Petrol bazlı yağ, mükemmel bir yağlayıcıdır; bu nedenle enerji iletim ortamı olarak bu yağı kullanan sistemler uzun ve güvenilir bir kullanım ömrü bekleyebilir. Ancak birçok sistem ve uygulamada petrol bazlı yağın önemli bir dezavantajı vardır: basınç altında yağ sızıntılar aracılığıyla püskürerek bir sis (yağ püskürtmesi) oluşturabilir. Bu sis, birçok sanayi yangınının nedeni haline gelmiştir.

Normal koşullarda petrol bazlı yağ kullandığımızda yangın riski çok yüksek değildir — çünkü mineral yağ oda sıcaklığında kolayca tutuşmaz ve bir kibrit çöpüne benzer şekilde alev bastırma özelliği gösterir. Ancak yüksek basınçlı borularda küçük sızıntılar oluştuğunda yağ ince bir sis şeklinde dışarı püskürür. Bu sis, son derece yanıcı bir karışımdır ve çok kolay tutuşabilir; bu tür bir sızıntı, yakıt enjektörü gibi düşünülebilir.

Yangın riski taşıyan endüstriyel ortamlarda ilk öncelik, çalışanların güvenliği ve kazara yangınlar olmadan üretim süreçlerinin sürdürülebilirliğidir. Eğer ortamda kazara ateşlenmeye neden olabilecek kaynaklar oluşabiliyorsa, yangına dayanıklı hidrolik akışkanlara ihtiyaç duyulur. Bu tür akışkanların kullanılması işletme maliyetlerini artırır (yangına dayanıklı akışkanlar mineral yağa kıyasla daha pahalıdır) ve bileşenlerin bakım ömrünü kısaltır.

Bu bölümün amacı, hidrolik sistemlerde yaygın olarak kullanılan yangına dayanıklı hidrolik akışkanları tanımlamak, bunların kullanımıyla ilgili bazı sorunları tartışmak ve bakım önerileri sunmaktır.

Yangına Dayanıklılığın Belirlenmesi

Yangına dayanıklı akışkanlar tam anlamıyla yangına dayanıklı değildir — adlarından da anlaşılacağı üzere, sadece ateşlenmesi zor olan akışkanlardır. Bir yangına dayanıklı akışkan yeterince yüksek bir sıcaklığa kadar ısıtılırsa, sonunda yine de tutuşacaktır.

Belirli bir sıvının yangına dayanıklılığı, üç teknik ölçümle belirlenir: parlama noktası, yanma noktası ve kendiliğinden tutuşma sıcaklığı. Aşağıdaki üç test açıklamasında referans sıvusu, petrol tabanlı hidrolik yağdır.

Alevlenme noktası

Bir sıvının parlama noktası, yüzeyinden yeterli miktarda buhar salınabilmesi için ısıtılması gereken sıcaklıktır; bu buhar, üzerine bir alev uygulandığında tutuşur. Petrol tabanlı hidrolik yağ için bu sıcaklık 350–450°F (176,6–232,2°C) aralığındadır; bu sıcaklıkta uygulanan alevle buhar tutuşur. Ancak alev kaldırıldığında yanma durur.

Yanma noktası

Yanma noktası, yağın test alevi kaldırıldıktan sonra yanmaya devam edebilmesi için ısıtılması gereken sıcaklıktır. Bu sıcaklığın üzerinde yağ yüzeyinden yeterli miktarda buhar salınır ve bir kez tutuştuğunda, alev kaynağı kaldırıldıktan sonra yağ kendi başına yanmaya devam eder.

Otomatik yanma sıcaklığı

Otomatik tutuşma sıcaklığı (AIT), yağın dışarıdan bir alev veya kıvılcım olmadan kendiliğinden tutuşmaya başladığı sıcaklıktır. Petrol bazlı hidrolik yağlar 500–700 °F (260–371 °C)’ye kadar ısıtılırsa kendiliğinden tutuşur.

Yangına dayanıklı olarak sınıflandırılan akışkanların parlama noktası, yanma noktası ve otomatik tutuşma sıcaklıkları, petrol bazlı yağlara göre daha yüksektir.

Yangına Dayanıklı Hidrolik Akışkan Türleri

Yangına dayanıklı akışkanlar iki ana kategoriye ayrılabilir: su bazlı ve sentetik.

