Isı Eşanjörlerinin Korozyon Dayanımı Bir Karşılaştırma

30 Oca 2019

Derleyen: Uğur Darcan, LUFTSIS Klima Sistemleri A.Ş.

1. Giriş

Isı eşanjörleri, ortamlar arasında doğrudan temas olmaksızın ısı değişimi sağlamak üzere tasarlanmıştır. Alüminyum ve bakır, yüksek ısı iletkenliğine sahip olduklarından bu amaca uygun malzemelerdir. Likitten havaya ısı aktaran standart ısı eşanjörleri bakır borulu ve alüminyum kanatlı olarak üretilir. Bu tasarımın zaafı bakır ile alüminyum arasındaki birleşme yeridir. Kanatlar bakır boruyla boşluk bırakmadan veya organik katmanlar ya da korozif ürünlerin müdahalesi olmadan sıkı bir şekilde birleştirildiği müddetçe ısı transferi optimum düzeyde olacaktır.

Dahası, ısı transfer yüzeyindeki bir kirlilik katmanı materyalin termal dayanımının artmasına ve dolayısıyla ısı transferinin çok daha düşük olmasına sebep olur.

Korozyon

Ne yazık ki, bakır ile alüminyum arasındaki bağlantı, farklı potansiyele sahip iki metalin (bakır ve alüminyum) birbirine eklenmesinden dolayı iklimlendirme sisteminin aynı zamanda korozyona karşı en duyarlı parçalarından biridir. Metaller farklı potansiyele sahiptir ve ortamda iletken bir sıvı (elektrolit) olur olmaz bir akım oluşacaktır. Bu akım (elektron akışı) daha az soy metalden (alüminyum) daha fazla soy metale (bakır) doğru gerçekleşecektir.

Alüminyum elektron kaybetmeye başladığında kolayca çözünmeye başlar ve tepkime sonucu bir alüminyum korozyonu ürününe dönüşür. Bakır ile alüminyum arasında bulunan bağlantının yerini artık bakır alüminyum oksit bir bağlantı alır. Alüminyum oksidin ısı iletkenliği, korozyona uğramamış alüminyumdan çok daha düşüktür. Bakır borulardan alüminyum kanatlara ısı transferi önemli ölçüde azalır.

Kirlilik

Kirliliğin ısı eşanjöründen hava akışını sınırlandırması durumunda, alüminyum kanatlardan geçen havanın sıcaklığı yükselecektir (daha az kg havada aynı kW). Bu, bakır borunun içindeki likit/gaz ile kanatlardan geçen havanın sıcaklıkları arasındaki farkın azalmasına neden olacaktır. Daha düşük bir sıcaklık farkı ısı transferinin azalmasıyla sonuçlanacaktır.

Tasarım

Tasarım ve materyal türü bir ısı eşanjörünün nihai korozyon dayanımını belirler.

Kanat mesafesi: Biriken kirlilik miktarını etkiler.

Hava hızı: Biriken kirlilik miktarını etkiler.

Kanat sabitleme: Bakırdan alüminyuma başlangıçtaki ısı transferini ve potansiyel galvanik etkinliği etkiler

Kanat malzemesi: Metal türü kanatların korozyona karşı duyarlılığını etkiler

Boru malzemesi: Metal türü korozyona karşı duyarlılığı (boru ve kanatlarda) etkiler

Bu çalışmada farklı raporlardan ve testlerden elde edilen sonuçlar karşılaştırılmış ve özetlenmiştir.

2. Malzemeler ve yöntemler

Bu çalışmada ısı eşanjörlerinde kullanılan farklı metallerin korozyon dayanımı karşılaştırılmıştır. Temel materyallerin yanı sıra, farklı tipte korozyondan koruma sistemleri de karşılaştırılmıştır. Bu raporda karşılaştırılan metaller:

  • Alüminyum
  • Bakır

Bu sistemdeki korozyondan koruma sistemleri:

  • Dört farklı tipte (gri, altın, mavi ve siyah) ön kaplama incelenmiştir ve sonuçlar dört sistemin ortalamasıdır
  • Sonradan kaplama

- Blygold PoluAl

- Blygold Plus Tropic

- Kahverengi fenolik

- “Blygold taklidi”

Farklı seçenekler arasında kıyaslanan parametreler:

  • Nötr tuz püskürtme testi: Nem ve tuzlara maruz bırakma
  • Asit tuz püskürtme testi: Neme, tuzlara ve asetik aside maruz bırakma
  • Kesternich testi: Kükürt okside maruz bırakma
  • Plus Tropical testi: Yüksek sıcaklık ve neme maruz bırakma
  • Transfer testi: Yukarıda belirtilen testlerin birleşimi
  • UV dayanımı: UV ışığa maruz bırakma
  • Kimyasal dayanım: Farklı konsantrasyonlarda farklı kimyasallara maruz bırakma
  • Isı transferi testleri: Malzemenin ısı transfer kapasitesi.

Test sonuçlarının uygulamayla bağıntısı, asla sonu gelmeyen bir tartışma konusudur. Çoğu testin kullanım ömrü tahminleri için değil, farklı metallerin karşılaştırılması için kullanılması en iyisidir.

