Minyak Pelumas: Jenis, Penggunaan, dan Performa

Latar Belakang

Sejak zaman Romawi, banyak cairan, termasuk air, telah digunakan sebagai pelumas untuk meminimalkan gesekan, panas, dan aus antara bagian mekanis yang saling bersentuhan. Saat ini, minyak pelumas, atau lube oil, adalah pelumas yang paling umum digunakan karena rentang aplikasi yang luas. Dua kategori dasar dari lube oil adalah mineral dan sintetik. Minyak mineral dirafinasi dari minyak bumi alami, atau mentah. Minyak sintetik adalah polyalphaolefin yang diproduksi, yang merupakan poliglikol atau minyak ester berbasis hidrokarbon.

Meskipun ada banyak jenis minyak pelumas untuk dipilih, minyak mineral adalah yang paling umum digunakan karena pasokan minyak mentah telah menjadikannya murah; selain itu, sudah ada sekumpulan data yang besar tentang properti dan penggunaannya. Keuntungan lain dari minyak pelumas berbasis mineral adalah dapat diproduksi dalam viskositas yang berviasi—viskositas merujuk pada resistensi zat terhadap aliran—untuk aplikasi yang beragam. Mereka bervariasi dari minyak viskositas rendah, yang terdiri dari rantai hidrogen-karbon dengan bobot molekular sekitar 200 satuan massa atom (amu), hingga pelumas viskositas tinggi dengan bobot molekular hingga 1000 amu. Minyak berbasis mineral dengan viskositas yang berbeda bahkan dapat dicampur bersama untuk meningkatkan performanya dalam aplikasi tertentu. Minyak motor 1OW-30 umum, misalnya, adalah campuran minyak viskositas rendah (untuk memudahkan penyaluran pada suhu rendah) dan minyak viskositas tinggi (untuk perlindungan mesin yang lebih baik pada suhu operasi normal).

Pertama kali digunakan di industri penerbangan, pelumas sintetik biasanya diformulasikan untuk aplikasi tertentu yang tidak cocok untuk minyak mineral. Misalnya, sintetik digunakan di tempat suhu operasi sangat tinggi atau di mana minyak pelumas harus tahan api. Artikel ini akan berfokus pada minyak pelumas berbasis mineral.

Bahan Baku

Minyak pelumas hanyalah salah satu banyak fraksi, atau komponen, yang dapat diperoleh dari minyak mentah mentah, yang keluar dari sumur minyak sebagai campuran cairan palam dari kuning hingga hitam, terbakar, ribuan hidrokarbon (senyawa organik yang hanya mengandung atom karbon dan hidrogen, yang terjadi dalam semua bahan bakar fosil). Deposit minyak terbentuk dari dekomposisi tumbuhan dan hewan kecil yang hidup sekitar 400 juta tahun yang lalu. Karena perubahan iklim dan geografis yang terjadi pada waktu itu dalam sejarah Bumi, penguraian organisme ini bervariasi dari wilayah ke wilayah.

Karena laju yang berbeda di mana bahan organik terurai di berbagai tempat, sifat dan persentase hidrokarbon yang dihasilkan bervariasi luas. Akibatnya, begitu juga dengan karakteristik fisik dan kimia minyak mentah yang diekstraksi dari lokasi berbeda. Misalnya, sambil minyak mentah California memiliki gravitas spesifik 0,92 gram/milliliter, minyak mentah Pennsylvania yang lebih ringan memiliki gravitas spesifik 0,81 gram/milliliter. (Gravitas spesifik, yang merujuk pada rasio bobot zat terhadap volume air yang sama, adalah aspek penting dari minyak mentah.) Secara keseluruhan, gravitas spesifik minyak mentah bervariasi antara 0,80 dan 0,97 gram/milliliter.

