28/10/2013
Sidang Tugas Akhir (P3) Kamis, 4 Juli 2013
Ruang Bidang Studi Teknik Perkapalan
“Studi Inovasi Peralatan Steam Wood untuk Membuat Gading Kapal Berbahan Laminasi Bambu”
Fajar Suryanto NRP. 4109100092 Dosen Pembimbing : Ir. Heri Supomo M.Sc. Bidang Studi : Industri Perkapalan JURUSAN TEKNIK PERKAPALAN Fakultas Teknologi Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2013
1
28/10/2013
PENDAHULUAN
2
28/10/2013
LATAR BELAKANG • Kebutuhan dengan ketersediaan kayu yang semakin bertolakbelakang • Perlu dikembangkan teknologi bahan alternatif pengganti kayu. Salah satu bahan yang dapat dijadikan sebagai alternatif pengganti kayu adalah bambu. • Bambu memiliki sifat mekanis yang hampir sama dengan kayu. Oleh karena itu proses pembengkokan atau pelurusan bambu perlu dibantu dengan alat pemanas. Pemanas diperlukan untuk melunakkan bilah bambu sehingga mudah dibentuk. • Metode pemanasan yang sering digunakan adalah menggunakan panas api untuk pembengkokan kayu cukup banyak digunakan oleh industri perkayuan rumah tangga atau khususnya pada industri kapal kayu. 3
3
28/10/2013
RUMUSAN MASALAH 1. Bagaimana merancang peralatan steam wood (penguapan) sebagai alat bantu dalam proses pembengkokan bambu laminasi 2. Apakah pengaruh dari perlakuan panas menggunakan uap dan pembakaran berdampak kepada kekuatan dan elastisitas bambu. 3. Metode manakah yang lebih baik dalam pembentukan gading kapal berbahan bambu laminasi 4
4
28/10/2013
BATASAN MASALAH Batasan masalah dalam tugas akhir ini adalah :
1. Bambu yang digunakan adalah jenis bambu Betung (Dendrocalamus asper) 2. Lem yang digunakan adalah lem epoxy Lem yang yang digunakan adalah lemepoxy “marine 3. Kapal diamati memiliki ukuran 30 GT use” 4. Bentuk gading yang digunakan memiliki kelengkungan half girth tersulit dalam proses pembentukannya 5. Gading yang dibuat sebanyak dua buah dengan masing-masing perlakuan panas menggunakan penguapan dan pemanasan menggunakan api 6. Regulasi yang dipakai untuk pengujian adalah ASTM D 3039 dan 3410
5
5
28/10/2013
PENGADAAN KAPAL TANGKAP IKAP 30 GT KEPRI Konsultan perencana PT SEATECH Indonesia
Gading yang dipakai Frame No. 4 S = 3,1729 m ≈ 3 m
6
28/10/2013
TUJUAN 1. Merancang peralatan penguapan untuk bambu yang akan dilaminasi 2. Membandingkan hasil kekuatan gading kapal berbahan laminasi kayu yang mendapatkan proses penguapan dan pemanasan dengan api 3. Mengetahui metode manakah yang cocok sebagai alat bantu membuat gading kapal berbahan bambu laminasi.
7
7
28/10/2013
MANFAAT Manfaat dari Tugas Akhir ini adalah 1. Dapat memberikan gambaran serta data masukan untuk merancang alat penguapan kayu (steam wood) yang berguna untuk membuat gading kapal berbahan laminasi bambu. 2. Dapat digunakan sebagai referensi metode perlakuan panas bilah bambu yang terbaik dalam pembentukan gading kapal
8
8
28/10/2013
HIPOTESA Penggunaan peralatan steam wood ini dapat membantu dalam proses pembengkokan gading sebagai konstruksi kapal kayu. Perlakuan penguapan bilah bambu lebih efisien dibanding pemanasan menggunakan panas api dan mempermudah pembentukan gading dengan tingkat kelengkungan half girth yang cukup tinggi.