3. Sonuçlar

3.1. Alüminyum

Alüminyum, oksijenle hızla tepkimeye giren, hafif bir metaldir. Yüzeydeki bu tepkimenin sonucu bir alüminyum oksit katmanıdır. Bu oksit katmanı çok yoğun olduğundan, alüminyumun geri kalanını ortamın geri kalanından ayırır ve oksitlenme süreci durur. Mekanik özellikleri ile ısı iletkenliği alüminyumun ısı eşanjörlerinde kullanımı için ilginç bir metal olmasını sağlar.

3.1.1. Kimyasal Dayanım

Literatür ve laboratuvar test sonuçları

Alüminyum, asitlerden ve alkali çözeltiden etkilenen bir metaldir. PH değeri 4’ün altında veya 9’un üzerindeyse, alüminyum bundan etkilenecektir. Tuzlara karşı dayanımı düşüktür. Alaşımın türü kimyasallara karşı dayanımı belirler. Çinko veya bakır katkılı alaşımlar düşük dayanım gösterirken mangan veya magnezyum katkılı alaşımlar görece orta derecede dayanım gösterir.

Organik ve inorganik asitlere maruz kaldığında, koruyucu alüminyum oksit katmanı hızla etkilenecektir. Oksit katmanındaki bu bozulmadan sonra çözünme ve korozyon hızla gerçekleşecektir.

Uygulama

Alüminyum ısı eşanjörleri aşındırıcı kimyasallara maruz kaldıklarında hızlı bozunma gösterir. Organik asitlerin (asetik asit, formik asit) havada sıklıkla bulunduğu gıda endüstrisinde ısı eşanjörlerinin bir yıl içinde bozulduğu görülmüştür. Bu endüstrilerde kullanılan temizlik maddeleri ve dezenfekte edici maddeler alüminyum kanatları bir yıl içinde ciddi olarak etkiler. Alüminyum ısı eşanjörleri için bilinen diğer problemli konumlar atıksu tesisleri, matbaa tesisleri, gübre fabrikaları, madencilik tesisleri, PVC ve kimyasal üretim tesisleridir.

3.1.2. Tuzlu ortamda korozyon dayanımı:

Literatür ve laboratuvar test sonuçları

Alüminyum, tuz püskürtme testlerinde oluşturulana benzer tuzlu ortamlara çok kısa süreyle dayanım gösterecektir. ASTM B117 tuz püskürtme testinde 100 saatten sonra ilk korozyon belirtileri ortaya çıkmıştır. Özellikle lokal beneklenme şeklinde korozyon bulunur. Klorür iyonları koruyucu oksit katmanı zayıflatır ve altındaki alüminyum katmanı korozyona uğratmaya başlar.

Uygulama

Deniz kenarında bulunan alüminyum ısı eşanjörleri hızla bozulurlar. Kurulumdan sonraki ilk aylarda kanatlar iyi gibi gözükür fakat ısı eşanjörlerinin içindeki galvanik etkinlik bakır boruların etrafındaki alüminyumu korozyona uğratır. Galvanik korozyon, kanatlar ısı eşanjöründen gerçekten düşene kadar gözle görülür değildir. Kanat kenarları üzerindeki beneklenme şeklinde korozyon çok daha hızlı görülür ve kanatları bir yıl içinde zayıflatır.

3.1.3. Asetik asitli ve tuzlu ortamda korozyon dayanımı:

Literatür ve laboratuvar test sonuçları

Alüminyumun tuzlu ve asitli ortamlara hiçbir dayanımı yoktur. Asetik asit tuz püskürtme testlerinde, test numunelerine asetik asitli bir çözelti (ph’ı 3,2) ve % 5 tuz çözeltisi püskürtülür. Asitli ortam oksitli katmanı derhal çözer, ardından tuzlar bu oksitli katmanın altındaki alüminyum üzerinde korozyonu başlatır. ASTM B287 tuz püskürtme testinde 10 saatten sonra alüminyum yüzey üzerinde ilk korozyon belirtileri ortaya çıkmıştır.

Uygulama

Sanayi bölgelerinde bulunan alüminyum ısı eşanjörleri bir yıl içinde şiddetli korozyon sergiler. Otoyolların yakınındaki ısı eşanjörleri de sülfür içeren kirlilik nedeniyle hızlı bozulma gösterirler. Çoğu kirlilik, alüminyum yüzey üzerinde asitli bir ortam oluşturur. Alüminyum ısı eşanjörlerinin çok hızlı korozyona uğrayacağı diğer konumlar atıksu tesisleri, matbaa tesisleri, gübre fabrikaları, petrol rafinerileri ve kimyasal üretim tesisleridir.

3.1.4. UV dayanımı

Alüminyum inorganik bir malzeme olduğundan, UV ışığına karşı hassas olabilecek karbon bağ bulunmamaktadır. Alüminyum tamamen UV dayanımlıdır.

