Filtrasyon Neden Önemlidir?
Hidrolik sistemlerde iyi bir filtrasyonun önemi günden güne artmaktadır.Hidrolik sistemdeki kirliliğin azaltılması, bileşenlerin aşınmasını azaltacak ve böylece makinenin çalışmaömrünü uzatacaktır. Bu, üretim duruşlarını önleyecek ve genel üretim maliyetlerini düşürecektir.
Yeni kurulan bir hidrolik sistemde, başlangıçtan itibaren kirlenmeler meydana gelir ve bu da filtrasyonun olmadığı veya yetersiz olduğu durumlarda sistemin ve aynı zamanda valfler, silindirler gibi bileşenlerinin kullanım ömrünü azaltır.Bu yerleşik kir, bileşenlerin üretimi sırasında oluşur ve çoğunlukla kaba parçacıklardan oluşur.
Sistemin çalışması sırasında oluşan kirlenmeye (örneğin aşınma) ek olarak, sistem hidrolik yağıyla doldurulurken de kir partikülleri içeri girebilir. Bu durum, “dış kaynaklı kirlenme” olarak adlandırılır.
Doğru filtreyi seçmek, yukarıda belirtilen tehlikeleri önlemeye önemli ölçüde katkıda bulunur ve böylece uzun yıllar sonra bile verimli bir çalışma sağlar.
Kirlenmenin (Kontaminasyon) Azaltılmasının avantajları
- Servis ömrünün uzatılması
- Bakım aralıklarının genişletilmesi
- Makine duruş sürelerinin azaltılması
- Çevresel kirliliğin azaltılması
- Kullanıcı için maliyet tasarrufu
Kirlenme (Kontaminasyon)
Partikül Boyutları (Seçim için Karşılaştırma):
100 μm: Sofra tuzu, ince kum75 μm: İnsan saçı çapı
60 μm: Çiçek poleni
50 μm: Sis
30 μm (yaklaşık): İnsan gözünün çözünürlük sınırı
15 μm: İnce partiküller
7 μm: Alyuvarlar (kırmızı kan hücreleri)
2 μm: Bakteriler
1 μm: Yağlama filmi tabakası
Kontaminasyon Türleri
En yaygın olanlar:
- Katı partiküller
- Serbest ve çözünmüş su
- Çözünmemiş hava
Kontaminasyonun Kökeni
Hidroliksistemlerdeki arıza ve duruşların başlıca sebebi kirleticilerdir.Arıza analizlerine göre, arızaların %80’i hidrolik sistemdeki hatalardan kaynaklanmaktadır. Bu hataların %90’ı ise hidrolik yağın içindeki yabancı maddelerden kaynaklanır.
Dış Kaynaklı Kontaminasyonun Nedenleri
Hidrolik tankın doldurulması veya yeniden doldurulması
Yetersiz boyutlandırılmış havalandırmaelemanları
Hasar görmüş tank contaları
Hidrolik hatlarda yapılan revizyonlarve bileşenlerin (pompa, silindir vb.) değiştirilmesi
Havadaki kirleticiler
İç Kaynaklı Kontaminasyon Türleri
Üretim sürecinden kaynaklı olarak bileşenlerin içinde veya üzerinde oluşan kirleticiler (örneğin talaşlar)
Montaj sırasında bileşenlerin yüzeyinde oluşan kontaminasyon
İç Kaynaklı Kontaminasyonun Nedenleri
Yüksek basınç değişimleri ve yüzey gerilimleri nedeniyle, hidrolik bileşenlerin yüzeyinden kopan parçacıklar (örneğin kavitasyon)
Hidrolik ünitelerde, yüksek hızlı basınçlı sıvının çarptığı bölgelerde oluşan malzeme erozyonu (erozyon aşınması)
FiltreTipleri
Basınç Filtreleri, pompanın çıkışına yerleştirilir ve hidrolik yağ; valfler, silindirler gibi diğer bileşenlere ulaşmadan önce temizlenir. Basınç filtrasyonunun temel amacı, hassas bileşenleri korumaktır. Pompada oluşan aşınmış partiküller hidrolik yağdan hemen filtrelenir.Koruma filtresi olarak görev yapmasının yanı sıra, basınç filtreleri gerekli temizlik sınıfının korunmasına da yardımcı olur.Pompanın hemen arkasına yerleştirildiğinden, bir basınç filtresimaksimum sistem basıncına dayanmak zorundadır.Basınç Filtresi içindeki filtre elemanı da yükleri karşılayabilecek şekilde daha karmaşık bir yapıda, örneğin Geri Dönüş Hattı Filtreleri elemanından daha sağlam olarak inşa edilmiştir.
