makina mühendisleri odası
II. ULUSAL
HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ VE SERGİSİ
İ İ İ
BİLDİRİLER KİTABI
İZMİR
mmo yayın no : E/2001/278-1 KASIM 2001
tmmob
makina mühendisleri odası
Sümer Sok. No: 36/1-A Demirtepe, 06440 - ANKARA Tel: (0 312) 231 31 59 - 231 31 64 - 231 80 23 - 231 80 98 Fax: (0 312) 231 3165
ODA YAYIN NO: E/2001/278-1 ISBN 975-395-475-1
BU YAPITIN YAYIN HAKKI MMO' NA AİTTİR.
KAPAK TASARIMI: Ferruh ERKEM - İZMİR Tel / Fax: (0232) 441 02 53 DİZGİ : TMMOB MAKİNA MÜHENDİSLERİ ODASI İZMİR ŞUBESİ
Atatürk Cad. No:422 / 5 35220 Alsancak / İZMİR Tel: (0232)46341 98 Pbx
BASKI: ALTINDAĞ MATBAACILIK - İZMİR Tel: (0232) 457 58 33
i
MMO, bu makaledeki ifadelerden, fikirlerden, toplantıda çıkan sonuçlardan ve basım hatalarından sorumlu değildir.
Hidrolik Sistemlerde Modern Ölçme Yöntemleri
MEHMET KOCABAŞ
Hidroser Ltd. Şti.
MAKİNA MÜHENDİSLERİ ODASI BİLDİRİ
II. ULUSAL HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ VE SERGİSİ
HİDROLİK SİSTEMLERDE MODERN ÖLÇME YÖNTEMLERİ
Mehmet KOCABAŞ
ÖZET
Günümüzde, hidrolik sistemlerin daha performanslı,hassas, hızlı ve kontrol açısından daha esnek olması gerekmektedir. Bu gerekliliklere ilaveten yakalanılmış olan yüksek standartlardan aşağı düşülmemelidir.
Hidrolik sistemlerde yüksek standartlarda kalabilmek için, çok iyi projelendirme, kaliteli imalat, standartlara uygun tesisat .montaj ve devreye alma işlemlerinin yapılması gerekir. Bütün bunlar yapıldıktan sonra devreye alınmış sistemimizin rutin olarak performansının değerlendirilmesi ve oluşabilecek arızaların önceden tespit edilebileceği şartları sağlamak için, hidrolik sistemin özellikle koruyucu - kestirimci ve planlı bakım mahiyetinde kontrollerinin yapılması ve durumun analiz edilmesi gerekir.
Hidrolik akışkanın sıcaklığını, kirliliğini, basıncını ve debisini ölçen modern ölçüm cihazları ile hidrolik sistemdeki analiz edilecek değerler sürekli izlenebilir, kayıt aftına alınabilir, kaydedilen veriler grafik ya da tablolar halinde çıktı olarak alınabilir, ya da bu veriler bilgisayara yüklenerek uzun süreli karşılaştırmalı analizler yapılabilir.
Koruyucu ve kestirimci bakım, servis, makine ayarı ve optimizasyonu gibi konularda çok önemli olan modern ölçüm cihazları, aynı zamanda proses kontrolünde, test makineleri gibi karmaşık ve kapalı devre çevirimlerde yaygın olarak kullanılmaktadır.
GİRİŞ
Hidrolik sistemlerde ölçülmesi ve değerlendirilmesi gereken pek çok parametreler vardır. Bu parametrelerden bazıları akışkanın debisi, basıncı, sıcaklığı ve kirlilik durumudur.
Bütün bu parametrelerin sağlıklı bir şekilde ölçülmesi bize hidrolik sistemin durumu ve performansı açısından bilgi verir. Hidrolik sistemlerin verimliliğinin izlenmesi açısından ve önüne geçilebilecek arızaların önceden kestirilip önlem alınabilmesi açısından bu ölçümlerin yapılması ve değerlendirilmesi çok faydalıdır. Hidrolik sistemlerin performansının en büyük kriterlerinden biri olan basınç ölçümünün güvenilir bir şekilde yapılması ve performans analizi yapılabilmesi için elektronik destekli ölçüm elemanları kullanmak gerekir.
Basınç değerinin sürekli ve kontrol altında tutularak izlenmesi ve analiz edilebilmesi için basınçla doğrusal bir şekilde elektrik çıkışı üreten basınç-elektrik çeviricileri, (basınç transmitterleri) kullanılır.
Basınç Transmitterleri
Basınç transmitterleri gaz ya da sıvı formundaki akışkanların basınçlarını ölçerek doğrusal olarak elektrik sinyallerine çeviren cihazlardır Bu cihazların değişik basınç aralıklarında ölçüm yapabilen
çeşitleri mevcuttur. Mutlak basınç, basınç ve fark basınç transmitterleri olarak üç değişik grupta toplanabilen ölçüm cihazları, konstrüktif açıdan değişiklikler göstermekle beraber, ölçüm metodları ve ölçüm elemanları yönünden birbirlerine benzerler.
Basınç Transmitterlerinin Yapısal Özellikleri
Çok değişik kimyasal özelliklere sahip (Korosif ya da korosif olmayan) sıvı ya da gaz formundaki akışkanların basıncını ölçebilen transmitterlerde ölçüm elemanı olarak basınçla doğrusal olarak direnç değeri değişen piezo-resistive elemanlar ya da ince polysilikon - film tabakası halinde ölçüm hücreleri kullanılır. Akışkanla ölçüm elemanını birbirinden çok özel ve hassas bir şekilde imal edilen paslanmaz malzemeden diyafram ( membran ) ayırır. Ölçüm elemanı ile membran arasında basıncı ileten genellikle silikon esaslı özel bir yağ bulunur. Basınca doğrusal olarak ,ölçüm elemanı üzerindeki direnç değişiminden milivolt cinsinden bir çıkış alınır. Bu çıkış transmitter içerisindeki yükseltici devre vasıtasıyla yükseltilerek transmitter çıkışı olarak 4-20 mA ya da 0-10 V gibi değerler verilir. Bu değerler transmitter içerisinde bulunan yükseltici devreye bağımlı olarak istenilen şekilde ayarlanabilir. Basınç transmitterinin içerisinde bulunan elektronik devrede sıcaklık farklarından dolayı ölçüm çıkışında olabilecek hataları ortadan kaldırmak ve doğrusallığı sağlamak için, sıcaklık dengeleme (Kompanzasyon) devreleri kullanılır.
Transmitter gövdesi ve akışkanla kontak halinde olan diğer tüm parçalar genellikle paslanmaz çelik malzemeden imal edilir. Gövde tek parça ya da elektron ışın kaynaklı yapıda olabilir. Kablo bağlama soketi olarak DİN soket İP 65 kullanılabileceği gibi su geçirmez özel soketler de kullanılabilir (RSF 40) 1- Mutlak Basınç Transmitterleri
Bu grupta ölçüm yapabilen transmitterler atmosferik basınç altındaki değerleri de ölçebilirler.Referans olarak transmitterin gövdesi içerisinde bulunan vakum değerini kullanırlar ya da ölçüm elemanı silikon esaslı olan özel bir sensör kullanılır.
2- Basınç Transmitterleri
Atmosferik basınç, sıfır çıkış değeri olarak kabul edilir. Ölçüm aralıkları çok geniştir. 1000 bar basınca kadar seri üretimleri mevcuttur.
3- Fark Basınç Transmitterleri
Basınç transmitterleri bir noktada oluşan basıncı ya da mutlak basıncı ölçebildikleri gibi, iki nokta arasındaki basınç farkını da ölçebilirler. Basınç farkını ölçen bu cihazlar fark basınç transmitteri diye adlandırılırlar. Debi ölçümü, seviye ölçümü, filtre tıkanıklık durumu tespiti gibi proses ölçümleri başlıca
II. ULUSAL HİDROLİK PNÛMATİK KONGRESİ VE SERGİSİ
kullanım alanlarıdır. Fark basınç transmitterlerinde fark basıncı esas olmakla beraber giriş basınç değeri de önemli bir seçim argümanıdır., örneğin; ölçülmek istenilen fark basıncının 10 bar olduğu bir yerde giriş basıncı 0 bar da olabilir, 1000 bar da olabilir.
Basınç Transmitterlerinin Teknik Özellikleri
Aşağıda piezo - resistive ölçüm sensörlü bir basınç transmitterinin teknik özellikleri incelenebilir.
Basınç aralığı :-1 ila 10 bar (Relatif) Optimum çalışma sıcaklığı :-20 ila 85°C Maximum giriş basıncı :20 bar
Çıkış sinyali :-0.2 ila +2 V Doğrusallık hatası :0.3% TS*
Yeniden tekrar edilebilirlik :0.2% TS*
Akışkan cinsi :Sıvı ve gazlar
Sıcaklık kompanzasyon hassasiyeti :+/- 0.02% TS*/°C Rezonans frekansı : 100 kHz
Şoka karşı direnci :100g
Ani basınç yükselmesi zamanı : 15000 bar/sn
Gövde malzemesi Paslanmaz 1.4462 veya 1802 Diyafram malzemesi Paslanmaz 1.4301
Cevap verme süresi :< 1 ms
*TS: Tam skala ( Bu örnekte 10 bar)
Basınç Transmitterlerinin Çıkış Değerlerinin Analizi
Basınç transmitterlerinin voltaj ya da akım türündeki çıkışları çeşitli elektronik cihazlar kullanılarak analiz edilebilir. Transmitter üreticisi firmaların birçoğu transmitter çıkışını analiz eden ölçüm cihazlarını da üretmektedirler. Genellikle bakım , arıza bulma ya da makine ayarları gibi konularda elde taşınabilir tipleri kullanılır. Bu ölçüm cihazları kendi içerisindeki 9V pillerle çalışırlar. LCD ekran üzerinde basınç, debi, sıcaklık gibi değişik parametreler gösterilebilir. Üzerinde bulunan butonlar vasıtasıyla istenen çıkış değeri ekranda gösterilebilir, minimum ve maximum ölçüm değerleri hafızada tutulabilir, iki ölçüm noktası arasındaki fark değerleri ölçülebilir, ölçüm değerleri kızılötesi bağlantı ile bir yazıcıya ya da PC ye aktarılabilir.