3.1.5. Isı transferi

Alüminyumun mükemmel ısı transferi kabiliyeti bulunur. Isı eşanjörlerinde kullanılmasının ana nedenlerinden biri budur. Isıl iletkenliği: 237 W/mK.

teknik sekil 1

teknik sekil 2

3.2. Bakır

Bakır esasen ısı eşanjörlerinin içindeki borular için kullanılır. Bunun nedenlerinden biri iyi seviyedeki ısıl iletkenliğidir, ancak daha önemlisi bakıra çok kolay kaynak işlemi yapılmasının onu ısı eşanjörlerinin boruları için ilginç bir malzeme haline getirmesidir. Bakır, ortamdaki oksijenle tepkimeye girerek oksit bir katman oluşturur. Bu oksit katman sadece orta derecede yoğundur ve böylelikle metali bulunduğu ortamdan tamamen yalıtamaz.

3.2.1. Kimyasal dayanım:

Literatür ve laboratuvar test sonuçları

Bakır, bazı asitlerden ve alkali çözeltiden etkilenebilen bir metaldir. Tuzlara karşı dayanımı düşüktür. Organik ve inorganik asitlere maruz kalması bakırı hızla etkileyecektir. Bakır, sülfür ve amonyağa karşı son derece hassastır. Bakır ile bu bileşikler arasında doğrudan tepkimeler korozyona sebep olur ve bakırı çözer.

Uygulama

Bakır ısı eşanjörleri aşındırıcı kimyasallara maruz kaldıklarında hızlı bozunma gösterir. Organik asitlerin (asetik asit, formik asit) havada sıklıkla bulunduğu gıda endüstrisinde ısı eşanjörlerinin bir yıl içinde bozulduğu görülmüştür. Bu endüstrilerde kullanılan temizlik maddeleri ve dezenfekte edici maddeler de bakır kanatları bir yıl içinde ciddi olarak etkilemiştir. Kağıt fabrikaları ve atıksu tesisleri gibi sülfürlü ortamlarda sıklıkla kaçaklar gerçekleşir. Bakır, sülfürün yanında ayrıca amonyağa karşı da zayıf dayanıma sahiptir, gübre fabrikaları gibi ortamlarda da hızla kaçak meydana gelir. Bakır ısı eşanjörleri için bilinen diğer problemli konumlar matbaa tesisleri, madencilik tesisleri, petrol rafinerileri ve kimyasal üretim tesisleridir.

3.2.2. Tuzlu ortamda korozyon dayanımı:

Literatür ve laboratuvar test sonuçları

Bakır, tuz püskürtme testlerinde oluşturulana benzer tuzlu ortamlara çok kısa süreyle dayanım gösterecektir. ASTM B117 tuz püskürtme testinde 100 saatten sonra ilk korozyon belirtileri ortaya çıkmıştır. Korozyon, lokal olmaktan ziyade yüzeyin tamamında bulunur. Boruların yanı sıra ısı eşanjörü kanatları için kullanıldığında galvanik korozyon ve metallerde farklılık bulunmaz.

Uygulama

Deniz kenarında bulunan bakır-bakır ısı eşanjörleri hızla bozulurlar. Korozyon bakır yüzeyin tamamında gözle görülür hale gelir ve kanatları iki yıl içinde zayıflatır. Galvanik korozyon bulunmamaktadır. Yine de kanatların düştüğü ısı eşanjörü vakaları bilinmektedir. Bu galvanik korozyonun sonucu değil, muhtemelen boruların etrafındaki yüksek sıcaklık ve daha fazla kirliliğin sonucudur. Ayrıca borunun etrafında kanat bükülmesi ve kırılması nedeniyle oluşan mekanik stres de bu konumlarda kanat korozyonunu artırmış olabilir.

3.2.3. Asetik asitli ve tuzlu ortamda korozyon dayanımı:

Literatür ve laboratuvar test sonuçları

Bakırın tuzlu ve asitli ortamlara hiçbir dayanımı yoktur. Asetik asit tuz püskürtme testlerinde, test numunelerine asetik asitli bir çözelti (ph’ı 3,2) ve % 5 tuz çözeltisi püskürtülür. Asitli ortam oksitli katmanı derhal çözer, ardından tuzlar bu oksitli katmanın altındaki bakır üzerinde korozyonu başlatır. ASTM B287 tuz püskürtme testinde 10 saatten sonra bakır yüzey üzerinde ilk korozyon belirtileri ortaya çıkmıştır. Bu ortamlarda kütle kaybı kayda değer miktardadır (bkz. şekil 4).

Uygulama

Sanayi bölgelerinde bulunan bakır ısı eşanjörleri bir yıl içinde şiddetli korozyon sergiler. Otoyolların yakınındaki ısı eşanjörleri de sülfür içeren kirlilik nedeniyle hızlı bozulma gösterirler. Çoğu kirlilik, bakır yüzey üzerinde asitli bir ortam oluşturur.

3.2.4. UV dayanımı

Bakır inorganik bir malzeme olduğundan, UV ışığına karşı hassas olabilecek Karbon bağ bulunmamaktadır. Bakır tamamen UV dayanımlıdır.