Su Bazlı Hidrolik Akışkanlar

İlk hidrolik çalışma ortamı sudu. Su bazı eksikliklere sahiptir (özellikle yağlama açısından), ancak yanmazdır; bu nedenle yangına dayanıklılık gerektiği durumlarda ilk yaklaşım, basitçe suya geri dönmekti. Ancak yeterli yağlama sağlamak için yağ ve su birlikte emülsiyon haline getirilmiştir.

Yağ İçinde Su Emülsiyonu (W/O Emülsiyonu)

Bu, su ve yağdan oluşan su bazlı yangına dayanıklı bir akışkandır. Bir çözelti değildir — yağ ve su birbirinde çözünmez. Bu akışkanda, kimyasal bir emülsifiyer yardımıyla yağ, çok ince damlacıklar halinde dağıtılır ve su taşıyıcı fazı içinde eşit şekilde dağılır; bu da yağlamanın kalitesini artırır. Bu akışkan bir alevle karşılaştığında su buharlaşır ve ateşi söndürür.

Bu iki fazlı su/yağ akışkanına emülsiyon denir. Bu tür akışkanlar yaygın olarak kullanıldığı dönem boyunca tipik oran, ana faz olan suyun %60’ı ile dağıtılmış damlacıklar halindeki yağın %40’ı şeklindedir.

Yüksek Su İçeriğine Sahip Akışkan (HFA)

Bu, suyun ana bileşen olduğu yangına dayanıklı bir akışkandır. Şu anda, sızıntı nedeniyle büyük miktarda çalışma akışkanı kaybedilen sistemler dışında bu tür akışkanlar hidrolik sistemlerde nadiren kullanılmaktadır — bunu kullanan sistemler, akışkanın görece ucuz olması (içeriğinin en az %90’ı su olmak üzere) nedeniyle bazı ekonomik avantajlar kazanmak adına bileşenlerin ömrünü kısaltmaktadır.

Yüzde 1–10 yağ içeriğiyle hazırlanan bir emülsiyon, yüksek su bazlı akışkan (su içinde yağ çözeltisi) olarak adlandırılır. Eğer biri sisteminin "%5 yağ çözeltisi" kullandığını belirtiyorsa, bu durum %95 su ve %5 yağ ya da kimyasal konsantrasyonun 95:5 olduğunu ifade eder.

Su İçinde Yağ Emülsiyonu (HFB)

Hidrolik sistemlerde kullanılan modern su/yağ emülsiyonları, %60 yağ ve %40 su içeren süt beyazı renkli akışkanlardır — bu oran, daha önceki HFA tipine göre tersinedir (HFA’da %60 su ve %40 yağ bulunur). Bu akışkanın ana bileşeni yağ olduğundan ve su dağılmış faz olarak yer aldığından, HFB emülsiyonu HFA’ya kıyasla daha iyi yağlama özelliği gösterir; ancak yangına direnci biraz azalmıştır.

su/yağ emülsiyonunun viskozitesi

Petrol yağı gibi, viskozite su/yağ emülsiyonlarının önemli bir özelliğidir. HFA akışkanının en az %90'ı su içerdiğinden, viskozitesi temelde sudur — bu da onu nispeten zayıf bir yağlayıcı yapar.

Öte yandan HFB emülsiyonu yaklaşık %60 yağdan oluşsa da, bu durum viskozitesinin temel yağın viskozitesine eşit olduğu anlamına gelmez. İki faz arasındaki kayma etkisi nedeniyle HFB emülsiyonu beklenenden daha düşük bir viskozite gösterir. Sistem bileşenlerinin yeterli şekilde yağlanmasını sağlamak için kullanılan HFB emülsiyonunun, sistemde normalde kullanılan petrol yağından daha yüksek bir viskoziteye sahip olması gerekir. Örneğin, bir sistem 150 SUS (32 cSt) @ 100°F (37,7°C) petrol yağı kullanıyorsa, HFB emülsiyonunun viskozitesi 375 SUS (80,9 cSt) @ 100°F (37,7°C) olmalıdır.