Elektronik Sıcaklık Sensörleri
Elektronik sıcaklık sensörleri hidrolik sistemlerde ve yağlama sistemlerinde akışkanın sıcaklığının izlenmesi ve kontrol edilmesinde kullanılır.
Elektronik Sıcaklık Sensörlerinin Yapısal Özellikleri
Elektronik sıcaklık sensörlerinde en çok kullanılan ölçüm elemanı PT 100 dirençlerdir. Akışkanın depo içerisindeki sıcaklığını ölçmek için bu elemanlar bir daldırma tüpünün içine yerleştirilir. 4 kontaktörlü PT 100 elemanların kablo çıkışı standart DİN soket bağlantılarla yapılır. Bu çıkış 4-20 mA ya da 0-1 OV analog çıktı halinde değişebilir.
Elektronik Sıcaklık Sensörlerinin Teknik Özellikleri ölçme aralığı :0ila100°C Hassasiyet :< +/-1 °C Tekrarlanabildik :< +/- 0.25°C
Çıkış sinyali :4 ila 20 mA yada 0 ila 10 V Reaksiyon süresi :yaklaşık 20 ms
Şoka karşı direnci :10g
Elektronik Debi Sensörleri
Elektronik debi sensörleri bir oransal kontrollü valf ve uygun bir elektronik sürücü sistemle beraber kullanıldığında sonsuz sayıda yüke duyarsız debi kontrolü yapar. Sürgü tipli, türbin tipli ve dişli tip olmak üzere muhtelif çeşitleri mevcuttur.
1- Sürgü Tipli Debi Sensörleri
Kartuş tasarımlı sensör elemanı direkt olarak valf kontrol bloklarına monte edilebileceği gibi, sandwiç dizayn şeklinde valf altlarına modüler bağlantılı ya da dişli tip hat üstü montajlı şekilde kullanılabilir.
Yüksek basınç dalgalanmalarında, ya da basınç artış hızının çok yüksek olduğu şartlarda dahi çok dayanıklı ölçüm sensörleri sorunsuz çalışır. Sensör elemanı yay yüklemeli bir sürgü prensibiyle çalışır.
Akışın olmadığı durumlarda yay kuvvetiyle sıfır konumunda bulunan sürgü, akış başladığında akışın yönüne göre aşağı ya da yukarı hareket eder. Akışın miktarına göre oluşan basınç farkının yarattığı kuvvetle, yay kuvveti dengeyi sağladığında sürgüye bağlı bulunan yol-elektrik çeviricisi (Differantial
II. ULUSAL HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ VE SERGİSİ
transformer) ve bağlı bulunduğu elektronik devre .sürgünün aldığı mesafeye oransal olarak çıkış voltajı üretir.
Çıkış voltajının polaritesi akışkan debisinin yönünü gösterir.
Teknik Özellikler ölçüm aralığı Çalışma basıncı Akışkan
Viskozite aralığı Çıkış voltajı
Cevap verme zamanı Tekrarlanabildik hassasiyeti Akışkan sıcaklığı
Karakterisitik sapma
2- Türbin Tipli Debi Sensörleri
0 ila 150 litre/dakika 3 ila 420 bar
Hidrolik yağ 25 mikron filtrelenmiş 15ila160cSt
0 ila +/- 3 V 0.5 % (Full skala)1 ms Max. 80°C
+/- 2 % (46 cSt ye kalibreli)
Sürgülü tip debi sensörleri
Daha yüksek hassasiyet ve daha az basınç kaybı istenilen durumlarda kullanılabilirler. Dişli tip yağ çıkışları olup, genellikle hat üstü montajda kullanılırlar.
Türbinler 30 cSt viskoziteye göre kalibre edilirler. Sensörün çıkışı frekans çıkışı şeklinde olup, bu frekansı istenilen sinyale dönüştüren elektronik çeviriciler kullanmak gerekir.
Bu çeviriciler çok küçük boyutlarda olup bağlantı kablosunun soketi içerisine entegre edilebilirler.
Elektronik çeviricinin dışarıda olması yüksek yağ sıcaklıklarından sensörün elektronik devresini korur.
Alüminyum gövdeli yapısıyla oldukça hafif olan bu sensörler özellikle servis uygulamalarında ideal olarak kullanılırlar.
Teknik Özellikler ölçüm aralığı Çalışma basıncı Basınç düşümü Akışkan Viskozite aralığı Çıkış voltajı
Cevap verme zamanı Tekrarlanabildik hassasiyeti Akışkan sıcaklığı
Karakteristik sapma Kalibrasyon
Ağırlık
Sinyal çevirici girişi Sinyal çevirici çıkışı Sinyal elektronik gürültüsü Reaksiyon süresi
3- Dişli Tip Debi Sensörleri
1 ila 15 litre/dakika - 25 ila 600 litre/dakika 350 -400 bar
0.14-1.7 bar
Hidrolik yağ 25 mikron fiitreienmiş 15 ila 160cSt
0 ila +/- 3 V 1 ms
0.2 % (Full skala) max 150°C +/-1 % (Full skala) 30cSt
650 g-1800 g 10 ila 2000 Hz
0 ila 3 V ya da 0 ila 20 mA
< 5 m V 200 ms
Türbin tipli debi sensörleri
Yüksek hassasiyette işlenmiş bir dişli grubu ölçüm mekanizmasıyla çalışır. Dişli gruplarının özel dizaynı oldukça düşük akış direnci yaratır. Bu aynı zamanda gürültü seviyesini düşürüp, ölçüm hassasiyetini arttırır.
Dişli Tip Debi Sensörierinin Uygulama Alanları i- Otomotif Endüstrisi
Test düzenekleri
Yakıt tüketimi test düzenekleri Boya püskürtme sistemleri
II. ULUSAL HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ VE SERGİSİ
ii- Hidrolik
Debi Kontrolü ve ölçümü Lekaj ölçümü
iii- Plastik
Karıştırma, döküm ve dozaj sistemlerinde debi ve hacim ölçümü iii- Kimya
Kimyasal ürünlerin debi ve hacim ölçümü
Dişli Tip Debi Sensörleriyle Ölçülebilecek Malzemeler
Parafin, petrol, motorin, mineral yağ, boya, gres yağı, poliürethan, polyol, Isıcyanate, yapıtırıcılar gibi viskozitesi 2 ila 100,000 cSt arasında değişen pek çok malzemenin debisi ölçülebilir.
Teknik Özellikler ölçüm aralığı Çalışma basıncı
Tekrarlanabilirlik hassasiyeti Akışkan sıcaklığı
Ölçüm Hassasiyeti Sinyal çevirici girişi Sinyal çevirici çıkışı Sinyal elektronik gürültüsü Reaksiyon süresi
:300 litre/dakika ya kadar :315bar
:0.5 % (Full skala) :max 150°C
:+/-0.3 % (Full skala) :20 ila 7000 Hz
:0 ila 3 V ya da 0 ila 20 mA :<5mV
:200m
Dişli tip debi sensörleri Hidrolik Sistemlerde Ölçme Elemanlarının Uygulama Örnekleri Test Makinesi Uygulaması
Bu testte hidrolik sistemden istenilen fonksiyon,önceden belirlenmiş olan kuvveti bir hidrolik silindir vasıtasıyla düzeneğe iletmek ve test boyunca kuvvet analizi yaparak, bilgileri kaydetmektir. Bu bilgiler bilgisayara kaydedilmekte olup, istenildiği takdirde kalite kontrol bilgisayarlarından da izlenilip müdahale edilebilir. Hidrolik akışkanın test süresince sıcaklığı izlenip kaydedilebilir. Soğutucu veya ısıtıcı devreye otomatik olarak alınabilir.
Kuvvet regülasyonu
p/u
I X
C
cy
w
2
oy
Ö T/u
M M
Plastik Enjeksiyon Makinelerinde p/q Blok Uygulaması
Bu uygulamada plastik enjeksiyon makinelerinin değişik gruplarında ihtiyaç olan basınç ve debi kontrollerinin sabit debili bir pompa çıkışındaki p/q bloğuyla yapılması görülebilir.
Basınç ve debi regülasyonu
Giriş verileri, p,q
II. ULUSAL HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ VE SERGİSİ 11
Extruder Uygulaması
Bu uygulamada extruderin ihtiyacı olan basınç ve debi kontrollerinin oransal valf ve ölçüm cihazlarıyla yapılışı görülebilir.
Plastik Şişirme Makinesi Boşluk Ayarı Uygulaması
Bu uygulamada plastik şişirme makinesinde servo valf kullanılarak çok hassas pozisyon kontrolü görülmektedir.
WA
İtici yolu %
SONUÇ
Uygulama örneklerinden de görülebileceği gibi hassas kontrolün ve analizin yapılması gereken her uygulamada modem ölçüm cihazlarından yararlanılır, özellikle, basınca ya da debiye bağımlı regülasyon sistemlerinde sıklıkla kullanılan ölçüm cihazları, buna ilaveten test makinelerinde analiz ve regülasyon yapmak için, proses kontrolünde vana ve aktüatörlerin hassas regülasyonu için pek çok sektörde kullanılır.
KAYNAKLAR
[1] Senso control, Parker [2] Hydac elektronik , Hydac [3] Field Instruments , Siemens [4] Huba control, Huba
[5] Hydraulic training RE 00322, Bosch-Rexroth
ÖZGEÇMİŞ
Mehmet KOCABAŞ
1965 yılında Ankara'da doğdu. 1988 yılında ODTÜ Makina Mühendisliği Bölümü'nden mezun oldu.
1990-1994 yılları arasında Rexroth Hidropar A.Ş.-İzmir Şubesi'nde Proje ve satış mühendisi olarak, 1994 -1996 yılları arasında İzmir Hidropar Ltd.. Şti. Proje ve Satış Müdürü olarak görev yaptı. Halen, kurucu ortaklarından olduğu Hidroser Ltd. Şti.'nde, Şirket Müdürü olarak görev yapmaktadır. Evli, 7 yaşında bir erkek çocuk babasıdır.
II. HİDROLİK PNÛMATİK KONGRESİ PROGRAM BİLDİRİLERİ ) MİD - 02
MMO, bu makaledeki ifadelerden, fikirlerden, toplantıda çıkan sonuçlardan ve basım hatalarından sorumlu değildir.
Şişirme Makinaiarmda Cidar Kontrolü
Y. SELİM KARAKAŞ
Mert Teknik A.Ş.