3.2.5. Isı transferi

Bakırın mükemmel ısı transferi kabiliyeti bulunur. Isı eşanjörlerinde kullanılmasının ana nedenlerinden biri budur. Isıl iletkenliği: 390 W/mK.

teknik sekil 3

teknik sekil 4

3.3. Önceden kaplanmış alüminyum

Önceden kaplanmış alüminyum ısı eşanjörlerindeki kanatlar için kullanılır. Alüminyum önceden kaplanmış olduğunda, metal kesilmeden önce ince bir katman epoksi veya vinil ile kaplanır ve ısı eşanjörü kanadı olarak üretilmesi sırasında bükülür. Kaplamadan sonra yapılan kesme işlemi nedeniyle tüm kesici uçlar korumasız hale gelir. Piyasada farklı markalı ön kaplamalar bulunmaktadır. Kalite markadan markaya değişiklik gösterir. Bu paragrafta dört tip değerlendirilmektedir.

3.3.1. Kimyasal dayanım:

Literatür ve laboratuvar test sonuçları

Önceden kaplanmış alüminyumun üzerindeki kaplama katmanının ortalama kalınlığı 3 µm’dir. Organik kaplama sistemlerinin kimyasal dayanımı bağlayıcının tipine ve katman kalınlığına bağlıdır. Geçirgen olmayan güçlü bir katman oluşturmak üzere 3 boyutlu bir yapı oluşturulması zorunludur. Bunun için her bir bağlayıcı türünde bir minimum katman kalınlığı gereklidir. 3 µm’lik bir katman kalınlığından yeterli kimyasal dayanım elde etmek neredeyse imkânsızdır. Genel olarak farklı ön kaplama sistemleri hakkında, epoksi bazlı sistemlin en az kötü kimyasal dayanıma sahip olduğu söylenebilir.

Uygulama

Önceden kaplanmış alüminyum normalde yüksek konsantrasyonlu aşındırıcı kimyasal bulunan ortamlarda uygulanmaz.

3.3.2. Tuzlu ortamda korozyon dayanımı:

Literatür ve laboratuvar test sonuçları

Önceden kaplanmış alüminyum, tuz püskürtme testlerinde oluşturulana benzer tuzlu ortamlara çok kısa süreyle dayanım gösterecektir. ASTM B117 tuz püskürtme testinde 168 saatten sonra ilk korozyon belirtileri ortaya çıkmıştır, 500 saat sonra numuneler kayda değer miktarda bozulma gösterir. Özellikle ipliksi korozyon bulunur. Korozyon süreci, korumasız olan kesici uçlardan başlar ve kaplama katmanın altına iner (bkz. şekil 5).

Uygulama

Deniz kenarında bulunan önceden kaplamalı alüminyum ısı eşanjörleri hızla bozulurlar. Kanat kenarları ve kanat bağlantılarındaki korozyon bir yıl sonra görülür, ciddi derecede kanat bozunumu 2 yıl içinde meydana gelir. Kanatların düştüğü ısı eşanjörü vakaları bilinmekte ve galvanik korozyon sergilemektedir. Kaplama pullanır/kabarcıklanır, hava akımında tıkanıklık ve daha fazla tuz birikimi oluşturur.

3.3.3. Asetik asitli ve tuzlu ortamda korozyon dayanımı:

Literatür ve laboratuvar test sonuçları

Önceden kaplanmış alüminyumun tuzlu ve asitli ortamlara hiçbir dayanımı yoktur. Asetik asit tuz püskürtme testlerinde, test numunelerine asetik asitli bir çözelti (ph’ı 3,2) ve % 5 tuz çözeltisi püskürtülür. ASTM B287 tuz püskürtme testinde 500 saatten sonra önceden kaplanmış alüminyum yüzey üzerinde ilk korozyon belirtileri ortaya çıkmıştır. Bu ortamlarda kütle kaybı kayda değer miktardadır (bkz. şekil 7). Özellikle çok sayıda kesici ucu bulunan panjurlu kanatlar, bu ortamda çok kötü dayanım gösterir.

Uygulama

Sanayi bölgelerinde bulunan önceden kaplamalı alüminyum ısı eşanjörleri bir yıl içinde şiddetli ipliksi korozyon sergiler. Çoğu kirlilik, önceden kaplamalı alüminyum yüzey üzerinde asitli bir ortam oluşturur. Isı eşanjörlerinin ön kısmı üzerindeki kaplama endüstriyel ortamlarda kolayca pullanır. Bu serpantinlerin içinde galvanik korozyon bulunur fakat genellikle kaplamanın altında gizli kalırlar (bkz. Şekil).

3.3.4. UV dayanımı

Alüminyum ısı eşanjörleri için kullanılan ön kaplama katmanının ortalama kalınlığı 3 µm’dir. Kaplama, UV ışığa son derece hassas karbon bağlardan oluşur. Çok ince olan katman (epoksi veya vinil) özel UV engelleyicilerinin kullanılmasını önler. Bunların hepsi, ısı eşanjörleri için kullanılan önceden kaplama sistemlerinin UV dayanımının son derece kötü olmasına sebep olur.

