Memuat...

Sabtu, 11 Juni 2011

Peningkatan Umur Bearing pada Pompa Sentrifugal

bearing_SKF



Peningkatan Umur Bearing pada Pompa Sentrifugal dengan Optimasi Penggunaan Angular Contact Ball Bearing

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%.
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.
pompa_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 :
bearing
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.
  • Pemasangan yang terlalu longgar yang akibatnya cincin dalam atau cincin luar yang berputar yang menimbulkan gesekan denga housing/poros.
  • 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.
  • Terjadi pembenjolan pada jalur jalan atau pada roll sehingga bantalan saat berputar akan tersendat-sendat.
  • Kesalahan operasi seperti.
  • Bahan pelumas yang tidak sesuai akibatnya akan terjadi korosi atau penggumpalan pelumas yang dapat menghambat berputarnya bantalan.
  • Pengotoran dari debu atau daerah sekitarnya yang akibatnya bantalan akan mengalami keausan dan berputarnya dengan bushing.
  • 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.
puller

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 :
rumus_1

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 :
bagian_pompa
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.
irisan_pompa

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:
rumus_3
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
waktu_penggantian
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:
diagram_penggantian

  • 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
  1. SKF GeneralKatalog, Media-Print Informationstechnologie, Paderborn,1994.
  2. Torishima Pump Handbook, P.T. Torishima Guna Indonesia, 1994.
  3. Ir. I Made Arya Djoni, Msc, Pompa dan compressor. Jurusan teknik mesin, FTI – ITS, 1984.
  4. Ir. Joni Dewanto, Msc, Jurnal Dimensi vol.34 Nopember 1998 , LPPM UKP, Surabaya
  5. Sularso, Haruo Tahara, Pompa & Kompresor, PT. Pradnya Paramita, Jakarta, 2000.
  6. Ferdinand P. Beer, E. Russell Jonston, Mechanics for Engineers, Mc. Graw-Hill, 1987.
  7. A.R Holowenko, Dynamics of Machinery, John Wiley & Son, 1955.
  8. William T. Thomson, Teori Getaran Dengan Penerapan, Diterjemahkan oleh Lea Prasetyo, Penerbit Erlangga, Surabaya, 1981.
  9. John W.Dufour, William E.Nelson , “Centrifugal Pump Sourcebook”, Mc Graw-Hill, Inc, 1992
  10. Corley, James E., “The Vibration Analysis of Pumps, A Tutorial,” Texas A & M University, Huston, Tex, 1987
  11. M.D.Aisentein, “A New Method of Separating the Hydroulic Losses in a Centrifugal Pump,” A.S.M.E, 1927
  12. J.Lichtenstein,”A Method of Analyzing the Performance of Centrifugal Pumps,” A.S.M.E, 1927
  13. “Cavitation Characteristics of Centrifugal Pumps Described by Sjmilarity Considerations,” A.S.M.E, 1939
  14. L.H.Garnar,”NPSH and the Centrifugal Pump,” Refiner & Natural Gasoline Manufacturer, 1996
  15. A.J. Stepanoff, ”Pumping Viscous Oils with Centrifugal Pumps,” Oil and Gas Journal, 1940
  16. M.D. Aisenstein, “Characteristics of Performance of Centrifugal Pumps when Pumping Oil,” Gouls Pumps, Inc., Buletin 126
  17. R.L. Daugherty, “A Further Investigation of the Performance of Centrifugal Pumps when Pumping Oil,” Goulds Pumps, Inc., Buletin 130,1926 
  18. Austine H.Church, Zulkifli Harahap, “Pompa dan Blower Sentrifugal,” Erlangga, 1944.
Penulis:
Willyanto Anggono1), Ian Hardianto Siahaan2)
Product Innovation and Development Centre Petra University1,2)

0 komentar:

Poskan Komentar

Jangan lupa komentarnya.....

Baca Juga Artikel Ini