YAĞDA SU PROBLEMİ VE SUYUN ETKİLERİ
Su ve yağ birbirine karışmaz - yağlama işinde iyi bilinen bir atasözüdür. Ama bu tam olarak ne anlama geliyor? Evet, su kirliliği sorunlu olabilir, ancak su nasıl ölçülebilir? Kontrol edilebilir mi? Kaldırmak için en iyi seçenekler nelerdir? Bu makale, su kirliliğinin hidrolik ve diğer yağlama sistemleri üzerindeki zararlı etkilerini gözden geçirmekte ve suyu ölçme, kontrol etme ve uzaklaştırmanın yollarını açıklamaktadır.
Şekil 1. Tipik Bir Türbin Yağlama Yağı için Doygunluk Eğrisi
Su Halleri
Su, hidrolik sıvılarda ve diğer yağlayıcılarda çözünmüş, emülsiyon haline getirilmiş veya serbest su olarak bulunabilir. Sıvının daha fazla çözünmüş suyu tutamayacağı noktaya doygunluk seviyesi denir. Sıvının tutabileceğinden daha fazla çözünmüş su mevcutsa, fazla su (veya serbest su) ayrı bir toplu su fazı veya bir emülsiyon olarak mevcut olabilir.
Tipik olarak aşırı doymuş sıvılar bulanık görünür. Bir sıvının doygunlukta ne kadar su tutabileceği, büyük ölçüde sıvı temel stok türüne, katkı maddesi paketine, sıcaklığa ve basınca bağlıdır. Örneğin, çok az katkı içeren yüksek oranda rafine edilmiş mineral yağlar doygun hale gelmeden önce çok az su tutar, 70 ° F'de milyonda yaklaşık 100 parça (ppm).
Diğer uçta, haddehane uygulamalarında kullanılanlar gibi ester bazlı hidrolik sıvılar, 70 ° F'de 3.000 ppm'den fazla doyma seviyelerine sahip olabilir ve daha yüksek sıcaklıklarda daha da yüksek olabilir.
Tipik bir türbin yağlama yağı için doyma eğrisi (Şekil 1), sıcaklık ve doyma seviyeleri arasındaki ilişkiyi gösterir: Bir sistem 100 ° F'de çalışıyorsa ve sıvı yalnızca çözünmüş su (100 ppm) içeriyorsa, ortam sıcaklığına bir düşüş ( 70 ° F), bir kapatma sırasında olduğu gibi, sistemde serbest su bulunmasına yol açar, çünkü ortam koşullarındaki doygunluk seviyesi 100 ppm'den azdır.
Öte yandan, doygunluk seviyesine ulaşılırsa veya aşılırsa (100 ° F'de bu 200 ppm olacaktır), çalışma sıcaklığında suyun girişi de serbest su varlığına yol açabilir.
Şekil 2. Bağıl Yatak Yorulma Ömrü1
Su Kaynakları
Su, çeşitli kaynaklardan gelebilir. Çevresel giriş örnekleri, dış rezervuarlara yağmur sızıntısı, rezervuar kapakları, erişim panelleri, nefeslikler veya aşınmış contalardan sızıntı ve rezervuarlardaki ve diğer sistem alanlarındaki havadan gelen yoğunlaşmadır. Su ayrıca sıvı sistemine proses tarafından, sızdıran ısı eşanjörlerinden veya soğutuculardan veya soğutma suyu, yıkama suyu veya buhar gibi proses suyunun doğrudan girişinden de girebilir.
Akıllı sistem tasarımı ve iyi temizlik ile su girişi en aza indirilebilir, ancak tüm su kaynaklarını tamamen ortadan kaldırmak zordur (ve maliyetlidir).
Suyun Etkileri
Hidrolik sıvılarda ve yağlayıcılarda su varlığı, sistem bileşenleri üzerinde geniş kapsamlı etkilere sahip olabilir. Muhtemelen en belirgin etki olan yüzey korozyonu, doğrudan serbest dökme su varlığıyla bağlantılıdır. Yataklardaki gibi hızlanan metal yüzey yorgunluğu, sıvıda bulunan tüm su çözülse bile artırılabilir. Bu, 19771'de çözünmüş suyun konik makaralı rulmanların yorulma ömrü üzerindeki etkisini araştıran Cantley tarafından incelenmiştir.