MAKİNA MÜHENDİSLERİ ODASI BİLDİRİ
ŞİŞİRME MAKİNALARINDA CİDAR KONTROLÜ
Yavuz Selim KARAKAŞ
ÖZET
Plastik şişirme makinalannda üretilen ürünlerin cidar kontrolü için kullanılmakta olan elektro-hidrolik kontrollü sistemlerin çalışma prensibi, değişik tiplerdeki makinalara uygulanması, uygulamanın kullanıcılara sağladığı avantajlar incelenmiştir. Sistemin servo-valf ve mükemmel pozisyonlama prensibi içerisinde çalışan servo-silindir gibi elemanları da tanıtılmaktadır. Cidar kontrolü için kullanılan sistemin hidrolik tahrik yöntemi ve elemanları anlatılmaktadır. Sistemin kullanıcı ve imlatçıya sağlayacağı avantajlar da yer almaktadır.
GİRİŞ
MÜKEMMEL POZİSYONLAMA
Hidrolik akışkanla tahrik edilmekte olan cidar kontrol sistemi, mükemmel pozisyonlama yapan kapalı devre bir sistemdir. Mükemmel pozisyonlama, kendi içerisinde geri beslemeye sahip bir servo-valf, pozisyon transducer ( LVDT) ve sistemin sinyallerini düzenleyen bir elektronik devreden oluşmaktadır.
Sistemin toplam hassasiyeti, yukarıda anılan sistem parçalarının her birinin en kötü olanı kadardır.
Yani 0.1 mm hassasiyet ihtiyacı olan bir sistemde LVDT'nin hassasiyeti 0.2 mm ise bu sistem 0.2 mm den daha küçük aralıklarda meydana gelen değişimleri algılayamaz.Sistemin elektronik işlemcisinin de hızı, sistemin toplam hassasiyetine direkt olarak etki edeceği bir gerçektir. Dolayısı ile böyle bir sistem kurulurken sistem elemanlarının seçimi büyük önem içermektedir.
Çift milli silindir
B Servo-valf
r
r0
Yükseltici LVDT
I
10 geri besleme
sinyali
Kıyaslayıcı
1
hata sinyali x 'emir sinyali
Şekil 1. Mükemmel pozisyonlama blok diagramı
II. ULUSAL HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ VE SERGİSİ 16
Şekil İ d e görülen mükemmel pozisyonlama blok diagramında da olduğu gibi, kıyaslayıcıya harici olarak verilen emir sinyali, sinyal değerine göre geri besleme sinyali ile karşılaştırılır ve çıkan hata sinyali yükseltici tarafından servo-valfe gönderilir. Bu sinyal değerine göre servo-valf konum değiştirerek silindire hareket verir. Silindire bağlı bulunan LVDT yeni bir geri besleme sinyali olşturur ve bu yeni geri besleme sinyali emir sinyali ile kıyaslanarak silindirin durumuna göre yeni bir hata sinyali oluşmasına sebep olur. Bu işlem sürekli olarak tekrarlanarak, silindir emir sinyali ile gitmesi gereken yere ulaşması sağlanır.
SERVO-VALF
Torq motor
kanatçık ve kıyaslayıcı çekirdekçik
i
hidrolik yükseltici
geri besleme yayı
ana sürgü ana sürgü çıkışı
Şekil 2. Servo-valf blok diagramı
Torq Motor
Hidrolik Yükseltici
Ana Kısım
Sıfır ayar yayı Sıfir ayar vidası Kutup (mıknatıs)
KanatçıkSar»
Esnek tüo Çekirdekçik Lüle
Geri besleme yayı
'• Sürgü
A T B P X
Şekil 3. Servo-valf kesit resmi
Sabit orifîs -Filtre kapağı
Filtre
Şekil 3. de görülen mekanik geri beslemeli servo-valf, torq motor, pilot kademesi ve ana kademeden oluşan bir valftir. Torq motor, sarımlar, kutuplar (mıknatıs) ve kanatçıktan oluşmaktadır, kanatçık esnek bir tüp içerisine yerleştirilmiştir. Bu esnek tüp aynı zamanda hidrolik kısımdaki yağın yukarıdaki elektrik içeren kısımdan izolasyonunu da sağlamaktadır.
Valfin pilot kısmı, aynı zamanda hidrolik yükseltici olarak da işlev yapar, kanatçığa bağlanmış olan çekirdek esnek tüp'ten aşağıya uzanmaktadır. Bir çift lüle ise çekirdekçiğin iki tarafına yerleştirilmiştir.
Çekirdekçikteki konum değişikliği lülelerin çıkış alanlarını değişikliğe sebep olup, çıkış yağını basınçlandırır. Basınçlanan yağ valf içerisine entegre edilmiş 100u geçirgenliği olan filtre ve sabit orifislerden geçerek sürgünün bir tarafına etki eder.
Ana kısımda, dört yollu sürgü basınç hattını (P) diğer iki hattan (A yada B) birisine doğru açar, diğer hat ise aynı anda tank (T) hattına açılır. Ana sürgünün hareketine göre akış miktarı değişir. Eğer sürgü üzerindeki kanalların alanları farklı ise değişik akış değerleri elde edilir. Sürgü üzerindeki kanallar aynı alana sahipse akış gidiş ve dönüş için aynı değerde olacaktır.
Torq motora elektrik sinyali gelişiyle, kanatçık lülelerden birisine doğru eğilir ve lüle çıkış alanlarında değişime sebep olarak basınç farkı oluşmasına sebep olur. Bu basınç farkı sabit orifis üzerinden sürgü ye etki ederek hareket etmesine yol açar. Sürgü geri besleme yayının torq değerine eşitlenene dek hareket eder ve bu eşitleme olduğunda torq motor içerisindeki kanatçık tekrar orta konuma gelir, böylece elektrik sinyalindeki yeni değişikliklere tepki vermeye hazır olur.
CİDAR KONTROL SİSTEMİ
Yukarıda anlatılanların ışığında, plastik şişirme makinalarında kullanılan ve ürünün cidar kalınlık kontrolü işlevini yapan sistemin servo-silindiri, mekanik geri beslemeli bir servo-valf ile harici olarak silindirin hareketini ölçen ve geri besleme sinyali üreten bir DCDT (direk akım fark algılayıcısı) nin çift milli silindire birleştirilmesi ile meydana gelmektedir. Bu sistem mükemmel pozisyonlama yapan ve kapalı çevrim çalışan bir sistemdir.
Sistemin ihtiyaç duyduğu elektronik işlemci ise aynı zamanda cidar kontrolünü yapan ve cidar kontrolünün programlandığı programlayıcı üzerine eklenmiştir. Programlayıcı ile nihai üründe istenilen kalınlıklar ayarlanabildiği gibi, değişik ürün kalıplan için daha önceden yapılmış olan 40 değişik program da hafızada tutulabilmektedir. Bununla beraber programlayıcı içerisine eklenmiş olan servo- amplifier ile 4 değişik kafa kontrolü yapılabilmektedir. 4 değişik kafa kontrolü için ihtiyaç duyulan 1 programlayıcı ve 4 değişik servo-silindirdir. Sistem bir üretim süreci içerisinde ürün üzerindeki 64/128 noktayı denetleyip ayarlayabilmektedir.
Şişirme makinalarında plastik ürün imalatı, yarı erimiş hammaddenin basınçlandırılarak, aralarında belirli bir mesafe olan bir erkek bir dişi çene arasından çıkması ile, bu çıkan sıcak hammaddenin üretilecek ürün kalıbında basınçlı hava ile soğutulmasıyla olur. Konvensiyonel makinalarda erkek ve dişi çene arasındaki aralık sabit olup, dolayısıyla aşağıya doğru akan yarı erimiş hammadde kalınlığı hep aynı olmaktadır. Bu kalınlığın aynı olması, kalıp içerisinde basınçlı havaya maruz kalan plastiğin esnemesine böylece köşeler, tutamak yada boğaz noktalarında cidar kalınlığının istenilenden az olmasına sebep olmaktadır. Bu hassas noktalardaki cidar kalınlığını artırmak maksadıyla yapılacak olan erkek ve dişi çene arasındaki mesafeyi arttırmak işlemi sonucunda ise, ürünün düz çeperlerinde gereğinden fazla plastik hammaddesi yığılmasına sebep olmaktadır. Bu fark şekil 4. de cidar kontrollü ve cidar kontrolsuz üretilmiş ürünlerin kesitlerinde rahatlıkla görülebilmektedir.
Bu temelde ürünün cidar kontrolü, şekil 5.deki programlayıcıya yüklenir ve ürün kesit profili ekrandan takip edilebilir. Çizilen kesit profili ışığında programlayıcı servo-silindiri hareket ettirerek erkek ve dişi çeneler arasındaki boşluğu gereken değere ayarlar ve akan sıcak hammaddenin kalınlığının gereken düzeyde olması sağlanır.
II. ULUSAL HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ VE SERGİSİ 18
Şekil 4a. Cidar kontrollü Şekil 4b. Cidar kontrolsuz
Programlayıcı, hem sürekli sıkıştırmalı hem de biriktirici kafalı tip makinalarda da yazılım üzerinden yapılan bir seçimle kullanılabilmektedir. Biriktirici kafalı tip makinalarda ihtiyaç duyulan pozisyon algılayıcı sisteme akuple edildikten sonra, bu algılayıcıdan üretilen geri besleme sinyali programlayıcıya gönderilir ve bu sayede cidar kontrolü işleminin başlaması gereken hammadde akışına başlaması için makinanın hazır olduğu programlayıcı tarafından algılanarak cidar kontrolü işlemine hammadde akışıyla başlanır.
Aynı zamanda Şekil 5.'de görüldüğü gibi, programlayıcı hammadde sürme motorunun da hızını kontrol eder, böylece üretim hızı da bizzat programlayıcı tarafından denetlenir. Bu denetlemenin avantajı her hangi bir baskı esnasında oluşabilecek küçük zaman değişimlerini kendi içerisinde düzeltmesi ve bir sonraki baskı için doğru baskı süresini otomatik olarak hesaplayıp uygulamasıdır. Bu sayede sistem üretim içerisinde çapak veya eksik hammadde den dolayı atıkları ve hatalı üretimi minimum seviyeye getirir.