9
28/10/2013
METODOLOGI
10
28/10/2013
METODOLOGI
Tempat pelaksanaan
• Laboratorium CNC dan Pengerjaan Logam, Jurusan Teknik Sistem Perkapalan • Laboratorium Produksi dan Manajemen Perkapalan ITS, Surabaya • Laboratorium Konstruksi dan Kekuatan Jurusan Teknik Perkapalan ITS
11
11
28/10/2013
METODOLOGI Peralatan • Jig Saw • Jangka Sorong • Gergaji tangan • Mesin serut 82 mm • Mesin amplas orbital • Las karbit • Mesin Las SMAW • Metal Cutting Wheel • Mesin bubut CNC • Mesin serut meja • Empat buah kempa C 9” • Dua puluh lima kempa modifikasi • Wood Moisture Meter • Peralatan pembentuk gading kapal kayu • Universal Testing Machine
Bahan • Bambu Betung (Dendrocalamus asper) jumlah 150 bilah dengan dimensi panjang 3 m dengan tebal 1 cm • Lem Epoxy (Marine use) • Electrode E 308 dia. 2 mm • Dua buah LPG tabung 3 Kg
12
12
28/10/2013
DIAGRAM ALIR PENELITIAN Mulai
Studi Literatur Penelitian sebelumnya Buku yang relevan Referensi dari internet
Persiapan Alat, Material dan Bahan Tahap Persiapan Persiapan Alat :
Persiapan Material :
Persiapan Bahan :
Jangka Sorong Gergaji tangan Jig Saw Band Saw Gerinda tangan Mesin serut 82 mm Mesin amplas orbital Las karbit Mesin Las SMAW Metal Cutting Wheel Universal Testing Machine
Water Pipe Galvanize panjang 3 m, od 4.4” Flexible Pipe panjang 1.5 m, dia. ¾” Drum galvanize dia. 35 cm, tinggi 40 cm Dua buah Water mur SS 304 ¾” Satu buah Ball Valve ¾” Satu buah Ball Valve ½” Satu buah Double Nipple SUS 304 ¾” Satu buah Double Nipple SUS 304 ½” Dua buah Stainless Steel pipe ¾” panjang 16 cm
Bambu Betung (Dendrocalamus asper) jumlah 150 bilah dengan dimensi panjang 3 m dengan tebal minimum 0.5 cm dan maksimal 1 cm Lem Epoxy (Marine use) Electrode E 308 dia. 2 mm Empat buah LPG tabung 3 Kg
Merangkai material menjadi peralatan Steam wood
Pemotongan enam batang bambu menjadi 150 bilah bambu menggunakan Wood Planner Machine dengan dimensi lebar 3 cm, min. 0.5 cm, dan panjang 3 m
13 A
13
28/10/2013
DIAGRAM ALIR PENELITIAN A Tahap Pemrosesan Melakukan penguapan bilah bambu menggunakan peralatan Steam wood
Melakukan pemanasan bilah bambu menggunakan api
Menghitung prosentase kadar air bilah bambu menggunakan alat Wood Moisture Meter
Membentuk dua buah gading dengan metode tekuk menggunakan alat pencetak gading dan kempa sesuai dengan bentuk gading yang sudah ditentukan tanpa menggunakan lem Merekatkan bilah bambu menggunakan lem epoxy dengan jumlah kadar air pada bilah bambu 12‐18% dalam waktu maksimal satu hari
Tahap Pengujian
Membuat tiga spesimen uji tarik dan tekan sesuai standar ASTM D 3039 dan 3410 untuk masing‐masing gading Melakukan pengujian tarik menggunakan peralatan Universal Testing Machine
Tahap Analis
Analisa data dan Kesimpulan
14
Selasai
14
28/10/2013
BILAH BAMBU
Bambu Betung
Pembersihan bukubuku bambu
Penipisan bilah bambu
15 Hasil penipisan
15
28/10/2013
BILAH BAMBU
Pemotongan bilah menjadi dua
Pemberian borax
16
16
28/10/2013
STEAM WOOD STEAM TUBE
