PENINGKATAN UMUR BEARING PADA POMPA
CENTRIFUGAL DENGAN OPTIMASI PENGGUNAAN ANGULAR CONTACT BALL BEARING
Abstract
Pompa
adalah suatu alat yang digunakan untuk memindahkan fluida dari tekanan yang
lebih rendah ke tekanan yang lebih tinggi dan/ atau posisi yang lebih rendah ke
posisi yang lebih tinggi. Salah satu jenis pompa yang banyak dipakai untuk
kebutuhan industri adalah pompa sentrifugal. Pada pompa
centrifugal salah satu komponen yang penting adalah bearing sebagai penumpu
poros untuk menggerakkan impeler pada pompa centrifugal. Akibat adanya gaya-gaya yang timbul sebagai akibat dari
putaran pada impeler pompa, timbul gaya aksial yang menyebabkan bantalan/ bearing
tipe 6305 mudah mengalami kerusakan.
Oleh sebab itu, digunakan bantalan/ bearing tipe 7305 BE sebagai pengganti
bantalan tipe 6305 yang sanggup menerima gaya-gaya aksial yang ditimbulkan
akibat putaran pada poros impeler pompa. Dari hasil penelitian yang dilakukan
dapat diketahui bahwa Akibat putaran dari impeller maka timbul juga gaya aksial
sehingga bearing tipe 6305 tidak dapat mengatasi gaya-gaya yang timbul
tersebut. Penggunaan angular contact ball bearing tipe 7305 BE menggantikan
deep groove ball bearing tipe 6305 pada pompa centrifugal produksi RRC tipe
XA40/26 dapat meningkatkan umur bearing hingga 200%.
Kata kunci : pompa centrifugal,
angular contact ball bearing, gaya aksial.
1. Pendahuluan
Dewasa ini pompa semakin banyak
digunakan dan penggunaannya semakin bermacam-macam. Dahulu pompa hanya
digunakan untuk memindahkan air saja tetapi sekarang penggunaannya semakin luas
yaitu juga digunakan untuk memindahkan bahan-bahan kimia serta benda cair lainnya. Pompa
merupakan suatu alat yang digunakan untuk mempermudah kerja manusia terutama
untuk memindahkan benda yang berupa fluida cair.
Gambar 1. Pompa Air Industri
Pompa
adalah suatu alat yang digunakan untuk memindahkan fluida cair dari tekanan
rendah ke tekanan dan / atau posisi yang rendah ke posisi yang tinggi. Pompa centrifugal mempunyai sebuah impeler untuk mengangkat zat cair dari tempat yang
lebih rendah ke tempat yang lebih tinggi. Daya dari luar diberikan kepada poros
pompa untuk memutar impeler didalam zat cair, maka zat cair yang ada di dalam
impeler oleh dorongan sudu-sudu ikut berputar.
Bearing yang dipasang pada pompa harus
benar agar bearing tersebut dapat tahan lama dan berfungsi sebagaimana mestinya
yaitu untuk menopang poros pada saat berputar. Pada pemilihan dan pemasangan
bearing harus dicermati terlebih dahulu gaya
apa saja yang terjadi pada poros tersebut agar dapat dipilih bearing yang sesuai dengan kebutuhan
tersebut.
2. Alat-alat
Percobaan
2.1 Pompa centrifugal buatan RRC tipe XA 40/26
dengan spesifikasi:
·
Total Head:
40 m
·
Kapasitas:26 m3/jam
2.2 Elektromotor
dengan spesifikasi:
·
Daya 18 KW
·
Putaran 3000 rpm
·
Jumlah kutub 2
kutub
2.3 Deep Groove ball bearing tipe 6305
·
Principal dimensions :
Diameter
luar = 40 mm
Diameter dalam = 90 mm
Tebal
= 23 mm
·
Basic load rating :
Dynamic (C) = 41000 N
Static (Co) = 24000 N
·
Fatigue load limit (pu) = 1020 N
·
Speed ratings :
Lubrication grease = 7500 rpm
Lubrication Oil = 9000 rpm
·
Mass = 0,63
kg
2.4 Angular contact ball bearing tipe 7305
BE
·
Principal dimensions :
Diameter
luar = 40 mm
Diameter
dalam = 90 mm
Tebal
= 23 mm
·
Basic load rating :
Dynamic (C) = 49400 N
Static (Co) = 33500 N
·
Fatigue load limit (pu) = 1400 N
·
Speed ratings :
Lubrication grease = 6700 rpm
Lubrication Oil = 9000 rpm
·
Mass = 0,63
kg
3.