Şekil 5a. Sürekli sıkıştırmalı makina Şekil 5b. Biriktirici kafalı makina
HİDROLİK TAHRİK SİSTEMİ
Plastik makinalarında kullanılan cidar kontrol sisteminin servo-silindiri hidrolik güç ünitesi tarafından beslenmelidir. Genellikle bu hidrolik güç ünitesinin makinanın diğer fonksiyonlarına hareket sağlayan üniteden ayrı olması önerilir. Servo-silindire tahrik veren ünitede emiş.dönüş filtrelerinin yanı sıra her servo-valf li sistemde olduğu gibi mutlaka birde basınç hat filtresinin bulunması gerekir.
Servo-valfli bir sistemde dönüş filtresinin mutlak 3u yada 5u kapasiteli olması önerilir, bununla beraber basınç hat filtresinin ise mutlak 10u yada 15u olması önerilmektedir. Ayrıca basınç hat filtresinin bypass sız olması da son derece dikkat edilmesi gereken bir konudur. Basınç hat filtresinin servo-valfe yakın olması da sistemin hassasiyetle görev yapmasına yardımcı olacaktır.
Cidar Kontrol sistemlerin 24 saat aralıksız çalışabilecekleri göz önünde bulundurularak, hidrolik güç ünitelerine yağ soğutucu da koymak gerekir. Hidrolik güç ünitelerine ayrıca ani hareketlerde ihtiyaç duyulan basınçlı yağı sağlamak amacıyla uygun kapasitede balonlu tip bir akü ve elektrikli bir basınç emniyet valfi de konulmalıdır. Şekil 6. da bir hidrolik güç ünitesi devre şeması görülebilir.
SERVO-SİÜNDlR DCDT
Servo-valf
Şekil 6. Hidrolik güç ünitesi devre şeması
II. ULUSAL HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ VE SERGİSİ 20
CİDAR KONTROL SİSTEMİ AVANTAJ VE DEZAVANTAJLARI
Cidar kontrol sistemi avantajları daha önceki bölümlerde de bahsedildiği gibi özellikle malzeme israfını önlemeye yöneliktir. Bununla beraber sistem ürünün her yerinde istenilen cidar kalınlığı sağladığı için, kalıp içerisinde soğuma süresini de azalttığından birim zamanda imalat adedini arttırır. Üretilen bütün ürünlerin aynı kalitede olması da bu sistemin temel amacı oluğu için ürünlerin kalitesi ve tekrarlanabilirliği yükselir. Cidar kontrolü ile daha hafif ve daha dayanıklı ürünlerin imal edilebilmesi ise imalatçılara birim maliyet ve imalat kapasitesi açısından rekabet avantajı sağlar.
Sistemin kullanılmasının imalatçılara getirebileceği tek dezavantaj, günümüz zor ekonomik koşullarında imalatçıya yükleyeceği ilk yatırım maliyeti olacaktır. Fakat bu maliyette imalatçılara zaman içerisinde geri dönüşü olan bir maliyettir, yani imalat devam ettiği sürece sistem kendi kendine
kazandıracaktır. %
SONUÇ
Plastik şişirme makinalarında kullanılmakta blan cidar kontrol sistemi, yukarıda da anlatıldığı gibi hem imaltçılara hem de ürün son kullanıcılarına pek çok avantaj sağlamaktadır. Ülkemizde yakın bir geçmişte kullanılmaya başlanan bu sistemin avantajı anlaşılmakla beraber hala ilk yatırım maaliyeti göz önüne alınarak zaman zaman sistemin kullanımından kaçınıldığıda gözlenmektedir. Aslında sistemin temel amacı imalat kalitesini, süratini ve hatalı ürün sayısını azaltmak olduğu düşünülürse, şu anda içinde bulunduğumuz zor ekonomik şartlarda sistemin kullanımı daha da önem kazanmaktadır.
KAYNAKLAR
[1] MOOG.,Parison Programming System For Blow Moulding Machine, Volume-ll, 1990.
[2] NEAL, T. P.,Performance Estimation For Electrohydraulic Control Systems,National Conference Of Fluid Power, 2-6, 1974.
[3] BURTON, R.V., Servovalves and Their Applications. HYDRAULICS & PNEUMATICS..HP-10, 1985.
ÖZGEÇMİŞ
Yavuz Selim KARAKAŞ
1969 yılında, Karabük'te doğdu, Doğu Akdeniz Üniversitesi Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümünden 1996 yılında "Lisans" aldı.
MMO, bu makaledeki ifadelerden, fikirlerden, toplantıda çıkan sonuçlardan ve basım hatalarından sorumlu değildir.
Ateşe Dayanıklı, Yanmaz Hidrolik Sıvılar Poliglikol-Su Çözeltileri (HFC)
DİDEM CANDAN
PetroferA.Ş.
MAKİNA MÜHENDİSLERİ ODASI
BİLDİRİ
II. ULUSAL HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ VE SERGİSİ 23
ATEŞE DAYANIKLI, YANMAZ HİDROLİK SIVILAR POLİGLİKOL-SU ÇÖZELTİLERİ (HFC)
Didem CANDAN
ÖZET
Hidrolik tahrikli makinaların imalatı ve çalışmaları sırasında insanların ve makinaların güvenliğinin sağlanması çok önemli bir rol oynar. Bunlar özellikle açık ateşte, yüksek ısıda ve ergimiş metallerle çalışan yerlerde geçerlidir. Bir borunun çatlaması veya boruların eklem yerlerinden sızdırması sonucu basınç altında bulunan mineral yağın ısı kaynağının yakınlarına püskürme ihtimali genellikle yangın felaketi ile sonuçlanır.
Endüstriye daha fazla güvenlik sağlamak ve hidrolik sistemlerdeki yangın tehlikesini önlemek için ateşe dayanıklı hidrolik sıvılar geliştirilmiştir. Ateşe dayanıklı yanmaz hidrolik sıvılar, hidrolik sistemlerin yakınında, açık ateş, ergimiş metal ve ısıtma fırınları nedeniyle devamlı yangın tehlikesi bulunan yerlerde kullanılmaktadır. Yangın rizikosunu azaltmak ve dolayısıyla hidrolik sistemin devre dışı kalmasını önlemek amacıyla geliştirilmişlerdir.
Senelerce işletmelerde başarı ile kullanılan ateşe dayanıklı sıvılar; Poliglikol - Su çözeltisi olan HFC - Tipi, su içermeyen - fosforasid ester bazlı HFDR - Tipi, suyla karışabilen HFA ve HFB - Tipleri ile biyolojik olarak çözünebilen Fosfat Ester sıvıları HFDU - Tipi Yanmaz Hidrolik Sıvılar sahip oldukları yüksek alev alma noktaları nedeniyle madeni yağdan daha fazla güven sağlarlar.
1. GENEL BAKIŞ 1.1. İşletme Güvenliği
Hidrolik tahrikli makinaların imalatı ve çalışmaları sırasında insanların ve makinaların güvenliğinin sağlanması çok önemli bir rol oynar. Haklı olarak kanun yapıcıların artan yangın tehlikesine kaşı güvenlik istekleri, her geçen gün biraz daha bağlayıcı olmakta nerede yüksek yangın tehlikesi var ise orada gerekli önlemler alınmasını zorunlu kılmaktadır.
Bunlar özellikle açık ateşte, yüksek ısıda ve ergimiş metallerle çalışılan yerlerde geçerlidir. Ayrıca elektrikli cihazların yağ hidroliği ile kumanda edilen sistemlerinde de yüksek yangın tehlikesini hesaba katmak gerekir.
Bir borunun çatlaması veya boruların eklem yerlerinin sızdırması sonucu basınç altında bulunan mineral yağın ısı kaynağının yakınlarına püskürme ihtimali genellikle yangın felaketi ile sonuçlanır.
Ağır can kaybı, değerli üretim tesislerinin yok olması veya uzun süre üretim dışı kalması, senelerdir işletmelerde ve modern endüstri ülkelerinin madenlerinde gözlenmektedir.
Endüstriye daha fazla güvenlik sağlamak ve hidrolik sistemlerdeki yangın tehlikesini önlemek için ateşe dayanıklı hidrolik sıvıların geliştirilmesine 40 yılı aşkın bir süre önce başlanıldı. Endüstri ve maden işletmeciliği için artık tüm talepleri karşılayacak, ateşe dayanıklı hidrolik sıvı paleti hizmete sunulmuştur.
1.2 Hidrolik Sıvı Tipleri
Ateşe dayanıklı hidrolik sıvılar, özellikle HFC Tipi, geniş uygulama alanlarında belli standarda ulaşmış ve pratikte tüm mevcut ekipmanlarla problemsiz çalışabilmektedir.
Bazı hidrolik sistemler yüksek su bazlı hidrolik sıvılar için dizayn edilmiştir. Bu uygulamalar için suyla karışabilen HFA-Tipi sıvılar uygundur.
HFDR Fosfatester Tipi Hidrolik Sıvılar, yağ içerikli nötral kokulu sıvılardır. Bunlar özel olarak seçilmiş aktif malzeme ilave edilmiş Arylfosfatester'den meydana gelmişlerdir. Bunlar PCB veya zehirli ortho bileşikleri ihtiva etmezler. Aktif malzemeler en iyi yağlama özelliği, yüksek yaşlanma dayanımı ve mükemmel korozyon koruma sağlamaktadırlar. Bunun dışında sıvı her türlü metal hasarlarını önleyen inhibitörler içerir.
Poliolester olarak adlandırılan ve biyolojik olarak çözünebilen HFDU-Tipi sıvıların en büyük avantajı Çevre Dostu olmalarıdır. Alev Alma Noktaları mineral yağlara göre daha yüksek olmasına rağmen aynı viskoziteye sahiptirler. Bazı kritik durumlarda yağ gibi yanabilirler, bu nedenle uygulama alanları kısıtlıdır.
Ateşe dayanıklı hidrolik sıvılar olarak kullanılan iki tip HFA ve HFB Tipi yağ ve su emülsiyonları bulunmaktadır. Bunlar; su içinde yağ emülsiyonu ve yağ içinde su emülsiyonudur. İlk tipte olanlar metal kesme ve taşlamada kullanılan soğutma sıvıları gibi suyla çözünebilir yağ emülsiyonlarıdır. Son zamanlara kadar santrifüj ya da krank tipli karşılıklı gidip gelen pistonlu pompaları bulunan sistemlerde bu emülsiyonların kullanımı sınırlı idi. Fakat şimdi, aksiyel - pistonlu pompalarda kullanımı da uygundur. İkinci tip emülsiyonlarda yağ dıştaki fazdadır ve çok küçük su partiküllerinin etrafını sarar.