Çalışma akışkanı hidrolik pompa ve sistemden geçerken, iki faz arasındaki kayma etkisi nedeniyle HFB emülsiyonu viskozite düşüşü gösterir. Bileşenlerin iyi yağlanmasını sağlamak için HFB emülsiyonunun viskozitesi, bu sistem için normal petrol yağı viskozitesinden yüksek olmalıdır.

Su içinde yağ emülsiyonlarıyla ilgili sorunlar

Yangın dirençli su bazlı akışkanların bir depoda saklanması sorunlara neden olabilir. HFB emülsiyonu için iki ana sorun, faz ayrılması ve bakteriyel büyümedir.

Faz Ayrılımı

HFB emülsiyonları düşük sıcaklıkta çalışma için tasarlanmamıştır. 32°F (0°C)’de buz oluşmaya başlar; yaklaşık -10°F (-23,3°C)’de emülsiyon tamamen donar. Donma-çözülme döngüleri, iki fazın ayrılmasına neden olur: suyun donma noktasında (32°F / 0°C), emülsiyondaki su damlacıklarının bir kısmı buz kristallerine dönüşür. Sistem ısındıkça buz erir; ancak emülsiyon bu aşamada mutlaka yeniden oluşmaz — bu noktada akışkan, bileşenlerin paslanmasına daha yatkın hâle gelir ve artık iyi bir yağlayıcı değildir.

Tekrarlayan donma-çözülme döngüleri, su ve yağ fazlarının kalıcı olarak ayrılmasına neden olur. Bir kez ayrıldıktan sonra bu iki fazı tekrar emülsiyon haline getirmek çok zordur, hatta imkânsız olabilir ve yangına dayanıklılık ciddi bir endişe kaynağı haline gelir.

Faz ayrışmasının kontrol edilmesi

Emülsiyonun faz ayrılmış olup olmadığını kontrol etmek için görsel inceleme yapılır. Rezervuarda iki fazın ayrılmış olup olmadığı belirlenmesi zordur — yağdan bir örnek alın, geniş ağızlı bir şişeye dökün ve bir süre bekletin. Serbest suyun şişenin dibine çöktüğünü göreceksiniz.

Faz ayrılması ciddi düzeyde olduğundan şüpheleniyorsanız, akışkan tedarikçinizle iletişime geçin — muhtemelen akışkanın değiştirilmesini önerebilirler.

Bakteri Büyümesi

Uygun sıcaklık koşullarında bakteriler HFB emülsiyonu içinde çoğalabilir. Büyük miktarlarda bakteri, akış kontrol vanası açıklıklarını ve filtre elemanlarını tıkayabilir; tüm bu etkiler sistem güvenilirliğini azaltır ve arızaya neden olur.

Bunun önlenmesi için birçok HFB emülsiyonu bakteriyostatik katkı maddeleri içerir.

Bakteri büyümesinin kontrol edilmesi

HFB emülsiyonundaki bakteri büyümesi görsel olarak ve kokuyla tespit edilebilir. Eğer akışkan içinde bakteri üremişse, giriş filtresi viskoz bir salgı tabakasıyla kaplanmış gibi görünür ve akışkan kötü bir koku yayar.

Emülsiyonda bakteriyel büyüme varsa, sıvının muhtemelen değiştirilmesi gerekir.

Su-Glikol (HFC)

Su-glikol, su bazlı yangın dirençli bir sıvı türüdür. Su ve glikol (etilen glikol) karışımından oluşur ve kimyasal yapısı otomotiv antifrizine çok benzer.

Su-glikol genellikle kırmızı veya pembe renklidir. Genellikle %60 glikol ve %40 su içerir; viskoziteyi artırmak için kimyasal kalınlaştırıcılar eklenir. Glikol aslında suda çözündüğü için bu sıvı tek fazlıdır — emülsiyonlardan farklı olarak mikroskop altında ayrı su ve glikol damlacıkları içermez. Su-glikol düşük sıcaklıklarda iyi çalışır.

HFB emülsiyonu ile su-glikolün karşılaştırılması

HFB emülsiyonu ile su-glikolü karşılaştırdığımızda şunları görürüz:

1. HFB emülsiyonunun stabilitesi, su-glikol çözeltisine göre daha düşüktür.
2. Stabil HFB emülsiyonu daha iyi yağlama sağlar.
3. HFB emülsiyonu daha ucuzdur.
4. Su-glikolün yangın direnci daha iyidir.
5. Su-glikol, düşük sıcaklıklarda daha iyi çalışır.

