Perbaikan Shaft Aus pada Dudukan Bearing – Motor 110 kW (Horizontal, Ball Bearing)

• 1. Pendahuluan
• 2. Metode Perbaikan Shaft yang Aus
• 3. Pemilihan Metode Berdasarkan Kedalaman Keausan
• 4. Sleeve Installation – Metode Direkomendasikan
• 5. Prosedur Umum Pemasangan Sleeve
• 6. Catatan Penting
• 7. Referensi Teknis
• Hak cipta^1. Artikel ini berdasar chatGbt & manufactur bearing penulis tidak menjamin seluruh akurasi isinya

1. Pendahuluan

Keausan pada shaft, khususnya di area dudukan bearing atau bearing journal, merupakan salah satu permasalahan mekanis yang sering terjadi pada peralatan berputar (rotating equipment) di lingkungan industri, termasuk di sektor petrokimia. Keausan ini umumnya terjadi akibat kombinasi beban dinamis, vibrasi, pelumasan yang tidak optimal, misalignment, atau akibat siklus operasi jangka panjang. Akumulasi dari faktor-faktor tersebut dapat menyebabkan penurunan presisi geometris pada journal, yang pada akhirnya mengganggu fungsi dudukan bearing, menurunkan efisiensi rotasi, dan mempercepat keausan komponen lainnya.

Dalam konteks motor horizontal berdaya 110 kW yang menggunakan ball bearing, masalah ini memiliki dampak signifikan terhadap performa dan keandalan sistem secara keseluruhan. Motor dengan daya sebesar ini umumnya digunakan untuk menggerakkan pompa, kompresor, atau peralatan proses lainnya yang kritikal, sehingga gangguan atau kegagalan operasionalnya akan berdampak langsung terhadap kontinuitas produksi dan keselamatan operasional.

Ball bearing dirancang untuk beroperasi dengan presisi tinggi terhadap toleransi dimensi dan kekasaran permukaan shaft. Keausan sekecil apapun pada journal dapat menyebabkan fit bearing menjadi longgar (loose fit), yang berujung pada fenomena fretting corrosion, peningkatan vibrasi, dan potensi misalignment rotor. Apabila tidak ditangani secara tepat dan profesional, keausan shaft yang bersifat minor dapat berkembang menjadi kerusakan mayor yang memerlukan penggantian total motor atau overhaul menyeluruh.

Karena itu, penting bagi engineer di bidang maintenance dan reliability untuk memahami metode-metode perbaikan shaft yang aus, memilih teknik perbaikan berdasarkan tingkat kerusakan, dan memastikan bahwa hasil perbaikan memenuhi kriteria presisi geometris, kekasaran permukaan, dan interference fit yang sesuai dengan standar teknis internasional (seperti ISO, API, dan standar produsen bearing seperti SKF atau NTN). Artikel ini disusun sebagai panduan praktis dan teknis untuk menangani perbaikan shaft motor horizontal yang mengalami keausan di area bearing seat, lengkap dengan justifikasi metode, batasan aplikasi, dan referensi dimensi serta toleransi yang diperlukan dalam praktik industri.

2. Metode Perbaikan Shaft yang Aus

Perbaikan shaft yang mengalami keausan pada posisi bearing journal harus dilakukan dengan mempertimbangkan tingkat kerusakan, karakteristik beban operasi, serta standar teknis yang relevan. Dalam praktik industri—khususnya merujuk pada API 686 (Machinery Installation and Installation Design), ISO 286-2 (Limits & Fits), AWS D1.1 (Welding), dan panduan teknis SKF/NTN—pemilihan metode harus mampu mengembalikan integritas geometri, kekasaran permukaan, serta hubungan mekanis antara shaft dan bearing agar kinerja peralatan tetap optimal dalam jangka panjang.

Empat metode yang diuraikan berikut ini merupakan teknik perbaikan yang paling umum digunakan dalam sektor pemeliharaan rotating equipment di industri petrokimia. Setiap metode memiliki karakteristik, keunggulan, dan keterbatasan masing-masing, serta diaplikasikan sesuai tingkat keausan dan kondisi shaft.