3.3.5. Isı transferi

Önceden kaplanmış alüminyumun kötü ısı transferi kabiliyeti bulunur. İnce katman, ısı eşanjörleri üzerindeki kaplamanın yüksek bir yalıtım etkisi olmasını önler fakat yine de kanatlar ile borular arasında bulunan kaplama katmanı % 15’lik bir ısı eşanjörü kapasite kaybına sebep olur.

teknik sekil 5-6

teknik sekil 7

Şekil 7. Ön Kaplamalı Alüminyum Kanat Bataryanın Zaman / Tuz Testi Kütle Kaybı

3.4. Blygold ile sonradan kaplanmış ısı eşanjörleri

Blygold’un iki farklı korozyon koruyucu uygulaması dikkat çekebilir: Balmumu bazlı Blygold Plus Tropic ve Poliüretan bazlı Blygold PoluAl.

3.4.1. Kimyasal dayanım:

Literatür ve laboratuvar test sonuçları

Blygold Plus Tropic: Asit çözeltilerine, solventlere ve tuzlara karşı dayanımlı. Güçlü alkalilere karşı dayanımı daha azdır. [BIREF 4.23]

Blygold PoluAl: Asit, solvent ve alkalilerin dumanlarına karşı dayanımlı. [BIREF 4.24]

Kesternich (kükürt dioksite maruz kalma) testleri PoluAl’in sülfürik ortamlarda çok iyi derecede dayanım gösterdiğini sergilemektedir.

[BIREF 4.2]

Uygulama

Blygold PoluAl çetin koşullarda başarıyla kullanılmıştır. NH3 ve/veya SO2’ye maruz kalan ısı eşanjörleri sıklıkla sızdırmış, Blygold PoluAL uygulanmasından sonra artık sızdırma olmamıştır [BIREF 4,25].

3.4.2. Tuzlu ortamda korozyon dayanımı:

Literatür ve laboratuvar test sonuçları

Blygold Plus Tropic ASTM B117’ye göre nötr tuz püskürtülmesine dayanım: 1500 saat. [BIREF 4.3] Blygold PoluAl ASTM B117’ye göre nötr tuz püskürtme testine dayanım: 3000 saat. [BIREF 4.2] Kaplama sistemlerini tuz püskürtme kabinlerinde karşılaştıran diğer testlerin hepsi PoluAl’in mükemmel performansını göstermektedir [BIREF 3.3 ve 1.8].

Uygulama

Blygold Plus Tropic gemicilik/endüstriyel ortamlardaki yoğuşma yapan ısı eşanjörlerinde birçok yıl boyunca kullanılmıştır. İyi bakımla birleştiğinde, kondenserler 10 yıl veya daha uzun süreyle korozyon sorunu olmadan çalışmıştır. Blygold PoluAl Hawaii’den Ortadoğu ve Avustralya’ya kadar her türlü koşulda başarıyla kullanılmıştır. Gemi ortamlarına dayanımı mükemmeldir.

3.4.3. Asetik asitli ve tuzlu ortamda korozyon dayanımı:

Literatür ve laboratuvar test sonuçları

Blygold Plus Tropic: ASTM B287’ye göre asetik tuz püskürtülmesine dayanım: 1500 saat. [BIREF 4.3] Blygold PoluAl: ASTM B287’ye göre asetik tuz püskürtme testine dayanım: 3000 saat. [BIREF 4.2] Diğer daha agresif testlerde de PoluAl’in bu ortamların çoğuna başarıyla dayandığı gösterilmiştir.

teknik sekil 8

Şekil 8. Blygold PoluAL Kaplamalı Alüminyum Kanat Bataryanın Zaman / Tuz Testi Kütle Kaybı

Uygulama

Blygold Plus Tropic ve PoluAl her türlü endüstriyel ortamda kullanılmıştır. Kâğıt fabrikaları, havalimanları, gıda işleme tesisleri ve atık su tesisleri, PoluAl’in ısı eşanjörlerini uzun yıllar boyunca korumak için kullanıldığı yerlere iyi örnek olurlar [BIREF 4.25 ve 4.26].

3.4.4. UV dayanımı

Blygold Plus Tropic ve Blygold PoluAl organik malzeme olduklarından, UV ışığına karşı hassas olabilecek Karbon bağlar bulunabilir. PoluAl’in, kaplamayı güneş ışığına son derece dayanıklı hale getiren ekstra UV engelleyicili UV dayanımlı poliüretan bazı bulunmaktadır.

Blygold Plus Tropic balmumu bazlıdır ve PoluAl’den biraz daha az dayanımlıdır; bu yüzden Blygold Plus Tropic’in rengi bir miktar kararabilir. Yine de koruyucu özellikleri etkilenmeden devam eder.

3.4.5. Isı transferi

Bir kaplamanın ısı transferi standart W/mK cinsinde verilebilir, fakat testler bu değer ile kaplamanın bir serpantinin ısı transferi üzerindeki pratik etkisi arasında doğrudan bağıntı olmadığını göstermiştir [BIREF 4.18]. Bunun nedeni kısmen, nihai etkiyi kaplamanın katman kalınlığının belirleyecek olmasıdır. Kanat ile boru arasında kaplama bulunması da bir diğer önemli parametredir. Dolayısıyla kaplamanın bir serpantinin kapasitesi üzerindeki etkisini tespit etmek için işlem gören serpantinler ile işlem görmemiş serpantinler arasında yapılan ısı transferi testleri kullanılmalıdır. Tek başına K-değerinin hiçbir anlamı yoktur.