Su bazlı hidrolik akışkanlarla ilgili sorunlar

Hidrolik depoda su bazlı yangın dirençli akışkan kullanmak bazı sorunlara neden olur. HFB emülsiyonu için iki temel sorun, bileşenlerin kullanım ömrünün kısalması ve suyun buharlaşmasıdır.

Su bazlı akışkanların yağlama özelliği

Su bazlı yangın dirençli akışkanlar, yangın direncini sağlamak amacıyla büyük oranda su içerdiğinden yağlama özellikleri, petrol yağına kıyasla çok daha düşüktür — bu, doğasından kaynaklanan bir eksikliktir.

Yağlama katkı maddeleri ve yağlılık katkı maddeleri eklenmesine rağmen, bu akışkanlar kullanım sırasında yine de bileşenlerin kullanım ömrünü kısaltır. Bu olumsuz etki nedeniyle su bazlı yangın dirençli akışkanlar genellikle 1.800 psi (124 bar) üzerinde çalışan sistemlerde kullanılmaz.

HFA akışkanı, HFB emülsiyonu ve su-glikol arasında kararlı HFB emülsiyonunun yağlama özelliği en iyisidir; bunu su-glikol takip eder, ardından HFA gelir.

Tablo 4-1: Su bazlı yangına dayanıklı akışkanlar ile petrol yağı arasındaki göreli yağlama azaltma faktörleri. Daha yüksek bir faktör, daha fazla bileşen aşınması anlamına gelir.

Su buharlaşma

Birçok akışkan üreticisi, su bazlı hidrolik akışkanlar için maksimum işletme sıcaklığını 140°F (60°C) olarak belirtmekte ve ideal olarak 120°F (49°C) altında tutulmasını önermektedir. 140°F (60°C) üzerinde, aşırı su buharlaşması meydana gelebilir.

Su bazlı akışkandan su buharlaştığında birkaç istenmeyen olay gerçekleşir. Sıvudan kaçan su buharı, korunmayan demir bileşen yüzeylerinde yoğunlaşarak paslanmaya neden olur. Belirli bir süre sonra bu pas parçalanır ve sistemin tamamında bir kirletici kaynak haline gelir.

Su bazlı akışkanlar genellikle pas önleyici maddeler içerir; ancak akışkan içinde batmayan herhangi bir korunmayan metal yüzey, buharlaşmadan kaynaklanan buhar tarafından etkilenecektir.

Su bazlı akışkanların yangına dayanıklılığı, su içeriğine bağlıdır; bu nedenle suyun buharlaşması yangına dayanıklılığı azaltır. Buharlaşma aynı zamanda viskoziteyi de etkiler: su-glikol karışımlarında su kaybı viskoziteyi artırırken, HFB emülsiyonlarında su kaybı viskoziteyi düşürür ve emülsiyonun kararsız hâle gelmesine neden olabilir. Yangına dayanıklılığın optimum düzeyde tutulması ve uygun viskozitenin sağlanması için su bazlı yangın giderici akışkanların su içeriği düzenli olarak kontrol edilmeli ve dar bir konsantrasyon aralığında tutulmalıdır.

Şekil 4-11 Su bazlı akışkanlardan su buharlaşması. Buharlaşma, yangına dayanıklılığı azaltır, viskoziteyi değiştirir ve metal yüzeylerde buharın yoğunlaşmasına neden olarak paslanmaya yol açar.

Sentetik Yangın Giderici Hidrolik Akışkan (HFDR)

Sentetik yangın giderici hidrolik akışkan, yüksek yangına dayanıklılığı ile dikkat çeken, ancak yağlama özellikleri petrol yağına yakın yapay bir yağdır. En yaygın kullanılan sentetik yangın giderici akışkan fosfat esteridir.

Not: Sentetik yangın dirençli akışkan, silikon reçineleri, silikat esterleri, dibazik asit esterleri, poliol ester bileşikleri, polieterler veya diğer sentetik akışkanlarla karıştırılmamalıdır. Bu sentetik bileşikler, belirli uygulamalar için gerekli özel özelliklere sahip olabilirler; ancak genellikle yangın dirençli olarak kabul edilmezler.

