Aditif Pelumas – Panduan Praktis
Para profesional pelumasan sering kali sangat memahami viskositas minyak dasar pelumas mereka. Bagaimanapun, viskositas adalah sifat terpenting dari minyak dasar.Batasan pengumpanan pelumas ditetapkan dan kesehatannya dipantau berdasarkan viskositas saja. Namun, pelumas lebih dari sekedar viskositas. Memahami peran aditif dan fungsinya dalam pelumas sangatlah penting.
Aditif pelumas adalah senyawa organik padat atau anorganik yang terlarut atau tersuspensi dalam minyak. Tingkat aditif biasanya antara 0,1% dan 30% volume oli, tergantung pada mesinnya.
Aditif memiliki tiga peran dasar:
Tingkatkan kinerja minyak dasar yang ada dengan antioksidan, penghambat korosi, bahan antibusa, dan pengemulsi.
Menekan sifat minyak dasar yang tidak diinginkan dengan penekan titik tuang dan peningkat indeks viskositas (VI).
Memberikan sifat baru pada minyak dasar dengan aditif tekanan ekstrim (EP), deterjen, penonaktif logam, dan pengikat.
Aditif Kutub
Polaritas aditif didefinisikan sebagai daya tarik alami molekul aditif terhadap zat polar lain yang bersentuhan dengan minyak. Secara sederhana, air adalah segala sesuatu yang dapat larut atau larut dalam air.
Spons, permukaan logam, kotoran, air, dan bubur kayu merupakan contoh bahan polar. Bahan non-polar antara lain lilin, teflon, minyak dasar mineral, punggung bebek, dan anti air.
Penting untuk dicatat bahwa bahan tambahan juga dapat habis. Begitu mereka pergi, mereka pergi. Pikirkan tentang lingkungan tempat Anda bekerja, produk yang Anda hasilkan, dan jenis kontaminan.
Ini ada di sekitar Anda setiap hari. Jika Anda membiarkan kontaminan yang cenderung diserap oleh zat aditif (seperti kotoran, silika, dan air) ke dalam sistem Anda, zat aditif tersebut akan menempel pada kontaminan tersebut dan mengendap di dasar atau tersaring, sehingga menghabiskan paket aditif Anda.
Mekanisme Kutub
Ada beberapa mekanisme polar yang perlu didiskusikan, seperti enkapsulasi partikel, emulsifikasi air, dan pembasahan logam.
Enkapsulasi partikel adalah ketika aditif menempel pada permukaan partikel dan merangkumnya. Kategori aditif ini mencakup pasif logam, deterjen, dan dispersan. Mereka digunakan untuk peptisasi (membubarkan) partikel jelaga untuk mencegahnya menggumpal, mengendap, dan mengendap, terutama pada suhu rendah hingga sedang.
Anda akan sering melihat ini di mesin. Ini adalah alasan bagus untuk memperbaiki dan menghilangkan masalah segera setelah masalah terdeteksi dengan panel uji analisis oli yang tepat.
Emulsifikasi air terjadi ketika kepala polar suatu aditif menempel pada tetesan air mikroskopis. Aditif tersebut adalah pengemulsi. Pikirkan hal ini saat Anda mengamati air di reservoir lagi.
Meskipun sangat penting untuk menghilangkan air, menentukan di mana air masuk ke dalam sistem, dan memperbaikinya dengan pendekatan pemeliharaan penyebab utama, Anda juga harus ingat bahwa paket aditif telah disusupi. Dalam istilah pelumasan, hal ini disebut penipisan aditif. Laporan analisis oli yang tepat dapat menentukan kesehatan sisa aditif dalam pelumas.
Pembasahan logam terjadi ketika zat aditif menempel pada permukaan logam, dan itulah yang seharusnya dilakukan. Mereka menempel di bagian dalam kotak roda gigi, gigi roda gigi, bantalan, poros, dan banyak lagi.
Aditif yang menjalankan fungsi ini adalah penghambat karat, aditif anti aus (AW) dan EP, zat berminyak, dan penghambat korosi.
Aditif AW dirancang khusus untuk melindungi permukaan logam dalam kondisi batas. Mereka membentuk lapisan tipis seperti abu pada suhu kontak sedang hingga tinggi (75 hingga 100 derajat Celsius).
Pada kondisi batas, film AW tergeser menggantikan material permukaan.
Aditif anti aus yang umum adalah seng dialkil ditiofosfat (ZDDP). Ini mengurangi risiko kontak logam-ke-logam, yang dapat menyebabkan pemanasan, oksidasi, dan berdampak negatif pada kekuatan film.
Aditif memainkan peran penting dalam pelumasan mesin, baik untuk meningkatkan, menghambat, atau memberikan sifat baru pada oli dasar. Ingat, setelah suatu bahan tambahan digunakan, bahan tersebut akan hilang, jadi jangan lupa untuk memeriksa paket bahan tambahan Anda.
