Munadi, dkk./ ROTASI, Vol. 23  No. 4  (Oktober  2021) Hal. 58-65
Analisis Kegagalan Bantalan Radial pada Traveling Wheels Mesin Ship Unloader
Munadi*, Ian Aditama Putra
*Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Jl. Prof. Sudharto, SH. Kampus UNDIP Tembalang Semarang 50239 munadi@ft.undip.ac.id

## Abstract
One of the important equipment in the cement production process is the ship unloader. If the equipment ship unloader does not work in good condition, the supply of lime raw materials that will flow to the stock pile will be hampered. One part of the ship unloader that is often damaged is the traveling wheel bearing.  Damage  occurs  in  a  relatively  fast  interval  since  the  previous  bearing  installation,  so  it  is necessary to  calculate the theoretical  life of  the bearing. After calculation, the theoretical  life of the bearing is 8,185 hours of operation with 4.91 million revolutions. In actual conditions, the bearing life is  shorter  than  the  theoretical  service  life  of  1,080  operating  hours.  The  damage  that  occurs  to  the bearing is in the form of cracks and chips on the outer ring. The cause of the damage was caused by misalignment between the upper and lower bogie pins, a shift in the traveling wheels rail connection, collapse of the rail connection, contamination of the bearing lubricant.
Keywords: bearing life calculation, bearings, ship unloader

## Abstrak
Salah satu peralatan yang penting didalam proses produksi semen adalah ship unloader. Jika equipment ship  unloader tidak  bekerja  dalam  kondisi  yang  baik,  maka  pasokan  bahan  baku  kapur  yang  akan dialirkan menuju stock pile akan terhambat. Salah satu bagian dari ship unloader yang sering mengalami kerusakan adalah bearing  traveling wheels . Kerusakan terjadi dalam interval  yang relatif cepat  sejak pemasangan bantalan sebelumnya, sehingga perlu dilakukan perhitungan umur teoritis bantalan. Setelah dilakukan perhitungan, umur teoritis bantalan sebesar 8.185 jam operasi dengan 4,91 juta putaran. Pada kondisi  aktualnya,  umur  pakai  bantalan ternyata lebih  singkat  jika  dibandingkan  dengan  umur  pakai teoritisnya yaitu 1.080 jam operasi. Kerusakan yang terjadi pada bantalan berupa crack dan chips di bagian outer ring . Penyebab terjadinya kerusakan disebabkan oleh misalignment antara pin bogie atas dan bawah, terjadi pergeseran pada sambungan jalur rel traveling wheels, amblas pada sambungan rel, adanya kontaminasi pada pelumas (grease) bantalan.
Kata kunci: perhitungan umur bantalan, bearing, ship unloader

## 1. Pendahuluan
Semen merupakan salah satu hasil industri dari paduan bahan baku dari batu kapur, tanah liat dan bahan pengganti lainnya dimana hasil akhir berupa padatan berbentuk bubuk, yang mengeras atau membatu pada pencampuran dengan air [1] . Keberadaan industri semen sebagai penunjang pembangunan infrastruktur merupakan sesuatu yang sangat krusial dalam rangka mengembangkan sektor industri di negara kita. Tingkat kebutuhan semen di Indonesia terus mengalami peningkatan, hal ini ditunjukkan pada data bahwa tingkat penggunaan semen selama periode tahun 2015 – 2019 terus mengalami peningkatan [2]. Oleh sebab itu, kemampuan pabrik semen dalam menghasilkan produk berupa semen harus ditunjang oleh adanya proses produksi  yang efisien dan berkelanjutan. Keberlangsungan proses produksi  semen  yang mumpuni memerlukan adanya sistem pemeliharaan ( maintenance ) yang baik. Maintenance adalah kegiatan pendukung utama yang bertujuan untuk menjamin kelangusngan peranan (fungsional) suatu sistem produksi (peralatan, dan mesin) sehingga pada saat dibutuhkan dapat dipakai sesuai kondisi yang diharapkan [3, 4].
