Bearing Life Evaluation in Between Bearing Centrifugal PumpsEvaluasi Umur Bantalan pada Pompa Sentrifugal dengan BantalanDewantoDodik Hariarasyfahruddin@umsida.ac.idFahruddinA’rasyarasyfahruddin@umsida.ac.idProgram Studi Teknik Mesin, Universitas Muhammadiyah SidoarjoIndonesiaProgram Studi Teknik Mesin, Universitas Muhammadiyah SidoarjoIndonesia2802202620022026Pendahuluan
Pompa sentrifugal banyak digunakan dalam berbagai aplikasi industri dan bidang lain. Pompa ini bekerja dengan mengubah energi mekanik menjadi tekanan atau energi kinetik.[1] Perusahaan ini menggunakan pompa sentrifugal untuk sirkulasi pendinginan pada gearbox mesin. Alat yang digunakan untuk mempermudah pekerjaan manusia, terutama untuk memindahkan benda yang berupa fluida cair, dikenal sebagai pompa.[2]
Pompa sentrifugal adalah pompa yang memanfaatkan gaya sentrifugal di hasilkan dari impeller untuk memindahkan cairan dari tempat yang rendah ke tempat yang lebih tinggi atau dari tekanan yang rendah ke tekanan yang lebih tinggi.[3] Ada beberapa jenis pompa sentrifugal, perusahaan ini menggunakan jenis pompa sentrifugal between bearing
Penelitian ini berfokus pada masalah yang sering terjadi pada pompa sentrifugal dan cara menentukan strategi perawatan pompa sentrifugal karena melakukan kegiatan perawatan pada pompa sentrifugal sebelum terjadi kerusakan sangat penting bagi industri.[4] Pada pompa sentrifugal salah satu komponen yang penting adalah bearing, karena bearing sebagai penumpu poros untuk menggerakan impeller pada pompa sentrifugal.[5]
Bearing adalah komponen mesin yang berfungsi untuk mengurangi gesekan yang terjadi di antara bagian mesin yang berputar dan yang diam. Bearing dirancang untuk mengurangi keausan, dapat diganti, dan mencegah kerusakan pada bagian mesin yang mahal.[6] Salah satu kerusakan pompa yang paling penting adalah kerusakan bearing.
Ini karena kerusakan pada bearing pompa akan menyebabkan perputaran poros pompa, yang berdampak pada debit air yang dapat dialirkan pompa.[7]
Penelitian ini bertujuan untuk mengidentifikasi ketahanan dan perawatan bearing pompa sentrifugal between bearing, maka dari itu Untuk mencapai tujuan kita harus melakukan hal-hal berikut, menghitung umur pakai bearing pada pompa sentrifugal, memperbandingkan data actual dilapangan, dan memilih perawatan yang paling sesuai.[8]
MetodeMetode Penelitian
Metode pengumpulan data yang dipakai dalam penelitian adalah metode observasi, Metode observasi adalah salah satu metode pengumpulan data yang dilakukan melalui pengamatan dan berbagai catatan tentang keadaan atau perilaku objek sasaran. Metode observasi juga dapat didefinisiikan sebagai aktivias terhadap proses atau objek yang dimaksud dengan me.rasakan dan memahami pengetahuan teintang feinomeina.Iini diilakukan untuk meiniingkatkan peingetahuan dan konseip yang sudah diikeitahuii untuk meindapatkan leibiih banyak iinformasii yang diipeirlukan untuk peineiliitiian yang leibiih lanjut.
Gambar 1. Pompa Sentrifugal
Diagram Alir
Dalam penelitian ini, langkah-langkah proses penelitian akan dijelaskan dalam diagram alir (flow chart), Diagram alir (flow chart) dapat dilihat gambar tersebut.
Gambar 2. Diagram alir ( Flow chart )
Waktu Dan Lokasi Penelitian
Penelitian atau Java Pacific yang beralamatkan di Jl Raya Surabaya–Krian KM 24–25, Desa Keboharan, Krian, Sidoarjo, Jawa Timur, pada bagian pompa sentrifugal between bearing pada bulan Februari 2022. Observasi ini dilakukan di PT.
Obyek Penelitian
Obyek penelitian ini untuk dapat mengidentifikasi faktor kerusakan dan melakukan perencanaan preventive maintenance pada bearing dengan menghitung umur bearing dan membandingkan dengan data aktual di lapangan.
