Oksidasyon Nedir ? Aktif olarak kullanılan bir yağlayıcının en baskın reaksiyonudur. Yağdaki viskozite artışı, vernik, çamur ve tortu oluşumu, katkı maddesinin tükenmesi, baz yağının bozulması, filtre tıkanması, köpük kontrolünde kayıplara neden olur.
Ayrıca asit satısı, pas oluşumu ve korozyon gibi çok sayıda yağlayıcı probleminden kaynaklanır. Bu nedenle de oksidasyonu anlamak ve kontrol etmek tamamen yağlayıcı kimyagerlerinin önceliğindedir.
Tahmini okuma süresi 6 dakika
İçindekiler
Yağlayıcıların tamamı oksidasyon kontrol sistemi ile tasarlanmıştır. Bu nedenle, her bir yağlayıcının formülasyonu antioksidanlar içerir. Bu antioksidanlar feda edilecek şekilde tasarlanıyor. Bu sayede koruma sağlamak için geri kalan yağlayıcıdan (baz yağ) önce reaksiyona girer veya oksitlenirler.
Bu koruma, yağlayıcınızı erken arızalardan koruyan tek mekanizmadır. Bir yağlayıcı geliştirmek için, kimyager bu antioksidanların ne türlerini ne de hangi miktarda yağı formülasyona dahil edeceğini bilmelidir.
Bu nedenle de kullanılan sıvının kullanım ömrünü izleyen herkes bu katkı maddelerini de takip etmelidir. Yazımızın devamında bu sorunları incelemek için kullanılan araçlar ile birlikte oksitlenme detaylı bir şekilde açıklanmıştır.
Yağlarda Oksidasyon Nedir ve Yayılma Adımları Nasıldır ?
Bir hidrokarbon sıvısının oksidasyonu üç temel adım içerir; başlatma, yayılma ve sonlandırma.
Oksidasyon nedir sorusunu cevapladıktan sonra oksidasyonun yayılma süreçlerini detaylandıracağız. Yukarıdaki adımlar akılda tutularak oksitlenme, bir veya daha fazla adımın veya fazın kontrolü yoluyla yönetiliyor.
Bu işlem oksijen kaynağını sınırlandırılıyor (başlatma), reaksiyon döngülerinin sayısını kısaltarak (yayılma) veya alternatif durdurma yöntemlerini ekleyerek (sonlandırmayı artıracak) elde edilmekte.
Bir dereceye kadar bu yöntemlerin tümü yağlayıcı formülasyonunda kullanılıyor. Başlatma adımı süreci başlatır ve oksijen geçişini önlemek için ilk savunma hattıdır.
Yayılma adımlarına neyin neden olduğunu anlamak oksidasyonun azalmasını da sağlıyor. Sonlandırma adımı tüm döngüyü durdurur. Antioksidanlar bu yayılmayı kırmak ve kararlı radikaller oluşturmak için kullanılıyor. Böylece de döngüyü durdurur.
Yağın sağlığını anlamak için en etkili test yöntemlerinden biri bu antioksidanların sağlığının farkında olmaktır.
Oksidasyon nedir ve yayılma süreçlerinden de bahsettiğimize göre şimdi sıcaklık ve analiz konularını detaylandıralım.
Sıcaklığın Oksidasyona Etkisi
Oksidasyon sürecini hızlandırmak için genellikle ısı kullanılıyor. Çünkü sıcaklığın herhangi bir reaksiyon üzerinde iki etkisi vardır.
İlk etki aktivasyon enerjisini içerir. Bu aşamada sistem, reaksiyonu eşiğin üzerine itmek için yeterli enerji içermiyorsa hiçbir şey olmaz.
İkinci etki, reaksiyon hızı ile ilgilidir. Sıcaklıktaki her 10 °C (18 °F) artış için bir reaksiyon (oksidasyon) hızı yaklaşık olarak iki katına çıkacaktır. Bu sıcaklıktaki her 10 °C (18 °F) artış için yağ ömrünün yarı yarıya azalacağı anlamına gelir.