Bu emülsiyonların ayrılmaya karşı çok iyi mukavemeti vardır.
Tablo 1. Hidrolik Tip
Yoğunluk 20°C (g/cm3) Viskozite 40°C (mm2/s) Su İçeriği (%) Ateş direnci Yağlama
sıvı tipleri Su - yaklaşıkHFA
%5 katkı maddesi 1,002 1,260 95 Mükemmel
Çok Zayıf
Yağ - SuHFB emülsiyonu
0,950 46 40 Zayıf önemsiz
Su - GlikolHFC
1,050 46 40 İyi Mükemmel
FosfatHFDR Ester
1,150 46
0
<800°Ciyi Mükemmel
PoliolesterHFDU
0,915 68 46 0 önemsiz Mükemmel
Yağ
0,850 46
0 Yok Mükemmel
1.3. Ateşe Dayanıklılık
Günümüzde en sık kullanılan tip ateşe dayanıklı hidrolik sıvı HFC-Tipi aslında tam olarak yanmaz değildir. Fakat konvansiyonel hidrolik yağlar için mutlak yangın tehlikesi olan sıcaklık bölgesinde tehlikesizdir.
Mineral yağ bazlı hidrolik yağların, viskozitelerine göre alevlenme noktası 180-260°C aralığındadır. Bu sıcaklıkta yabancı bir kıvılcımın, alev kaynağı olması halinde mutlak yangın tehlikesi vardır. Sıcaklık alevlenme noktasının 30-50°C üzerinde bulunuyorsa, yanma noktasına ulaşılmıştır. Yağ, kıvılcım kaynağının uzaklaştırılmasından sonrada yanmaya devam eder.
II. ULUSAL HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ VE SERGİSİ 25
Bu tehlike, HFC-Tipi ateşe dayanıklı ortamda bulunmamaktadır. Bunlar yabancı kıvılcımlar ile çok kısa süre alev alabilirler, fakat yüksek sıcaklıkta kıvılcım kaynağının uzaklaştırılmasından sonra yanma devam etmez.
Sulu ortamda ateşe dayanıklılık suyun buharlaşması ile sağlanır. Sulu kısım tamamen buharlaştıktan sonra, geriye kalan organik maddeler yanabilir, ancak alev sınırlı bir bölgede kalır ve yayılmaz. Susuz ortamlarda ateşe dayanıklılık zor yanabilen ve alevi önleyen buharlar ile sağlanmıştır.
Sıçrayan hidrolik sıvıların ateş ile veya ergimiş metal ile temas etmeleri sonucunda davranışları da çok önemlidir. Eğer madeni yağ bazlı bir hidrolik yağ ateşe püskürtülür ise, yağ yanar veya daha tehlikelisi aeresol alev alabilir ve yağ patlayarak yanar. Burada personel ve değerli hidrolik aletler için mevcut tehlikelerin açıklanmasına gerek yoktur.
İ^^JHJ^W^ŞW**"«^W
Resim 1.1. Bir delikten püskürtülen hidrolik yağ açık alev iie karşılaştığı anda yanar.
Resim 1.2. Ateşe dayanıklı HFC Tipi Sıvı alevin yönünü etkiler ancak kendisi yanmaz.
Resim 1.3. Hidrolik Yağ bir sıcak metal yüzeye temas ettiği anda alev alır
ıı ili
Resim 1.4. HFC Tipi Sıvının 700°C sıcak metal yüzeye püskürtüldüğü an.
Güvenlik sıvılarının su içeren HFC Tipleri püskürtüldükleri takdirde yanmazlar. Susuz HFD Tipleri yalnızca çok küçük bir alanda ve çok kısa süre yanarlar. Alev püskürtme sırasında yayılmaz. Resim 1.1 ve 1.2'de HFC Tipleri'nin ateşe dayanıklılığı ile madeni yağ bazlı konvensiyonel hidrolik yağın yanma davranışları mukayese edilmektedir. Görüldüğü gibi HFC Tipi ürün kullanıldığında alev yayılmaz, bu da HFC Tipi sıvının kullanımı ile elde edilen güvenliği göstermektedir. Belirtilen hidrolik sıvıların reaksiyonlarının testi Lüksemburg raporunda yer alan metodlar esas alınarak yapılmıştır. Bu testte erişilmesi çok zor ve katı ölçü birimleri kullanılmıştır. Zira bu test madenlerde kullanılacak sıvıların testi için geliştirilmiştir.
Belli miktarda ergimiş metal ile temas eden HFC Tipi sıvı ile madeni yağın reaksiyonları arasında çok önemli farklılıklar bulunmaktadır, (Resim 1.3 ve 1.4). Hidrolik yağ metal ile temas eder etmez hemen alev almakta ve kuvvetli bir alev oluşarak bütün banyo yüzeyi üzerinde, yağ tamamen yanana kadar yanma reaksiyonu devam etmektedir. (Resim 2.1 ve 2.4)
Buna karşın HFC Tipi sıvının ergimiş metal ile temas anında hiçbir reaksiyon oluşmamaktadır. (Resim 3.1 ve 3.3) Belli bir zamandan sonra buharlaşma meydana gelmekte, su tamamen buharlaştıktan sonra artıklar yanmaya başlamaktadır. Fakat çıkan alev madeni yağa oranla çok daha azdır. Oluşan alev ergimiş metalin dışına çıkmaz, (Resim 3.4) dolayısıyla çevreye sıçramış olan HFC Tipi sıvı yanmaz.
Sadece ergimiş metalde değil, başka farklı ateş kaynaklarında da benzer davranış söz konusudur. Bu durum ise HFC Tipi sıvı kullanımı ile elde edilen güvenliği kanıtlamaktadır. Böylece bir hidrolik borusunun çatlamasından sonra önlem almak ve zararı tamir etmek için yeterli zaman sağlanmış oluyor.
Resim 2.1. hemen Resim 2.2. 6sn. sonra Resim 2.3. 12 sn. sonra Resim 2.4. 48 sn. sonra Bir Alüminyum eriyiğine temas etme durumunda hidrolik yağın yanması (25 mi yağ 20 kg eriyiğe)
II. ULUSAL HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ VE SERGİSİ 27
Resim 3.1. hemen Resim 3.2. 9sn. sonra Resim 3.3. 27 sn. sonra Resim 2.4. 45 sn. sonra Bir Alüminyum eriyiğine temas etme durumunda HFC Tipi Sıvının ateşe dayanıklılığı
(25 mi sıvı 20 kg eriyiğe)
1.4. Fizyolojik ve Zehirli Etkileri
HFC Tipi su içerikli alev almayan hidrolik sıvılar çevreye hiç zarar vermezler, kirletmezler. Madeni yağdan çok daha az zararlıdırlar. İnsan derisine zarar vermezler. pH değerinin 9'dan büyük olmasından dolayı gereksiz yere deri ile temas önlenmelidir. Eğer temas edildiyse de, cildin ıslanan bölümü bol su ve sabun ile yıkanmalıdır. İşlem sıcaklığındaki sıvının buharı gereksiz yere teneffüs edilmemelidir.
HFC Tipi sıvılar göze temas eder ise, gözde yanma oluşur, çünkü bu sıvılar hafif alkaliktir. Bu gibi durumlarda göz bol su ile yıkanmalı. Eğer göz iyi bir şekilde bol su ile yıkanırsa, gözün saydam tabakasının zarar görme tehlikesi olmadığından, bir doktora görünmek gereksiz olacaktır.
HFDR Tipi Sıvılar su içermeyen, aktif madde ilave edilmiş fosfat esterlerdir. Bu sıvılar klorlanmış hidrokarbon (PCB) ve zehirli etki yapan ortho bileşikleri ihtiva etmezler. Bu nedenden dolayı, su içermeyen HFDR tipleri işletmede kullanıldığında, zehirli etki oluşmaz Buna rağmen bu sıvının kullanımında gereksiz yere deri ile teması önlenmelidir. Eğer uzun süre deri ile temas halinde olur ise, cilt üzerindeki yağ tabakası çözülür ve deride yaralar, çatlaklar oluşabilir. Bu durumda sıvı ile uzun süre temas eden deri, hemen bol su ve sabunla yıkanmalıdır. HFDR Tipi Sıvılar atık sulara karışmamalıdır. Pratikte bunlar da madeni yağlar gibi işlem görürler. Ancak yüksek yoğunluktan dolayı, bunlar yağ ayırıcıların içinde tabana otururlar. Fosfat ester sıvısının tam olarak yanması neticesinde karbondioksit, fosfor, pentaoksid ve su buharı meydana gelir.
1.5. Kullanım ve Seçim
Ateşe dayanıklı yanmaz hidrolik sıvılar, her zaman hidrolik sistemlerin yakınında açık ateş, ergimiş metal ve ısıtma fırınları nedeniyle devamlı yangın tehlikesi bulunan yerlerde kullanılmalıdır. Zaman zaman yangın tehlikesi olan yerlerde de (örn. hidrolik ile çalışan dövme makinasında), ateşe dayanıklı bir sıvının kullanılması tavsiye edilir.
Yangın rizikosunu azaltmak ve dolayısıyla hidrolik sistemin devre dışı kalmasını önlemek için, ilk defa devreye sokulan bir hidrolik sisteme de yangın tehlikesine karşı gerekli önlemler alınmalı ve sistem ateşe dayanıklı bir ortam ile doldurulmalıdır.
Hangi ateşe dayanıklı hidrolik sıvı tipinin kullanılacağına karar verilmesinde, hidroliğin çalışma sıcaklığı, hidrolik sistemde kullanılan bileşenler ve kullanılan contanın hammaddesi de çok önemlidir.
1.6. Ateşe Dayanıklı Yanmaz Hidrolik Sıvıların Kontrolü
Kontrollerde sıvının çeşidine göre HFC veya HFD tiplerinin en önemli özellikleri ve verileri kontrol edilir, örneğin sulu HFC tiplerinin yoğunluğu, viskozitesi, paslanmaya karşı koruyuculuğu ve su miktarı ölçülür.
