YAĞ LAR VE YAKITLAR Yağlar Yağlamanın amacı birbiri üzerinde hareket eden parçalar arasındaki sürtünme kuvvetini azaltmaktır. Böylece iş için gerekli olan enerjinin kayıpları azaltılmış olur. Hareket halinde olan cisimler arasında temelde iki tür sürtünme vardır. Bunlar, 1. Yuvarlanma sürtünmesi 2. Kayma sürtünmesidir 1) Yuvarlanma sürtünmesi: Hareketli cisimler arasında yuvarlanma sürtünmesi, kayma sürtünmesine göre ihmal edilecek bir büyüklükte olup, yağlamayı gerektiren en önemli etkenin kayma sürtünmesi olduğu söylenebilir. Bu nedenle kayma sürtünmesi daha ayrıntılı incelenecektir. 2) Kayma sürtünmesi: İki cisim birbiri üzerinde hareket edebilmeleri yüzeyler arasındaki sürtünmenin yenilmesi ile olur. Bu kuvvet ortadan kaldırılırsa bir süre sonra hareket ortadan kalkacak ve cisimler de durgun hallerine dönmüş olacaklardır. Cisim F f Zemin W Şekil 1. Kayma sürtünmesine ait serbest cisim diyagramı F = f = μw Bu eşitliklerde, μ = F W F f W Çeki kuvveti (Newton) Sürtünme kuvveti (Newton) Cismin ağırlığı (Newton) Kayma halindeki sürtünme katsayısını ifade etmektedir. 1
Sürtünme katsayısı cismin ağırlığı ile ters, çeki kuvveti ile doğru orantıdır. Cisimlerin temas yüzey büyüklüğünden çok yüzey kalitesi sürtünme katsayısına etki etmektedir. İki cismin temas yüzeyleri ne kadar hassas işlenirse işlensin temas halindeyken mikroskopla incelendikleri takdirde aralarında birçok girinti ve çıkıntı bulunduğu görülecektir. Bu girinti ve çıkıntılar harekete karşı bir direnç göstereceklerdir. Bu direncin etkisi ile ısı enerjisi meydana gelecek cisimlerin kristal yapılarının da bozulmasına neden olacaktır. Sonuçta hareket etme durumu zorlaşacağı gibi malzemelerde de ağır tahripler meydana gelecektir. Yağlama bu noktada etkisini gösterecek cisimler arasındaki bu girinti ve çıkıntıları örten bir tabaka meydana getirmektedir. İşte bu ince yağ katmanına Yağ Filmi denilmektedir. Yağ filmi çok küçük büyüklükteki girintileri doldurarak bir tür dolgu görevi yapar. Aynı zamanda çıkıntılar arasına girerek parçaları birbirinden ayrı tutar. Kuru sürtünme olayına engel olarak sıvı sürtünmesine imkan verir. Şekil 2.Kaymalı harekette yağ dolgusu ve filminin gösterilmesi Yağlamanın Amacı 1. Kuru sürtünmeyi, yaş (sıvı) sürtünmeye dönüştürerek sürtünme kuvvetini azaltır. Bu şekilde motorun güç kaybı, fazla ısınması ve buna bağlı olarak fazla aşınması önlenir. 2. Motorda yağ dolaşımı sırasında sıcak noktalara soğuk yağ partüküllerini taşıyarak soğutma görevi yapar. Soğutma akışkanın ulaşamadığı noktalar örneğin piston ve ataklar bu şekilde soğutulur. 3. Yanma odası ile karter arasında conta görevi yaparak piston-segman ile silindir arasından gaz kaçaklarını önler. 4. Hareketli parçaların temizlenmesine yardımcı olur. Sürtünme yüzeylerinden mekanik olarak kopan parçaları kartere taşır ve orada depo eder. 5. Yanma sonunda motorda oluşan ani darbeleri yutarak parçaların zarar görmesini önler ve parçalar arasında meydana gelen sesleri sönümler. 6. Yüzeyler üzerinde ince bir yağ filmi oluşturarak korozyona karşı koruyucu olur. 2