Teori Dasar
3.1 Bantalan/ Bearing
Bantalan merupakan salah satu bagian
dari elemen mesin yang memegang peranan cukup penting karena fungsi dari
bantalan yaitu untuk menumpu sebuah poros agar poros dapat berputar tanpa
mengalami gesekan yang berlebihan. Bantalan harus cukup kuat untuk memungkinkan
poros serta elemen mesin lainnya bekerja dengan baik. Berikut ini adalah gambar
jenis-jenis bantalan Deep groove ball
bearings dan Angular contact ball
bearing :
Gambar 2. Gambar perbedaan antara dua bearing yang dipergunakan
Deep groove ball bearing(1), Angular contact ball
bearing (2).
Sumber: www.skf.com
Pada umumya bantalan dapat
diklasifikasikan menjadi 2 bagian yaitu.
a. Berdasarkan gerakan bantalan
terhadap poros
·
Bantalan luncur
Pada bantalan ini terjadi gesekan luncur antara poros dan bantalan
karena permukaan poros ditumpu oleh permukaan bantalan dengan perantaraan
lapisan pelumas.
·
Bantalan
gelinding
Pada bantalan ini
terjadi gesekan gelinding antara bagian yang berputar dengan yang diam melalui
elemen gelinding seperti bola, rol, dan rol bulat.
b. Berdasarkan arah beban terhadap poros
·
Bantalan radial
Arah beban yang ditumpu bantalan ini adalah tegak lurus sumbu.
·
Bantalan aksial
Arah beban bantalan ini sejajar
dengan sumbu poros.
·
Bantalan gelinding
khusus
Bantalan ini dapat menumpu beban yang arahnya sejajar dan tegak lurus
sumbu poros.
Meskipun
bantalan gelinding menguntungkan, orang tetap memilih bantalan luncur dalam hal
tertentu, contohnya bila kebisingan bantalan menggangu, pada kejutan yang kuat dalam putaran bebas.
I. Kerusakan bantalan
Kerusakan bantalan gelinding dapat disebabkan
karena:
§ Kesalahan bahan (faktor
produsen) yaitu retaknya bantalan setelah produksi baik retak halus maupun
berat, kesalahan tolransi, kesalahan celah bantalan.
§
Kesalahan pada
saat pemasangan.
Ø
Pemasangan yang
terlalu longgar yang akibatnya cincin dalam atau cincin luar yang berputar yang
menimbulkan gesekan denga housing/poros.
Ø
Pemasangan yang
terlalu erat yang akibatnya ventilasi atau celah yang kurang sehingga pada saat
berputar suhu bantalan akan cepat meningkat dan terjadi konsentrasi tegangan
yang lebih.
Ø
Terjadi
pembenjolan pada jalur jalan atau pada roll sehingga bantalan saat berputar
akan tersendat-sendat.
§
Kesalahan operasi
seperti.
Ø
Bahan pelumas
yang tidak sesuai akibatnya akan terjadi korosi atau penggumpalan pelumas yang
dapat menghambat berputarnya bantalan.
Ø
Pengotoran dari
debu atau daerah sekitarnya yang akibatnya bantalan akan mengalami keausan dan
berputarnya dengan bushing.