Testler genellikle sıcaklıkta bir artış durumunda veya bir katalizör eklenmesiyle sonuçlanan sıvının oksidasyonunu incelemek için geliştirildiler.
Kolaylık sağlamak için “gerçek hayatın” bu değişiklikleri, daha kısa bir zaman diliminde bir test yapmak için kullanılıyor.
Söz konusu bu yöntemlerin uygulanması genellikle yararlıdır. Bununla birlikte, gerçek hayattaki uygulamalar yağların davranışı ile uyuşmayabileceğinden, elde edilen veriler her zaman dikkatli bir şekilde incelenmelidir. Ek reaksiyon yolları ana yol haline gelebilmekte ve araştırmacıyı yanlış yönlendirdiği de görülmektedir.
Analiz
Çoğu yağlayıcı oksidasyonu kontrol etmek için antioksidanlarla formüle edilmiş olsa da kaçınılmaz bozulmalar engellenemiyor.
Bu nedenle yağlayıcının oksidasyon durumunu değerlendirmek için birçok test geliştirilmiştir. Bu testlerin bazıları yağlayıcının potansiyel ömrünü incelerken diğerleri oksidasyonun sonuçlarına bakar.
Oksidasyon Rezervi
Bir yağ formülasyonu tasarlanırken, bu formülasyonun karşılanması için bir dizi test gereklidir. Formülasyonun nihai uygulamasından bağımsız olarak test serisi her zaman birçok oksidasyon testi içerir.
Oksidasyon testlerinin gereksinimleri (zaman, sıcaklık, katalizör, atmosfer ve yorumlama yöntemleri) yağlayıcının uygulama yapısına göre tasarlanmıştır.
Oksidasyon testlerinin bir bölümünü aşağıdaki şekilde gösterebiliriz;
- Döner basınçlı oksidasyon testi RPVOT
- Evrensel oksidasyon testi
- Türbin yağı stabilite testi TOST
- Evrensel oksidasyon testi
- Basınç farkı taramalı kalorimetri
İlave olarak türbin yağı oksidasyon potansiyelini incelemenizde fayda vardır.
Testler, reaksiyon sıcaklığında veya oksijen konsantrasyonunda farklılık gösterir. Bir yağlayıcı, genellikle yağın sıcaklık etkilerini değerlendirmek için bu testlerin birkaçıyla ölçülebiliyor.
Bir yağlayıcı birden fazla sıcaklık bölgesinde çalıştığından farklı sıcaklıklarda test yapmak yağın genel kalitesinin daha iyi değerlendirilmesini sağlar.
Koruma
Oksidasyon korumasını ölçen analitik testlerin çoğu, yağlayıcıdan meydana gelen oksidasyonun miktarını ölçer. Doğrusal Tarama Voltametrisi (LSV) ve FTIR, oksidasyonu kontrol etmek için yağda bulunan antioksidan katkı maddesinin/katkılarının konsantrasyonunu ölçebilen iki testtir.
LSV, hem amin hem de fenolik antioksidanları ölçmek için tarama voltajı kullanan bir lineer süpürme voltametresi uygulamasıdır. Yani bir yağa göre kalibre edildiğinde yağlayıcının kalan oksidatif ömrünü tahmin etmek için kalan antioksidan konsantrasyonu belirlenebilir.
Benzer bilgiler FTIR’dan da elde edilebilmekte. Bu yöntem ile fenolik ve amin antioksidanlar FTIR spektrumunda görülebiliyor. LSV gibi FTIR spektrumun tepe alanı antioksidan konsantrasyonunu ölçmek için de kullanılıyor.
Hem FTIR hem de LSV’den elde edilen yağın kalan ömrü yalnızca yeni yağ ömrünün yüzdesi olarak ifade edilebilir.
Sadece yağın tarihi ömrünün saat cinsinden bilinmesi ve uygulama koşullarının sabit kalması durumunda kalan yağ ömrünü saat sayısı ile ilişkilendiriliyor.