Yağların Özellikleri Viskozite Yağların en önemli fiziksel özelliklerinden birisi viskozitesidir. Viskozite sıvıların akmaya karşı gösterdikleri direnç olarak tanımlanabilir. Ayrıca viskoziteyi bir sıvı katmanının diğerine göre hareket etmesi anında açığa çıkan iç direnç olarak ta tanımlayabiliriz. Bir yağın viskozitesi birbiri üzerinde kayarak hareket eden elemanlar arasında yeterli bir yağ filmi meydana getirecek şekilde olmalıdır. Yüksek viskozite, özellikle soğuk havalarda motorların ilk hareketini zorlaştırır. Bunun yanı sıra soğuk motorun ilk anlarda yetersiz yağlanmasına ve gereksiz güç kaybuna neden olur. Viskozite İndeksi (VI) Motor yağlarının sıcaklığa bağlı olarak viskozitelerindeki değişmeler, viskozite indeksi (VI) ile ifade edilir. Yüksek viskozite indeksine sahip yağların viskozitesi sıcaklık değiştikçe az bir değişim değişim gösterirken; düşük viskozite indeskli yağlarınkinde ise daha fazla olmaktadır. Sıcaklığın artması motor yağlarının viskozitelerinin azalmasına bir başka ifade ile daha akıcı duruma gelmelerine neden lur. Buna göre yağlar; Alçak viskozite indeskli yağlar (VI 40 dan küçük) Orta viskozite indeskli yağlar (VI 40-80 arasında) Yüksek viskozite indeskli yağlar (VI80-100 arasında) Multigrade yağlar (VI-100 den büyük) olarak sınıflandırılırlar. Motor yağlarının çabuk etkilenmemeleri arzu edildiğinden dört mevsim boyunca rahatlıkla kullanılabilecek olan multigrade yağlar tercih edilmektedir. Akma Noktası (Pour Point) Sıcaklık düştüğü zaman yağların viskoziteleri artar ve kalınlaşır. Bu kalınlaşmanın meydana gelişinden önceki en düşük sıcaklığa akma noktası denir. Alevlenme Noktası Sıcaklığı yükseltilen bir yağa açık bir alev tutulduğu zaman yağ yüzeyinde biriken yağ buharını ateşlemeye yeterli olan sıcaklık derecesidir. Devamlı bir yanmayı temin edebilecek şiddettedir. Devamlı yanmanın başladığı sıcaklık derecesine alevlenme noktası denir. Nötralizasyon Sayısı 1 gr yağı nötralize etmek için kullanılan miligram cinsinden potasyum hidroksit miktarı Nötralizasyon Sayısı olarak ifade edilir. 3
Oksitlenme Direnci Oksijenle temas eden yağ özellikle yüksek sıcaklıklarda oksitlenerek bozulur çünkü, bu bir yanma olayıdır. Yanma sonucunda bazı yağ asitleri oluşur yatakları aşındırırlar. Yağın kalınlığını artırıp çamurumsu bir katman meydana getirirler İdeal bir yağ bu olaylara karşı mukavim olabilmelidir. Ayrıca yağlar metallerin yağ içerisinde çözünmesi dolayısıyla bozulmaya karşı dirençli, diğer elemanlara kolayca sıvanabilme, çok yüksek basınçlar altında filmi yırtmama ve köpürmeye karşıda dayanıklı olmalıdır. Yağ Katıkları Motor yağlarının özellikleri, kullanılan katıklarla daha iyi bir seviyeye getirilebilinir. Genel olarak yağda bulunmayan veya belli bir oranda bulunan bir takm özellikleri yağlara kazandırmak var olan özelliklerini geliştirmeki istenilmeyen bazı özelliklerini en aza indirmek veya ortadan kaldırmak amacıyla yağa eklenen maddelere katık adı verilmektedir. Motor yağlarında kullanılan katıkların görevleri genel olarak üç grupta toplamak mümkündür: 1. Yağların fiziksel özelliklerini geliştirmek veya yeni özellikler kazandırmak, 2. Yağların özelliklerini, kimyasal olaylara ve bozulmaya karşı korumak, 3. Yağların oksidasyon ürünleri ile yanma ürünlerinin zararlı etkilerinden motor parçalarını koruyarak aşınma ve korozyonu önlemek. Kimyasal yapı üzerinde etkili olan katıklar 1. Korozyon önleyici katıklar; Korozyona uğramaya yatkın olan yüzeylere yapışarak bu yüzeylerde koruyucu bir katman oluşturur. 