Pada pabrik semen, terdapat peralatan yang memegang peranan penting yaitu mesin ship unloader , dimana sering terjadi  kegagalan  pada  bantalan  radial traveling  wheels . Ship  unloader merupakan  peralatan  utama  dalam  kegiatan pembongkaran batu kapur yang dikirim melalui kapal pengangkut atau tongkang dari tempat penambangan.  Jenis yang digunakan adalah continous ship  unloader yang cara kerjanya menghisap muatan didalam palka kemudian disalurkan melalui  conveyor  untuk  menuju  gudang  penimbunan [5]. Ship  unloader terdiri  atas  beberapa  komponen  utama  yang ditunjukkan pada Gambar 1.
Munadi, dkk./ ROTASI, Vol. 23  No. 4  (Oktober  2021) Hal. 58-65

## Gambar 1. Komponen utama ship unloader
Pada Gambar 1 ditunjukkan komponen – komponen utama dari ship unloader . Aliran material bermula dari batu kapur dimasukkan ke dalam unloader melalui counter-rotating inlet device khusus yang dipatenkan. Vertical conveyor mengangkut material ke horizontal feeder conveyor , yang mana memasukkan material ke belt conveyor. Horizontal belt conveyor mengangkut material, dimana material pada akhirnya lewat melalui saluran vertical (vertical chute ). Material akan jatuh melalui outlet dan masuk ke belt conveyor . Batu kapur yang keluar dari outlet akan diangkut menuju stock pile menggunakan belt conveyor. Kerusakan yang terjadi pada bantalan radial traveling wheels dapat menyebabkan kinerja ship  unloader terhambat.  Bantalan (bearing) adalah  elemen  mesin  yang  mampu  menumpu  poros berbeban,  sehingga gesekan bolak-baliknya dapat  berlangsung  secara halus, aman dan  panjang usia pemakianya [6]. Bantalan membantu mengurangi gesekan peralatan berputar pada poros. Bantalan menjaga poros ( shaft ) agar selalu berputar terhadap sumbu porosnya atau menjaga suatu komponen yang bergerak linear agar selalu berada pada jalurnya [7, 8].
Bantalan dapat diklasifikasikan berdasarkan kerjanya dan juga berdasarkan gaya atau jenis beban yang dapat ditahan oleh bantalan. Berikut macam – macam bantalan bila dilihat dari berbagai aspek [9], antara lain berdasarkan gesekan yang terjadi pada bantalan, maka bantalan dapat dibagi menjadi 2 jenis, yaitu bantalan yang tidak menimbulkan gesekan dan  bantalan  yang  menimbulkan  gesekan. Selanjutnya  berdasarkan  beban  yang  ditahan  oleh  bantalan,  maka  bantalan dapat dibagi menjadi 3 jenis, yaitu bantalan radial, bantalan poros, dan bntalan aksial.
Variasi bentuk geometri dan fungsi bantalan untuk masing-masing tipe sangat banyak jenisnya. Karena itu, untuk menjamin interchangeability dan simplifikasi, bantalan telah distandardkan dan berbagai  data-datanya dipresentasikan dalam  katalog.  Parameter-parameter  utama  yang  perlu  dipertimbangkan  dalam  pemilihan  bantalan  antara  lain  adalah beban,  putaran,  tipe  dan  aliran  pelumas,  dimensi,  jenis  aplikasi,  getaran,  temperatur,  dan  kondisi  lingkungan  [9], Kerusakan  bantalan  dapat  disebabkan  oleh  pembebanan  berlebih,  pelumasan  yang  tidak  baik  dan  berbagai  penyebab lainnya. Berikut merupakan jenis – jenis kerusakan yang sering terjadi pada bantalan ditunjukkan pada Gambar 2 [10,11]. Untuk mengetahui penyebab  kegagalan dari  sebuah bantalan perlu  dilakukan analisis kegagalan terlebih dahulu. Suatu  komponen dikatakan mengalami  kegagalan apabila komponen tersebut  tidak memenuhi  umur pakai  yang telah direncanakan;  komponen  tersebut  sudah  tidak  berfungsi  sama  sekali;  masih  berfungsi  tetapi  membahayakan;  masih berfungsi  tetapi  tidak  optimal;  komponen  tersebut  tidak  dapat  berfungsi  seperti  yang  dirancang;  dan  masih  berfungsi tetapi umumnya sudah terdapat retakan atau cacat yang menyebabkan fungsi alat menjaadi terbatas. Analisis kegagalan logam dapat didefinisikan sebagai langkah-langkah pemeriksaan atas komponen yang mengalami kegagalan dan keadaan kegagalannya untuk dicari penyebabnya dan cara penanggulangannya. Pengumpulan data material komponen serta proses pengerjaannya akan banyak membantu dalam menemukan penyebab kegagalan. Sampel yang diambil sedapat mungkin bisa  memberikan  gambaran  mengenai  peristiwa  kegagalan.  Oleh  karena  itu  lokasi  pengambilan  harus  tepat,  serta keadaannya harus sebaik mungkin [12].