PIPA FLEKSIBEL
KAKI TIGA
BOILER
17
17
28/10/2013
BOILER
Pengelasan drum
Kompor tekanan tinggi
18
18
28/10/2013
Pipa fleksibel
Kaki tiga
19
19
28/10/2013
STEAM TUBE
20
Pembuatan ulir
20
28/10/2013
Kempa
21
Matras pembentuk gading
Moisture meter
21
28/10/2013
Peralatan Steam Wood
22
22
28/10/2013
PENGUAPAN Mekanisme penguapan bilah bambu yaitu; • Merebus air didalam drum sebagai boiler penghasil uap menggunakan kompor gas bertekanan tinggi. Dibutuhkan waktu 15 menit hingga uap masuk kedalam steam tube • Uap bertekanan dialirkan melalui pipa fleksibel menuju pipa penguapan. • Memasukkan bilah bambu kedalam pipa penguapan dengan jumlah maksimal 15 bilah. Pada pipa penguapan terdapat katup yang berfungi mengeluarkan air hasil penguapan. Katup rutin dibuka agar tidak terjadi genangan air didalam pipa • Menguapkan bilah bambu selama satu jam • Mengukur kadar air dan suhu pada bilah bambu yang sudah selesai diuapkan. 23
23
28/10/2013
PENGUAPAN Mekanisme penguapan bilah bambu yaitu;
Perebusan air dalam boiler
24
Bambu yang sudah diuapkan
Pengukuran kadar air dan suhu bilah
24
28/10/2013
PEMBAKARAN Mekanisme pemanasan dengan api bilah bambu yaitu;
• Merendam bilah kedalam kolam air selama 5 menit, kondisi pembakaran memang harus dalam keadaan basah. Kadar air dalam bambu berkisar 75-80%. • Memanaskan satu per satu bilah dengan menggunakan nyala api dari kompor sambil dibengkokkan perlahan
25
25
28/10/2013
PEMBAKARAN Mekanisme pemanasan dengan api bilah bambu yaitu;
Perendaman bilah
Pemanasan dengan api
26
26
28/10/2013
PEMBENTUKAN Mekanisme pembentukan gading
Peletakan sketsa bentuk gading diatas matras
Pembentukan dengan bantuan kempa
27
Hasil pembentukan
27
28/10/2013
LAMINASI Mekanisme pengeleman bilah menjadi gading
Pengeleman bilah bambu
Lem Epoxy
28
28
28/10/2013
SPESIMEN UJI Mekanisme pembuatan spesimen uji tarik • Memotong bagian curve section dan straight section dari gading yang sudah dibuat • Kemudian memotong balok laminasi menjadi tiga bagian secara memanjang menggunakan circular saw sehingga didapatkan tiga buah balok laminasi dengan ukuran 25 x 20 x 250
Mekanisme pembuatan spesimen uji tarik • Memotong bagian curve section dan straight section dari gading yang sudah dibuat • Balok \dipotong menjadi empat bagian secara memanjang dengan lebar masing – masing 25 mm sehingga didapatkan tiga buah balok berukuran 25 x 25 x 150.
29
Pembuatan Spesimen
29
28/10/2013
SPESIMEN UJI
Straight dan Curve Section
Lem Epoxy
30
Spesimen uji tarik
Spesimen uji tekan
30
28/10/2013
PENGUJIAN
Pengujian Tarik
Pengujian Tekan
31
31
28/10/2013
HASIL PENGUJIAN Hasil Pengujian Tarik Metode Pembakaran Curve Section • Spesimen uji tarik untuk gading dengan metode perlakuan pemanasan dengan api dilakukan dengan jumlah tiga test perlakuan pembakaran seksi lengkung (curve section) Selanjutnya untuk spesimen tarik metode pembakaran seksi lengkung dinamakan dengan BC (bakar curve) dan UC (Uap Curve) untuk metode penguapan.