Jenis Aditif Pelumas
Ada banyak jenis bahan tambahan kimia yang dicampur ke dalam minyak dasar untuk meningkatkan sifat minyak dasar, menghambat beberapa sifat minyak dasar yang tidak diinginkan, dan mungkin memberikan beberapa sifat baru.
Aditif biasanya berkisar antara 0,1% hingga 30% dari pelumas jadi, bergantung pada tujuan penggunaan pelumas.
Aditif pelumas are expensive chemicals, and formulating the right additive package or formulation is a very complex science. Additive selection makes the difference between a turbine oil (R&O) and a hydraulic oil, gear oil, and engine oil.
Ada banyak jenis bahan tambahan pelumas, dan pemilihannya terutama didasarkan pada kemanjuran yang diharapkan. Aditif juga dipilih berdasarkan kemampuan larutnya dengan oli dasar yang dipilih, kompatibilitas dengan aditif lain dalam formulasi, dan efektivitas biaya.
Beberapa bahan aditif bekerja di dalam minyak (misalnya antioksidan), sementara yang lain bekerja pada permukaan logam (misalnya bahan aditif anti aus dan penghambat karat).
Aditif Pelumas Umum
Jenis aditif umum ini meliputi:
Antioksidan
Oksidasi adalah serangan umum oksigen di udara pada komponen terlemah dari minyak dasar. Oksidasi terjadi pada suhu berapa pun, namun dipercepat pada suhu yang lebih tinggi dan dengan adanya air, logam aus, dan kontaminan lainnya.
Hal ini pada akhirnya mengarah pada pembentukan asam (yang menyebabkan korosi) dan lumpur (yang menyebabkan endapan permukaan dan peningkatan viskositas). Antioksidan (juga disebut antioksidan) digunakan untuk memperpanjang umur minyak.
Mereka adalah aditif pengorbanan yang dikonsumsi dalam proses memperlambat reaksi oksidasi, sehingga melindungi minyak dasar. Mereka ditemukan di hampir semua minyak pelumas dan gemuk.
Inhibitor Karat dan Korosi
Aditif ini mengurangi atau menghilangkan karat dan korosi internal dengan menetralkan asam dan membentuk penghalang kimia pelindung yang menolak air dari permukaan logam. Beberapa inhibitor korosi dirancang khusus untuk melindungi logam tertentu. Oleh karena itu, satu minyak mungkin mengandung lebih dari satu. Mereka ditemukan di hampir semua minyak dan lemak. Deaktivator logam adalah jenis penghambat korosi lainnya.
Peningkat Indeks Viskositas
Peningkat indeks viskositas adalah aditif polimer berukuran sangat besar yang mencegah sebagian minyak mengencerkan (kehilangan viskositas) seiring dengan kenaikan suhu. Jenis aditif ini banyak digunakan saat memblender oli multigrade (seperti SAE 5W-30 atau SAE 15W-40).
Mereka juga meningkatkan aliran oli pada suhu rendah, sehingga mengurangi keausan dan meningkatkan penghematan bahan bakar. Selain itu, peningkat indeks viskositas digunakan untuk memperoleh oli hidrolik dan roda gigi dengan indeks viskositas tinggi untuk meningkatkan sifat start dan pelumasan pada suhu rendah.
Untuk memvisualisasikan cara kerja peningkat indeks viskositas, bayangkan peningkat indeks viskositas sebagai gurita atau pegas koil yang tetap tergulung menjadi bola pada suhu rendah dan memiliki pengaruh kecil terhadap viskositas oli.
Kemudian, saat suhu naik, bahan tambahan (atau gurita) melebarkan atau melebarkan lengannya (membuatnya lebih besar) dan mencegah minyak menjadi terlalu encer pada suhu tinggi. VI Improver memang memiliki beberapa kelemahan. Aditif ini merupakan polimer berukuran besar (berat molekul tinggi), sehingga mudah diparut atau dipotong kecil-kecil oleh bagian mesin (gaya geser). Roda gigi diketahui sangat memakai VI Improver.
Tindakan geser permanen dari peningkat VI dapat menyebabkan hilangnya viskositas yang signifikan, yang dapat dideteksi dengan analisis oli. Bentuk kehilangan viskositas yang kedua disebabkan oleh gaya geser yang tinggi pada zona beban permukaan gesekan (seperti bantalan jurnal).
Dipercaya bahwa perbaikan VI kehilangan bentuk atau orientasi seragamnya, sehingga kehilangan sebagian kemampuan penebalannya.
Viskositas oli turun sementara di zona beban dan kembali ke viskositas normal setelah meninggalkan zona beban. Karakteristik ini justru membantu mengurangi konsumsi minyak.
VI Improver tersedia dalam berbagai jenis (kopolimer olefin umum digunakan). Peningkat VI berkualitas tinggi kurang rentan terhadap kehilangan geser permanen dibandingkan peningkat VI berbiaya rendah dan berkualitas rendah.