Berdasarkan  standar  ANSI  /  API  689,  mekanisme  kegagalan  suatu  komponen  dapat  dikategorikan  berdasarkan beberapa penyebab, yaitu mekanik, material, peralatan, listrik,  pengaruh eksternal, dan pengaruh lainnya [13]. Selain mekanisme kegagalan, berdasarkan standar ANSI / API 689 penyebab kegagalan suatu komponen dapat disebabkan oleh salah  satu  atau  lebih  dari  aspek  desain,  aspek  pabrikasi/instalasi/pemasangan,  aspek  pengoperasian/perawatan,  aspek manajemen, dan aspek lainnya. Oleh sebab itu, dalam penelitian ini akandilakukan analisis kegagalan dan perhitungan umur  teoritis  bantalan  terhadap  bantalan traveling  wheels pada equipment  ship  unloader. Hal  ini  dilakukan  untuk mengetahui  korelasi  antara  umur  pakai  bantalan  secara  aktual  dan  teoritis,  serta  untuk  mengetahui  akar  faktor permasalahan penyebab sering terjadinya kerusakan di bantalan traveling wheels . Tentunya, hal ini juga sebagai tindak lanjut untuk mendapatkan solusi dalam mencegah kerusakan yang terjadi di masa yang akan datang.
(a) (b)
(c)
(d) (e) (f) (g) (h) (i) (j) (k) (l) (m) (n) (o) (p)
Gambar 2. Jenis – jenis kerusakan yang terjadi pada bantalan (a) Flaking, (b) Scuffing , (c) Scratches , (d) Crack , (e) Chips , (f) Wear , (g) Rust , (h) Corrosion , (i) Pear Skin , (j) Discoloration , (k) Smearing, (l) Brinelling , (m) Creep , (n) Electric pitting , (o) Seizure , (p) Failure of cage
2. Material dan Metodologi
Bantalan  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  adalah  bantalan  radial traveling  wheels berjenis spherical  roller bearing yang ditunjukkan pada Gambar 3. Adapun spesifikasi bantalan radial traveling wheels disajikan dalam Tabel 1. Studi eksperimental akan dilakukan pada bearing yang terpasang pada mesin ship unloader dengan waktu pengambilan data selama 1 hari.
Tabel 1. Spesifikasi Bantalan Radial
Jenis data Spesifikasi Nama SKF 22228 CC/W33 Diameter luar (D) 250 mm Diameter dalam (d) 140 mm Dynamic Load (C) 743 kN Static Load (C 0 ) 900 kN Reference Speed 2400 rpm Actual Speed 10 rpm Calculation factors e    : 0,26; Y 1 : 2,6 Y 2 : 3,9;    Y 0 : 2,5
Munadi, dkk./ ROTASI, Vol. 23  No. 4  (Oktober  2021) Hal. 58-65
Gambar 3. Spherical Roller Bearing 22228 CC/W33
Dalam perhitungan umur bantalan akan menggunakan rumus perhitungan bantalan dengan keandalan 90 %. Adapun persamaan yang digunakan ditunjukkan oleh persamaan no 1 sebagai berikut ini [14]:
(1)
Keterangan : L 10 = Umur bantalan dengan keandalan 90% (juta putaran) C = Basic load system (kN)
P = Beban ekuivalen dinamis (kN)
p = konstanta untuk bantalan rol (p = 10/3)
Selanjutnya  dalam  menghitung  umur  bantalan  berdasarkan  waktu  operasi,  maka  digunakan  persamaan  no  2  sebagai berikut [11] :
(2)
Keterangan : L 10h = Umur bantalan berdasarkan waktu operasi (jam) L 10 = Umur bantalan dengan keandalan 90% (juta putaran)
n = putaran motor pernggerak (rpm)
Dalam perhitungan kekuatan bantalan, dilakukan dengan menentukan besarnya beban maksimal yang terjadi pada bantalan. Beban maksimal mencakup beban ekivalen dan beban radial [15]. Suatu beban yang besarnya sedemikian rupa sehingga memberikan umur yang sama dengan umur yang diberikan oleh beban dan kondisi putaran sebenarnya, yang disebut beban ekivalen dinamis. Jika suatu deformasi permanen maksimum yang terjadi karena kondisi beban statis yang sebenarnya pada bagian dimana elemen gelinding membuat kontak dengan cincin pada tegangan maksimum, maka beban yang menimbulkan deformasi tersebut dinamakan beban ekivalen statis.