Sıvıda bulunan kirliliklerin cinsi belirlenir ve buradan uygun olmayan conta kullanıldığı veya kirliliğin dışardan hidrolik sisteme geldiği ortaya çıkabilir. Bu nedenlerden dolayı HFC Tipi Sıvının kontrolü yalnız sıvının kontrolünü değil daha fazlasını vermektedir. Kontrol ve araştırma raporlarında görünen uygun olmayan işletme şartları ve bunları giderici önlemler tavsiye edilir.
2. POLİGLİKOL SU - ÇÖZELTİLERİ (HFC)
Bu tipler kendilerini yüksek film mukavemeti ve çok iyi yağlama özellikleri ile gösterirler. Kontrol Vickers Pompa testi ile DİN 51389 standardına göre yapılır.
HFC tipi sıvılar paslanma ve aşınmaya karşı çok iyi güvence sağlarlar, aynı zamanda sızdıran conta malzemelere karşı da kusursuz bir ortam oluştururlar.
2.1. Bileşimi
HFC tipi sıvılar genellikle açık renkte, orta viskoziteli, ateşe dayanıklı sıvılardır. Bileşimleri birbirleri ile optimal bir uyum sağlayan su polialkilen glikol ve özel aktif maddelerden oluşmaktadır. Denenmiş negatif katalizörler pasa ve aşınmaya karşı güvenilir koruma özelliği sağlarlar. Kimyasal kararlılığı iyi olan çözeltilerdir. İşlem sırasında tortu, reçine veya diğer artıkları meydana getiren hidrokarbon ihtiva etmemelidirler.
Madeni yağ, HFC tipi sıvıların içinde çözülmez ve tamamen ayrılır, tabi eğer yağ kendiliğinden emülsiyon oluşturmazsa. (örneğin HLP-D yağları)
2.2. Özellikleri
2.2.1. Viskozite-Sıcaklık İlişkisi
HFC tipi sıvıların özellikle uygun bir viskozite sıcaklık ilişkisi vardır.
Bu sayede madeni yağa kıyasla çok belirgin bir üstünlük sağlamış olurlar. (Grafik 1)
ISO VG HidfOMı Ya8> ULIRA.SAFESKI I U U R A SVE «40
Grafik 1. Mineral bazlı yağ ile HFC tipi hidrolik yağın viskozite sıcaklık ilişkileri
II. ULUSAL HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ VE SERGİSİ 29
Eğer işin başlangıcında sistem düşük sıcaklıkta ise, bu özellikle çok önemlidir. Aşırı derecede düşük sıcaklık yoksa, çalışma sıcaklığını yükseltmek için sistemin boşa çalışması ve buna bağlı iş zamanı kaybı ortadan kalkar.
2.2.2. İşlem Sıcaklığı ve Kullanım Ömrü
HFC tipi sıvılar su ihtiva ederler. Bu sebeple viskozitenin artmasına yol açabilecek yüksek buharlaşma kaybını önlemek için işlem sıcaklığı 60°C'yi aşmamalıdır. Ayrıca yüksek sıvı sıcaklıklarında kavitasyon tehlikesi oluşabilir. Konvensiyonel hidrolik yağlara kıyasla, su glikol karışımın daha yüksek spesifik ısıya sahip olması ve daha iyi ısı iletebilme özelliği nedeni ile konvensiyonel hidrolik yağların kullanımında meydana gelen sıcaklıktan daha düşük bir işlem sıcaklığı meydana geleceği hesaplanır.
Tablo 2'de HFC tipi sıvıların madeni yağ esaslı hidrolik yağlar ile karşılaştırılması verilmiştir.
HFC tipi sıvılar için en uygun işlem sıcaklığı yaklaşık 40°C'dir. Dikkat edilecek bir husus da; yağın kısmi olarak borular veya silindir içinde çok fazla ısınabilmesi ve bunun tehlike yaratabileceğidir.
Basıncın artması sırasında sıkışabilecek bir buhar tabakası oluşabilir ve sistemde darbelere yol açar.
Bu sebeple hidrolik yağ sıcaklığının termostat ile ayarlanması veya belirli zaman aralıklarında termometre ile ölçülmesi gerekmektedir.
HFC tipi sıvılar, konvensiyonel hidrolik yağlara karşı önemli ölçüde daha uzun bir kullanma süresine sahiptir ve birçok seneler değiştirilmeden hidrolik sistemlerde kalabilirler.
Tablo 2. HFC tipi sıvılar ile madeni yağ esaslı hidrolik yağların ısı kapasitesi karşılaştırması
HFC tipi sıvılar
Konvansiyonel Hidrolik Yağ
Isı iletme Özelliği (W/m.K) 0,43 0,14
Spesifik Isı (kJ/kg.K) 3,1 1,88
2.2.3. Korozyondan Koruma Etkisi
HFC tipi sıvılar Çelik ve Dökme demir parçaları, Bakır, Pirinç, Nikel, Krom, Alüminyum ve Alüminyum alaşımları ile kullanılabilirler. Ancak dikkate alınması gereken husus yeni kesilmiş alüminyum yüzeyler (aşındırmadan, kavitasyon erozyonundan ve metal sürtünme temasından dolayı) pH değeri >7'den yüksek olan sulu sistemlere karşı hassastır. Kullanım bu nedenle iyi irdelenmelidir.
Çinko da, statik testte sadece minimal bir ağırlık değişimi gösterir. Yani çinko (örn. filtre, çinko basınçlı döküm muhafazası vs.) ve çinko tabakaları minimum derecede aşınsa dahi oluşan reaksiyon ürünleri büyük hacimli artıklar bırakırlar ki bunlar filtreyi vs. bloke edebilirler. Bu nedenle Çinko HFC hidrolik sistemlerinde kullanılmamalıdır. Kurşun ise, daha statik korozyon deneyi sırasında bile hissedilir şekilde aşınır.
2.3. Contalar, Salmastralar ve Hortumlar
HFC tipi sıvıların en önemli tercih sebebi şudur; normalde madeni yağlarla çalışan hidrolik sistemlerde kullanılan conta hammaddesi bunlar içinde uygundur. Aynı hususlar çok dayanıklı hammaddeler olan viton, teflon ve bütil kauçuk için de geçerlidir. Bu maddeler, çok yüksek kimyasal direnç sahibi olmalarına rağmen, perbunandan daha az elastiktirler. Bu sebep ile HFC sıvısı kullanılırken dinamik contaların mekanik aşınmalarını düşük tutabilmek için perbunan N (NBR)'ye öncelik tanınmalıdır.
Poliüretan hammaddeler ve günümüzde çok nadir kullanılan deri ve mantar gibi conta malzemeleri dayanıklı olmadıklarından istisna teşkil ederler. Eğer yeni bir sistem, başlangıçta HFC tipi güvenlik sıvısına göre ayarlanacak ise, dinamik contalar mümkün olduğu kadar yüksek kaliteli perbunan N kullanılmalıdır. Piston segman salmastrası bir istisna teşkil etmektedir. Burada uzun kullanım
ömürlerinden dolayı viton contalar, perbunan N'e tercih edilmelidir, çünkü conta dudakları daha serttir ve yüksek hızda daha zor bükülür.
Statik contalarda ise perbunan N, viton veya başka herhangi bir yüksek dirençli kalite kullanılması fark etmemesine rağmen genellikle perbunan kullanılır.
2.4. Hidrolik Pompalar
Ateşe Dayanıklı Yanmaz Hidrolik Sıvılar ile yapılan uzun süreli çalışmalar göstermiştir ki hidrolik pompaların çoğu, su içerikli HFC tipi sıvılar ile problemsiz olarak kullanılabilir hatta daha verimli bir kullanım süresine bile ulaşılabilir.
Özellikle çeşitli konstrüksiyonlardaki kanatlı pompalarda, 1500 dev/dak. sayısına kadar verimli olmuştur. Kaplanmış Hubringli pompalar da özellikle uygundurlar. Bundan dolayı bu pompaların basınçsız çalışması gerekmez. Bu da su glikol sıvıları için tavsiye edilir.
Normal dişli ve içten dişli pompalarda çok olumlu neticeler alınmıştır. Her şeyden önce şaft milin kayıcı yatak şeklinde olması şarttır ve iğneli rulman kullanılmamalıdır. Şimdi bu pompaların yeni konstrüksiyonları çıkmıştır. Bunlar iğneli rulman kullanılmasına rağmen su içerikli HFC tipi sıvılar için uygundur. Genelde su içerikli hidrolik sıvısını kullanırken, iğneli rulman kullanmak aşağıdaki sebeplerden dolayı uygun değildir:
Çok kullanılan yada yük altına giren yataklarda sürtünme hattında (silindir gövdesi/yatak kovanı), devamlı yüksek ısılar oluşur. Sıvının sulu kısmı buharlaşır. Bilye yataklı iğne, düşük ölçüde de olsa buhar tabakasının çözülmesini önler. Bu da silindir gövdesini önünde bir silindir gibi yuvarlanır, sıvıyı sıkıştırır ve yeterli yağlanmayı önler. Bilyalı rulmanlarda bu tip bir etkiye bağlı olarak bir hasar görülmemiştir.
Yüksek ısılarda sürtünme noktasında meydana gelen buhar kabarcıkları hemen çözülürler, çünkü burada bilye ve halka yalnızca nokta şeklinde sürtünürler. Bu sebeple buhar kabarcığı için set şeklinde bir engel oluşmaz.
Eksensel ve radyal pistonlu pompaların hepsi uzun senelerdir HFC tipi sıvılar ile kusursuz olarak çalışmaktadır.
2.5. HFC Tipi Sıvıların, Madeni Yağların Yerine Kullanılması İçin Gerekli Şartlar 2.5.1. İç Boyama
Ateşe dayanıklı hidrolik ortamlarla çalışan hidrolik sistemlerde, iç boyama yapılmamalıdır. Eğer buna rağmen iç boya yapılmak isteniyor ise dirençli bir cila seçilmelidir. Bunlar iki bileşenli cilalar (örnek:
DD-cilası) ve epoxydharz bazlı cilalar olmalıdır.
Madeni yağ kullanılmış olan bir sistemde, HFC tipi sıvıların kullanımına geçilmek isteniyorsa, ve sistem içindeki mevcut olan tank kaplanmış ise tank içindeki tabakanın bir kısmına kazınarak, dayanıklılık testi uygulanabilir.