Aditif Anti Aus (AW)
Aditif ini biasanya digunakan untuk melindungi bagian-bagian mesin dari keausan dan kehilangan logam dalam kondisi pelumasan batas. Mereka adalah aditif polar yang melekat pada permukaan logam gesekan. Mereka bereaksi secara kimia dengan permukaan logam ketika kontak logam dibuat dalam kondisi pelumasan campuran dan batas. Mereka diaktifkan oleh panas kontak dan membentuk lapisan film yang meminimalkan keausan. Mereka juga melindungi minyak dasar dari oksidasi dan melindungi logam dari kerusakan akibat asam korosif. Setelah bahan tambahan ini menjalankan fungsinya, bahan tersebut "dikonsumsi" dan kerusakan akibat keausan perekat kemudian dapat meningkat. Biasanya merupakan senyawa fosfor, yang paling umum adalah seng dialkil ditiofosfat (ZDDP).
ZDDP tersedia dalam berbagai versi - beberapa untuk aplikasi hidrolik dan lainnya untuk suhu tinggi yang terdapat pada oli mesin. ZDDP juga memiliki beberapa sifat antioksidan dan perlindungan korosi. Selain itu, jenis bahan kimia berbasis fosfor lainnya (misalnya TCP) juga digunakan untuk perlindungan terhadap keausan. Aditif Tekanan Ekstrim (EP) Aditif ini lebih agresif secara kimia dibandingkan aditif AW. Mereka bereaksi secara kimia dengan permukaan logam (besi) dan membentuk lapisan permukaan korban yang mencegah pengelasan dan penyitaan permukaan yang relatif kasar yang disebabkan oleh kontak logam-ke-logam (keausan perekat). Mereka diaktifkan di bawah beban tinggi dan suhu kontak yang tinggi. Bahan ini biasanya digunakan pada oli roda gigi, sehingga menghasilkan bau belerang yang khas dan kuat. Bahan tambahan ini biasanya mengandung senyawa sulfur dan fosfor (dan kadang-kadang senyawa boron).
Bahan ini bersifat korosif terhadap kuningan, terutama pada suhu tinggi, dan tidak boleh digunakan pada roda gigi cacing dan aplikasi serupa yang menggunakan logam berbasis tembaga. Meskipun ada beberapa aditif CP yang mengandung klorin, namun jarang digunakan karena masalah korosi.
Aditif antiwear dan aditif EP merupakan golongan besar bahan kimia tambahan yang berfungsi melindungi permukaan logam pada saat pelumasan batas dengan membentuk lapisan pelindung atau penghalang pada permukaan yang aus.
Selama lapisan oli hidrodinamik atau elastohidrodinamik dipertahankan di antara permukaan logam, pelumasan batas tidak terjadi dan aditif pelumasan batas ini tidak diperlukan untuk menjalankan fungsinya.
Ketika lapisan oli rusak dan kontak asperitas terjadi di bawah beban tinggi atau suhu tinggi, aditif pelumas batas ini melindungi permukaan yang aus.
Deterjen
Deterjen memiliki dua fungsi: pertama, membantu menjaga bagian logam panas tetap bersih dan bebas endapan, dan kedua, menetralkan zat asam yang terbentuk dalam minyak. Deterjen terutama digunakan dalam oli mesin dan bersifat basa.
Mereka membentuk dasar cadangan alkalinitas oli mesin, yang disebut sebagai bilangan dasar (BN). Mereka biasanya merupakan bahan kimia kalsium dan magnesium. Deterjen berbahan dasar barium pernah digunakan di masa lalu tetapi sekarang sudah jarang digunakan.
Karena senyawa logam ini meninggalkan endapan abu saat minyak dibakar, senyawa ini dapat menyebabkan terbentuknya residu yang tidak diinginkan pada aplikasi suhu tinggi. Karena kekhawatiran akan abu ini, banyak OEM yang menentukan oli dengan kadar abu rendah untuk peralatan yang beroperasi pada suhu tinggi. Aditif deterjen biasanya digunakan bersama dengan aditif dispersan.
Dispersan
Dispersan are mainly found in engine oil with detergents to help keep engines clean and free of deposits. The main function of dispersants is to keep particles of diesel engine soot finely dispersed or suspended in the oil (less than 1 micron in size).
Tujuannya adalah untuk menjaga kontaminan tetap tersuspensi dan tidak membiarkannya menggumpal di dalam oli sehingga meminimalkan kerusakan dan dapat terbawa keluar mesin pada saat penggantian oli. Dispersan umumnya organik dan tidak mengandung abu. Oleh karena itu, mereka tidak mudah dideteksi dengan analisis oli konvensional.
Kombinasi aditif deterjen/dispersan memungkinkan lebih banyak senyawa asam dinetralkan dan lebih banyak partikel kontaminan tetap tersuspensi. Karena zat aditif ini menjalankan fungsinya dalam menetralkan asam dan menangguhkan kontaminan, zat aditif tersebut pada akhirnya akan melebihi kapasitasnya, sehingga memerlukan penggantian oli.
Agen Anti Busa
Bahan kimia dalam kelompok aditif ini memiliki tegangan antar muka yang rendah, yang melemahkan dinding gelembung minyak dan membuat gelembung busa lebih mudah pecah. Mereka mempunyai efek tidak langsung terhadap oksidasi dengan mengurangi jumlah kontak udara-minyak.