Berdasarkan Tabel 1, dapat diketahui spesifikasi spherical roller bearing yang dinyatakan pada data sheet seperti Gambar 4 yang dapat digunakan untuk menghitung beban ekuivalen. Misalkan sebuah bantalan membawa beban radial Fr ( kN ) dan beban aksial Fa ( kN ), maka beban ekivalen dinamis P ( kN ) dinyatakan dalam persamaan 3 sebagai berikut [14] :
(3)
Keterangan : P = Beban ekuivalen dinamis (kN) Fr  = Beban radial (kN) Fa  = Beban aksial (kN)
Munadi, dkk./ ROTASI, Vol. 23  No. 4  (Oktober  2021) Hal. 58-65
Gambar 4. Spesifikasi spherical roller bearing 22228 CC/W33
3. Hasil dan Pembahasan

## 3.1 Perhitungan Beban Ekuivalen Dinamis
Sebelum menghitung umur bantalan, tentunya harus diketahui gaya total (F t ) yang terjadi pada bantalan. Oleh sebab itu perlu digambarkan diagram benda bebasnya (DBB) terlebih dahulu. Gambar 5 menunjukkan DBB pada bantalan.
Gambar 5. Diagram benda bebas
Beban yang terjadi pada spherical roller bearing adalah sebagai berikut :
Gaya jatuhan batu kapur (energi potensial) yang terjadi pada rotor adalah sebagai berikut :
Selanjutnya,  energi  potensial  perlu  didistribusikan  menuju  sembilan traveling  wheels  ship  unloader. Untuk mendapatkan gaya jatuhan yang bekerja pada masing-masing traveling wheels , maka dapat digunakan persamaan sebagai berikut :
sehingga gaya radial yang terjadi pada masing - masing bantalan adalah sebagai berikut :
Munadi, dkk./ ROTASI, Vol. 23  No. 4  (Oktober  2021) Hal. 58-65
Adapun besarnya gaya aksial yang terjadi pada bantalan adalah sebagai berikut :
Dicari perbandingan 𝐹𝑎 Fr untuk dilakukan perhitungan nilai beban ekuivalen :
Jika nilai 𝐹𝑎 Fr = 0,19 ≤ e (0,19 ≤ 0,26) maka dapat ditentukan faktor untuk perhitungan beban ekuivalen yaitu X = 1 dan Y = 2,67. Untuk menghitung beban dinamis ekuivalen pada bantalan digunakan persamaan sebagai berikut:

## 3.2 Perhitungan Umur Teoritis Bantalan
Tahap  berikutnya  setelah  diketahui  beban  yang  bekerja  yang  terjadi  pada  bantalan,  maka  selanjutnya  adalah melakukan  perhitungan  teoritis  umur  pakai  bantalan.  Untuk  menghitung  umur  pakai  bantalan  ini (spherical  roller bearing) maka digunakan persamaan sebagai berikut:
Perhitungan diatas merupakan perhitungan umur pakai bantalan  berdasarkan jumlah putaran dalam juta  putaran. Sedangkan  perhitungan  umur  pakai  bantalan  berdasarkan  jumlah  jam  operasinya,  untuk  mendapatkan  data  tersebut digunakan persamaan sebagai berikut :

## 3.3 Analisis Kegagalan Bantalan Radial Traveling Wheels
Dari hasil perhitungan secara teoritis, umur bantalan traveling wheels yang mengangkut batu kapur yaitu selama 8.185 jam operasi dengan waktu operasi selama 12 jam per hari dan putaran yang dihasilkan sebanyak 4,911 juta putaran. Perhitungan yang dilakukan dianggap bahwa ship unloader bekerja setiap hari. Pada kenyataannya di lapangan bahwa bantalan traveling wheels mengalami kerusakan lebih cepat dari umur teoritisnya yaitu hanya berumur 1.080 jam operasi. Setelah dilakukan investigasi dan pengecekan secara visual di lapangan pada bantalan yang mengalami kerusakan, maka diketahui bahwa:
− Terlihat pada Gambar 6 bahwa jenis kerusakan yang dialami bantalan berupa retak dan pecah pada bagian outer ring bantalan.  Kerusakan  ini  disebabkan  oleh  beban  yang  berlebihan,  kecepatan  operasional  mesin  yang  terlalu tinggi saat operasi, serta dampak getaran yang terlalu kuat, serta pelumasan dengan metode yang tidak tepat.