• Tabel 2.1 – Metode Perbaikan Shaft Berdasarkan Deskripsi, Kelebihan, Kekurangan, dan Kedalaman Keausan

• Penjelasan Tambahan

1. Sleeve Installation Metode ini dianggap best practice untuk shaft motor ≤ 200 kW yang mengalami keausan sedang. Penggunaan sleeve—baik prefabricated maupun custom—memberikan akurasi dimensi, kekasaran, dan run-out yang optimal. Sleeve dapat dibuat dari stainless steel, hardened steel, atau alloy tertentu sesuai kondisi operasi. Relevan dengan kebutuhan presisi fit seperti g6 atau f6 menurut ISO 286-2.

2. Welding Build-Up Digunakan apabila tingkat keausan telah melewati batas aman untuk pemasangan sleeve atau shaft telah kehilangan bentuk geometris signifikan. Mengacu pada AWS D1.1 dan API 686, proses ini membutuhkan pengendalian panas, preheat, post-weld heat treatment (jika diperlukan), serta pemeriksaan NDT.

3. Thermal Spraying Cocok untuk keausan ringan–sedang tanpa risiko distorsi dimensional. Namun, lapisan spray biasanya memiliki kekuatan adhesi lebih rendah dan tidak sesolid hasil welding atau sleeve, sehingga kurang ideal untuk ball bearing yang memiliki titik kontak kecil dengan tekanan kontak tinggi.

4. Metal Epoxy Repair Digunakan hanya untuk operasi darurat atau sementara, misalnya ketika unit harus tetap berjalan hingga shutdown berikutnya. Epoxy tidak tahan terhadap cyclic loading jangka panjang sehingga tidak dapat digunakan sebagai solusi permanen pada motor 110 kW.

3. Pemilihan Metode Berdasarkan Kedalaman Keausan

Pemilihan metode perbaikan shaft aus harus didasarkan pada tingkat keparahan kerusakan, terutama dari segi kedalaman keausan aktual pada permukaan journal. Pendekatan ini tidak hanya membantu dalam menentukan solusi teknis yang paling efektif, tetapi juga memastikan efisiensi biaya, keandalan operasional, dan kelayakan teknis jangka panjang.

Dalam praktiknya, penilaian kedalaman keausan dilakukan dengan pengukuran presisi menggunakan mikrometer luar (outside micrometer), kaliper digital, atau dengan alat ukur optik jika diperlukan. Pengukuran dilakukan di beberapa titik sepanjang permukaan shaft untuk memastikan uniformitas dan ovality, serta dibandingkan terhadap dimensi nominal shaft sesuai spesifikasi pabrikan atau katalog bearing (misalnya SKF, NTN, FAG).

Berdasarkan pengalaman lapangan dan literatur teknis, berikut ini adalah panduan umum pemilihan metode perbaikan berdasarkan kedalaman keausan:

• Tabel 3.1 – Panduan Pemilihan Metode Berdasarkan Kedalaman Keausan Shaft

• Pertimbangan Tambahan

• Tipe Beban: Ball bearing menghasilkan tekanan kontak titik yang tinggi, sehingga ketelitian permukaan dan kesesuaian dimensi shaft menjadi sangat kritis.
• Duty Cycle: Untuk motor dengan siklus kerja kontinu (continuous duty – S1), penggunaan epoxy tidak direkomendasikan karena sifatnya yang tidak tahan terhadap beban dinamis berulang (fatigue).
• Keausan Tidak Merata: Jika ditemukan ovalitas, run-out tinggi, atau keausan berbentuk taper, maka sleeve atau welding lebih disarankan meskipun nilai kedalaman terlihat ringan.
• Material Shaft: Shaft berbahan baja paduan (misalnya AISI 4140) membutuhkan prosedur pengelasan dan pemilihan filler yang sesuai (mengacu AWS dan ASME), serta kontrol suhu sebelum dan sesudah proses.