Beberapa dari bahan tambahan ini adalah bahan silikon yang tidak larut dalam minyak yang tidak larut melainkan terdispersi halus dalam minyak pelumas. Biasanya diperlukan konsentrasi yang sangat rendah. Jika terlalu banyak bahan tambahan anti-busa yang ditambahkan, hal ini dapat menimbulkan efek sebaliknya dan meningkatkan pembentukan busa dan masuknya udara.
Pengubah Gesekan
Pengubah gesekan biasanya digunakan pada oli mesin dan cairan transmisi otomatis untuk mengubah gesekan antara mesin dan komponen transmisi. Pada mesin, penekanannya adalah pada penurunan gesekan untuk meningkatkan penghematan bahan bakar.
Dalam transmisi, fokusnya adalah pada peningkatan pengikatan material kopling. Pengubah gesekan dapat dianggap sebagai aditif anti aus untuk beban lebih rendah yang tidak diaktifkan oleh suhu kontak.
Depresan Titik Tuang
Titik tuang suatu minyak kira-kira merupakan suhu terendah dimana minyak akan tetap cair. Kristal lilin yang terbentuk dalam minyak mineral parafin mengkristal (menjadi padat) pada suhu rendah. Kristal padat membentuk jaringan kisi yang menghambat sisa minyak cair mengalir.
Aditif dalam kelompok ini mengurangi ukuran kristal lilin dalam minyak dan interaksinya satu sama lain, sehingga minyak dapat terus mengalir pada suhu rendah.
Demulsifier
Aditif demulsifier mencegah pembentukan campuran minyak-air yang stabil atau emulsi dengan mengubah tegangan antarmuka minyak sehingga air akan lebih mudah menyatu dan terpisah dari minyak. Hal ini merupakan ciri penting pelumas yang terkena uap atau air agar air bebas dapat mengendap dan mudah dialirkan ke reservoir.
Pengemulsi
Pengemulsi are used in oil-water-based metal-working fluids and fire-resistant fluids to help create a stable oil-water emulsion. The emulsifier additive can be thought of as a glue binding the oil and water together, because normally they would like to separate from each other due to interfacial tension and differences in specific gravity.
Biosida
Biosida are often added to water-based lubricants to control the growth of bacteria.
Tackifier
Tackifier are stringy materials used in some oils and greases to prevent the lubricant from flinging off the metal surface during rotational movement.
Agar dapat diterima oleh blender dan pengguna akhir, bahan aditif harus mampu ditangani dalam peralatan pencampuran konvensional, stabil dalam penyimpanan, bebas dari bau yang tidak sedap, dan tidak beracun menurut standar industri normal.
Karena sebagian besar merupakan bahan yang sangat kental, bahan tersebut umumnya dijual ke perumus minyak sebagai larutan pekat dalam pembawa minyak dasar.
Beberapa poin penting tentang aditif:
Lebih banyak bahan tambahan tidak selalu lebih baik. Pepatah lama mengatakan, “Jika sesuatu yang sedikit itu baik, maka lebih banyak hal yang sama akan lebih baik,” belum tentu benar ketika menggunakan bahan tambahan minyak.
Semakin banyak bahan aditif yang dicampur ke dalam oli, terkadang tidak ada lagi manfaat yang didapat, dan terkadang performanya justru menurun. Dalam kasus lain, kinerja aditif tidak meningkat, namun durasi layanan meningkat.
Meningkatkan persentase bahan tambahan tertentu dapat meningkatkan salah satu sifat suatu minyak sekaligus menurunkan sifat lainnya. Ketika konsentrasi aditif tertentu menjadi tidak seimbang, kualitas oli secara keseluruhan dapat terpengaruh.
Beberapa aditif bersaing satu sama lain untuk mendapatkan ruang yang sama pada permukaan logam. Jika bahan anti-aus dengan konsentrasi tinggi ditambahkan ke dalam oli, penghambat korosi mungkin menjadi kurang efektif. Dampaknya mungkin akan meningkatkan masalah yang berhubungan dengan korosi.
Bagaimana Bahan Aditif Minyak Habis
Sangat penting untuk dipahami bahwa sebagian besar zat aditif ini dikonsumsi dan terkuras oleh:
- “dekomposisi” atau kerusakan,
- “adsorpsi” ke permukaan logam, partikel dan air, dan
- “pemisahan” karena pengendapan atau penyaringan.
Mekanisme adsorpsi dan pemisahan melibatkan perpindahan massa atau pergerakan fisik aditif.
Bagi sebagian besar bahan aditif, semakin lama oli bertahan, semakin kurang efektif paket bahan tambahan yang tersisa dalam melindungi peralatan.
Ketika paket aditif melemah, viskositas meningkat, lumpur mulai terbentuk, asam korosif mulai menyerang bantalan dan permukaan logam, dan/atau keausan mulai meningkat. Jika minyak yang digunakan berkualitas rendah, titik awal masalah ini akan terjadi lebih cepat.