Bearing
Dalam penelitian ini, kami menggunakan jenis bantalan (bearing) yang biasa digunakan pada pompa sentrifugal between bearing dan biasanya memiliki ukuran utama standar sebagai acuan. Jenis bearing yang digunakan pada pompa sentrifugal between bearing yaitu single row deep groove ball bearings dengan kode 6311.[9]
Mesin yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik adalah motor listrik. Motor listrik digunakan sebagai penggerak untuk menggerakkan poros menuju pompa sentrifugal.[11]
<bold id="bold-dbfced60c7db34df428179b07710ba19">Tabel 1. </bold>Spesifikasi Motor Pompa Listrik
Spesifikasi
Satuan
Power Phases
80 HP 3
Speed
1430 rpm
Voltage
380 volt
Pompa Sentrifugal Between Bearing
Pompa tersebut porosnya beirada diantara dua peinahan yang disebut deingan bantalan (bearing)
Gambar 5. Name Plate Pompa Sentrifugal Between Bearing
E. Teknik Analisa Data
Perhitungan Umur Bearing
Untuk memilih bantalan, Anda harus mengetahui berapa umur bantalan saat menerima gaya. Untuk menghitung rating usia ball bearing dapat dilakukan dengan persamaan:
Diimana:
C = gaya yang bekerja pada poros
P = beban ekivalein
n = putaran poros
b = 3 untuk ball bearing dan 3,33 untuk cylindrical roller bearing.
P = x.Fr+y.Fa(2)
Fr = gaya radial
Fa = gaya aksial
v = factor ring1 jika ring dalam berputar,dan 1,2 jika ring luar berputar
y = gaya aksial (y)
x = gaya radial (x), atau
Di mana:
L = Rating life
C = Basic dynamic load rating
W = Equivalent dynamic load
k = 3, for ball bearings
k = 10/3 for roller bearings [12]
Gambar 6. Tabel faktor x,y [13]
Menghitung Nilai Keandalan Bearing
Merupakan nilai yang dapat menunjukkan seberapa besar komponen mesin dapat beroperasi dengan baik. Menentukan nilai keandalan dapat dimulai sebagai berikut:
Menghitung laju kegagalan: MTBF = 1/λ. Selanjutnya menghitung waktu gagal berfungsi bearing:
Waktu gagal berfungsi (t) = MTBF − (L₁₀h)
Terakhir melakukan penghitungan nilai keandalannya yaitu:R(t) = 1/(1 + λt)
Jika sudah mengetahui tingkat keandalan, bisa dilakukan perhitungan nilai probabilitas kegagalannya:F(t) = 1 – R(t)
Berikut adalah kisaran nilai yang menunjukkan keandalan suatu komponen mesin:
Tabel 2. Nilai Tingkat Keandalan
Besar Nilai R (%)
Interpretasi
0 - 20
Sangat Rendah
20 - 40
Rendah
40 - 60
Sedikit Rendah
60 - 80
Cukup
80 - 100
Tinggi
Perawatan Bearing
Berikut cara melakukan perawatan bearing :
- Pemilihan bearing yang tepat
- Pelumasan secara berkala
- Monitoring suhu operasional
- Membersihkan dan melindungi bearing
- Menghindari beban berlebihan
- Memeriksa dan mengganti bearing yang rusak.
Hasil dan Pembahasan
A. Basic Dynamic Load Rating
Basic Dynamic Load Rating atau C adalah salah satu parameter penting dalam perhitungan umur bearing. Nilai ini menunjukkan beban konstan yang dapat diterima oleh bearing selama satu juta putaran dengan keandalan tertentu (biasanya 90%). Nilai C untuk bearing 6311 berdasarkan katalog NTN adalah 74.1 kN.
Rumus untuk menghitung umur bearing (L10) adalah sebagai berikut:
dimana:
dimana:
C = Basic dynamic load rating (74.1 kN)P = Beban ekuivalen (kN)B = Eksponen umur, yaitu 3 untuk ball bearing
Nilai C digunakan sebagai dasar dalam menghitung berapa lama bearing dapat beroperasi sebelum mengalami kerusakan yang signifikan. Dengan mengetahui C, kita dapat memprediksi kapan bearing harus diganti untuk mencegah kerusakan lebih lanjut pada mesin.
B. Menghitung Beban Radial dan Aksial
Dalam perhitungan beban pada bearing, dua jenis beban utama yang perlu diperhitungkan adalah beban radial (Fr) dan beban aksial (Fa). Beban radial adalah beban yang bekerja tegak lurus terhadap poros bearing, sedangkan beban aksial adalah beban yang bekerja sejajar dengan poros bearing.
Untuk menghitung beban ekuivalen (P) pada bearing, digunakan rumus:
P = X ⋅ Fr + Y ⋅ Fa
dimana:
P = Beban ekuivalen
Fr = Beban radial
Fa = Beban aksial
X dan Y = Faktor-faktor yang tergantung pada jenis bearing dan kondisi operasional. Untuk bearing 6311 (single row deep groove ball bearing), nilai X biasanya adalah 1 dan nilai Y tergantung pada rasio Fa/Fr.
1. Menghitung Beban Radial (Fr) dan Beban Aksial (Fa)
Untuk menghitung Fr dan Fa, kita membutuhkan data operasional dari mesin, seperti beban total yang bekerja pada bearing dan arah beban tersebut. Misalkan data operasional yang kita miliki adalah sebagai berikut:
Total beban yang bekerja pada bearing: 5 kNSudut beban: 45°
Dari data ini, kita bisa menghitung Fr dan Fa dengan menggunakan trigonometri dasar:
Fr = Total beban × sin (θ)Fa = Total beban × cos (θ)
2. Menghitung nilai Fr dan Fa:
Fr = 5 kN × sin (45°)
= 5 kN × 0.7071 = 3.5355 kN
Fa = 5 kN × cos (45°)
= 5 kN × 0.7071 = 3.5355 kN
C. Menghitung Beban Ekuivalen
Beban ekuivalen (P) pada bearing dihitung untuk menentukan beban total yang diterima oleh bearing selama operasi. Rumus untuk menghitung beban ekuivalen adalah:
P = X ⋅ Fr + Y ⋅ Fa
dimana:
P = Beban ekuivalen (kN)
Fr = Beban radial (kN)
Fa = Beban aksial (kN)
X dan Y = Faktor-faktor yang tergantung pada jenis bearing dan kondisi operasional.
Untuk bearing 6311 (single row deep groove ball bearing), nilai X adalah 1 dan nilai Y tergantung pada rasio Fa/Fr. Untuk bearing 6311, X = 0.06 dan Y = 1.71, Fr = 3.5355 kN, dan Fa = 3.5355 kN.
Menghitung beban ekuivalen (P):
P = X ⋅ Fr + Y ⋅ Fa = 0.06 ⋅ 3.5355 + 1.71 ⋅ 3.5355 = 0.20 + 5.25 = 5.45 kN
D. Menentukan Umur Bearing
Umur bearing (L10) dapat ditentukan menggunakan rumus berikut:
Dimana:
L10h = Umur bearing dalam jam
C = Basic dynamic load rating (74,1 kN)
Po = Beban ekuivalen (5,45 kN)
b = Eksponen umur, yaitu 3 untuk ball bearing
n = Putaran poros (5.000 r/min) [15]
Menghitung umur bearing (L10):
L10h = (74,1/5,45)³ . 10⁶/(5000 . 60)
L10h = 13,603 . 3,33
L10h = 2.513,42 ⋅ 3,33
L10h = 8.378,07 jam
Hasil ini menunjukkan bahwa umur bearing adalah 8.378,07 jam atau 0,96 tahun. Namun, perlu diperhatikan bahwa umur ini adalah perkiraan berdasarkan perhitungan teoritis, dan kondisi operasional sebenarnya seperti keausan, pelumasan, dan beban dinamis yang berubah-ubah dapat mempengaruhi umur bearing tersebut.
E. Analisis Ketahanan dan Perawatan Bearing
Analisis Ketahanan
1. Perkiraan Umur Bearing:
Berdasarkan perhitungan teoritis, umur bearing (L10h) untuk bearing tipe 6311 adalah 8.378,07 jam atau 0,96 tahun. Ini adalah estimasi umur berdasarkan beban ekuivalen dan putaran poros yang konsisten. Namun, ini hanya estimasi teoritis yang tidak memperhitungkan faktor-faktor eksternal lainnya.
2. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Umur Bearing:
Beban Operasional: Beban aktual yang diterima oleh bearing selama operasi bisa berbeda dari beban ekuivalen yang dihitung. Variasi beban radial dan aksial serta fluktuasi beban dinamis dapat memperpendek umur bearing.
Keausan dan Kerusakan: Keausan mekanis, korosi, dan kerusakan akibat kontaminasi (debu, kotoran) dapat mempengaruhi umur bearing.
Pelumasan: Pelumasan yang tepat sangat penting untuk mengurangi gesekan dan keausan. Kurangnya pelumasan atau penggunaan pelumas yang tidak sesuai dapat menyebabkan bearing cepat rusak.
Kondisi Lingkungan: Suhu, kelembaban, dan kondisi lingkungan lainnya juga dapat mempengaruhi ketahanan bearing. Suhu tinggi dapat mengurangi viskositas pelumas, sedangkan kelembaban dapat menyebabkan korosi.
Perawatan Bearing
1. Pelumasan:
a. Pelumasan Berkala: Pastikan bearing dilumasi secara berkala sesuai dengan rekomendasi pabrikan. Pelumasan yang tepat membantu mengurangi gesekan dan mencegah keausan.
b. Jenis Pelumas: Gunakan pelumas yang sesuai dengan spesifikasi bearing dan kondisi operasional. Pelumas yang tidak sesuai dapat menyebabkan pelumasan yang tidak efektif.
2. Pemeriksaan Berkala:
a. Inspeksi Visual: Lakukan inspeksi visual secara berkala untuk mendeteksi tanda-tanda keausan, kerusakan, atau kebocoran pelumas.
b. Pemantauan Suara: Periksa suara operasi bearing. Suara yang tidak biasa bisa menjadi indikasi masalah seperti keausan atau kerusakan.
c. Vibrasi: Gunakan alat pemantau vibrasi untuk mendeteksi ketidakseimbangan atau kerusakan pada bearing.
3. Penggantian dan Perbaikan:
a. Penggantian Bearing: Jika ditemukan tanda-tanda kerusakan atau keausan yang signifikan, gantilah bearing secepatnya untuk menghindari kerusakan lebih lanjut pada mesin.
b. Perbaikan Mesin: Lakukan perbaikan pada komponen mesin lainnya yang mungkin mempengaruhi kinerja bearing, seperti poros atau housing.
4. Kondisi Operasional:
a. Pengendalian Beban: Usahakan untuk mengendalikan beban operasional agar tidak melebihi kapasitas bearing. Beban yang berlebihan dapat menyebabkan kerusakan prematur.
b. Pengendalian Suhu: Pastikan suhu operasional mesin dalam batas yang aman untuk menghindari penurunan performa pelumas dan keausan bearing.
Dengan melakukan perawatan yang tepat dan memantau kondisi bearing secara berkala, Anda dapat memperpanjang umur bearing dan mengoptimalkan kinerjanya. Selain itu, penting untuk selalu mengikuti panduan dan rekomendasi dari pabrikan bearing untuk memastikan perawatan yang optimal.
F. Hasil Perhitungan dan Analisa
Hasil data perhitungan
Berikut hasil dari periitungan umur bearing
Tabel 3. Hasil data perhitungan
Parameter
Nilai
Borei diiameiteir
55 mm
Outsiidei diiameiteir
120 mm
Wiidth
29 mm
Basiic dynamiic load
74,1 kN
Basiic statiic load
45 kN
Reifeireincei speieid
12.000 r/miin
Liimiitiing speieid
5000 r/miin
Beiban radiial
5,5355 kN
Beiban aksiial
5,5355 kN
Beiban eikuiivalein
5,45 kN
Umur beiariing
8.378,07 jam
Pada perhitungan umur bearing 6311 pada pompa sentrifugal between bearing yaitu 8.378,07 jam = 0,96 Tahun
G. Analisa Data Pemakaian Bearing Dilapangan
Tabel 4. Data aktual diilapangan
Pompa
Tanggal Pemakaian Bearing
No 1
23 Mareit 2022
01 Seipteimbeir 2022
30 Januarii 2023
-
No 2
01 Junii 2022
26 Noveimbeir 2022
12 Meiii 2023
07 Junii 2024
Tabel di atas merupakan data asli dari laporan data penggunaan bearing di lapangan.
Dari hasil perhitungan sebenarnya bisa mendekati 0,96 tahun, rata-rata pemakaian 5–8 bulan menunjukkan data aktual pergantian bearing lebih cepat dari perhitungan secara matematis.
Kondisi kerusakan bearing dapat dilihat secara visual. Bearing ini dianalisa setelah digunakan 18–20 jam/hari selama kurang lebih 5–8 bulan pemakaian. Gambar berikut menunjukkan bearing yang mengalami kerusakan:
Gambar 7. Bearing mengalami kerusakan
Gambar 7. Beiariing meingalamii keirusakan
Sebagian besar kegagalan bearing, menurut data kegagalan bearing yang telah dibahas, disebabkan oleh kegagalan pelumasan dan keausan rumah bearing. Jika jadwal pelumasan tidak ada, pelumasan tidak diperhatikan. Oleh karena itu, melakukan pelumasan secara teratur adalah langkah pencegahan dan perawatan untuk mencegah kerusakan berulang.
Oleh karena itu, cara pertama untuk mencegah kerusakan bearing adalah dengan membuat jadwal perawatan dan pelumasan bearing secara teratur. Ini akan menjaga kondisi dan kualitas bearing serta menjaga kinerja kerja pompa tetap stabil dan tidak menurunkan kinerjanya.
Simpulan
Kesimpulan: Berdasarkan analisis dan perhitungan yang telah dilakukan terhadap bearing tipe 6311, umur bearing (L10h) secara teoritis 8.378,07 jam atau 0,96 tahun. Angka ini diperoleh menggunakan rumus standar dengan parameter beban ekuivalen (P) sebesar 5,45 kN dan putaran poros (n) sebesar 5000 rpm.
Umur bearing dipengaruhi oleh berbagai faktor operasional, seperti beban radial (Fr) dan aksial (Fa), kondisi pelumasan, serta kondisi lingkungan tempat bearing beroperasi. Variasi dalam faktor-faktor ini dapat menyebabkan perbedaan antara umur teoritis dan umur aktual bearing.
Pelumasan yang tepat dan berkala sangat penting untuk memperpanjang umur bearing. Penggunaan pelumas yang sesuai dengan spesifikasi bearing dan kondisi operasional akan membantu mengurangi gesekan dan keausan.
Perawatan rutin dan pemantauan kondisi bearing melalui inspeksi visual, pemantauan suara, dan alat pemantau vibrasi dapat membantu mendeteksi dini masalah pada bearing, sehingga kerusakan lebih lanjut dapat dicegah.
Pengendalian beban operasional dan suhu sangat penting untuk menjaga kinerja optimal bearing. Beban yang melebihi kapasitas atau suhu yang terlalu tinggi dapat mempercepat kerusakan bearing.
Saran: Untuk meningkatkan efektivitas operasional dan memperpanjang umur bearing, lakukan perawatan bearing secara teratur sesuai dengan panduan pabrikan untuk memastikan umur panjang dan kinerja optimal. Gunakan alat pemantau vibrasi dan inspeksi visual berkala untuk mendeteksi tanda-tanda awal keausan atau kerusakan pada bearing. Pastikan beban operasional dan suhu berada dalam batas yang aman untuk menghindari penurunan performa dan umur bearing. Lakukan penggantian bearing segera setelah ditemukan tanda-tanda kerusakan signifikan untuk mencegah kerusakan lebih lanjut pada mesin.
Dengan mengikuti rekomendasi ini, diharapkan umur bearing dapat diperpanjang dan performa mesin dapat dipertahankan pada tingkat optimal. Perawatan yang baik dan pemantauan kondisi bearing secara berkala akan sangat berkontribusi dalam menjaga efisiensi operasional dan mengurangi biaya perawatan jangka panjang.
Ucapan Terima Kasih
Terima kasih saya kepada universitas Muhammadiyah Sidoarjo yang telah memberikan ilmu dan wawasan yang bermanfaat. Terima kasih juga kepada pihak yang terkait, bapak/ibu dosen yang membimbing mahasiswa untuk maju sampai tahap ini.