Fosfat ester akışkanı yüksek basınçta iyi çalışır ve üstün yangın direncine sahiptir; ancak maliyeti yüksektir. Yangın direnci gereken yüksek basınçlı sistemlerde fosfat esterin maliyeti nedeniyle, fosfat ester ile petrol yağı karışımı kullanılabilir. Bu karışım, sistemin ihtiyaç duyduğu yağlama özelliğine sahiptir; ancak yangın direnci saf fosfat ester kadar iyi değildir.

Suya dayalı ve sentetik yangın dirençli akışkanların karşılaştırılması

Suya dayalı ve sentetik yangın dirençli akışkanlar karşılaştırıldığında:

6. Sentetik akışkanlar daha iyi yağlama sağlar ve daha yüksek basınçta çalışabilir.
7. Sentetik akışkanlar daha pahalıdır.
8. Sentetik akışkanlar daha iyi yangın direncine sahiptir.
9. Fosfat ester sıvısı, yaklaşık 455°F (235°C) parlama noktasına, yaklaşık 665°F (352°C) tutuşma noktasına ve yaklaşık 1.150°F (621°C) kendiliğinden tutuşma sıcaklığına sahiptir.

Su bazlı sıvılar, parlama noktası ve tutuşma noktası ile yangın direncini göstermez — çünkü bu sıvılar su içerir. Su-glikolün kendiliğinden tutuşma sıcaklığı yaklaşık 1.100°F (593°C)'dir; HFB emülsiyonu için ise bu değer yaklaşık 825°F (440,6°C)'dir.

Şekil 4-14: Dört farklı yangın dirençli sıvı türü ve depolama varilleri. Soldan sağa: sentetik (fosfat ester), fosfat ester-yağ karışımı, HFB emülsiyonu ve su-glikol.

Yangın Dirençli Hidrolik Sıvılarla İlgili Sorunlar

Hidrolik sistemlerde yangın dirençli sıvıların kullanılması, conta ve koruyucu kaplamalarla uyumluluk, köpürme ve hava tutma ile çökelme gibi belirli sorunlara neden olur.

Yangın dirençli sıvıların uyumluluğu

Petrol yağı sistemlerinde dinamik sızdırmazlıklar için en yaygın kullanılan malzeme nitril kauçuktur (Buna-N). Bu malzeme aynı zamanda HFB emülsiyonu ve su-glikol ile uyumludur. Bir sistem petrol yağından HFB emülsiyonuna veya su-glikole geçtiğinde mevcut sızdırmazlıklar nitril kauçuktan yapılmışsa bunların değiştirilmesine gerek yoktur. Ancak sistem, fosfat esteri gibi sentetik bir akışkana geçildiğinde sızdırmazlıkların değiştirilmesi gerekir.

Petrol yağından su bazlı hidrolik akışkana geçiş yapılırken koruyucu kaplamalarda sorunlar ortaya çıkabilir. Depo iç yüzeyi petrol yağı ile uyumlu bir kaplama veya boya ile korunuyorsa bu kaplamalar su bazlı akışkan tarafından çözünebilir.

Su-glikol ve bazı kimyasal konsantreler, belirli metallerle uyumsuzdur. Bunlar çinko, kadmiyum, magnezyum ve bazı alüminyum alaşımlarını aşındırabilir; bu da valf açıklıklarını ve filtreleri tıkayan yapışkan cüruf oluşturur ve valf pimlerinin takılmasına neden olabilir. Bu nedenle, bu metallerden yapılmış veya bu metallerle kaplanmış bileşenlerin su-glikol ile birlikte kullanılması önerilmez. Böyle bileşenlere elektrokaplama işlemi yapılmış borular, çinko veya kadmiyum kaplı filtre örgüleri, boru bağlantı parçaları ve depo aksesuarları dahildir.

Petrol yağı sistemlerinde hareketli sızdırmazlık uygulamalarında yaygın olarak kullanılan nitril kauçuk sızdırmazlık malzemesi, fosfat esteri veya fosfat esteri karışımları tarafından kabul edilmez; bu akışkanlar fluoroelastomer (Viton), epoksi bazlı kauçuk veya diğer uyumlu sızdırmazlık malzemeleri gerektirir.