Karena alasan inilah pelumas berkualitas tinggi yang memenuhi spesifikasi industri yang benar (misalnya klasifikasi servis mesin API) harus selalu dipilih. Tabel berikut ini dapat dijadikan panduan untuk memahami lebih mendalam mengenai jenis-jenis aditif dan fungsinya dalam formulasi oli mesin.
Terbukti dari informasi di atas bahwa terdapat banyak bahan kimia yang terdapat pada sebagian besar oli yang digunakan untuk melumasi peralatan. Bahan-bahan tersebut merupakan campuran bahan kimia rumit yang seimbang satu sama lain dan perlu dihormati.
Karena alasan itulah maka pencampuran oli yang berbeda dan penambahan bahan tambahan pelumas harus dihindari.
Aditif Purna Jual dan Kondisioner Oli Tambahan
Ada ratusan bahan tambahan kimia dan kondisioner pelumas tambahan yang tersedia. Dalam aplikasi atau industri khusus tertentu, aditif ini mungkin berperan dalam peningkatan pelumasan.
Namun, beberapa produsen pelumas tambahan akan membuat klaim tentang produk mereka yang berlebihan dan/atau tidak terbukti, atau mereka tidak menyebutkan efek samping negatif yang mungkin ditimbulkan oleh bahan tambahan tersebut.
Berhati-hatilah dalam memilih dan mengaplikasikan produk ini, atau lebih baik lagi, hindari menggunakannya. Jika Anda menginginkan minyak yang lebih baik, belilah minyak yang lebih baik terlebih dahulu dan serahkan bahan kimianya kepada orang yang tahu apa yang mereka lakukan.
Seringkali jaminan oli dan peralatan dibatalkan karena penggunaan bahan aditif purnajual karena formulasi akhir belum pernah diuji dan disetujui. Pembeli berhati-hatilah.
Saat mempertimbangkan penggunaan bahan tambahan purnajual untuk mengatasi suatu masalah, sebaiknya ingat aturan berikut:
Aturan #1
Pelumas berkualitas rendah tidak dapat diubah menjadi produk premium hanya dengan menambahkan bahan tambahan. Membeli oli jadi berkualitas rendah dan mencoba mengatasi kualitas pelumasannya yang buruk dengan bahan tambahan khusus adalah hal yang tidak masuk akal.
Aturan #2
Beberapa tes laboratorium bisa diakali agar memberikan hasil positif. Beberapa bahan tambahan dapat mengelabui tes tertentu agar memberikan hasil yang lulus. Seringkali beberapa uji oksidasi dan keausan dilakukan untuk mendapatkan indikasi yang lebih baik mengenai kinerja suatu aditif. Kemudian uji lapangan sebenarnya dilakukan.
ATURAN #3
Minyak dasar hanya dapat melarutkan (membawa) zat aditif dalam jumlah tertentu. Akibatnya, penambahan aditif tambahan ke dalam oli yang memiliki tingkat kelarutan rendah atau sudah jenuh dengan aditif mungkin berarti bahwa aditif tersebut akan mengendap di luar larutan dan tetap berada di dasar kotak engkol atau wadah. Aditif tersebut mungkin tidak akan pernah menjalankan fungsi yang diklaim atau dimaksudkan.
Jika Anda memilih untuk menggunakan aditif purnajual, sebelum menambahkan aditif tambahan atau kondisioner oli apa pun ke sistem pelumasan, lakukan tindakan pencegahan berikut:
-
Tentukan apakah ada masalah pelumasan yang sebenarnya. Misalnya, masalah kontaminasi oli paling sering disebabkan oleh perawatan yang buruk atau filtrasi yang tidak memadai, dan belum tentu pelumasan yang buruk atau kualitas oli yang buruk.
-
Pilih aditif tambahan atau kondisioner oli yang tepat. Ini berarti meluangkan waktu untuk meneliti susunan dan kompatibilitas berbagai produk yang ada di pasaran.
-
Bersikeras agar tersedia data uji lapangan faktual yang mendukung klaim yang dibuat mengenai efektivitas produk.
-
Konsultasikan dengan laboratorium analisis minyak independen yang memiliki reputasi baik. Mintalah oli yang ada dianalisis setidaknya dua kali sebelum menambahkan bahan tambahan tambahan. Ini akan menjadi titik referensi.
-
Setelah penambahan bahan tambahan atau kondisioner khusus, lanjutkan analisis oli secara teratur. Hanya melalui metode perbandingan inilah data obyektif mengenai efektivitas bahan tambahan dapat diperoleh.
Ada banyak kontroversi seputar penerapan bahan tambahan tambahan. Namun, memang benar bahwa aditif pelumas tambahan tertentu akan mengurangi atau menghilangkan gesekan dalam beberapa aplikasi seperti cara peralatan mesin, penggerak roda gigi bertekanan ekstrim, dan aplikasi sistem hidrolik tekanan tinggi tertentu.