Konstrüksiyon sebebi ile hidrolik depolama kaplarına iyi bir şekilde ulaşılmadığından dayanıksız boya tabakası çıkarılamayabilir.
Uzun seneler HFC tipi sıvılar ile edinilen deneyimler, dirençsiz boyaların çok nadir olarak sıvıda çözüldüklerini göstermiştir. Bu boyalar genellikle kabarırlar. Çözülmüş büyük boya parçalarının emme haznesini tıkamaması için, ki bu durumda pompada kavitasyona sebep olabilir, emme haznesine tıkalı olduğunda sinyal verip sistemi durduran ve emme borusuna monte edilen bir basınç şalteri kullanmak çok faydalı olur.
II. ULUSAL HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ VE SERGİSİ 31
Pompa bir yere daldırılmış şekilde monte edilmiş ve bu yüzden basınç şalteri ilave edilemiyorsa ve dayanıksız boya çıkarılıyorsa emme haznesinin geçirgenliği sık sık kontrol edilmelidir.
Pratikte görülmüştür ki girilebilen kaplardaki boya artıklarını temizlemek kolay olur. Boyayı söken bir madde kap duvarına sürüldükten sonra, boyalar bir buhar püskürterek uzaklaştırılabilir. Gerekirse bu işlem birkaç kez tekrarlanabilir.
2.5.2. Contalar, Salmastralar, Hortumlar
Poliüretan (Vulkollan/Hidrofit) dışındaki bütün contalar, salmastralar ve hortumlar uygundur. Bütün kaliteli conta, salmastra ve hortum imalatçıları uygun materyalleri gönderebilirler.
Madeni yağ bazındaki hidrolik yağlarla çalıştırılan sistemlerin değiştirilmesinde önceden uygun olmayan contalar değiştirilmelidir, özellikle dikkat edilecek nokta pistonlardır. Çünkü burada sık sık poliüretan halkalar, piston contası olarak kullanılmaktadır. Tabi ki bütün sistem (pompalar, filtreler vs.) dayanıklı, dirençli contalarla donatılmalıdır.
2.5.3. Kumanda Sürgüsü ve Valfler
HFC sıvısının su ihtiva etmesi sebebi ile kumanda sürgüsü ve valfteki contaların, bobinlerin üzerine sıvı sızdırması sonucunda kısa devreye neden olabilir.
Bu sebeple, bu çeşitli sistemler neme karşı duyarlı olmayan, sıvılara karşı tam korumalı bobinlerle donatılmalı ve yedek parça alımında da mümkün ise bu tip bobin satın alınmalıdır.
2.5.4. Pompanın Emme Yüksekliği, Filtre
Ateşe dayanıklı yanmaz HFC tipi hidrolik sıvılar, konvensiyonel hidrolik yağlara kıyasla daha yüksek bir özgül ağırlığa sahiptir. Kavitasyonu kesinlikle önlemek için emme yüksekliğini mümkün olduğu kadar alçak tutmak gereklidir. Eğer gerekirse sıvının serbestçe akmasını sağlayabilmek için pompa daha derine yerleştirilmeli. 300 mm.VVS'lik manometrik emme yüksekliği mümkün olduğu derecede aşılmamalıdır. Aynı sebepten dolayı emme kısmında kaba filtre (tel dokuma, örgü genişliği normalde 200 mikron) kullanılmalıdır. Tavsiyemiz ince filtrenin basınçlı kısımda veya geri dönüşte kullanılmasıdır. Bu durumda filtre süzme kapasitesi genelde 25 mikrondur.
2.5.5. Filtre Malzemeleri
HFC tipi sıvıların filtrasyonu için çoğunlukla plastik veya cam elyaf tip malzemeleri kullanıldığı gibi dirençli empregnasyon kağıt filtreleri ve nadir olarak kafesli tel ince filtreleri kullanılır.
Empregnasyonsuz filtreler, su-glikol sıvıları için uygun değildir. Elyaflar emme haznesi önünde yüzerler, orada sıkışırlar ve emme haznesini işlemez hale getirebilirler. Bu da kavitasyon tehlikesini doğurur.
2.6. Sistemin HFC Tipi Hidrolik Sıvılara Göre Ayarlanması 2.6.1. Sistemin Temizlenmesi
Önceden kullanılan hidrolik yağ tamamen dışarı alınmalı, kesinlikle hiçbir artık kalmamalıdır, iletken borular mümkünse basınçlı hava ile temizlenmeli. Tank itina ile yıkanmalı, dayanıksız boyalar çıkartılmalıdır. (2.5.1'e bakınız) Tel kafes emme filtreleri uygun çözücü madde ile yıkanmalı, örgü genişliği 200 mikrondan daha küçük olanlar değiştirilmeli. İnce filtreler genel olarak yenilenmelidir. Eski dolumun boşaltılmasında depolama sistemlerinin boşaltılması da unutulmamalıdır. Geri dönüş borusunda ve basınçlı kısımda filtre bulunmuyor ise, buraya 25 mikron geçirgenliği olan bir filtre yerleştirilmelidir.
Eğer hidrolik sistem önceden, özgül ağırlığı HFC'den çok daha yüksek olan HFD sıvısı ile çalıştırılmış ise sistem boşaltıldıktan sonra önce konvensiyonel hidrolik yağ ile çalkalanmalı ve sonra HFC Tip yıkama sıvısı ile temizlenmelidir.
Bu yolla daha önce kullanılmış hidrolik sıvının büyük miktarlarda sistemde kalması, kabın dibine çökmesi ve sonra tamamen temizlenememesi önlenecektir. Konvensiyonel hidrolik yağ ile çalkalayarak, karışımın yoğunluğu düşürülür, kalıntıları HFC Tip Sıvı üzerinde yüzer ve böylece temizlenmesi kolay olur.
2.6.2. Temizleme Sıvısının Dolumu
Bu zamana kadar bilinen hidrolik yağ ile çalıştırılan sistemler (örn. basınçlı döküm makinalarında) kaplarda belirtilen minimum yüksekliği kadar HFC Tip temizleme sıvısı ile doldurup, çalkalanmalıdır.
Bu temizleme sıvısı yok ise işlem HFC Tip Hidrolik Sıvısı ile de yapılabilir.
Tam sentetik hidrolik sıvılar yapıları itibarı ile, havayı bilinen konvensiyonel hidrolik yağlardan daha yavaş verirler. Kaplarda, kabarcıklar halinde fazla hava olup olmadığı kontrol edilmelidir. Gerekirse HFC Tip yıkama sıvısında pratikte kabarcık kalmayana kadar beklenmelidir.
2.6.3. Pompa, Sistemi Doldurma ve Havasını Alma
ilk çalıştırmadan evvel pompa el ile birkaç defa çevrilmelidir, bunun mümkün olmadığı durumlarda ise pompa kısaca çalıştırılır ve pompanın sıvı ile dolması sağlanır. Bundan sonra sistem maksimum 1-2 dakika kadar çalıştırılır ve aynı anda HFC Tip yıkama sıvısı ile doldurulur. Burada ses seviyesine dikkat edilmelidir. Pompanın çok ses çıkarması halinde durdurulması gerekir. Gerekli ise hava boşaltılır veya birkaç dakikalık bekleme süresinden sonra tarif edildiği şekilde işleme devam edilir. Bu çalışma şekline, pompa normal ses çıkarana kadar ve havayı tamamıyla hidrolik sistemden dışarı basana kadar devam edilmelidir.
2.6.4. Yük Bindirmeden Deneme
Eğer sistem belirtilen seviyeye kadar HFC Tip Sıvı ile doldurulmuş ise, sistem çalıştırılmalı ve ilk saat içinde sıvı sadece sistem içinde pompalanmalıdır.
2.6.5. Filtre Kontrolü ve İşe Başlama
iki saat sonra bütün filtreler kontrol edilmeli ve gerekli olduğu taktirde yeniden temizlenmelidir. Hala ılık olan HFC Tip yıkama sıvısını maksimum 8-24 saatlik (büyük sistemlerde yaklaşık 72 saat yıkayın) çalışmadan sonra makinadan boşaltmalı. Dışarıya pompalama, pompanın kapatılmasından sonra hemen olmalıdır ki böylelikle dağılmış yağın kesilmesi önlenmiş olsun. Daha sonra HFC Tip hidrolik sıvı doldurulmalıdır.
Birkaç gün çalıştıktan sonra yağ değişiminden sonraki ilk hafta sonu, önceden kullanılan hidrolik yağın kalıntılarının yüzeyde yüzüp yüzmediği kontrol edilir ve kalıntılar temizlenir. Bu sırada filtreler de kontrol edilmelidir.
2.7. İşletme Kontrolü
Bütün HFC Tip Hidrolik Sıvılar sınırsız bir kullanım süresine sahiptirler, özelliklerini, tecrübelere göre yalnız uygun olmayan şartlar altında değiştirirler. Bu sebeple tavsiye edilen işletme talimatlarını da yalnızca çok uzun aralarla kontrol etmek yeterlidir. Hidrolik dolumun her 6-8 ayda bir kontrol servisleri tarafından kontrol edilmelidir.
II. ULUSAL HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ VE SERGİSİ 33
Yeni bir sistemin işleme sokulmasından sonra veya o zamana kadar hidrolik yağ ile çalıştırılan sistemlerde, uygun olmayan işletme şartlarının etkisinin hemen fark edilebilmesi için kontrollerin ilk olarak kısa zaman aralıkları ile yapılması gerekmektedir.
Kontrolün doğru yapılabilmesi için ortalama (homojen) bir örnek almak gerekmektedir. Bunun için numune, sistem çalışırken alınmalıdır.
HFC Tip Hidrolik Sıvı içindeki su miktarı hissedilir şekilde buharlaşırsa, doğru viskozitenin tekrar sağlanabilmesi için saf su eklemek gerekmektedir. Normal çeşme suyu kesinlikle kullanılmamalıdır.
Büyük ölçüde su verme işi yavaşça ve mümkünse birkaç bölgede yapılmalıdır. Böylece pompanın zaman zaman yalnız su emmesi ve dolayısıyla zarar görmesi engellenir. Gerekirse eklenecek su miktarı doldurulmadan önce aynı miktarda HFC Tip Hidrolik Sıvı ile karıştırarak ilave edilebilir.