Test Piece Regangan Beban (kN) Tebal (mm) Lebar (mm) Luas (mm2) Tegangan(MPa) Tegangan (Kg/Cm2) BC1 0.3478 5.15 6.55 23.45 153.60 33.5292 341.7858 BC2 0.3696 4.75 5.7 24.5 139.65 34.0136 346.7238 BC3 0.3478 4.5 5.8 24.5 142.10 31.6678 322.8118 Tabel Hasil Uji Tarik Bakar Curve
Hasil Pengujian Tarik Metode Penguapan Curve Section
Test Piece UC1 UC2 UC3
Regangan Beban (kN) Tebal (mm) Lebar (mm) Luas (mm2) Tegangan(MPa) Tegangan (Kg/Cm2) 0.30434783 4.6 4.9 24.05 117.85 39.03432475 397.9034123 0.24637681 5.25 4.5 23.5 105.75 49.64539007 506.0692158 0.30434783 3.85 4.7 24 112.80 34.13120567 347.9225859 Tabel Hasil Uji Tarik Uap Curve
32
32
28/10/2013
HASIL PENGUJIAN Perbandingan Kekuatan Tarik Untuk Curve Section • Didapatkan hasil dari data pengujian tarik untuk seksi lengkung (curve section). Metode uap menghasilkan nilai kuat tarik curve section lebih baik yaitu 40.937 MPa. Selanjutnya untuk tabel hasil pengujian yang terbaik antara penguapan dan pembakaran akan diberi warna hijau dan untuk hasil yang kurang baik akan diberi warna merah seperti pada tabel dibawah
Spesimen Tegangan
Spesimen Tegangan
BC1 BC2
33.529 34.014
UC1 UC2
39.034 49.645
BC3
31.668
UC3
34.131
Rata‐rata
33.771
Rata‐rata
40.937
Tabel Hasil Uji Spesimen Tarik Bakar Curve
Tabel Hasil Uji Spesimen Tarik Uap Curve
33
33
28/10/2013
HASIL PENGUJIAN Hasil Pengujian Tarik Metode Pembakaran Straight Section • Pengujian berikutnya adalah pengujian tarik seksi lurus untuk gading dengan metode perlakuan pembakaran dengan api. Dalam perlakuan pembakaran seksi lurus (straight section) selanjutnya dinamakan dengan BL (bakar lurus) dan UL untuk uap seksi lurus Test Piece BL1 BL2 BL3
Regangan Beban (kN) Tebal (mm) Lebar (mm) Luas (mm2) Tegangan(MPa) Tegangan (Kg/Cm2) 0.2826087 4.1 6.2 24.8 153.76 26.66493236 108.7255142 0.36231884 6.15 6.1 24.85 151.59 40.57129663 165.4283247 0.37318841 6 5.95 24.25 144.29 41.58364377 169.5561418 Tabel Hasil Uji Tarik Bakar Lurus
Hasil Pengujian Tarik Metode Pembakaran Straight Section Test Piece UL1 UL2 UL3
Regangan Beban (kN) Tebal (mm) Lebar (mm) Luas (mm2) Tegangan(MPa) 0.12318841 3.3 4.25 20 85.00 38.82352941 0.2826087 4.1 4.4 21.3 93.72 43.74733248 0.34782609 4.7 4.5 20.8 93.60 50.21367521
Tegangan (Kg/Cm2) 395.7546321 445.9463046 511.8621327
Tabel Hasil Uji Tarik Uap Lurus
34
34
28/10/2013
HASIL PENGUJIAN Perbandingan Kekuatan Tarik Untuk Straight Section • Metode penguapan menghasilkan kuat tarik seksi lurus lebih baik sebesar 44.262 MPa dibandingkan dengan bakar seksi lurus. Tabel warna hijau menerangkan bahwa tegangan tarik metode penguapan untuk seksi lurus lebih baik dibanding dengan metode pembakaran yang diterangkan dengan tabel warna merah.
Spesimen Tegangan
Spesimen Tegangan
BL1 BL2
26.665 40.571
UL1
38.824
UL2
43.747
BL3
41.584
UL3
50.214
Rata‐rata
36.273
Rata‐rata
44.262
Tabel Hasil Uji Spesimen Tarik Bakar Lurus
Tabel Hasil Uji Spesimen Tarik Uap Lurus
35
35
28/10/2013
HASIL PENGUJIAN Hasil Pengujian Tekan Metode Pembakaran Curve Section • Spesimen uji tarik untuk gading dengan metode perlakuan pemanasan dengan api dilakukan dengan jumlah tiga test piece. Spesimen uji tarik yang tampak pada gambar di bawah ini dibentuk sesuai dengan standar ASTM D 3410. Dalam perlakuan pembakaran seksi lengkung (curve section) selanjutnya dinamakan dengan BC (bakar curve) dan UC untuk metode penguapan.