Munadi, dkk./ ROTASI, Vol. 23  No. 4  (Oktober  2021) Hal. 58-65
Gambar 6. Retak dan pecah yang terjadi pada bantalan (a) (b) Gambar 7. (a) Pin Bogie atas (b) Pin Bogie bawah
− Berdasarkan  pengamatan  di  lapangan  didapatkan  temuan  bahwa  terjadi misalignment antara  pin bogie atas  dan bawah  yang  menyebabkan  gaya  aksial  yang  bekerja  pada  bantalan  melebihi  batas  yang  seharusnya.  Kondisi  ini ditunjukkan  pada  Gambar  7.  Gaya  aksial  berlebih  yang  tidak  sesuai  dengan  kekuatan  bantalan,  dan  dapat menyebabkan kegagalan bantalan dalam jangka waktu yang lebih cepat dari yang seharusnya.
− Terjadi pergeseran pada sambungan jalur rel traveling wheels yang menyebabkan roda tidak berjalan pada jalur yang seharusnya. Pergeseran ini dapat menyebabkan hentakan pada roda serta bertambahnya beban yang bekerja pada bantalan terutama beban di arah trasversal. Penambahan beban aksial yang melewati batas kekuatan bantalan dapat menyebabkan kegagalan pada bantalan. Terjadinya pergeseran pada sambungan rel ditunjukkan pada Gambar 8.
− Terjadi penurunan permukaan tanah (amblas) pada sambungan rel sehingga menimbulkan hentakan pada roda ketika dilewati ship unloader . Adapun terjadinya amblas pada sambungan rel ditunjukkan pada Gambar 9.
− Ditunjukkan pada Gambar 10 bahwa pelumas yang terdapat pada bantalan sudah berwarna hitam dan mengalami kontaminasi.  Kondisi  lingkungan  di  area  bantalan  luar  mesin  tersebut  terdapat  tumpukan  batu  kapur,  sehingga mengakibatkan pelumas (grease) yang digunakan terkontaminasi batu kapur.
Gambar 8. Pergeseran pada sambungan jalur rel traveling
wheels (a)                        (b) Gambar 9. (a) Sambungan rel yang mengalami amblas; (b) Jalur rel yang tidak mengalami amblas Gambar 10. Kontaminasi pelumas pada bantalan

## 4. Kesimpulan
Berdasarkan hasil pembahasan perhitungan umur bantalan dan analisis kerusakan terhadap bantalan traveling wheels berjenis spherical roller bearing yang digunakan pada equipment ship unloader pada pabrik semen , maka dapat diperoleh hasil bahwa umur pakai bantalan teoritis yaitu 8.185 jam operasi dengan waktu operasi 12 jam per hari, dan putaran yang dihasilkan  sebanyak  4,91  juta  putaran.  Pada  kondisi  aktualnya,  umur  pakai  bantalan  ternyata  lebih  singkat  jika dibandingkan dengan umur pakai  teoritisnya yaitu selama 1.080 jam operasi.  Hal  ini  menyebabkan terjadi kerusakan berupa crack dan chips di bagian outer ring bantalan traveling wheels. Penyebab terjadinya kerusakan di bagian outer ring bantalan disebabkan oleh misalignment antara pin bogie atas dan bawah, pergeseran sambungan jalur rel traveling wheels yang menyebabkan roda tidak berjalan pada jalur yang seharusnya, turunya permukaan tanah pada sambungan rel sehingga  menimbulkan  hentakan  pada  roda  ketika  dilewati ship  unloader, serta  adanya  kontaminasi  pada  pelumas (grease) bantalan.