Geri Dönüş Hattı Filtreleri, geri dönüş hattına, genellikle yağ tankının üzerine veya içine yerleştirilir. Hidrolik yağın tekrar tanka dönmeden önce filtrelenmesini sağlar.Böylece bileşenlerde oluşan kontaminasyonun tanka ulaşması önlenir. Basınç Filtreleri gibi Geri Dönüş Hattı Filtreleri de hedeflenen temizlik sınıfını korur.Ancak yerleşimleri nedeniyle ek bir koruma filtresi işlevi görmezler.Basınç Filtresinin aksine, sadece düşük basınç seviyelerine dayanmak zorundadır.
Dağıtıcılar (Diffuser), Geri Dönüş Hattı Filtreleri ile birlikte kullanılır ve geri dönen yağın tanka ulaşmadan önce akışının dengelenmesini sağlar. Böylece köpüklenme ve çökelmiş kirin tekrar karışması önlenir.
Emiş Filtrelerinin temel görevi, pompaların fonksiyonel olarak korunmasını sağlamaktır.Pompa hasar riski özellikle yüksekse, örneğin tankta biriken büyük kir parçaları filtrelenemiyorsa, Emiş Filtreleri mutlaka kullanılmalıdır. Emiş Filtreleri genellikle 100 µm’den büyük mikron değerine sahip, kaba filtre elemanlarıdır.
Hava Filtresi Kapakları (Filler Breathers), yağ tankına monte edilir ve tank nefes alırken dış ortamdan kir girmesini önler. Bunlar, Basınç Filtresi veya Geri Dönüş Filtresi gibi çalışma filtresine benzer filtre birimi ile seçilmelidir.
Filtre kartuşlarının değiştirme döngüsü, hidrolik sistemin çevresel koşullarına yüksek derecede bağlıdır.
Hava filtresinin bir başka varyantı ise Kurutucu Hava Filtresi’dir (Desiccant Air Breather).Bu filtrenin ek işlevi, içeri giren havayı özel silika jel ile nemden arındırmaktır.
Harici / By-PassFiltreler, ana hidrolik sistemin bir parçası değildir. En iyi filtreleme sonuçlarını elde etmek için tamamlayıcı olarak kullanılır. Bu filtrelerin yüksek verimliliği sayesinde, geleneksel ana filtre sistemleriyle ulaşılamayan temizlik seviyelerine ulaşılır.
Offline Filtreler, sistemden sıvıyı çeken, filtreleyen ve ardından tekrar tanka geri gönderen entegre motor/pompa ünitesi ile çalışır. Ana devreden bağımsız olduğundan, hidrolik sistem kapalıyken bile çalışabilir ve tanka sürekli temizlik sağlar.
Bypass Filtreleri ise mevcut sistem basıncını kullanarak, hidrolik sistemden küçük bir hacimde sıvıyı çekip filtreler. Yalnızca sistem çalışırken aktiftirler. Bu filtrenin taşınabilir versiyonu Mobil Filtre Sistemidir.
Test Standatları ve Yağ Temizliği
.png)
Gerekli Mikron Derecesinin Belirlenmesi
Hidrolik sistemde bulunan bileşenler, esas olarak filtrasyon sisteminin mikron derecesini belirler.
Yıllar boyunca güvenilir bir çalışma sağlamak için, her bileşen için optimum yağ temizlik sınıfının korunması zorunludur. En hassas bileşen, filtre malzemesinin ve mikron derecesinin seçimini belirler.
ISO 4406 (1999) standardına göre yağın temizlik sınıfını belirlemek amacıyla lazer partikül sayacı kullanılır. Bu sayaç, 100 ml hidrolik yağ içinde >4 μm (c), >6 μm (c) ve >14 μm (c) boyutundaki partikülleri sayar. Sayımı yapılan partiküller, bir sınıflandırma numarası ile eşleştirilir (örneğin:14/11/8) ve bu da ISO temizlik sınıfına karşılık gelir. Burada dikkat edilmesi gereken, bir üst sınıfa geçildiğinde partikül sayısının yaklaşık iki katına çıkmasıdır. Hedeflenen temizlik seviyesi, doğru filtrasyon sisteminin seçiminde önemli bir kriterdir.