Korozyondan koruma etkisinin kontrolü, pH değerinin ölçülmesi ile yapılır. Test neticeleri standart değerlerden sapma gösteriyor ise o zaman ek olarak korozyon inhibitörü kontrol edilir. HFC Tip Sıvının korozyon koruma etkisi ancak işlem sıcaklığının uzun süre 45°C'nin üzerinde olmasıyla veya yabancı maddelerin sıvıya karışması ile olur. Normal şartlar altında bir değişim gözlenmez.
Hidrolik dolaşım sistemine karışan yabancı yağlar zaman zaman depolama kaplamdaki HFC Tip Hidrolik Sıvı dolumundan dışarı alınmalıdır.
Sistemin uzun süre çalışmaması halinde (hafta sonunda) HFC sıvı tiplerinde yabancı yağ tamamen yüzeyde yüzer ve rahatlıkla buradan emilebilir. Yüzeyde yüzen yağ içinde küçük katı parçacıklar bulunabilir bunlar yağ ile birlikte dışarıya alınır ve böylece sıvı temizlenmiş olur.
Filtreler belirli zaman aralıklarıyla kontrol edilmelidir. Gerekirse filtre kapları temizlenmeli veya değiştirilmelidir, ince filtrelerin (tel kafeslerin) temizlenmesi mümkün değildir, daha doğrusu başarılı bir sonuç getirmez. Emiş Filtreleri temizlenirken önce alkol ile yıkanmalı sonra yağ artıklarını çözücü bir madde ile veya benzin ile çalkalanmalıdır. Bu yöntem çok faydalıdır, çünkü su kısmı temizlemeyi, yalnızca hidrokarbon içerikli çözelti maddesi ile önleyebilir.
KAYNAKLAR
[1] PETROFER CHEMIE, Yanmaz Hidrolik Sıvılar Katalogu [2] PETROFER CHEMIE, Hidrolik Yağlar Seminer Notları
ÖZGEÇMİŞ Didem CANDAN
Didem CANDAN 1975 yılında İzmir'de dünyaya gelmiştir. Karşıyaka Gazi Lisesi mezunu olup, eğitimini Ege Üniversitesi İngilizce Kimya Mühendisliği Bölümünde tamamlamıştır. 1999 yıhnda PETROFER Endüstriyel Yağlar A.Ş.'de Kimya Mühendisi olarak çalışmaya başlamıştır. Halen aynı şirkette Kalite Güvence Müdürü olarak görevini sürdürmektedir.
MMO, bu makaledeki ifadelerden, fikirlerden, toplantıda çıkan sonuçlardan ve basım hatalarından sorumlu değildir.
Hidrolik Yağların Katkıları
ERTUĞRUL DURAK
Süleyman Demirel Üniversitesi.
Makina Mühendisliği Bölümü
ESİN ÇULCUOĞLU
Mobil Oil Türk A.Ş.
FİLİZ KARAOSMANOĞLU
İstanbul Teknik Üniversitesi Kimya Mühendisliği Bölümü
MAKİNA MÜHENDİSLERİ ODASI BİLDİRİ
II. ULUSAL HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ VE SERGİSİ 37
HİDROLİK YAĞLARIN KATKILARI
Erhığrul DURAK Esin ÇULCUOĞLU Filiz KARAOSMANOĞLU
ÖZET
Endüstriyel yaşam makina kullanımı ile mümkündür. Makinaların büyük bölümünün ise, kullanımlarında yağlama yağına gereksinimi vardır. Bu nedenle yağlama yağları pek çok uygulama alanında karşımıza çıkmaktadır. Endüstriyel yağların önemli bir bölümü hidrolik sistemlerde kullanılmaktadır. Petrol kökenli ve sentetik hidrolik yağlar, kullanılacakları hidrolik ortama göre çeşitli özelliklere taşımak zorundadır. İstenen bu özellikler hidrolik yağın hazırlanmasında uygun katkı maddelerinin amaca hizmet edecek şekilde katkısı ile sağlanabilmektedir. Aşınma önleyici (AW), viskozite indeksi (VI) geliştirici, köpük önleyici, akma noktası düşürücü, temizleyici ve dağıtıcı, sürtünmenin neden olduğu titreşim veya gürültüyü önleyici katıklar, oksidasyon önleyici, yüksek basınç (EP) vb. gibi katkı maddeleri hidrolik yağlara ilave edilen katıkların başında gelmektedir. Bu çalışmada, hidrolik yağların genel bir tanıtımı yapılarak günümüzdeki konumlarının ortaya konulması ve katkı maddelerinin geniş olarak incelenmesi hedeflenmiştir.
1. GİRİŞ
Günümüzde kullanılan hidrolik sistemler yüksek basınç, yüksek sıcaklık ve yüksek hızlarda çalıştığı için hidrolik akışkanın seçimi oldukça önemlidir. Hidrolik sistemde kullanılacak etkili bir akışkan, sistemin çalışma performansını yükseltmeli, sistemin güvenli çalışmasını arttırmalı, parçaların aşınmasını azaltmalı, degradasyona direnç göstermeli ve ucuz olmalıdfr. Hidrolik bir sistemde hidrolik yağ, diğer bütün bileşenlerden daha fazla fonksiyon sergilemektedir. Böyle bir rolü karşılamak için akışkan şiddetli çahşma şartlarında ve olumsuz çalışma ortamında bile yeterli kimyasal ve fiziksel özelliklere sahip olması gerekmektedir.
Bir hidrolik yağın seçiminde etkili olan karakteristikleri şöyle sıralamak mümkündür;
Viskozite, Yoğunluk,
Buharlaşma basıncı, Zehirlilik,
Termal stabilite, Aşınma önleyici, Köpürme,
Korozyon önleyici, Köpürme,
Dağıtıcı özellikler, Kayma bozulması, Kübik elastik modülü, Yüzey gerilimi, Alevlenme kabiliyeti, Oksidasyon,
Pas önleme, Yağlayıcılık,
Nem çekme özellikleri, Donma noktası, Deterjan özellikleri, Viskozite indeksi,
Hava tahliyesi vb..Akışkan hidrolik sistemde parçalar arasında yeterli yağlama yapmasının yanında dışarıdan giren partikül ve kirlenme karşısında da başarılı olmalıdır[1].
2. HİDROLİK YAĞ KATKILARI
Baz akışkanın doğal özelliklerini arttırmak veya ilave etmek ve önceden belirlenmiş performans karakteristiklerini başarmak için katkı maddeleri, genellikle hidrolik akışkanın son formülasyonunda ilave edilirler. 1950'lerden önce hidrolik akışkanda katkı maddesi kullanımı oldukça sınırlıydı.
Oksidasyon inhibitörleri vasıtasıyla çalışma ömrünün arttırılmasından sonra ilgi artmıştır. Yüksek basınç ve yüksek sıcaklıklarda çalışan hidrolik sistemlerdeki kompleks valf ünitelerinin kullanılabilmesi için yüksek kalitedeki hidrolik akışkanlara büyük gereksinim duyulmuştur. Baz akışkanın çözünürlük özellikleri genellikle pek çok katkı maddesinin verimliliği açısından oldukça önemlidir. Aşırı çözünürlük metal yüzeylerinde istenen aktif yüzey partiküllerinin adsorblanmasını engellerken yetersiz çözünürlük ise katkı maddesinden istenen fonksiyonun sergilemesini engelleyebilmektedir. Düşük veya yüksek sıcaklık uygulamaları için düşünülen hidrolik akışkanlar genellikle madeni bazlılarla kıyaslandığında çok farklı katkı maddeleri içeren sentetik yağlar daha uygundur[2].
Genel olarak; başlangıçta yağda bulunmayan veya belli miktarda bulunan, yağlara istenen bazı özellikleri kazandırmak, mevcut özellikleri geliştirmek, yağın istenmeyen bazı özelliklerini de yok etmek veya en aza indirmek amacıyla yağlara sonradan eklenen ilave maddelere Katkı Maddesi denilmektedir[3-22]. Katkı maddelerinin faydalı etkileri yanı sıra, zararlı etkileri de olabilmektedir.
Özellikle aşırı miktarda katkı maddesi kullanıldığında veya diğer katkı maddeleri ile reaksiyon vuku bulduğunda bu tip zararlar açığa çıkmaktadır. Yağa bazı özellikleri-kazandırmak için katkı maddesi eklenirken, bu katkı maddelerinin karıştırıldıkları yağın ve diğer katkı maddesi elemanlarının özelliklerini bozmamaları gerekmektedir^]. Hidrolik yağlara ilave edilen katkı maddeleri yağ içerisinde birbirlerini ya negatif yönde(antagonism ) veya pozitif yönde (synergism) etkileyebilmektedir. Hidrolik yağlarda kullanılan başlıca katkı maddesi çeşitleri, kimyasal yapıları, fonksiyonları ve ilave miktarları Tablo 1 .'de özetlenmiştir[2].
2.1. Donma Noktası Düşürücü Katkı Maddeleri
Yağların temel maddesi olan hidrokarbonlar düşük sıcaklıklarda katılaşmaktadırlar[8]. Bu tip katkı maddeleri yüksek molekül ağırlıklı polimerlerdir. Bunlar, düşük sıcaklıklarda yağ akışını önleyecek bir wax kristal yapısının oluşumunu önlemektedir. Katkı maddeleri tümüyle wax kristallerinin büyümesini önleyememektedir. Fakat düşük sıcaklıklarda rijit bir yapı oluşturmaktadır. Yağın tipine bağlı olarak, donma noktası yaklaşık olarak 11-17 °C düşürülebilmektedir[9].
2.2. Viskozite indeksi (VI) Geliştiricileri
Bu katkı maddeleri uzun zincirli yüksek molekül ağırlıklı polimerlerdir. Viskozite indeksi geliştiricilerin fiziksel çalışma prensibi gerçekte tamamen bir çözünürlük olayıdır. Büyük polimer molekülleri düşük sıcaklıkta birbiri ile sıkı bir şekilde sarılmış haldedir. Sıcaklık arttıkça yavaş yavaş moleküller sargı halden çözülerek açılır ve daha büyük bir hidrodinamik hacim oluşturduğu kabul edilmektedir. Bu durumda baz yağda polimer zincir ağı oluşur(Şekil 1)[2]. Bu katıkların fonksiyonları; herhangi bir yağın düşük sıcaklıklardaki viskozitelerini çok daha yüksek sıcaklıklarda da muhafaza etmektir[8,9].