Cantley, bağıl yatak ömrü ile testlerde kullanılan yağlayıcının su içeriğini birbirine bağlayan bir denklem geliştirdi; pas ve oksidasyonu önleyici katkı maddeleri içeren bir SAE 20 sıvısı. Yatak yağlama maddesi, 150 ° F'lik test sıcaklığında doyma seviyesine yakın, 400 ppm'e kıyasla yalnızca 25 ppm çözünmüş su içeriyorsa, yatak ömrünün beş kat uzatılabileceğini gösterdi. Şekil 2, Cantley'in bulgularının bir uyarlamasını gösterir ve su içeriği ile göreceli yatak ömrü arasındaki güçlü ilişkiyi gösterir.
Suyun sıvı sistemler üzerindeki diğer etkileri arasında, artan bileşen aşınmasına2 yol açabilen suyun varlığından kaynaklanan yağlama özelliklerinin azalması (yağlayıcı film kalınlığı, yük taşıma yeteneği, vb.) Ve buz kristalleri nedeniyle bileşenlerin sıkışması sayılabilir. Düşük sıcaklık.
Şekil 3. Kapasitif Su Sensörü Teknolojisi
Su yalnızca bir hidrolik veya yağlama sisteminin bileşenlerini etkilemekle kalmaz, aynı zamanda sıvının kendisini fiziksel ve kimyasal olarak da değiştirebilir. Suyun varlığından en çok etkilenen fiziksel özellikler şunları içerir:
* viskozite
* kayganlık ve yük taşıma özellikleri
* güç aktarım özellikleri (sıkıştırılabilirlik), özellikle hidrolik sistemlerde
Küçük miktarlarda suyun bile ölçülebilir bir etkiye sahip olabileceği kimyasal özellikler şunlardır:
Termo-oksidatif kararlılık. Oksijenin sıvı baz stok ile reaksiyonu oksijenli bileşikler oluşturur ve ısı ve su mevcudiyeti ile hızlanır. Aşınma kalıntısı şeklindeki metaller genellikle bir katalizör görevi görür. Oksidasyon, sonuçta daha yüksek viskoziteye ve polimerik bileşikler veya çamurlar gibi birikintilere yol açar. Isı ve suyun bir sonucu olarak ester bazlı sıvıların ayrışması olan hidroliz, asitler ve alkollerle sonuçlanarak aşındırıcılığın artmasına neden olur. Biriktirme özellikleri (kurum, koklaşma)
Sıvılarda Su İçeriğinin Ölçülmesi
Hidrolik ve yağlama sıvılarında su içeriğini ifade etmek için yaygın olarak kullanılan iki yöntem vardır: ppm cinsinden mutlak içerik, ağırlık veya hacim olarak milyonda parça (ppm) olarak su içeriğini ifade eder. Bu yöntem tipik olarak su içeriği spesifikasyonları için kullanılır. Doyma yüzdesi olarak ifade edilen bağıl içerik, belirli bir sıcaklıkta doygunluk düzeyine göre sıvı su içeriğini gösterir. Serbest su oluşumunun yaklaşması konusunda daha net bir uyarı verir.
Hidrolik sıvı ve yağlama yağları içinde su miktarını ölçmek için çeşitli teknikler vardır. Nihai seçim, hızlı bir değerlendirmenin mi yoksa hassas bir ölçümün mi gerekli olduğuna bağlıdır. Tipik olarak uygulanan tekniklerden bazıları şunları içerir:
Bunlardan yalnızca Karl Fischer titrasyonu ve kapasitif su sensörlerinin kullanımı, daha doğru kantitatif yöntemler olduğundan su içeriğini izlemek için kullanışlıdır. Su içeriğini izlemenin klasik yolu, temsili bir numunenin alınmasını ve analiz için bir laboratuvara, genellikle de Karl Fischer titrasyonuna gönderilmesini içerir. Bu güvenilir ve doğru bir yöntem olsa da, en büyük dezavantaj, örnekleme ve analiz sonuçları arasındaki zaman gecikmesidir.
Şekil 4. Uygun Kontrol Düzeyini Seçme
Kapasitif Su Sensörü
Bir kapasitif su sensörü, diğer taraftan, teklifler gerçek zamanlı izleme ve kontrol cihazı olarak da kullanılabilir. Bu cihaz, hava nem sensörünün geliştirilmiş halidir. Elektrotlar arasına bir dielektrik polimerin sıkıştırılmasıyla oluşturulan kapasitif bir hücreden oluşur (Şekil 3). Alt elektrot, neme karşı dayanıklı olan bir seramik substrat üzerine yerleştirilirken, üst kapasitör plakası - bir dielektrik polimer - su moleküllerinin iletilmesine izin verir.
Su molekülleri, sıvıya göre polimerin nemine bağlı olarak bu tabakanın içine veya dışına taşınır. Bu, dielektrik sabitini ve dolayısıyla kapasitörün kapasitansını değiştirir. Kapasitanstaki bu değişiklik daha sonra sıvının doygunluk seviyesi ile orantılı bir sinyale dönüştürülür, yüzde 100 doygunluk, verilen sıcaklıkta sıvıda suyun çözünürlük sınırına karşılık gelir.
Su doygunluk seviyeleri, bir kalibrasyon eğrisi aracılığıyla sıvı sıcaklığı ile birlikte belirli sıvı markası için belirlenen sıvı parametrelerini kullanan bir algoritma aracılığıyla mutlak su konsantrasyonu (ppm) ile ilişkilendirilebilir.
Karl Fischer Titrasyonu
Karl Fischer yöntemi, bu dönüşüm için referans olarak sıvılardaki mutlak su içeriğinin belirlenmesi için kullanılır.4 Bu dönüşüm, entegre bir direnç sıcaklık detektörü (RTD) ile elde edilen su sensöründeki sıvı sıcaklığının ölçülmesini gerektirir. sensörü. Şekil 3'teki beyaz noktaların altın tabakanın gözenekliliğini temsil ettiğine dikkat edin.
Su Kontrol Seviyelerinin Ayarlanması
Çoğu endüstriyel hidrolik ve yağlama sistemi için, tipik olarak yüzde 50 veya daha az doygunlukta önerilen uygun şekilde ayarlanmış bir kontrol seviyesi, su kirlenmesinin zararlı etkilerini en aza indirir. Kontrol seviyesi, mümkünse, kapatma sırasında soğuk ortam gibi beklenen en düşük sistem sıcaklığında seçilmelidir. Yukarıda gösterildiği gibi, çoğu sıvı daha düşük sıcaklıklarda daha az su tutabilir.
Herhangi bir sistem koşulunda serbest su oluşumunu önlemek için, kontrol seviyesi en azından beklenen en düşük sıcaklıkta doygunluk seviyesine ayarlanmalıdır. Ancak bu, suyun girişini hesaba katmaz, bu nedenle kontrol seviyesinin yüzde 50 doygunluğa ayarlanması tavsiye edilir, çünkü bu, yüzey korozyonuna veya sıvı özelliklerinin kaybına (örneğin, yağlama, sıkıştırılabilirlik) bağlı olarak bir koruma sağlar. serbest su varlığı.
Ek olarak, bu aynı zamanda mutlak su içeriğini makul ölçüde düşük tutar ve bu da reaktanlardan biri olarak suya bağlı olan tüm kimyasal reaksiyonları yavaşlatır (örneğin, sıvı hidrolizi ve bileşen yüzey bozulması). Şekil 4, bu metodolojiyi göstermektedir.
Şekil 5. Püskürtme Nozulu Kütle Aktarımı Arıtıcı
Su Giderme Yöntemleri
Etkili su kontrolünün ayrılmaz bir parçası, suyu hidrolik veya yağlama sisteminden verimli bir şekilde çıkarma yeteneğidir. Su giderme yöntemlerinden bazıları aşağıda tartışılmaktadır.
Boşaltma: Çoğu hidrolik ve yağlama sistemi, kirletici maddelerin ayrılmasını kolaylaştırmak için boyutlandırılmış rezervuarlara sahiptir; serbest yüzeye yükselen hava ve tabana düşen su. Rezervuarın düzenli olarak boşaltılması, serbest suyu gidermenin ucuz bir yoludur ve bakım süresini kısaltmak için otomatik boşaltma vanaları mevcuttur.
Santrifüjler, santrifüj kuvvetiyle suyu sıvılardan ayırır ve ayırma için sıvı ile su arasındaki özgül ağırlık farklarından yararlanır. Serbest ve emülsiyon haline getirilmiş suyun bir kısmını (emülsiyonun bağıl stabilitesine bağlı olarak) çıkarırlar, ancak çözünmüş suyu çıkarmazlar. Santrifüjlü ayırma, sıvıların sürekli dekontaminasyonu için uygundur, ancak mükemmel sudan ayrışma (yağ / su ayrımı) gerektirir. Yüksek sermaye ve bakım maliyetleri ile yüksek güç talebi, bu teknolojinin dezavantajlarından bazılarıdır.
Birleştiriciler, su damlacıklarını bir filtre veya süzgecin yüzeyinde veya yakınında tutarak sıvı akışından ayırır, böylece damlacıklar bir araya gelir (birleşir) ve olabilecekleri yerde kabın dibine düşmelerine izin verecek bir boyuta büyürler. ayıklandı. Birleştiriciler çözünmüş suyu ayıramaz. Birleştiriciler, su ve sıvı fazı arasındaki ara yüzey gerilimine dayandıklarından, sıvıda yüzey aktif maddelerin varlığında etkisiz hale gelme eğilimindedirler. Ayrıca birleştiriciyi engelleyip etkisiz hale getirebilecek herhangi bir partikül kontaminasyonunu gidermek için ince akış yukarı filtreleme gerektirirler.
Emici filtreler, filtre matrisine emprenye edilmiş süper emici polimerlerle serbest ve emülsifiye suyu çıkarır. Sıvı içinde büyük miktarlarda su bulunduğunda ve çözünmüş suyu veya güçlü şekilde emülsiyon haline getirilmiş suyu çıkarmadığında emici su ayırma çok uygun değildir.
Vakum dehidrasyon temizleyicileri, hidrolik sıvıları ve yağlayıcıları kısmi bir vakuma maruz bırakarak kurutmak için kullanılır. İki teknoloji mevcuttur, flaş distilasyon, vakumlu dehidrasyon ve kütle transfer vakumlu dehidrasyon. Her iki işlem de sıvının içindeki suyu buharlaştırmak için sıvı ile boşaltılan hava arasındaki konsantrasyon gradyanını kullanırken, ani damıtma teknolojisi ayrıca daha fazla suyu kaynatmak için ısı uygular ve daha yüksek bir vakumda çalışır. Bu, sıvıdan bir kütle transfer cihazına göre daha fazla su çıkardığı için flaş damıtmayı daha verimli hale getirir. Tablo 1, iki teknoloji arasındaki temel farklılıkları vurgulamaktadır.
Ani damıtma cihazlarında kullanılan yüksek sıcaklık ve vakum, daha düşük kaynama noktalı baz stok fraksiyonlarının ve uçucu katkı maddelerinin kaybına yol açabilir ve termo-oksidatif sıvı bozunmasına neden olabilir - sıvı bütünlüğünün korunması gerekiyorsa ciddi dezavantajlar.
Kütle transferi temizleyicileri, akışkanın kimyasal ve fiziksel özellikleri üzerindeki minimum etkileri nedeniyle tavsiye edilir. Şekil 5'te tipik bir ünite gösterilmektedir. Akışkan, suyun serbest yüzeye ulaşması ve böylece havaya aktarılması için yol uzunluğunu azaltmak için ince bir film halinde yayıldığı vakum odasına beslenir. Bu, birkaç yolla yapılabilir.
Şekil 5, bir aerosol buharı, sıvının püskürtme nozullarından pompalanmasıyla üretilir. Yaygın olarak kullanılan alternatif teknolojiler, sıvıyı istiflenmiş halkalar veya dönen bir disk üzerine boşaltmaktır. Kaptaki vakum atmosfer basıncının yaklaşık yüzde 20'si kadardır ve hava, orijinal hacminin yaklaşık beş katına genişler.
Bu nedenle, hava yüzde 100 bağıl nemde ise (yüzde 100 doygunluk), sıvı buharı içinden geçen boşaltılan hava yüzde 20 bağıl nemdedir ve sıvı ve hava su içeriği içeri girene kadar akışkandan su buharını alır. denge. Böylece, vakuma bağlı olarak, kütle transfer temizleyicileri, tüm serbest suyu ve sıvıdan yüzde 80'e kadar çözünmüş suyu çıkarabilir.
Bir su sensörü ile birleştirildiğinde, kütle transfer arıtıcıları hidrolik ve yağlama sistemlerinde suyu sürekli olarak kontrol etmek için kullanılabilir; ancak, temizleyicilerle elde edilen düşük yüzde doygunluk seviyelerine değil. (Vakum) basıncı ana faktördür.
Sonuçlar
Su, hidrolik ve yağlama sıvısı sistemlerinde önemli bir kirletici olup, sistem bileşenlerinin ve sıvının bozulmasına neden olur. Kuru akışkanlarla çalışarak önemli maliyet tasarrufu sağlanabilir. Önerilen doygunluk seviyesi: Tipik mineral yağ bazlı sıvılar için yüzde 50 veya daha az.
Su izleme teknikleri doğru, tekrarlanabilir ve gerçek zamanlı olmalıdır, böylece su içeriğindeki artışlar derhal düzeltilebilir. Kapasitif bir su sensörü aracılığıyla suyun çevrimiçi izlenmesi, izleme için optimum ve uygun maliyetli bir çözüm sunar. Kütle transfer vakumlu dehidrasyon arıtıcıları, akışkan özellikleri üzerindeki minimum etki nedeniyle hidrolik sıvılardan ve yağlayıcılardan suyun uzaklaştırılması için önerilir.