Bergantung pada aplikasi, kimia yang disebut aditif dapat dicampur dengan Minyak pelumas dirafinasi dari minyak mentah. Setelah melalui proses pemurnian yang disebut sedimen, minyak mentah dipanaskan di menara fraksiasi yang besar. Uap-uas yang berbeda—yang dapat digunakan untuk membuat bahan bakar, lilin, atau propan, di antara zat lainnya—mendidih dan dikumpulkan di titik yang berbeda di menara. Minyak pelumas yang dikumpulkan difilter, dan kemudian aditif dicampur. minyak yang telah difurnis untuk memberikan properti fisik yang diinginkan. Aditif umum termasuk logam seperti timbal atau sulfida logam, yang meningkatkan kemampuan minyak pelumas untuk mencegah gores dan penasaran saat permukaan logam bersentuhan di bawah tekanan sangat tinggi. Polymerik bobot molekular tinggi adalah aditif umum lainnya: mereka meningkatkan viskositas, mengakomodasi kecenderungan minyak untuk menjadi tipis pada suhu tinggi. Nitrosamina digunakan sebagai antioksidan dan inhibitor korosi karena mereka menutralkan asam dan membentuk lapisan pelindung pada permukaan logam.

Proses Pembuatan

Minyak pelumas diekstraksi dari minyak mentah, yang melalui proses pemurnian awal (sedimen) sebelum dipompa ke menara fraksiasi. Menara fraksiasi efisiensi tinggi yang典型, diameter 25 hingga 35 kaki (7,6 hingga 10,6 meter) dan tinggi hingga 400 kaki (122 meter), terbuat dari baja berkualitas tinggi untuk menahan senyawa korosif yang ada dalam minyak mentah; di dalamnya, dilengkapi dengan serangkaian tangki pengumpul kondensat yang naik. Dalam menara, ribuan hidrokarbon dalam minyak mentah dipisahkan satu sama lain melalui proses yang disebut distilasi fraksional. Saat uap naik melalui menara, fraksi-fraksi yang berbeda mendingin, menguap, dan kembali ke bentuk cair pada laju yang berbeda yang ditentukan oleh titik didihnya (semakin rendah titik didih fraksi, semakin tinggi ia naik sebelum menguap). Gas alam mencapai titik didihnya terlebih dahulu, diikuti oleh bensin, minyak tanah, minyak bakar, pelumas, dan tars.

Sedimentation

• 1 Minyak mentah diangkut dari sumur minyak ke raffinasi melalui pipa atau kapal tangki. Di raffinasi, minyak melalui sedimen untuk menghilangkan air dan kontonan padat, seperti pasir dan batu, yang mungkin tersuspendi di dalamnya. Selama proses ini, minyak dipompa ke tangki penyimpanan besar, di mana air dan minyak diizinkan untuk terpisah dan kontonan menempel di bawah minyak.

Fractionating

• 2 Selanjutnya, minyak mentah dipanaskan hingga sekitar 700 derajat Fahrenheit (371 derajat Celsius). Pada suhu ini, ia terurai menjadi campuran uap panas dan cair yang kemudian dipompa ke dasar menara fraksiasi pertama dari dua. Di sini, uap hidrokarbon panas mengambang ke atas. Saat mendingin, mereka menguap dan dikumpulkan dalam tangki yang dipasang di tingkat yang berbeda di menara. Dalam menara ini, tekanan atmosfer normal dipelihara secara berkelanjutan, dan sekitar 80 persen uap minyak mentah menguap.
• 3 20 persen minyak yang tersisa kemudian dipanaskan kembali dan dipompa ke menara kedua, di mana tekanan vakum menurunkan titik didih minyak sisa sehingga dapat dibuat untuk menguap pada suhu yang lebih rendah. Senyawa lebih berat dengan titik didih yang lebih tinggi, seperti tar dan senyawa anorganik, tetap di belakang untuk pemrosesan lebih lanjut.