Pendekatan berbasis kedalaman keausan ini membantu engineer melakukan analisis cepat dan akurat terhadap kondisi shaft, serta memilih metode perbaikan yang sesuai dengan spesifikasi teknis dan ekspektasi umur peralatan. Dalam bab selanjutnya akan dijelaskan secara khusus rincian metode sleeve installation, yang merupakan metode paling direkomendasikan untuk shaft motor 110 kW dengan keausan sedang.

4. Sleeve Installation – Metode Direkomendasikan

• 📌 Alasan Pemilihan

Metode sleeve installation merupakan solusi yang paling direkomendasikan untuk mengatasi keausan pada shaft motor horizontal berdaya 110 kW, terutama pada dudukan ball bearing. Hal ini disebabkan oleh beberapa pertimbangan teknis berikut:

• Daya dan Torsi Operasi Tinggi Motor 110 kW umumnya beroperasi dalam aplikasi industri menengah hingga berat, seperti pompa proses, blower, atau mixer, yang menuntut presisi tinggi pada bagian berputar. Keausan ringan sekalipun dapat menurunkan integritas kontak antara shaft dan inner ring bearing, menyebabkan vibrasi berlebih dan kerusakan prematur.

• Presisi Dimensi dan Konsentrisitas Sleeve memungkinkan restorasi geometri shaft dengan akurasi tinggi, termasuk toleransi diameter, kekasaran permukaan (Ra), dan run-out radial/aksial. Hal ini sangat penting pada penggunaan ball bearing yang sensitif terhadap ketidaksejajaran.

• Keandalan Jangka Panjang Berbeda dengan metode perbaikan sementara, sleeve memberikan solusi yang dapat bertahan dalam jangka panjang, dengan umur keandalan setara atau mendekati shaft asli jika dipasang dengan benar.

• Minim Distorsi Termal Dibandingkan dengan proses welding build-up, pemasangan sleeve tidak menghasilkan panas lokal berlebih yang dapat menyebabkan distorsi material shaft, sehingga tidak memerlukan post-weld heat treatment atau balancing ulang jika dikerjakan dengan presisi.

• 🔧 Rekomendasi Ketebalan Sleeve

Pemilihan ketebalan sleeve harus mempertimbangkan tingkat keausan, beban operasi, serta kapasitas shaft menahan interferensi. Berikut panduan umum:

Catatan: Sleeve terlalu tipis dapat mengalami slip atau deformasi, sedangkan sleeve terlalu tebal meningkatkan risiko pemasangan tidak konsentris dan beban interferensi tinggi yang dapat merusak shaft dasar.

• 📐 Toleransi Interference Fit (ID Sleeve vs OD Shaft)

Agar sleeve tidak mengalami pergeseran atau rotasi selama operasi, diperlukan interference fit antara ID sleeve dan OD shaft. Fit ini harus sesuai dengan standar ISO 286-2 serta mempertimbangkan sifat dinamis dari shaft.

Contoh: Untuk shaft diameter Ø55 mm, dengan target interference fit sebesar 30 μm:

• OD shaft setelah machining: Ø54.970 mm
• ID sleeve: Ø54.940 mm

Setelah dipasang, sleeve akan mengikuti ekspansi shaft dengan erat, sehingga mencegah slip rotasi dan mempertahankan konsentrisitas.

• 📚 Referensi Teknis

• ISO 286-2: ISO system of limits and fits – Tables of standard tolerance grades and deviations.
• API 686: Recommended Practice for Machinery Installation and Installation Design.
• SKF Engineering Guide: Bearing seat fits and shaft repair recommendations.
• NTN Bearing Fit Charts and Design Handbook.