Berapa lama oli mesin penerbangan dengan dispersan tanpa abu akan bertahan?
Ketika ditanya tentang contoh mesin berpendingin udara, banyak orang akan menyebut Porsche 911 Carrera, yang dikenal dengan mesin flat-six berpendingin udara terbaik, yang disebut mesin 'Boxer'. Dikenal oleh banyak orang sebagai '911 berpendingin udara', versi terakhir dari mesin enam silinder berpendingin udara Porsche dihentikan setelah model tahun 1998 dan digantikan dengan mesin berpendingin air. Ini adalah salah satu mobil konsumen terakhir yang diproduksi dengan mesin berpendingin udara.1, 2
Sebaliknya industri penerbangan menggunakan campuran mesin berpendingin udara dan air, bahkan lebih memilih opsi berpendingin udara untuk mesin piston pesawat terbang. Metode pendinginan yang disukai oleh industri penerbangan ini mengisyaratkan alasan di balik keberadaan dispersan tanpa abu dalam oli mesin penerbangan.
Minyak jarak merupakan oli pilihan untuk oli pesawat terbang pada awal era penerbangan karena sifat pelumasannya yang baik. Minyak ini tidak lagi digantikan dengan minyak berbahan dasar mineral sekitar tahun 1925-1935. Pada saat itu, oli ini tidak mengandung bahan tambahan apa pun dan dibandingkan dengan mesin masa kini, konsumsi oli sangat tinggi, sehingga mesin memerlukan pengisian ulang secara berkala.
Aditif, seperti dispersan tanpa abu, membantu mengurangi konsumsi oli mesin. Namun sebelum mempelajari pentingnya dispersan tanpa abu dalam oli mesin penerbangan, penting untuk memahami apa itu dispersan tanpa abu. Dispersan tanpa abu membantu mencegah terbentuknya endapan logam di dalam mesin, yang dapat menyebabkan pra-penyalaan dan dapat mengakibatkan kerusakan besar pada mesin.3 Dispersan tanpa abu bekerja dengan menyebarkan abu yang terkumpul ke luar komponen mesin untuk mencegah penumpukan dan keausan berlebihan.
Asosiasi Pemilik dan Pilot Pesawat Udara (AOPA) menyatakan bahwa “minyak pendispersi tanpa abu mengandung zat aditif yang membantu membersihkan kotoran dan membawanya ke filter atau saringan.”4 Lebih lanjut AOPA menyatakan bahwa “Ini adalah kualitas yang sangat penting, mengingat tingkat keausan mesin pesawat yang relatif tinggi dan jumlah asam pembakaran serta kontaminan lain yang melewati cincin dan katup silinder.” Faktanya, dispersan tanpa abu berfungsi mengelilingi serpihan yang tidak diinginkan untuk mencegahnya mengendap dan menyebabkan keausan serta kerusakan lain seperti pra-penyalaan.5
Mesin piston pesawat menyimpang dari desain dan konstruksi mesin mobil modern dalam banyak hal, terutama pada powerbandnya. Mesin otomotif biasanya memiliki redline sekitar 6.000-7.000 putaran per menit (rpm) dan jarang beroperasi pada daya puncak selama lebih dari beberapa detik setiap kalinya, sedangkan mesin pesawat terbang biasanya mengeluarkan daya puncak pada sekitar 2.700 rpm dan beroperasi pada tingkat ini untuk sebagian besar pengoperasiannya,6 dengan tingkat tertinggi yang dihasilkan oleh pesawat Perang Dunia II (Perang Dunia II), yang mencapai puncaknya pada 3.200 rpm.
Perbedaan lainnya terletak pada tujuan keseluruhan dalam rekayasa mesin jenis ini. Saat ini, industri otomotif fokus pada peningkatan efisiensi bahan bakar dengan melakukan penghematan, dan memberikan kenyamanan baik bagi pengemudi kendaraan maupun penumpang. Sebaliknya, mesin pesawat berfokus pada keandalan dan kesederhanaan. Contoh utama dari hal ini adalah Lockheed Constellation, yang merupakan pesawat Perang Dunia II yang dinobatkan sebagai “pesawat bermesin 3 teraman”, meskipun memiliki desain 4 mesin, karena penerbangan ke luar negeri sering kali mengakibatkan salah satu mesin mati di tengah perjalanan.
Selama Perang Dunia II, mesin berpendingin air sebagian besar berdesain V12, sedangkan mesin berpendingin udara berbentuk bintang tunggal atau bintang kembar dengan tujuh hingga sembilan silinder per bintang. Kepadatan listrik meningkat pesat selama Perang Dunia II; mesin pesawat berkapasitas 20-50 liter dan sering kali dilengkapi turbocharger, pertama kali ditemukan di Jerman dan kemudian diberi supercharger oleh Sekutu. Nilai oktan bahan bakar yang digunakan biasanya beroktan 90 atau kurang, meningkat menjadi 100 oktan dan bahkan mencapai 150 oktan selama perang, sangat kontras dengan oktan 100 saat ini, yang bebas timbal dan belerang.