Test Piece Regangan Beban (kN) Tebal (mm) Lebar (mm) Luas (mm2) Tegangan(MPa) Tegangan (Kg/Cm2) BC1 0.03 5.1 11.1 12 133.20 38.28828829 390.2985554 BC2 0.03 5.2 10.8 13.15 142.02 36.61456133 373.2371185 BC3 0.03 6 11.4 13.4 152.76 39.27729772 400.380201 Tabel Hasil Uji Tekan Bakar Curve
Hasil Pengujian Tekan Metode Penguapan Curve Section Test Piece Regangan Beban (kN) Tebal (mm) Lebar (mm) Luas (mm2) Tegangan(MPa) UC1 0.04 7 11.2 14.2 159.04 44.01408451 UC2 0.03 6.3 10.4 13.7 142.48 44.21673217 UC3 0.04 6.6 9 13.4 120.60 54.72636816
36
Tegangan (Kg/Cm2) 448.6654894 450.7312148 557.8630801
Tabel Hasil Uji Tekan Uap Curve
36
28/10/2013
HASIL PENGUJIAN Perbandingan Kekuatan tekan untuk Curve Section • Didapatkan hasil dari data pengujian tekan untuk seksi lengkung (curve section). Metode penguapan mengasilkan kuat tekan curve section lebih baik yaitu 47.552 MPa dibandingkan dengan metode pembakaran yang hanya bernilai 38.06 MPa Pada penjelasan pengujian tarik metode penguapan baik seksi lurus maupun lengkung di atas jauh lebih baik dibandingkan menggunakan metode pembakaran.
Spesimen Tegangan BC1 BC2 BC3 Rata‐rata
38.288 36.615 39.277 38.060
Tabel Hasil Uji Spesimen Tekan Bakar Curve
Spesimen Tegangan UC1 UC2 UC3
44.014 44.217 54.726
Rata‐rata
47.652
Tabel Hasil Uji Spesimen Tekan Uap Curve
37
37
28/10/2013
HASIL PENGUJIAN Hasil Pengujian Tekan Metode Pembakaran Straight Section • Dalam perlakuan pembakaran seksi lurus (straight section) selanjutnya dinamakan dengan BL (bakar lurus) dan UL untuk metode penguapan seksi lurus
Test Piece Regangan Beban (kN) Tebal (mm) Lebar (mm) Luas (mm2) Tegangan(MPa) Tegangan (Kg/Cm2) BL1 0.04 6.7 10 13 130.00 51.53846154 210.1466322 BL2 0.05 6.4 10.5 12.7 133.35 47.99400075 195.6941927 BL3 0.04 4.8 11.4 11.85 135.09 35.53186764 144.8801943 Tabel Hasil Uji Tekan Bakar Lurus
Hasil Pengujian Tekan Metode Penguapan Straight Section Test Piece Regangan Beban (kN) Tebal (mm) Lebar (mm) Luas (mm2) Tegangan(MPa) UL1 0.03 7.8 11.2 12.7 142.24 54.83689539 UL2 0.04 5.8 10.5 12.5 131.25 44.19047619 UL3 0.04 7.7 11 12 132.00 58.33333333
Tegangan (Kg/Cm2) 558.9897593 450.4635697 594.6313286
Tabel Hasil Uji Tekan Uap Lurus
38
38
28/10/2013
HASIL PENGUJIAN Perbandingan Kekuatan tekan untuk Straight Section • Dari data pengujian tekan diatas untuk seksi lurus (straight section). Metode penguapan mengasilkan kuat tekan straight section lebih baik yaitu 52.454 MPa dibandingkan dengan metode pembakaran yang hanya bernilai 45.021 MPa.