Sentetik yangın dirençli akışkan, petrol yağıyla uyumlu boya ve vernikleri çözülebilir; ancak hidrolik sistemde yaygın olarak kullanılan metalleri aşındırmaz.

Yangın dirençli akışkanlardaki köpük ve hava tutma

Petrol yağına kıyasla, su bazlı ve sentetik yangın giderici akışkanlar hava tutmaya ve köpürmeye daha yatkındır. Çalışma akışkanı depoya geri döndüğünde, yangın giderici akışkanın içinde biriken tüm hava kabarcıklarını serbest bırakabilmesi için depoda daha uzun süre kalması gerekir.

Bu nedenle, yangın giderici akışkan kullanan sistemlerin depo hacmi, petrol yağı kullanan sistemlere göre daha büyük olmalıdır.

yangın giderici akışkanlardaki çökelti

Yangın giderici akışkan depoya geri döndüğünde, petrol yağına kıyasla yüzen kirleticileri daha kolay tutar. Akışkan, uygun boyuttaki her türlü kirleticiyi depo tabanına çöktürmesine izin vermelidir; ancak yangın giderici akışkanlarda kirleticiler bu kadar kolay çökmez.

Dolayısıyla bir sistem yangın giderici hidrolik akışkan kullanıyorsa, öncelikli olarak iyi bir akışkan filtreleme önlemi alınması gerekir ve manyetik filtreler göz ardı edilmemelidir.

Bakım Rehberi

Saklama

Ateşe dayanıklı hidrolik akışkanların depolanması, petrole dayalı yağlar için kullanılan yöntemle temelde aynıdır — suyun üst kısımda birikmesini ve içeri sızmasını önlemek için variller yanları üzerine yatırılarak depolanmalıdır.

HFB emülsiyonu için ek bir depolama gereksinimi vardır: tekrarlayan donma-çözülme döngüleri kararlılığını etkilediğinden, depolama sırasında donmaması için dikkatli bir şekilde korunmalıdır.

Akışkanın varilden rezervuara aktarılması

Akışkanın depolama varillerinden rezervuara aktarılması, başka bir önemli adımdır. Varilin tapasını çıkarmadan önce varil kapağını temizleyin ve aktarma işlemi için gerekli tüm ekipmanları ve araçları hazırlayın: esnek hortum, aktarma pompası, huni, rezervuar doldurma filtresi ve operatörün elleri. Varildeki akışkanın marka adının ve viskozitesinin doğru olduğunu kontrol edin.

Ateşe dayanıklı akışkanı hareket ettirmek için bir aktarma pompası kullanılıyorsa, pompanın içinde farklı bir tür akışkan kalıntısı bulunmamasını sağlayın ve pompa malzemeleri ile bağlantı parçalarının akışkanla uyumlu olduğundan emin olun.

Ateşe dayanıklı akışkan rezervuara doldurulduktan sonra, belirtilen aralıklarla bakımının yapılması ve izlenmesi gerekir. Yağ bakımı şunları içerir: minimum seviyeye kadar tamamlama, sızıntıların giderilmesi ve filtre elemanlarının değiştirilmesi.

Su bazlı hidrolik akışkanlar, su içeriği açısından düzenli olarak kontrol edilmelidir; konsantrasyon çok dar bir aralıkta tutulmalıdır; aksi takdirde viskozite ve ateşe dayanıklılık etkilenecektir.

HFB emülsiyonuna genellikle su eklenmesi önerilmez çünkü bu, yeniden emülsifikasyon işlemi gerektirir. Su-glikol çözeltisine su eklemek yaygındır; ancak bu işlem, bahçe hortumunu doğrudan rezervuara bağlayarak basitçe yapılmamalıdır. Tamamlayıcı su, sistemi kirletmeyecek şekilde mineral birikimleri içermemelidir. Su-glikol çözeltileri için damıtılmış veya deiyonize su uygundur; eklenecek miktar, yağ örneğinin laboratuvar analizine göre belirlenmelidir.

* HFA, çok zayıf yağlama özelliği nedeniyle yüksek basınçlı sistemlerde nadiren kullanılır; basınç sınırı daha çok teknik bir kısıtlamadan ziyade pratik bir kısıtlamadır.