Kontrollü operasyonları olan türbin yağları gibi sistemler için kullanım ömür yüzdesi için belirlenmiş komtaminasyon sınırları olabilir.
Oksidasyon İlerlemesi
Oksidasyonu incelemek için yaygın bir yöntem, ilerlemesine yön vermektir. Oksidasyon sonuçları, sıvının asit sayısındaki artış (veya motor yağlarında asit oluşumundan kaynaklanan baz sayısındaki kayıp) viskozite, FTIR karbonil oksidasyonu ölçülerek takip ediliyor. Oluşan ketonlar, aldehitler, esterler ve asitler oksidasyon reaksiyonlarını oluşturur.
Pentane/Toluene Insolves D893 gibi belirli testler hem sert hem de yumuşak çözünmeyenleri ölçse de Membran Filtration D4055, QSAsm3 veya filtre kağıdı ile Pentane Insolves gibi testler uygulamada oksidasyon ürünlerinin miktarını takip ediyorlar.
Oksidasyon durumunda sıvı, çözünmeyen yoğuşma ürünlerinin oluşumunu ölçmek, oksidasyon miktarını izlemek anlamına gelir.
Söz konusu bu farklı yöntemlerin uygulanması, sonuçların takip edilmesi, oksidasyonun kök nedenini ve mekanizmasının anlaşılmasını sağlamakta.
Örneğin, oksidasyon düşük sıcaklıkta meydana gelirse önemli FTIR oksidasyonu ve az miktarda çözünmeyen ürünler belirgin olacaktır.
Öte yandan yüksek sıcaklıklar yoğuşma reaksiyonlarına neden olabilmekte ve çözünmeyen ürünleri arttırıyor. Birçok termal kırma işlemi (mikrodizelleştirme veya yakma gibi) oksidasyonu teşvik edecektir. Ancak aynı zamanda işlemin bir işareti olarak FTIR nitrasyonu yoluyla gözlemlenebilen nitratlar üretecektir.
Oksidasyon miktarını ölçmek için genellikle daha az sıklıkla kullanılan testlerde vardır. Ancak yine de bu yöntemlerden en umut verici olanı sıvının elektriksel polaritesinin veya geçirgenliğinin ölçülmesi ile gerçekleşiyor.
Empedansın gerçek kısımları; iletkenlik ve hayali kısım, geçirgenlik veya Dielektrik katsayısı, sıvının polaritesindeki değişiklikten etkilenir. Oksidasyon, yağlayıcı polaritesindeki bu değişikliğin ana kaynağıdır.
Oksidayon Testlerinin Sonuçları
Bu nedenle çoğu durumda gerçek zamanlı bir ölçüm olarak yağ kalitesini değerlendirmek için dirençle ilgili bu ölçümleri kullanan yeni sensör teknolojileri ortaya çıkıyor.
Oksidasyon üzerine 140 yıldan fazla bir süre çalışılmış olmasına rağmen, hala tam olarak anlaşılamadı. Sıvı kimyası, reaksiyon sıcaklığı ve reaksiyon koşulları, yağlayıcının hizmet içi davranışını tahmin etmek amacıyla test deneylerinde değiştirilir.
Testler oksidasyon rezervini (kalan koruma miktarı) ve oksidasyonun ilerlemesini (gerçekleşen oksidasyon miktarı) ölçmek için tasarlanmıştır. Her iki test yönteminin de avantajları vardır ve bu testlerin etkinliği, kullanımdaki sıvının çalışmasına bağlıdır.
Bir test oksidasyonu ne kadar iyi ölçebilirse, sıvının ömrü hakkında o kadar fazla bilgi elde edilebilmekte. Sıvının oksidasyon sorununu nasıl ele aldığını anlamak, sıvı arızalarının bu temel nedenini düzeltme girişimini artırıyo.
Yağ kimyacısı, mevcut ölçüm aletlerinin ve bunların neyi gösterebileceğinin farkında olmalıdır. Bu nedenle bu sıvı arızası kaynağı ele alınabilir ve potansiyel olarak azaltılabilir.