Mesin ini menghasilkan tenaga sekitar 50 hp/liter, dan dapat diisi ulang sebesar 50% dengan injeksi metanol air hingga 90 detik. Saat ini, mesin mobil penumpang berbahan bakar bensin yang diproduksi secara massal memiliki tenaga 100-150 hp/liter, suatu kemajuan signifikan dalam teknologi mesin selama satu abad terakhir. Salah satu masalah yang melanda kedua belah pihak selama Perang Dunia II adalah keandalan mesin, bahkan saat tidak bersentuhan dengan musuh. Karena kurangnya dan kurangnya perawatan, terbatasnya pengetahuan tentang aditif dan mengakibatkan pengapian dini, jelaga dan endapan terbentuk, menyebabkan masalah besar. Inilah lahirnya oli mesin sintetik dan bahan tambahan fungsional. Minyak dasar yang digunakan oleh Luftwaffe adalah campuran diester tanpa abu dengan minyak polietilen 7, dicampur dengan aditif anti-aus/tekanan ekstrim "Mesulfol II" (pembawa belerang). Pada tahun 1944, pesawat tempur P-38, P-47, P-51 dan B-25⁸ USAF mulai menggunakan polipropilen glikol tanpa abu Bridgestone (Union Carbide). Kedua minyak tersebut sudah tidak digunakan lagi setelah Perang Dunia II, namun polialkilen glikol (PAG) masih memiliki beberapa sifat pembersihan dan pendispersi.
Membandingkan mesin mobil tahun 1960-an dengan mesin modern menunjukkan beberapa perubahan dan kemajuan yang nyata, sedangkan membandingkan dua mesin pesawat menunjukkan bahwa kedua mesin tersebut terlihat sangat mirip. Gambar 2 dan 3 menunjukkan perbandingan dua mesin dari tahun 1967 dan 2015.
Membandingkan mesin otomotif dan mesin pesawat terbang sangat penting untuk memahami mengapa dispersan tanpa abu masih umum ditemukan pada oli mesin penerbangan, namun jarang disebutkan saat membahas oli mesin otomotif. Pencarian Google untuk "dispersan tanpa abu" akan menghasilkan hampir semua hasil yang berkaitan dengan mesin pesawat terbang dan oli mesin pesawat terbang. Teknologi canggih pada mobil baru dirancang untuk menjaga mesin tetap dalam kondisi prima selama mungkin agar bahan bakar di tangki dapat dimanfaatkan secara maksimal, apalagi mobil listrik tidak membutuhkan oli mesin. Namun, desain mesin piston pesawat yang lebih tua lebih mirip mesin otomotif tahun 1960-an, yang mengandalkan sisa endapan di mesin dan tidak dirancang untuk bekerja dalam kondisi "seperti baru" sepanjang masa pakainya.
Akibatnya, produsen otomotif cenderung merekomendasikan SAP (abu sulfat) yang sepenuhnya sintetik <0.80 wt.-%) or low SAP (sulfated ash <0.50 wt.-%) oils with complex additive packages, while aircraft manufacturers generally endorse two more basic oils: straight mineral oil and ashless dispersant mineral oil. SAP stands for sulfur, ash and phosphorus. Straight mineral oils (API Groups I-III) are essentially oils produced from a refinery and are often recommended for the break-in period of new aircraft piston engines.
Menurut Ben Visser, pensiunan spesialis pelumasan di AeroShell, “Sebelumnya, pelumasan silinder memerlukan perlakuan hard chrome tradisional untuk memenuhi spesifikasi, dan partikel keausan bertindak sebagai bahan abrasif.”13 Setelah periode pembobolan, rekomendasi disesuaikan untuk mencegah endapan tambahan yang tidak diinginkan. Sebagian besar produsen pesawat merekomendasikan penggunaan oli terdispersi tanpa abu dibandingkan oli mineral murni setelah periode break-in untuk menghilangkan partikel logam berlebih dan kontaminan.
Meskipun minyak dispersi bebas abu ini memiliki daya tahan yang baik pada mesin piston pesawat terbang, terdapat satu tantangan potensial terhadap ketahanan minyak dispersi bebas abu dalam jangka panjang: yaitu pada pesawat listrik. Pada tahun 2014, Klaus Ohlmann mencetak tujuh rekor dunia dengan e-Genius dua tempat duduknya. Ini termasuk rekor kecepatan 142,7 mph (229,7 km/jam) dan total jarak penerbangan 313 mil (504 km). Hasil ini bukanlah suatu terobosan dalam konteks semua pesawat terbang, namun mengetahui bahwa e-Genius mencapai prestasi ini hanya dengan menggunakan motor listrik dan baterai sebagai sumber tenaganya merupakan pencapaian yang luar biasa. 14, 15 Yang lebih mengesankan lagi adalah e-Genius hanya mengonsumsi seperlima energi yang dibutuhkan untuk menempuh jarak yang sama dengan pesawat dua tempat duduk bertenaga bahan bakar. 15 Hasil-hasil ini menjanjikan bagi masa depan pesawat listrik, namun apa pengaruhnya terhadap bahan bakar pesawat?