Spesimen BL1 BL2 BL3
Tegangan 51.538 47.994 35.532
Rata‐rata
45.021
Tabel Hasil Uji Spesimen Tekan Bakar Lurus
Spesimen Tegangan UL1 UL2 UL3 Rata‐rata
54.837 44.190 58.333 52.454
Tabel Hasil Uji Spesimen Tarik Uap Lurus
39
39
28/10/2013
Analisa Ekonomis Biaya Material Steam Tube No Material 1 Pipa air galvanis 2 Flexible pipe 3 Drum galvanis 4 Water mur 5 Double nipple 6 Kompor gas 7 Regulator gas 8 Ball valve 9 Ball valve 10 Pressure gauge 11 Pipa stainless steel 12 Pelat stainless steel 13 Mur Jumlah
Dimensi 3 m 3/4"x1,5 m Ø35 cmx40 cm 3/4" 3/4"
3/4" 1/2" 1/2" 3/4"x16cm Ø12 cm M14
Jumlah 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 2 2 3
Harga Satuan (Rp) Total (Rp) 275,000 275,000 265,000 265,000 150,000 150,000 32,500 65,000 16,500 16,500 150,000 150,000 65,000 65,000 50,000 50,000 21,000 21,000 65,000 65,000 15,000 30,000 10,000 20,000 2,000 6,000 1,178,500
Tabel Biaya Material
40
40
28/10/2013
Analisa Ekonomis Biaya Konsumable No 1 2 3 4 5
Jenis Electrode E 308 Gas Velcro rubber pad Amplas bulat Lem Epoxy
Dimensi Ø 2 mm 3 kg Ø 4" 60,80,100,120 2 kg Jumlah
Jumlah 0,5 kg 3 tabung 3 @ 5 buah 4
Harga Satuan (Rp) Total (Rp) 15,970 79,850 13,000 39,000 8,000 24,000 1,000 20,000 112,500 450,000 612,850
Tabel Biaya Material
Biaya Peralatan Pendukung
No Jenis Jumlah Harga Satuan (Rp) 1 Moisture meter 1 2,000,000 2 Digital thermometer 1 99,000 3 Jangka sorong 1 45,000 4 Meteran 1 5,000 5 Clamp C 9" 4 22,500 6 Stopwatch 1 50,000 7 Sarung tangan silikon 1 13,000 8 Gergaji band saw 1 330,000 Jumlah Tabel Biaya Peralatan Pendukung
41
Total (Rp) 2,000,000 99,000 45,000 5,000 90,000 50,000 13,000 330,000 2,632,000
Jenis Biaya Material Biaya Konsumable Biaya pendukung Total
Jumlah Rp1,178,500 Rp612,850 Rp2,632,000 Rp4,423,350
Tabel Total Biaya Peralatan Steam Tube
41
28/10/2013
Analisa Ekonomis Biaya Produksi bambu per m3 Metode Penguapan
Biaya Produksi bambu per m3 Metode Penguapan
42
42
28/10/2013
KESIMPULAN • Hasil pengujian didapatkan kuat tarik perlakuan bakar seksi lengkung 33.771 MPa, perlakuan bakar seksi lurus 36.273 MPa, sedangkan untuk perlakuan penguapan seksi lengkung 40.937 MPa, perlakuan penguapan seksi lurus 44.262 MPa. Untuk kuat tekan perlakuan bakar seksi lengkung 38.06 MPa, perlakuan bakar seksi lurus 45.021 MPa, sedangkan untuk perlakuan penguapan seksi lengkung 47.652 MPa, perlakuan penguapan seksi lurus 52.452 MPa. • Dari segi ekonomis kedua metode, biaya pembuatan gading bambu yang dikeluarkan untuk melakukan metode penguapan adalah Rp 12,373,350 jauh lebih besar dibandingkan produksi gading menggunakan metode pembakaran yaitu Rp 8,139,000. • Dapat ditarik kesimpulan yaitu; 1. Metode penguapan sangat efektif digunakan sebagai metode bantuan dalam membentuk gading kapal, khususnya gading kapal berbahan laminasi bambu. 2. Untuk perbedaan besar investasi dari kedua metode tersebut sebesar Rp 4,287,350, besar investasi diawal akan memberikan hasil yang lebih baik dalam pembentukan gading kapal berbahan bambu laminasi
43
43
28/10/2013
TERIMA KASIH
م ْينا ه َربِ ّ ْل َعالَ ِ م ُد للﱠ ِ ا ْل َ ح ْ السال َ ُم ُم َو َعلَ ْيك ْ ﱠ 44
