjukkan dalam Rajah 7.5.
Rajah 7.5: Pengubahsuaian terhadap dinding
7.2.3 Laminat Pada Penyambungan
Bagi menghasilkan penyambungan yang kukuh dan menepati piawaian, bahagian
penyambungan akan dilaminat menggunakan GFRP. Bahagian-bahagian yang terlibat adalah
penyambungan antara dinding ke dinding yang dilakukan secara penyambungan tindihan.
Laminat dilakukan pada penyambungan ini kerana bahagian ini merupakan bahagian yang
paling kritikal disebabkan beban lingkaran pada dinding tangki.
Dari persamaan (56) BS 4994:1987,
Penyambungan tindihan, 𝐿𝑗 = 𝑄𝑎𝐾𝑂𝑉𝐿
kekuatan ricih tindihan
49
dimana,
𝑄𝑎 = beban lingkaran pada dinding tangki (kekuatan mak. dinding)
𝐾𝑂𝑉𝐿 = faktor rekabentuk (11.008)
Kekuatan ricih tindihan: CSM450 – 7.0 N/mm2
WR600 – 6.0 N/mm2
Oleh itu didapati nilai minima bagi penyambungan adalah seperti dalam Jadual 7.1
(dengan mengambil kekuatan ricih minima 6.0 N/mm2).
Jadual 7.1: Nilai minima laminat bagi penyambungan tindihan
Aras Bil. CSM Bil. WR 𝑄𝑎 𝐿𝑗 (Min.)
I 4 3 65.34684 119.889669
II 3 2 46.42026 85.1657037
III 2 1 27.49368 50.4417382
7.2.4 Penyambungan Tindihan Bagi GFRP
Dengan menggunakan kaedah analisis seperti di atas, nilai minima bagi tindihan
CSM450 dan WR600 juga dapat ditentukan. Dari pengiraan, keputusan yang diperolehi
adalah seperti Jadual 7.2 di bawah.
Jadual 7.2: Nilai minima bagi penyambungan tindihan CSM450 dan WR600
Bahan 𝑄𝑎 Kekuatan Ricih 𝐿𝑗 (Min.)
CSM450 8.5671 7 13.47238
WR600 10.35948 6 19.00619
Oleh itu nilai minima bagi kedua-dua penyambungan tindihan CSM450 dan WR600
boleh diambil dengan nilai minima 20mm. Keseluruhan laminat pada penyambungan dapat
digambarkan dalam Rajah 7.6 dan 7.7.
50
Aras I: 180 g/m2 CSM + 1800 g/m2 WR
Aras II: 1350 g/m2 CSM + 1200 g/m2 WR
Aras III: 900 g/m2CSM + 600 g/m2 WR
Rajah 7.6: Laminat pada penyambungan bahagian sisi dinding tangki
Rajah 7.7: Laminat bagi penyambungan tindihan
51
7.2.5 Laminat Pada Bahagian Dalam Dinding
Laminat pada dinding bahagian dalam merupakan proses akhir yang dilakukan dalam
menghasilkan dinding tangki. Laminat yang dilakukan merupakan tambahan kepada jumlah
lapisan yang telah digunakan untuk membuat kulit tangki. Tambahan bagi lapisan untuk
dinding seperti ditunjukkan dalam Jadual 7.3. Susunan lapisan laminat ditunjukkan dalam
Rajah 7.8.
Jadual 7.3: Tambahan laminat pada dinding
Aras Tambahan Laminat
CSM450 WR600
I 6 5
II 3 3
III 2 2
Aras III (ketebalan laminat 5.47 mm)
Aras II (ketebalan laminat 8.54 mm)
Aras I (ketebalan laminat 14.01 mm)
Nota:
Rajah 7.8: Aturan susunan laminat
52
Sebelum laminat dilakukan permukaan dinding perlu dicanai terlebih dahulu. Ini
adalah untuk memastikan permukaan kasar terhasil pada dinding. Permukaan kasar akan
membolehkan resin melekat pada dinding dengan lebih kuat. Lekatan yang kuat di antara
resin dan dinding akan mengelakkan rekahan terjadi. Nisbah campuran di antara gentian kaca
dan resin ialah bagi CSM450 berat resin adalah antara 35-40% dan bagi WR600 berat resin
adalah antara 50-55%. Permukaan dinding juga perlu dibersihkan daripada kekotoran seperti
habuk dan lembapan yang boleh menyebabkan kurangnya lekatan antara resin dan dinding.