“E-Genius” dari Universitas Stuttgart di Jerman terlihat seperti pesawat layang futuristik, tetapi ada konsep pesawat listrik lain yang lebih kompleks. Dari pesawat serba listrik hingga pesawat hibrida, elektrifikasi sebagai visi masa depan “sedang digemari” dalam dunia penerbangan. Eviation telah meluncurkan pesawat komuter sembilan penumpang "Alice" dengan perkiraan jangkauan 600 mil. Airbus telah meluncurkan e-fan X yang dapat mengangkut lebih banyak penumpang, dengan salah satu mesinnya diganti dengan motor listrik 2 megawatt. 17 Pesawat X-57 eksperimental milik NASA dilengkapi mesin ujung sayap listrik besar untuk menjelajah, dan 12 motor listrik lebih kecil dengan baling-baling lipat untuk lepas landas.
Pesawat lepas landas dan mendarat vertikal (VTOL) adalah kategori lain dari pesawat listrik. Mereka fokus pada lalu lintas udara regional dan menghubungkan pusat kota sebagai “taksi udara perkotaan” karena hanya membutuhkan landasan pendaratan. Contohnya antara lain: CityAirbus, Daimler Velocopter, Boeing NEXT, dan Lilium jet.
Jelas bahwa dunia sedang bergerak menuju teknologi listrik. Teknologi ini telah menguasai industri otomotif, dengan penjualan Chevrolet Volt, Nissan Leaf, Toyota Prius Prime, dan jajaran Tesla yang terus meningkat dari tahun ke tahun. 19 Pesawat terbang seperti e-Genius juga menunjukkan potensi teknologi ini untuk digunakan bersama industri penerbangan, namun hal ini tidak berarti kemunculan pesawat listrik berarti matinya pelumas mesin penerbangan.
Menurut General Aviation News, usia rata-rata pesawat penerbangan umum* adalah 50 tahun, dengan rata-rata tahun pembuatan pada tahun 1970.20 Sebagai perbandingan, rata-rata mobil konsumen hanya berusia 12 tahun, dengan rata-rata tahun pembuatan pada tahun 2008.21 Secara teori, hal ini berarti bahwa fitur atau peraturan baru tidak akan diwajibkan hingga tahun 2032. Hal ini membuat lebih sulit untuk mengubah teknologi penerbangan, baik menjadi lebih baik atau lebih buruk. Dalam kasus oli mesin penerbangan, hal ini telah menghambat penerapan teknologi seperti oli sintetik penuh dengan paket aditif yang kompleks di pesawat terbang, namun hal ini juga membantu dispersan tanpa abu bertahan dalam minat global saat ini terhadap bahan bakar alternatif dan standar emisi yang lebih ketat.
Jelas ada persaingan antara penerbangan dan elektrifikasi. Tujuannya adalah untuk mencapai transportasi netral CO2, dan penerbangan berada di depan industri otomotif dalam hal ini. ASTM D7566, spesifikasi utama bahan bakar jet tradisional, saat ini memiliki tujuh lampiran yang mendefinisikan jalur berbeda untuk bahan bakar penerbangan berkelanjutan (SAF), sehingga memungkinkan hingga 50% SAF diproduksi dari berbagai sumber seperti sumber daya dan proses biomassa. Ini bisa menjadi cetak biru mesin pembakaran internal. BMW baru-baru ini mengumumkan bahwa mereka telah menyetujui bahan bakar diesel 100% terbarukan, yang dikenal sebagai HVO100. HVO100 adalah replika kimia diesel hidrokarbon. Porsche mempromosikan pengembangan bahan bakar sintetis atau bahan bakar listrik, yang dihasilkan dari CO2 dan hidrogen menggunakan energi terbarukan. Pilihan lainnya adalah mencampurkan bahan bakar dengan 33 vol.% minyak jelantah terhidrogenasi untuk menghasilkan bahan bakar diesel, seperti yang diusulkan Volkswagen dengan R33 BlueDiesel.
Meskipun struktur mekanis mesin pesawat sebagian besar tidak berubah selama setengah abad terakhir, struktur mekanis mesin otomotif telah berubah secara signifikan. Terlepas dari perbedaan besar dalam sejarah perkembangan, teknologi kelistrikan diperkirakan akan merambah kedua industri tersebut di tahun-tahun mendatang. Meskipun hal ini dapat menyebabkan penurunan jumlah pelumas mesin pesawat yang digunakan, keberadaan pesawat tua dengan desain mesin piston yang sederhana kemungkinan besar akan menyebabkan berlanjutnya keberadaan pelumas mesin penerbangan yang tersebar tanpa abu. Pelumas terdispersi tanpa abu mungkin tidak akan mengalami banyak perkembangan dan peningkatan dalam beberapa tahun ke depan, namun seperti pesawat terbang yang mereka layani, pelumas tersebut kemungkinan akan terus ada selama bertahun-tahun yang akan datang.