Serpantinler, Blygold Plus Tropic ve Blygold PoluAl ile kaplanmadan önce ve sonra hava taraflı dayanım ve basınç düşümü için test edilmiştir. Değerler basınç düşümü ve hava taraflı dayanım üzerinde kaplamanın sadece küçük bir etkisi olduğunu göstermiştir [BIREF 3.4, BIREF3.3, BIREF1.8, BIREF1.3].

teknik sekil 9-10 

3.5. Kahverengi fenolik ile sonradan kaplanmış ısı eşanjörleri

Kahverengi fenolik ile iki farklı korozyona karşı koruma işlemi dikkat çekebilir:

  • Püskürtme uygulaması için havayla kurutulan fenolik
  • Daldırma uygulaması için fırınlanmış fenolik

3.5.1. Kimyasal dayanım

Literatür ve laboratuvar test sonuçları

Havayla kurutulmuş püskürtme: Solventlere karşı iyi dayanım, asit ve alkali dumanlarına karşı orta derecede dayanım.

Dayanım 100-150 µm’lik gerekli katman kalınlığına dayanmaktadır [BIREF 4.18].

Daldırma-fırınlama: Güçlü asitlere, solventlere ve tuzlara karşı çok yüksek dayanım. Güçlü alkalilere karşı dayanımı daha azdır. Dayanım 100-150 µm'lik gerekli katman kalınlığına dayanmaktadır [BIREF 4.17].

Uygulama

Sülfürlü bir ortamda havayla kurutulmuş püskürtme versiyonunun sadece orta derecede dayanıma sahip olduğu görülmüştür. Kaplama kolayca pullanmaktadır. Bunun nedeni UV ve önceden yapılan işlem de olabilir. Serpantinin içinde kimyasallara karşı bir koruma yoktur. Kaplama sadece serpantinin önünde bulunmaktadır.

Daldırma-fırınlama versiyonu, UV’ye veya kaplamanın kırılmasına sebep olan mekanik kuvvetlere maruz kalmıyorsa iyi kimyasal dayanım sergiler. İyi kimyasal dayanım için gerekli olan önceden belirlenmiş katman kalınlığı sadece serpantinin dış kısmında bulunur, serpantinin içinde herhangi bir kaplama pek yoktur. (Bkz. Şekil 11)

teknik sekil 11

3.5.2. Tuzlu ortamda korozyon dayanımı

Literatür ve laboratuvar test sonuçları

Daldırma-fırınlama: ASTM B117’ye göre nötr tuz püskürtülmesine dayanım: 3000 saat. [BIREF 4.17] Havayla kurutulmuş püskürtme: ASTM B117’ye göre nötr tuz püskürtme testine dayanım: Bulunmamaktadır. Serpantin numune testleri numunenin dış kısımlarında iyi korozyon dayanımı sergilemektedir. Zayıf katman kalınlığı olan iç kısımda korozyon, 800 saatlik tuz püskürtme testinden sonra çoktan başlamıştır.

Uygulama

Pratikte kahverengi fenolik kaplamanın her iki türü de hızla pullanma/kabarcıklanma eğilimindedir. Bunun önceden işlem görme, esneklik, UV dayanımı ve katman kalınlığı gibi çeşitli parametrelerin bir sonucu olduğu gözükmektedir. Tuzlu ortama temel tayanım seviyesi iyidir.

3.5.3. Asetik asitli ve tuzlu ortamda korozyon dayanımı

Literatür ve laboratuvar test sonuçları

Daldırma-fırınlama türü, ASTM B287’ye göre 1500 saate kadar asetik tuz püskürtme testine iyi dayanım gösterir. Havayla kurutulmuş püskürtme türüne ait hiçbir veri bulunmamaktadır.

teknik sekil 12

Uygulama

Hong Kong’daki iki projede endüstriyel-gemicilik ortamında her iki kahverengi fenolik kaplamanın pratikteki dayanımı araştırılmıştır. Kaplama, bu ortama kısa bir süre maruz kaldıktan sonra pullanmaktadır. Havayla kurutulmuş püskürtme versiyonu, serpantinin ön kısmından tümüyle tabakalanmış, serpantinin ortasında hiçbir kaplama bulunmamıştır [BIREF 4,15].

Daldırma-fırınlama versiyonu sadece 2,5 yıl sonra şiddetli tabakalanma göstermiştir, bakır boruların etrafında galvanik korozyon vardır. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) taraması serpantin yüzeyinde yüksek konsantrasyonlu kükürt bulunduğunu göstermiştir. Bu kükürt ile birlikte tuz ve UV’ye maruz kalınması, serpantinin kötü bir durumda olmasına sebep olmuştur[BIREF 4.14].

teknik sekil 13 

3.5.4. UV dayanımı

Kaplamalardaki fenolik bağlayıcıların UV ışınımına aşırı derecede duyarlı olduğu bilinmektedir. UV, kaplamanın yapısındaki kimyasal bağları koparır. Her iki fenolik türünün de UV ışınımını engellemek için ilave kaplama katmanlarına gereksinimi vardır. Yukarıda anlatılan soyulma sorunları kısmen kahverengi fenolik kaplamaların düşük UV dayanımından kaynaklanır.

3.5.5. Isı transferi

Bir kaplamanın ısı transferi standart W/mK birimi kullanılarak ifade edilebilir, ancak testler bu değerle kaplamanın uygulamada bataryanın ısı transferi üzerindeki etkisi arasında herhangi bir direkt bağıntı olmadığını göstermiştir [BIREF 4.16]. Bu kısmen, kaplamanın katman kalınlığının nihai etkiyi belirleyeceği gerçeğinden kaynaklanır. Kanat ile boru arasında kaplamanın olup olmaması bir diğer önemli parametredir. Dolayısıyla kaplamanın bataryanın kapasitesi üzerindeki etkisini belirlemek için yalnızca işlem görmüş bataryalarla işlem görmemiş bataryaların kıyaslandığı ısı transferi testlerinden yararlanılmalıdır. K değerinin kendi başına hiçbir kıymeti yoktur.

Bataryalar daldırma-fırınlama kahverengi fenolik ile kaplanmadan önce ve sonra hava tarafı dayanım ve basınç düşümü bakımından test edilmiştir. Raporda daldırma-fırınlama kaplamanın katman kalınlığının (1 mil veya 25μm) iyi kimyasal direnç için gerekenin (4-6 mil veya 100-150 μm) çok altında olduğu gerçeğinden bahsedilmiştir. Ancak bu yetersiz katman kalınlığında dahi hava tarafı dayanımı ile basınç düşümü kuru koşullarda neredeyse %4,5 oranında olumsuz etkilenmiştir. Kaplama belirtilen katman kalınlığında uygulansaydı, etkisi en az 2 kat yüksek olacaktı. Islak koşullarda olumsuz etki her iki parametre için %50 civarındadır [BIREF 4.16].

3.6. Blygold taklidi ile sonradan kaplanmış ısı eşanjörleri

Piyasada bir gümüş poliüretan kaplama satılmaktadır; bu kaplama orijinal Blygold ürünlerinden birinin bir taklidi gibi görünmektedir. Bu raporda ilgili kaplama “Blygold taklidi” olarak anılmıştır.

3.6.1. Kimyasal dayanım

Literatür ve laboratuvar testleri

“Kimyasal dayanım listesi”ne göre, kimyasallara karşı dayanımı iyidir. Laboratuvar testleri ise bu birden çok kimyasal maddeye karşı bu dayanım listesinde belirtilenden çok daha düşük dayanıma işaret etmektedir. Bu, dayanım listesinin güvenilirliği konusunda şüpheler uyandırmaktadır [BIREF 4.19 ve 4.20].

Uygulama

Havada yüksek konsantrasyonlu kimyasalların olduğu projelere ait hiçbir veri bulunmamaktadır.

3.6.2. Tuzlu ortamda korozyon dayanımı

Literatür ve laboratuvar testleri

“Blygold taklidi”nin ürün bilgilerine göre, ASTM B117 uyarınca yapılan nötr tuz püskürtme testine dayanım 10.000 saatin üzerindedir. [BIREF 4.21] 10.000 saatlik tuz püskürtme testi olağandışı olduğundan, hatta faydasız sayılması dahi olası olduğundan, bu beyanı doğrulamak için bir laboratuvarda tuz püskürtme testi uygulanmıştır. Laboratuvar testlerinde tamamen farklı sonuçlar görülmüştür; 1000 saatten sonra kaplama ciddi şekilde bozulmuştur ve alüminyum korozyona uğramaktadır. [BIREF 4.13]

teknik sekil 14

Uygulama

İki veya üç yıldan sonra “Blygold taklidi” ile korozyon korumasına dair uygulanmış vakalara dair mevcut hiç bilgi yoktur.

3.6.3. Asetik asit ve tuz bulunan ortamda korozyon dayanımı:

Literatür ve laboratuvar testleri

“Blygold taklidi”nin ürün bilgilerine göre, ASTM B287 uyarınca yapılan asetik asit tuz püskürtme testine dayanım 3000 saattir. [BIREF 4.21] Laboratuvarlarda alınan test sonuçları bu asitli tuz ortamına karşı daha düşük dayanım göstermektedir [BIREF 4.22] Yine, bu “Blyglold taklidi”nin dokümanlarındaki sayılar fazlasıyla abartılı görünmektedir.

teknik sekil 15

Uygulama

İki veya üç yıldan sonra “Blygold taklidi” ile korozyon korumasına dair uygulanmış vakalara dair mevcut hiç bilgi yoktur.

3.6.4. UV dayanımı

“Blygold taklidi” kaplama, spesifik türü ve markası bilinmeyen bir poliüretan bağlayıcıyı temel alır. Poliüretan türü UV dayanımını belirleyecektir, “Blygold taklidi” kaplamanın UV dayanımı hakkında mevcut herhangi bir test raporu yoktur. Ürün bilgilerine göre UV dayanımı iyidir.

3.6.5. Isı transferi

Ürün bilgi formlarına göre, “Blygold taklidi” kaplamalar hiç kapasite kaybına sebep olmaz. Diğer makalelerde %3’lük kapasite kaybından bahsedilir. Elde test raporları bulunmadığından hangi verilerin doğru olduğu bilinmemektedir.

Sonuçlar

teknik sekil 16 

5. Referanslar

BIREF1.6 Carrier SA, corrosion test results of coils at Kure Beach (Kure Sahili'ndeki bataryaların korozyon testi sonuçları), Haziran 1994

BIREF1.8 Hudson/Shell test of Blygold corrosion resistance and capacity influence (Hudson/Shell Blygold korozyon dayanımı ve kapasite etkisi testi)

BIREF1.1 Charles. Manger., Corrosion prevention by protective coatings (Koruyucu kaplamalar yoluyla korozyon önleme), National Association of Corrosion engineers, 1986

BIREF1.2 Energy Saving, Blygold Info Sheet (Enerji Tasarrufu, Blygold Bilgi Formu), Şubat 2000

BIREF2.1 Contact angle measurements Blygold coatings (Temas açısı ölçümleri), Nisan 2000, Ir.D.P. Borger; Delft Teknoloji Üniversitesi, Havacılık ve Uzay Mühendisliği Fakültesi, HI 2065.

BIREF3.3 Lennox Industries inc. Post coat influence on heat exchange capacity (Sonradan kaplamanın ısı eşanjörü kapasitesi üzerindeki etkisi), 27-032000, ABD

BIREF 4.1 gray prepaint corrosion conclusions (gri ön boyama korozyon sonuçları) (EMAC)

BIREF 4.2 corrosion test (korozyon testi) PolUAl (VOM)

BIREF 4.3 corrosion test (korozyon testi) Plus Tropic (VOM)

BIREF 4.4 filiform corrosion explanation (ipliksi korozyona dair açıklama) (EMAC)

BIREF 4.5 gold prepaint corrosion report (altın ön boyama korozyon raporu) (BI)

BIREF 4.6 infoblad heatexchanger protection (ısı eşanjörü koruması) (BI)

BIREF 4.7 Polual on and versus Copper (Bakır üzerinde veya bakıra kıyasla PoluAl) (BI)

BIREF 4.8 properties PoluAl beside corrosion resistance (PoluAl'ın korozyon dayanımı dışındaki özellikleri) (VOM)

BIREF 4.9 mass loss over time (zaman içinde kütle kaybı) (BI)

BIREF 4.10 Blue prepaint report (mavi ön boyama raporu) (EMAC)

BIREF 4.11 black epoxy precoat test report (siyah epoksi ön kaplama test raporu)

BIREF 4.12 goldfin prepaint report (altın kanat ön boyama raporu) (EMAC)

BIREF 4.13 "blygold imitation" versus Blygold PoluAl ("Blygold taklidi" ile Blygold PoluAl kıyaslaması) (BI)

BIREF 4.14 Brown Phenolic postcoat test report (Kahverengi fenolik sonradan kaplama test raporu) (EMAC)

BIREF 4.15 Brown Phenolic postcoat Case in Hong Kong (Hong Kong'da kahverengi fenolik sonradan kaplama örneği) (BI)

BIREF 4.16 Brown Phenolic thermal performance (Kahverengi fenolik termal performansı)

BIREF 4.17 Brown phenolic "Dip-bake" product information sheet/website (Kahverengi fenolik "Daldırma-fırınlama"  ürün bilgi formu/web sitesi)

BIREF 4.18 Brown phenolic "air dried spray" product information sheet/website (Kahverengi fenolik "havayla kurutma püskürtme" ürün bilgi formu/web sitesi)

BIREF 4.19 Resistance list "blygold imitation", (report from "Blygold imitation") ("Blygold taklidi" dayanım listesi) ("Blygold taklidi"ne ait rapor)

BIREF 4.20 Laboratory test of "blygold imitation" chemical resistance ("Blygold taklidi" kimyasal dayanımı laboratuar testi)

BIREF 4.21 "blygold imitation" corrosion resistance (report from "Blygold imitation") ("Blygold taklidi" korozyon dayanımı) ("Blygold taklidi"ne ait rapor)

BIREF 4.22 Laboratory test of "blygold imitation" corrosion resistance ("Blygold taklidi" korozyon dayanımı laboratuar testi)

BIREF 4.23 Resistance list Blygold Plus Tropic (dayanım listesi)

BIREF 4.24 Resistance list Blygold PoluAl (dayanım listesi)

BIREF 4.25 Kağıt fabrikası referans mektubu

BIREF 4.26 Alstom referans mektubu

BIREF 4.27 "Blygold imitation" versus Blygold PoluAl,corrosion resistance (by VOM lab.) ("Blygold taklidi" ile Blygold PoluAl arasındaki korozyon dayanımı karşılaştırması) (VOM lab. tarafından)