7.2.6 Pemasangan Polipipe Sebagai Pengukuh – Tetulang
Setelah keseluruhan laminat pada dinding selesai dilakukan polipipe berdiameter
50mm akan digunakan sebagai acuan untuk mendapatkan tetulang yang berbentuk ‘U’.
Tetulang tersebut akan dipasang di sekeliling dinding pada setiap bahagian tangki.
Pembentukan rasuk tersebut adalah untuk memberikan kekuatan terhadap tindakan
daya luar yang bersudut tepat dengan dinding tangki dan juga menambah kekuatan terhadap
beban lingkaran.
Rajah 7.9: Pemasangan polipipe sebagai pengukuh – tetulang
53
7.3 Pemasangan Bumbung
Setelah fabrikasi keseluruhan dinding tangki selesai dilakukan pemasangan bumbung
pula akan dilakukan. Pemasangan bumbung dilakukan dengan mencantumkan sepuluh
bahagian bumbung bagi mendapatkan bentuk kon. Bumbung dipecahkan kepada sepuluh
bahagian bagi memudahkan kerja pemasangan dan pengangkutan dilakukan.
Bumbung akan dicantumkan menggunakan perekat silikon dan bolt. Silikon akan
bertindak sebagai perekat sementara bolt akan menambah kekuatan penyambungan. Pada
penyambungan, di bahagian bawah akan dilaminat dengan 1350 kg/m2 CSM.
Penyambungan di antara bumbung dan dinding akan dilakukan menggunakan rivet.
Rajah 7.10: Penyambungan bumbung
Bagi memudahkan penyambungan sepuluh batang paip PVC yang berdiameter
100mm dan dilaminat dengan tiga lapisan CSM450 akan digunakan sebagai penyokong
dalam melakukan pemasangan. Paip PVC ini juga akan memberikan sokongan terhadap daya
berat yang bertindak pada dinding tangki bagi mengelakkan tekanan yang berlebihan.
54
Rajah 7.11: Pemasangan paip PVC sebagai penyokong
7.4 Pemasangan Alat Tambahan
Pemasangan alat-alat tambahan melibatkan peralatan piawai seperti turbin
pengudaraan, tangga, paip aliran keluar dan masuk. Keterangan secara terperinci mengenai
ukuran tangki dan alat tambahan boleh dilihat di dalam lukisan aksesori yang dilampirkan di
Lampiran D.
55
BAB VIII
KESIMPULAN DAN CADANGAN
Daripada kajian yang telah dilakukan beberapa kesimpulan telah dapat dirumuskan
daripada keseluruhan kajian yang telah dilakukan. Secara keseluruhannya keputusan yang
diperolehi adalah menepati okjebtif dan skop yang telah dinyatakan di awal bab. Walau
bagaimanapun terdapat beberapa perkara penting yang perlu diberi perhatian iaitu yang
berkaitan dengan rekabentuk dan pemasangan.
8.1 Kesimpulan Terhadap Rekabentuk
Secara keseluruhan rekabentuk tangki yang dihasilkan menepati okjebtif di mana
rekabentuk tersebut dapat menghasilkan tangki yang berbentuk silinder dengan mudah
sebagaimana yang dikehendaki. Rekabentuk yang ringkas membolehkan tangki tersebut
dipasang tanpa memerlukan banyak peralatan. Dengan membahagikan tangki kepada
komponen-komponen yang kecil bukan sahaja akan memudahkan pemasangan tetapi juga
memudahkan pengangkutan bahan ke tempat yang tidak mempunyai sistem pengangkutan
yang baik.
Walaupun rekabentuknya baik tetapi ia hanya fleksibel terhadap ketinggian dan
mempunyai garis pusat yang tetap. Ini menyukarkan pemasangan tangki dengan garis pusat
yang pelbagai tanpa meningkatkan kos untuk membuat acuan.
8.2 Kesimpulan Terhadap Pemasangan
Secara keseluruhan pemasangan dapat dilakukan dengan mudah dan menepati
piawaian yang ditetapkan. Ini kerana dinding tangki telah tersedia berbentuk bulat.
Kemahiran yang tinggi tidak diperlukan semasa pemasangan kerana mendapat faedah dari
ciri rekabentuknya yang memudahkan pemasangan.
56
Walaupun begitu pemasangannya masih mengambil masa yang lama kerana jumlah
laminat tambahan yang perlu dilakukan pada bahagian dinding adalah melebihi separuh dari
jumlah laminat yang diperlukan untuk membuat dinding pada peringkat permulaan (acuan).
Tambahan pula ia dipasang di luar bangunan di mana kerja-kerja pemasangan bergantung
kepada keadaan cuaca.
8.3 Cadangan Terhadap Rekabentuk Dan Pemasangan
Dari segi rekabentuk beberapa pengubahsuaian boleh dilakukan terhadap tangki yang
hendak dihasilkan. Dari segi penggunaan bahan didapati penggunaan bahan adalah selaras
dengan analisis yang dilakukan. Walau bagaimanapun kajian terhadap pengurangan
penggunaan bahan boleh dilakukan kerana dengan berkurangnya penggunaan bahan akan
mengurangkan kos pembinaan. Ini boleh dilakukan dengan melakukan pengubahsuaian
terhadap rekabentuk yang ada. Rekabentuk bumbung juga perlu dilakukan pengubahsuaian
bagi mendapatkan rekabentuk yang tegar, ringan dan seterusnya dapat menghapuskan
penggunaan paip PVC sebagai penyokong.
Dari segi pemasangan, ia mengambil masa yang agak lama kerana setelah
pemasangan dinding, laminat perlu dilakukan. Perkara ini boleh dielakkan jika tangki
dipasang secara pasang siap di mana dinding tangki sudah sedia mengikut spesifikasi dari
segi jumlah laminat sebelum pemasangan. Dalam kaedah ini, perhatian perlu diberikan
terhadap penyambungan yang dilakukan.
57
SENARAI RUJUKAN
1. British Standard 4994 (1987). “Design and Construction of Vessels and Tanks in
Reinforced Plastics”. British Standard Institution
2. Pusat Komposit UTM (1996). “Kursus & Bengkel Plastik Bertetulang Gentian Kaca”.
Universiti Teknologi Malaysia : Pusat Komposit UTM.
3. Matthews, F.L. (1987). “Joining Fibre-Reinforced Plastics”. London and New York :
Elsevier Applied Science.
4. American Society for Testing and Materials (1980). “Joining of Composite Material”.
1916 Race Street, Philadelphia, Pa. 19103 : American Society for Testing and
Materials.
5. Richardson, T.A. (1974). “Modern Industrial Plastics”. Indianapolis : Bobbs Merrill
Educational Publishing.
6. Herriot, J. (1987). “Composite Evaluation”. Sevenoaly, Kent : Butterworths
Sciencetific.
7. The Institution of Mechanical Engineer. (1977). “Designing with Fibre Reinforced
Materials”. London and New York : Mechanical Engineering Publications Limited.
8. Smith, F.W. (1990). “Principles of Materials Science and Engineering”. New York :
McGraw-Hill Publishing Company.
58
LAMPIRAN A
Ujian Regangan Ke Atas Plastik Bertetulangkan Gentian Kaca (GFRP)
Parameter Spesimen
Panjang - 200 mm
Lebar - 25 ± 1 mm
Panjang tolok, L - 50 mm
Tebal - 3 lapisan gentian kaca bagi setiap bahan
Nisbah gentian/matriks
CSM450 - 30-35% gentian kaca
WR600 - 50-55% gentian kaca
Mesin yang digunakan - INSTRON 4206 (Makmal Mekanik Bahan, FKM)
Keputusan ujian adalah seperti yang ditunjukkan dalam Lampiran A-1, A-2, A-3 dan A-4
Recommended