Filtering and solvent extraction

• 4 Setelah pemrosesan lebih lanjut untuk menghilangkan senyawa yang tidak diinginkan, minyak pelumas yang telah dikumpulkan di dua menara fraksiasi dilewatkan melalui beberapa filter ultra halus, yang menghilangkan kotoran yang tersisa. Aromatik, satu kontonan tersebut, mengandung cincin enam karbon yang akan mempengaruhi viskositas minyak pelumas jika tidak dihapus dalam proses yang disebut ekstraksi pelarut. Ekstraksi pelarut mungkin karena aromatik lebih larut dalam pelarut daripada fraksi minyak pelumas. Saat minyak pelumas dirawat dengan pelarut, aromatik larut; nantinya, setelah pelarut dihapus, aromatik dapat dipulihkan darinya.

Additives, inspection, and packaging

• 5 Akhirnya, minyak dicampur dengan aditif untuk memberikan properti fisik yang diinginkan (seperti kemampuan untuk menahan suhu rendah). Titik ini, minyak pelumas melalui berbagai tes kontrol kualitas yang menilai viskositas, gravitas spesifik, warna, titik nyala, dan titik api. Minyak yang memenuhi standar kualitas kemudian dikemas untuk penjualan dan distribusi.

Quality Control

Kebanyakan aplikasi minyak pelumas memerlukan bahwa mereka non-resin, warna pucat, tidak berbau, dan tahan oksidasi. Sepuluh lebih tes fisik dan kimia digunakan untuk mengklasifikasi dan menentukan grade minyak pelumas. Tes fisik umum termasuk pengukuran viskositas, gravitas spesifik, dan warna, sementara tes kimia umum termasuk tes untuk titik nyala dan titik api.

Dari semua properti, viskositas, resistensi minyak pelumas terhadap aliran pada suhu dan tekanan tertentu, mungkin merupakan yang paling penting. Aplikasi dan rentang suhu operasi adalah faktor kunci dalam menentukan viskositas yang tepat untuk minyak. Misalnya, jika minyak terlalu viskos, ia menawarkan terlalu banyak resistensi terhadap bagian logam yang bergerak satu sama lain. Di sisi lain, jika tidak viskos cukup, ia akan ditekan keluar dari antara permukaan yang bersesuaian dan tidak akan dapat melumasinya dengan cukup. Saybolt Standard Universal Viscometer adalah instrumen standar untuk menentukan viskositas pelumas minyak antara 70 dan 210 derajat Fahrenheit (21 dan 99 derajat Celsius). Viskositas diukur dalam Say bolt Universal second, yang adalah waktu dalam detik yang diperlukan untuk 50 mililiter minyak untuk keluar dari cangkir viscometer Saybolt melalui orifice terkalibrasi pada suhu tertentu.

Gravitas spesifik minyak tergantung pada metode pemurnian dan jenis aditif yang ada, seperti timbal, yang memberikan minyak pelumas kemampuan untuk menahan tekanan permukaan mating yang ekstrem dan suhu dingin. Warna minyak menunjukkan keseragaman dari grade atau merek tertentu. Titik nyala dan titik api minyak bervariasi dengan asal minyak mentah. Titik nyala adalah suhu di mana minyak harus dipanaskan hingga uap terbakar yang cukup dipancarkan sehingga akan menyala saat didekati dengan nyala. Titik api adalah suhu yang lebih tinggi di mana uap minyak akan terus terbakar saat dihidupkan.

Minyak motor umum diklasifikasi berdasarkan viskositas dan performa menurut spesifikasi yang ditetapkan oleh Society of Automotive Engineers (SAE). Faktor performa termasuk pencegahan aus, pembentukan debu lumpur minyak, dan pengentalan minyak.

The Future

Masa depan minyak pelumas berbasis mineral terbatas, karena pasokan minyak bumi alami baik terbatas maupun tidak dapat diperbarui. Ahli memperkirakan total cadangan minyak ringan hingga menengah yang dapat direkuperi sebesar 1,6 triliun barel, di mana satu pertiga telah digunakan. Jadi, minyak berbasis sintetik kemungkinan akan semakin penting saat cadangan alami menipis. Ini benar tidak hanya untuk minyak pelumas tetapi juga untuk produk lain yang dihasilkan dari pemurnian minyak mentah.