5. Prosedur Umum Pemasangan Sleeve

Pemasangan sleeve sebagai metode perbaikan shaft yang aus harus dilakukan secara sistematis dan presisi tinggi untuk memastikan hasil akhir memenuhi spesifikasi dimensi, kekasaran permukaan, dan konsentrisitas terhadap sumbu rotasi. Berikut adalah prosedur standar pemasangan sleeve yang mengacu pada praktik terbaik industri dan referensi dari API 686, ISO 1940-1, dan manual pabrikan bearing seperti SKF dan NTN:

• 1. Inspeksi dan Pengukuran

• Lakukan pengukuran keausan shaft secara menyeluruh menggunakan mikrometer luar dan dial indicator.
• Ukur minimal pada tiga posisi melingkar (120° antar titik) dan tiga posisi aksial (ujung, tengah, ujung lain) untuk mendeteksi ovalitas dan taper.
• Bandingkan hasil dengan dimensi nominal shaft dan toleransi bearing fit (misalnya Ø55 mm, fit g6: −17 hingga −33 µm).
• Catat nilai minimum dan maksimum untuk dasar perhitungan diameter machining dan toleransi sleeve.

• 2. Machining Shaft

• Bubut area shaft yang aus untuk menghilangkan keausan tidak merata dan membentuk permukaan silindris sempurna.

• Pastikan:

  • Run-out radial < 0.01 mm
  • Ovalitas ≤ 0.01 mm
  • Surface finish ≤ Ra 1.6 µm (karena sleeve akan di-press)

• Tentukan diameter akhir shaft berdasarkan interference fit yang diinginkan (20–40 µm untuk shaft Ø30–60 mm).

• Tandai lokasi keyway, relief groove, atau shoulder yang dapat memengaruhi pemasangan sleeve.

• 3. Pembuatan / Pemasangan Sleeve

• Material sleeve: Gunakan stainless steel (AISI 304/316) atau hardened steel (C45 / 42CrMo4) dengan kekerasan > 250 HB.

• Toleransi ID sleeve dibuat dengan mempertimbangkan interferensi yang dibutuhkan, dan OD-nya disisakan untuk final machining.

• Pemasangan sleeve dapat dilakukan dengan dua metode:

  • Thermal expansion fit: Panaskan sleeve pada suhu ±150–200 °C untuk ekspansi termal, lalu pasang ke shaft dengan cepat.
  • Shrink fit: Dinginkan shaft menggunakan dry ice / nitrogen cair, lalu pasang sleeve pada suhu kamar atau hangat.

• Pastikan pemasangan dilakukan dengan presisi axial menggunakan arbor press atau alignment jig.

• Hindari benturan atau rotasi sleeve saat masih dalam kondisi lunak.

• 4. Final Machining

• Setelah sleeve terpasang, lakukan machining OD sleeve agar sesuai dengan fit bearing yang diperlukan (umumnya f6 atau g6).

• Lakukan pengukuran ulang:

  • Diameter akhir sesuai fit (misal Ø55 mm f6 → −20 hingga −39 µm).
  • Surface roughness sesuai standar bearing: Ra ≤ 0.8 µm.
  • Total run-out ≤ 0.02 mm.

• Jika menggunakan bearing dengan preload tertentu, pastikan offset shaft dan journal sesuai.

• 5. Balancing & Alignment

• Lakukan dynamic balancing terhadap rotor shaft jika diperlukan, mengacu pada ISO 1940-1 (Grade G2.5 untuk rotating equipment kritikal).

• Verifikasi ulang:

  • Shaft alignment (baik soft foot maupun offset angular misalignment).
  • Bearing preload, terutama jika menggunakan ball bearing yang sensitif terhadap beban axial.

• Lakukan NDT (MPI/UT) untuk memverifikasi tidak ada retak di sekitar area shaft atau sleeve setelah proses machining.

• Buat laporan inspeksi dan dokumentasi repair sesuai standar QA/QC (dokumentasi wajib pada unit kritikal di industri migas/petrokimia).

Prosedur ini dapat dijadikan dasar untuk penyusunan Standard Operating Procedure (SOP), Work Instruction (WI), atau Job Method Statement untuk kegiatan pemeliharaan preventif dan korektif pada shaft motor yang aus. Apabila dibutuhkan, saya siap bantu menyusunnya dalam format resmi proyek.

