BAB 1 PENGENALAN...pembinaan tangki air adalah bahan dari plastic bertetulangkan gentian kaca (GFRP) kerana ... dinding dan cara penyambungan yang akan dilakukan. ... Tiga bahan utama

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)


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)


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.

25

Rajah 5.1: Rekabentuk dan dimensi asas dinding tangki

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


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


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)


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


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


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


dan

𝑢L(WR) = 𝑢𝑊𝑅

K

= 224.748

11.008


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


Untuk CSM450, 𝑢𝑠(𝐶𝑆𝑀) = 20394.0 𝑥 0.18 𝑥 10−2


Untuk WR600, 𝑢𝑠(𝑊𝑅) = 18495.58 𝑥 0.18 𝑥 10−2


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


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


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

59

LAMPIRAN A-1

60

LAMPIRAN A-2

GRAF UJIAN REGANGAN BAGI CSM450

61

LAMPIRAN A-3

62

LAMPIRAN A-4

GRAF UJIAN REGANGAN BAGI WR600

63

LAMPIRAN B

64

LAMPIRAN C

65

LAMPIRAN D

Documents

BAB 1 PENGENALAN...pembinaan tangki air adalah bahan dari plastic bertetulangkan gentian kaca (GFRP) kerana ... dinding dan cara penyambungan yang akan dilakukan. ... Tiga bahan utama