Munadi, dkk./ ROTASI, Vol. 23  No. 4  (Oktober  2021) Hal. 58-65

## Daftar Pustaka
[1] Jaya, A.A.P, 2021, “ Proses Produksi Pembuatan Semen dari Raw Material Hingga menjadi Produk Semen dan Analisis Heatloss Unit Kiln Indarung IV ” , PT. Semen Padang.
[2] Purnamasari, W., Rohmatiah, A., Indartini, M., 2021, “ Pengaruh Harga, Promosi dan Saluran Distribusi Semen Gresik Terhadap Minat Beli Konsumen (Studi Kasus di Distributor PT Abadi Putera Wirajaya) ” , Jurnal Ekomaks: Jurnal Manajemen, Ekonomi Kreatif dan Bisnis, 10:(1), 40 − 50.
[3] Dadue, R., Saerang, I.S., Untu, V.N., 2019, “ Analisis Kinerja Keuangan Industri Semen yang Terdaftar di Bursa Efek Indonesia” , Jurnal EMBA: Jurnal Riset Ekonomi, Manajemen, Bisnis dan Akuntansi, 5:(2).
[4] Daulay, H.W., 2016, “ Analisa Sistem Maintenance River Side Pump dengan Membandingkan antara Breakdown dan Preventive Maintenance di Pabrik Gula Kwala Madu ”, Doctoral dissertation.
[5] Pratama, M.E., Akhmad, E.P., Novianto, I., 2018, “ Pengaruh Utilisasi Alat Continuous Ship Unloaders terhadap Produktivitas Bongkar Muat  Curah Kering  (Phospate Rock) di Pel abuhan Khusus Petrokimia  Gresik”, Jurnal Aplikasi Pelayaran dan Kepelabuhanan, 7(2): 92 − 104.
[6] Wibowo, A., 2018, “ Rancang Bangun Traktor Mini untuk Meningkatkan Efisiensi Waktu dan Hasil Pembajakan Lahan Kering (Pengujian) ”, Doctoral Dissertation, Politeknik Negeri Sriwijaya.
[7] Wardianto,  D.,  2018, “ Peningkatan  Umur  Bearing  pada  Pompa  Centrifugal  dengan  Optimasi  Penggunaan Angular Contact Ball Bearing,” Menara Ilmu, 12(5).
[8] Hermawan, S., Jamari, 2012, “ Studi Karakteristik Hidrodinamika pada Slider Bearing dengan Permukaan Slip dan/atau  Permukaan  Bertekstur ”, Doctoral  Dissertation,  Mechanical  Engineering  Department,  Faculty Engineering Of Diponegoro University.
[9] Farid, A., Wibowo, H., 2017, “ Studi Pemilihan Jenis dan Perhitungan Umur Bantalan pada Turbin Angin Poros Vertikal ”, Iteks, 9(1).
[10]   Masmukti, 2011, “ Bantalan dan Sistem Pelumasan ”.
[11]  Koyo, 2013, “ Ball and Roller Bearings: Failures, Causes and Countermeasures ”.
[12]  Abrianto, A., 2012, “ Analisa Kegagalan Logam ”.
[13]   ANSI / API 689, 2011, “ Collection and Exchange of Reliability and Maintenance Data for Equipment ”.
[14]  Budynas,  R.G.,  Nisbett,  J.K.,  &  Shigley,  J.E., 2011,  “ Shigley's  mechanical  engineering  design ”, New  York, McGraw-Hill.
[15]   Tyas, L.M.P.N.,  2015,  “ Perancangan  Bantalan  Poros  Stern  Tube  Km.  Orion  Star ”, Doctoral  dissertation, Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya.