Endüstriyel yağlar döner ekipmanlar için en kritik konulardan biridir. Vidalı kompresörlerde yağın iki temel işlevi vida sürtünmesini önleme ve soğutmadır. Atmosferden emilen havanın basıncı arttıkça sıcaklığı da artacaktır. Nitekim kompresör vidasının çıkış sıcaklıkları 100°C üzerine çıkabilir. Bununla birlikte atmosfer havası sıkıştırıldığında içindeki nem de yoğuşacaktır.
Bu itibarla kompresör separatöründe içeriği sıcak basınçlı hava, yağ ve su olan bir karışım bulunur. Örneğin yaz aylarında Adana’da (30°C, %75 bağıl nem) çalışan 55 kW gücünde bir kompresörde, günde yaklaşık 100 litre civarında su yoğuşacaktır. Bu miktar vida çıkışından yağ separatörüne gönderilir. Özetle kompresör yağında su olması kaçınılmazdır.
Kompresör Yağında Su Neden ve Nasıl Var?
Atmosferden emilen havadaki nem basınç altında yoğuştukça yağ devresindeki su miktarı artar. Kompresör yağı belirli bir miktarda suyu çözünmüş halde barındırabilir, bu beklenen bir durumdur. Esasında gaz fazında suyun sisteme önemli bir etkisi de bulunmaz. Ancak özellikle düşük sıcaklıklarda çalışan kompresörlerde gerek basınçlı havanın gerekse yağın içinde buhar fazında su tutma kapasitesi azalacağı için su buharı sıvı faza dönüşür.
Sürekli düşük kapasitelerde çalışan değişken devirli (invertörlü) kompresörlerde ya da ideal çalışma sıcaklığına erişemeyen büyük seçilmiş kompresörlerde yağ devresinde beklenenden fazla sıvı su bulunması tipik bir sorundur. Bu durum başta kompresör vidası olmak üzere tüm iç aksama zarar verip kompresör performansını etkileyecek, ekipman ömrünü kısaltacak ve ani duruşlara sebebiyet verebilecektir.
Yağdaki Su Miktarının Tespit Edilmesi ve Ölçeklendirilmesi
Yağ içinde bulunan nemi miktarının ölçülmesi için geleneksel yaygın kullanım ppm (parts per million) cinsinden hacimsel ya da kütlesel oran olarak belirlenmesidir.
Hacimsel: 1ppmv su = 1 litre su / 1.000.000 litre su
Kütlesel: 1ppmm su = 1 g su / 1.000.000 g su
Kompresör yağında su Şekil-1’deki gösterilen üç formda da bulunabilir. Bunlardan asıl tehlikeli olanı suyun sistemde yoğuşması ve serbest halde kalmasıdır. Bu durumda yağ devresindeki akış çift fazlı hale gelecek, özellikle ilk çalıştırma anlarında ve çalışma sıcaklığın düşük olduğu durumlarda sorunlar yaşanacaktır.
Yağ içinde bulunan nem miktarını ppm cinsinden ifade etmek alışılmış yöntem olsa da canlı sistemlerde bu yöntemi kullanmak doğru değildir. Çünkü yağın doyma noktası (saturation point) sıcaklığa ve yağın kompozisyonuna bağlıdır. Kompresör sistemlerinde mutlak su miktarı sabit kalsa bile sıcaklık koşullara göre değişir. Ayrıca zamanla eskiyen yağda kimyasal ve fiziksel değişimler ortaya çıkacaktır. Bu iki koşul yağın kompozisyonunu, doğal olarak doyma noktasını değiştirecektir.
Şekil 2’de, 30°C sıcaklıkta yapılan ilk ölçümde yağ içindeki su miktarı 2000 ppm olarak ölçülmüştür. Bu sıcaklıkta doyma noktası 3000 ppm’dir. Aynı yağın sıcaklığı arttıkça doyma noktası da yükselerek, 80°C sıcaklıkta 5000 ppm’e çıkmıştır. İkinci koşulda da (80°C) yağ içindeki mutlak nem 2000 ppm olarak sabittir ancak yoğuşmaya olan mesafe sıcaklıkta artmaktadır.
Yağın sıcaklığı gibi içeriği de dinamiktir. Zamanla yağın içindeki kimyasal değişimler olacak ve doyma noktası buna bağlı olarak değişecektir. Dolasıyla yaşana bir sistem olan endüstriyel yağ devresindeki nemi kontrol edilmesi için mutlak nem yani ppm ölçümü yanıltıcı sonuçlara neden olur.
Su aktivitesi (aw) nedir?
Su aktivitesi aw (water activity) nemin yağ içindeki bağıl oranına benzer bir fiziksel özelliktir. Suyun kısmi buhar basıncının, ilgili sıcaklıktaki maksimum buhar basıncına oranıdır.
aw = p / p0
p = suyun kısmi buhar basıncıdır. Bu değer sıcaklığa bağlıdır.
p0 = suyun ölçülen sıcaklıktaki doymuş buhar basıncıdır.
Bu formülde mutlak nem miktarı ve sıcaklık değişse de mevcut durumda sistemdeki suyun yoğuşmaya ne kadar uzak olduğu iki bağımsız değişkenle ölçülmüş olur. Dikkat edilmesi gereken, su aktivitesi değerini ölçen sensörün aynı zamanda sıcaklığı da ölçerek gerekli düzeltmeyi yapmasıdır. Bu sebeple su aktivitesi ölçümü yapan sensörden sıcaklık bilgisinin de alınması, ölçümün doğruluğun teyit etmek için faydalı olacaktır.
Şekil 2’de mutlak nem miktarı sabit kalsa da ilk durumda su aktivitesi 0,67 ikinci durumda ise 0,4 olarak ölçülür. Bu sayede yoğuşma noktasında ne kadar uzakta olduğumuza dair daha sağlıklı bir analiz yapmak mümkündür.
Endüstriyel yağlardaki nem içeriğinin su aktivitesi (aw) cinsinden ölçülmesi Şekil 3’te yer alan dijital sensörle mümkündür. Bu tür sensörlerden su aktivitesi, sıcaklık ve bağıl nem değerleri analog sinyal olarak alınabileceği gibi modern arayüzlerle haberleşmek de mümkündür.