6. Catatan Penting

Dalam pelaksanaan perbaikan shaft dengan metode sleeve installation atau metode lainnya, terdapat sejumlah aspek teknis krusial yang harus diperhatikan untuk memastikan keberhasilan jangka panjang dari perbaikan dan mencegah kegagalan ulang. Berikut adalah catatan penting yang wajib menjadi bagian dari proses quality assurance dan engineering control:

• 🔩 Material Sleeve

• Gunakan material sleeve dengan kekerasan lebih tinggi dibanding shaft asli, untuk memastikan ketahanan terhadap keausan dan deformasi.

• Material umum yang direkomendasikan:

  • Stainless Steel (AISI 304/316) – tahan korosi, cocok untuk lingkungan kimia agresif.
  • Carbon Steel Hardened (C45, 42CrMo4) – dapat dikeraskan hingga > 250 HB.

• Jika sleeve lebih lunak dari shaft, akan terjadi micro movement yang mengakibatkan fretting corrosion dan keausan dini.

• 🔧 Surface Finish

• Permukaan luar sleeve setelah machining akhir harus memiliki kekasaran maksimum Ra ≤ 0.8 µm, dan idealnya Ra ≤ 0.4 µm untuk ball bearing.
• Kekasaran yang tinggi akan mempercepat wear dan vibrasi, serta menyebabkan distribusi beban tidak merata pada raceway bearing.
• Gunakan grinding atau precision turning untuk mencapai nilai tersebut.

• 📐 Concentricity & Run-Out

• Ketidaksesuaian konsentrisitas antara shaft, sleeve, dan bearing bore dapat menghasilkan vibrasi radial dan aksial, menyebabkan premature bearing failure.
• Total Indicated Run-Out (TIR) setelah pemasangan sleeve tidak boleh melebihi 0.02 mm, diukur terhadap centerline shaft.
• Pastikan proses pemasangan sleeve tidak menyebabkan defleksi atau eksentrisitas.

• 🔥 Heat Treatment (jika menggunakan metode welding)

• Metode welding build-up dapat menyebabkan distorsi termal, pembentukan tegangan sisa (residual stress), dan perubahan struktur metalurgi.

• Untuk mencegah retak dan deformasi:

  • Gunakan pre-heat dan post-weld heat treatment (PWHT) sesuai standar AWS D1.1 atau ASME Section IX.
  • Shaft yang telah mengalami welding perlu re-machining dan dynamic balancing ulang sebelum digunakan kembali.

• 🧪 Non-Destructive Testing (NDT)

• Pemeriksaan NDT sangat disarankan untuk memastikan integritas metalurgi dan bebas retak setelah perbaikan:

  • Magnetic Particle Inspection (MPI) – untuk mendeteksi permukaan retak pada material ferromagnetik.
  • Ultrasonic Testing (UT) – untuk mendeteksi diskontinuitas internal, delaminasi sleeve, atau cacat akibat welding.

• Lakukan NDT sebelum pemasangan bearing dan saat final inspection sebagai bagian dari dokumentasi QA/QC.

Catatan teknis ini harus dijadikan bagian dari engineering checklist selama dan setelah pelaksanaan repair shaft, serta dimasukkan ke dalam dokumentasi inspeksi akhir yang dilampirkan pada laporan perbaikan peralatan kritikal, khususnya di lingkungan industri petrokimia dan migas yang menerapkan sistem manajemen keandalan dan audit engineering yang ketat.

7. Referensi Teknis

• API 686 – Recommended Practice for Machinery Installation and Installation Design
• ISO 286-2 – Limits and fits for engineering
• ISO 1940-1 – Balance quality of rotating parts
• AWS D1.1 – Structural Welding Code
• SKF Bearing Installation & Sleeve Guide

Hak cipta¹. Artikel ini berdasar chatGbt & manufactur bearing penulis tidak menjamin seluruh akurasi isinya