Ø
Pemasangan yang
tidak sejajar maka akan menimbulkan guncangan pada saat berputar yang dapat
merusak bantalan.
II.
Pembacaan nomor
nominal pada bantalan gelinding.
Dalam praktek, bantalan gelinding standart dipilih
dari katalog bantalan. Ukuran utama bantalan adalah
- Diameter lubang
- Diameter luar
- lebar
- Lengkungan sudut
Nomor nominal bantalan gelinding terdiri dari
nomor dasar dan nomor pelengkap. Nomor
dasar yang ada merupakan lambang jenis, lambang ukuran(lambang lebar, diameter
luar). Nomor diameter lubang dan lambang sudut kontak penulisannya bervariasi
tergantung produsen bearing yang ada.
Bagian Nomor nominal
A B C
D
A menyatakan jenis dari bantalan
yang ada.
Jika A berharga
0 maka hal tersebut menunjukkan jenis Angular contact
ball bearings, double row.
1 maka hal tersebut menunjukkan jenis Self-aligning
ball bearing.
2 maka hal tersebut menunjukkan jenis spherical roller
bearings and spherical roller thrust bearings.
3 maka hal tersebut menunjukkan jenis taper roller
bearings.
4 maka hal tersebut menunjukkan jenis Deep groove ball
bearings, double row.
5 maka hal tersebut menunjukkan jenis thrust ball
bearings.
6 maka hal tersebut menunjukkan jenis Deep groove ball
bearings, single row.
7 maka hal tersebut menunjukkan jenis Angular contact
ball bearings, single row.
8 maka hal tersebut menunjukkan jenis cylindrical
roller thrust bearings.
B menyatakan lambang diameter luar.
Jika B berharga 0 dan 1 menyatakan penggunaan untuk
beban yang sangat ringan.
Jika B berharga 2 menyatakan
penggunaan untuk beban yang ringan.
Jika B berharga 3 menyatakan
penggunaan untuk beban yang sedang.
Jika B berharga 4 menyatakan
penggunaan untuk beban yang berat.
C
D menyatakan lambang diameter dalam
Untuk bearing yang berdiameter 20
- 500 mm, kalikanlah 2 angka lambang tersebut untuk mendapatkan diameter lubang
sesungguhnya dalam mm. Nomor tersebut
biasanya bertingkat dengan kenaikan 5 mm tiap tingkatnya.
III.
Pengoperasian
yang bebas dari kerusakan (Trouble Free
Operation)
Untuk
dapat melaksanakan TFO maka faktor-faktor penting perlu diperhatikan:
1.
Kualitas.
Kualitas yang dimaksud adalah kualitas dari bearing yang ada yang dipengaruhi
oleh:
- Pemilihan
desain. Pemilihan desain ini meliputi perhitungan penggambaran dan perencanaan.
- Dukungan teknik dari produsen yang meliputi
informasi dan pelatihan.
- Training atau seminar tentang bearing kepada
konsumen sehingga dapat memahami karakteristik dari bearing.
- R & D produsen untuk mengembangan
produknya sesuai dengan kebutuhan
konsumen.
- Quality
Control.
- Bahan
dasar bearing.
2.
Proses pemasangan
bearing.
-
Proses balancing.
Pemasangan bearing pada komponen mesin, komponen tersebut pertama-tama harus
benar-benar balance agar bearing dapat bertahan dengan baik.
- Alignment (pengaturan
sumbu poros pada mesin harus benar-benar sejajar).
- Proses pemberian beban.
Pemberian beban ini harus sesuai dengan jenis bearing yang digunakan apakah itu
beban radial atau beban aksial.
-
Pengaturan posisi
bearing pada poros.
-
Clearance
bearing. Metode pemasangan dan peralatan yang digunakan.
- Toleransi dan ketepatan
yang diperlukan. Pada saat pemasangan bearing pada poros, maka toleransi poros
pada proses pembubutan harus diperhatikan karena hal tersebut mempengaruhi
keadaan bearing.
3. Environment/lingkungan
tempat bearing dioperasikan.
-
Pemberian Seal
pada bearing agar bebas terhadap debu atau air.
- Sistem pendinginan
bearing jika beroperasi pada suhu tinggi.
- Sistem pemanasan jika
beroperasi pada suhu rendah.
-
Penyimpanan
bearing.
4.
Maintenance atau
perawatannya yang terbagi menjadi
- Sistem pelumasannya
menggunakan olie atau grease.
-
Pemeriksaaan
visual.
- Pemonitoran dari kondisi
yang ada seperti :
·
Kondisi
getarannya.
·
Analisis olinya.
·
Aliran, tekanan dan arus yang mungkin timbul.
·
Pemonitoran
secara kontinyu.
·
Sistem
perlindungannya seperti rumah bearing, dan lain-lain.
Untuk
proses mounting & dismounting atau pemasangan dan pelepasan bearing dapat
dilihat langsung bagian berikut ini.
Gambar 3. Pemasangan dan pelepasan bearing
Sumber: www.vista-bearing.com
Pada
prakteknya untuk memilih bantalan, bantalan tersebut harus dihitung umur pada
bantalan selama menerima gaya-gaya yang terjadi
Perhitungan
untuk umur bantalan adalah sebagai berikut :
Dimana :
(i)
C = gaya
yang bekerja pada poros (tabel)
P = beban ekivalen
n
= putaran poros
P = v.x.Fr + y.Fa
Dimana :
Fr = gaya radial
Fa = gaya aksial
v = faktor ring
1 jika ring
dalam berputar
1,2 jika
ring luar berputar
y = gaya
aksial (y)
x = gaya
radial (x)
3.2 Pompa
Dalam sebuah pompa unjuk kerja
dari setiap pompa ditentukan oleh ukuran-ukuran dasar sebagai berikut :
·
Tinggi kenaikan
isap (suction head), tinggi kenaikan
tekan (delivery head) dan tinggi
kenaikan total (total head)
·
Kapasitas
Kapasitas adalah jumlah fluida yang ditransfer oleh pompa selama satuan waktu tertentu.
·
Daya
·
Efisiensi
Pompa sentrifugal terdiri
dari bermacam-macam komponen dan bagian. Pada gambar 4 terlihat pompa
sentrifugal dan bagian-bagian penyusunnya :
Gambar 4. Pompa sentrifugal dan bagian-bagiannya
Sumber: www.lytron.com
Pada
gambar 5 terlihat bahwa pada saat impeller
berputar, ruang pada pompa mempunyai tekanan P1
pada ruang inlet yang lebih rendah dari tekanan P2 pada bagian outlet. Jika tidak ada gerakan berputar,
maka tekanan pada celah-celah 1 dan 2 seperti terlihat pada gambar 5 tersebut
sama dengan P2. Tetapi karena pengaruh viskositas
cairan dan putaran impeller,
distribusi tekanan pada celah 1 dan 2 tidak uniform
seperti terlihat pada gambar 5 di bawah ini.
Tekanan
cairan yang terjadi pada bidang lingkaran dengan lebar D2-D0 , dari kiri dan
kanan impeller adalah sama dan
berlawanan arah sehingga saling meniadakan. Jadi, yang tidak sama adalah
gaya-gaya R1 dan R2 yang bekerja dari kanan dan kiri bidang lingkaran sebelah
D0-dsh.
Gambar 5. Irisan pompa centrifugal
Sumber: www.fao.org
Jika
tekanan yang bekerja pada bagian inlet
adalah sebesar P1 dan pada celah 2 adalah P2, maka :
R’ = R2 – R1 (ii)
Dimana R’ adalah cairan masuk ke dalam impeller secara aksial dan selanjutnya
melalui impeller arahnya dirubah
menjadi radial pada saat keluar impeller. Akibatnya, terjadi gaya aksial
R3 dari kiri ke kanan. Dengan rumus momentum, didapatkan:
(iii)
Keterangan :
R3 = gaya axial pada daerah 3
m = massa fluida
= volume jenis fluida
Q3 = kapasitas fluida
g = percepatan gravitasi
C0 = kecepatan aliran pada saat memasuki impeller
Maka gaya-gaya resultan yang terjadi :
R = R’ – R3
Pada pompa multistage,
gaya axial total sama dengan jumlah
seluruh gaya-gaya axial masing-masing
impeller dan ini bisa mencapai
beberapa ton.
Cara membalans
gaya-gaya axial tersebut :
·
Memakai peralatan
pembalans tipe hydraulis
·
Memakai bantalan
aksial
·
Memakai pemasukan ganda (double admission) paralel dari pada cairan yang masuk ke dalam impeller.
4. Hasil
Percobaan dan Analisa
·
Data waktu
pergantian bearing tipe 6305 pada
pompa ke -1 :
Tahun
|
2004
|
2005
|
||
Bulan
|
Maret
|
Desember
|
April
|
Agustus
|
·
Data waktu
pergantian bearing tipe 7305 BE pada
pompa ke -1:
Tahun
|
2005
|
2006
|
|
Bulan
|
Agustus |
September
|
|
·
Data waktu
pergantian bearing tipe 6305 pada
pompa ke -2 :
Tahun
|
2004
|
2005
|
||
Bulan
|
Maret
|
November
|
April
|
September
|
·
Data waktu
pergantian bearing tipe 7305 BE pada
pompa ke -2:
Tahun
|
2005
|
2006
|
Bulan
|
September
|
Oktober
|
·
Data waktu
pergantian bearing tipe 6305 pada
pompa ke -3 :
Tahun
|
2004
|
2005
|
||
Bulan
|
Februari
|
November
|
April
|
September
|
·
Data waktu
pergantian bearing tipe 7305 BE pada
pompa ke -3:
Tahun
|
2005
|
2006
|
|
Bulan
|
September
|
September
|
Percobaan
dan pengamatan yang dilakukan adalah
dengan melakukan pengamatan selama pompa
tersebut bekerja pada keadaan normal (14 jam/ hari). Kemudian kerusakan
bearing pada ke tiga pompa yang
diuji dalam kurun waktu tiga tahun
dicatat dan didapatkan hasil seperti tabel diatas
Berikut ini adalah tabel perbandingan umur rata-rata
penggunaan bearing tipe 6305 dan bearing tipe 7305 BE:
Pompa ke
|
Bearing 6305
|
Bearing 7305 BE
|
1
|
6,5 bulan
|
13 bulan
|
2
|
6,5 bulan
|
13 bulan
|
3
|
7 bulan
|
12 bulan
|
Rata-rata
|
6,7 bulan
|
12,7 bulan
|
Gambar 6.
Diagram pergantian bantalan
·
Dari data-data di
atas dapat dilihat bahwa bearing tipe
7305 BE angular contact ball bearing
lebih baik dibandingkan tipe 6305 deep
groove ball bearing. Untuk lebih jelas dapat dilihat diagram batangnya pada
gambar 6. Hal ini disebabkan bearing
tipe 7305 BE sanggup menerima beban axial
yang timbul karena adanya putaran dari impeler.
·
Pemakaian bearing tipe 6305 pada pompa centrifugal
tipe XA 40/26 mempunyai rata rata umur bearing
6,7 bulan yang dimana umur tersebut terlalu singkat. Umur bearing yang singkat tersebut disebabkan
oleh adanya ketidak balansan
gaya-gaya axial yang terjadi pada
pompa, sehingga perlu dilakukan cara untuk membalans gaya-gaya axial
tersebut antara lain dengan memakai peralatan pembalans tipe hidrolis, memakai
pemasukan fluida ganda dan memakai bantalan yang tahan terhadap gaya axial (bantalan axial).
Dari tipe-tipe peralatan pembalans
yang ada, dipilih memakai bantalan yang tahan terhadap gaya axial (bantalan axial) karena yang dilakukan dalam cara tersebut sangat sederhana
yaitu hanya mengganti bearing tipe deep groove ball bearing dengan anggular
contact ball bearing serta tidak
perlu alat-alat tambahan dan tidak perlu melakukan modifikasi yang sulit pada
pompa tersebut.
5. Kesimpulan
Dari pengamatan, pengukuran dan pengujian yang
dilakukan didapat :
·
Akibat putaran
dari impeller maka timbul juga gaya
aksial sehingga bearing tipe 6305
tidak dapat mengatasi gaya yang timbul tersebut dan perlu dilakukan penggantian
dengan bearing tipe 7305 BE yaitu suatu pemecahan yang paling sederhana
dan paling mudah cara membalans
gaya-gaya yang terjadi pada pompa centrifugal yang sedang beroperasi.
·
Pengguanan Angular contact ball bearing tipe 7305
BE lebih baik dan memiliki umur yang lebih panjang dibandingkan dengan deep groove ball bearing tipe 6305 pada
pompa centrifugal tipe XA 40/26.
·
Angular contact ball bearing tipe 7305 BE mempunyai ketahanan axial yang lebih baik sehingga mempengaruhi umur bearing rata-rata
lebih lama menjadi 13.4 bulan yang semula hanya berumur 6,7 bulan jika memakai bearing tipe 6305 pada pompa XA 40/26.
6. Daftar
Pustaka
- SKF GeneralKatalog, Media-Print Informationstechnologie, Paderborn,1994.
- Torishima Pump Handbook, P.T. Torishima Guna Indonesia, 1994.
- Ir. I Made Arya Djoni, Msc, Pompa dan compressor. Jurusan teknik mesin, FTI – ITS, 1984.
- Ir. Joni Dewanto, Msc, Jurnal Dimensi vol.34 Nopember 1998 , LPPM UKP, Surabaya
- Sularso, Haruo Tahara, Pompa & Kompresor, PT. Pradnya Paramita, Jakarta, 2000.
- Ferdinand P. Beer, E. Russell Jonston, Mechanics for Engineers, Mc. Graw-Hill, 1987.
- A.R Holowenko, Dynamics of Machinery, John Wiley & Son, 1955.
- William T. Thomson, Teori Getaran Dengan Penerapan, Diterjemahkan oleh Lea Prasetyo, Penerbit Erlangga, Surabaya, 1981.
- John W.Dufour, William E.Nelson , “Centrifugal Pump Sourcebook”, Mc Graw-Hill, Inc, 1992
- Corley, James E., “The Vibration Analysis of Pumps, A Tutorial,” Texas A & M University, Huston, Tex, 1987
- M.D.Aisentein, “A New Method of Separating the Hydroulic Losses in a Centrifugal Pump,” A.S.M.E, 1927
- J.Lichtenstein,”A Method of Analyzing the Performance of Centrifugal Pumps,” A.S.M.E, 1927
- “Cavitation Characteristics of Centrifugal Pumps Described by Sjmilarity Considerations,” A.S.M.E, 1939
- L.H.Garnar,”NPSH and the Centrifugal Pump,” Refiner & Natural Gasoline Manufacturer, 1996
- A.J. Stepanoff, ”Pumping Viscous Oils with Centrifugal Pumps,” Oil and Gas Journal, 1940
- M.D. Aisenstein, “Characteristics of Performance of Centrifugal Pumps when Pumping Oil,” Gouls Pumps, Inc., Buletin 126
- R.L. Daugherty, “A Further Investigation of the Performance of Centrifugal Pumps when Pumping Oil,” Goulds Pumps, Inc., Buletin 130,1926
- Austine H.Church, Zulkifli Harahap, “Pompa dan Blower Sentrifugal,” Erlangga, 1944.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar
jangan lupa titipkan komentar