2. Pas önleyici katıklar; yağ içerisine karışması muhtemel su ve havanın kimyasal reaksiyona girmeden koruyucu bir film tabakası oluşturarak metal yüzeylerin su ve hava ile temasına engel olurlar. 3. Yüksek basınç katıkları; ağ filminin dayanımını ve yük taşıma kapasitesini artırır. 4. Oksidasyon önleyici katıklar; Yağların oksidasyonunu önler, yağın ve motor parçalarının çalışma ömrünün uzatır. Motor içerisinde çamurlaşmayı önleyerek yağ kanallarının açık kalmasını sağlar. 5. Deterjan ve dispersan katıklar; asidik maddeleri nötürleştirmek, dışarıdan gelen ve yağda oluşan çözünmez tipteki parçaların birbirleriyle birleşmelerine engel olmaktır. 4
Yakıtlar Katı sıvı gaz halinde bulunan yakıtlardan, içten yanmalı motorlarda kullanılanı sıvı ve sıvılaştırlmış gaz yakıtlardır. Bu yakıtların tümü petrolden elde edilmektedir.petrol fiyatlarındaki artışlar, petrol rezervlerinin azalma göstermesi ve çevrecilik bilincinin yaygınlaşması içten yanmalı motorlarda petrol dışı alternatif yakıt veya enerji arama konusunuda gündeme getirmiştir. Bitkisel yağlar, biogaz ve sıvılaştırılmış hidrojen gazı gibi yakıtlar araştırmacıların ilgi odağı olmuştur. İçten yanmalı motorlarda kullanılan yakıtların temel yapısını hidrokarbonlar (HC) meydana getirmektedir. Ham petrolün içerisinde %80-85 oranında karbon (C) %10-20 oranında hidrojen ve geri kalanı kükürt, azot vb maddeler bulunmaktadır. 5
Yakıtların Sınıflandırılması Katı Yakıtlar Katı yakıtların en başta geleni kömürdür. Motorlarlarda ve gaz türbinlerde hava ile püskürtülen toz kömürü, yakıt olarak kullanılmıştır. Fakat gerek segman, silindir gömleği ve türbin kanatçıkları gibi elemanlarda aşıntıya neden olması; yanma sonu atıklarının kolay atılamaması sebebiyle kullanımı uygun olmamıştır. Sıvı yakıtlar daha çok tercih görmüştür. Ykaın gelecekte sıvı yakıtların azalması sonucu önce doğal gaza daha sonra da tekrar kömüre doğru bir yönelme beklenilmektedir. Kömürden benzin ve gaz üretimi üzerinde araştırmalar devam etmektedir. Kömürün özellikle yeraltında gazlaştırılması ekonomik olduğundan bu konuya yönelik araştırmalar devam etmektedir. Sıvı Yakıtlar Motor yakıtlarının büyük bir kısmı sıvı yakıtlardır. Bu yakıtlar hidrojen ve karbon içeren moleküllerden meydana gelmektedir.ham petrolün damıtılması veya hidrokarbonların kimyasal parçalanması yoluyla elde edilmektedir. Ham petrolün rafinerilerde önce buhar fazına çıkartılıp sonra kademeli yoğuşma ile çeşitli petrol türevlerine ayrıştırılmasına damıtma (distilasyon, fraksiyon) işlemi denilmektedir. Tablo 1. Şekilde ham petrolün sıcaklılk değişimine göre ayrışması gösterilmektedir. Açığa Çıkan Ürün 35 o C ye kadar Petrol gazları 35-150 Hafif benzin 35-200 Benzin 150-250 Gaz yağı 165-370 Dizel yakıtları 250-400 Makine yağları 400 ve yukarısı Artıklar 6
Gaz Yakıtlar Motorda kullanılan gaz yakıtların başta gelenleri doğal gaz ve likit petrol gazıdır. Doğal gaz % 85-95 e yakın kısmı metan gazından ibarettir. Doğal gaz içerisinde ayrıca etan, propan ve bütan da bulunmaktadır. Doğalgazdan sentez yoluyla benzin ve yakıt yağı üreten bazı tesislerde bulunmaktadır. 7