Filtre Elemanları Aşağıdaki Test Yöntemlerine Tabi Tutulur:
ISO 2941–Çökme ve patlama direnci
ISO 2942–Üretim bütünlüğünün doğrulanması (kabarcık noktasıtesti)
ISO 2943–Hidrolik akışkanlarla uyumluluk
ISO 3723–Uç yük testi
ISO 3724–Akış yorulma özellikleri
ISO 3968–Akış karakteristikleri
ISO 16889–Filtrasyon performansı testi (çok geçişli yöntem)
Filtre Derecelendirmesi
.png)
ß-Değeri ve Ayırma Verimliliği
Filtrasyon sisteminin gereksinimleri karşılayabilmesi için; filtre hassasiyeti-mikron değeri, filtrasyon verimliliği, kir tutma kapasitesi ve basınç kaybı gibi performans özellikleri dikkate alınmalıdır.
ISO 16889 standardına göre ß-değeri, filtrasyon verimliliği için esas alınan karakteristik bir değerdir.
Beta değeri, belirli bir partikül boyutu(x) için filtrenin öncesinde (Ngirenx) ve sonrasında (Nçıkanx) bulunan partikül sayılarının oranıdır:
ßx = Ngiriş x / Nçıkış x
Örneğin, ß10 > 200 değeri; 10 mikron büyüklüğündeki 1000 partikülden yalnızca 5’inin filtreden geçtiği, 995’inin ise filtre elemanı tarafından tutulduğu anlamına gelir.
Günümüzde inorganik cam elyaf ortamına sahip yaygın filtrelerin, hidrolik filtrasyon taleplerini karşılayabilmesi için en az Beta=200 değerine ulaşması gerekir.
Filtrasyon verimliliği (ya da tutma oranı) doğrudan ß-değeri ile ilişkilidir ve şu şekilde hesaplanır:
E = (ßx-1) / ßx
Yani ß10 > 200, yaklaşık olarak %99,5 filtrasyon verimliliği anlamına gelir.
Tanımlı Bir Parçacık Boyutuna Göre Beta Değeri ve Verimlilik Karşılaştırması
.png)
Kir Tutma Kapasitesi (DHC), bir filtre elemanının değiştirilmeden önce ne kadar katı kir tutabildiğini gösterir. Bu nedenle, kir tutma kapasitesi filtre ömrü açısından en önemli parametredir.
Diferansiyel basınç (Δp), filtre yapılandırmasında dikkate alınması gereken bir diğer önemli kriterdir.
Optimum filtrasyonu sağlamak için, Beta değeri, kir tutma kapasitesi (DHC) ve diferansiyel basınç (Δp) dikkatlice dengelenmelidir.
Filtrasyon Terminolojisi
Beta değeri
ISO 16889’a göre Beta değeri, filtrasyon verimliliği için temel karakteristik değerdir. ß-değeri, belirli bir x partikül boyutuna ilişkin olarak filtre öncesi (Ngirenx) ve sonrası (Nçıkanx) partikül sayısının oranıdır.
ßx=Ngirenx /Nçıkanx
Kavitasyon Hasarı
Kavitasyon, sıvılarda boşluk (kavite) oluşumu olarak tanımlanır. Sıvının yerel statik basıncı, kritik bir değerin altına düştüğünde kavitasyon meydana gelir. Bu kritik değer genellikle sıvının buharlaşma basıncına karşılık gelir. Kavitasyonun kritik etkileri:
Kavitasyon aşınması
Hidrolik sistemde çözülmemiş gaz
Yüksek frekanslı yüksek sesler
Sıvı içinde lokal yüksek sıcaklıklar
Temizlik Seviyesi
Hidrolik bir sıvının temizlik seviyesi, mililitre başına katı partikül sayısıyla tanımlanır. Partikül sayısı genellikle otomatik partikül sayıcıyla ölçülür. Temizlik seviyesi, farklı boyutlardaki partiküllerin sayımına göre belirlenen bir sınıf koduyla ifade edilir. Partikül sayımı ve temizlik sınıfının kodlaması ISO 4406 (1999) standardında tanımlanmıştır. Ayrıca NAS 1638 (1964) ve SAE AS4059 Rev. D (2001) standartları da hâlâ yaygındır.
Tıkanıklık(Kirlilik) Göstergesi
Kirlilik göstergesi, kirli filtre elemanının değiştirilmesi gereken belirli bir basınç seviyesini gösterir. Bu göstergeler diferansiyel basınç (Δp) veya geri basınçla çalışır. Görsel, elektrikli ve görsel+elektrikli versiyonları mevcuttur. Görsel göstergelerde, filtre elemanının tıkanma derecesini kurulum ya da bakım personeli kontrol ederken; elektrikli veya görsel/elektrikli göstergelerde bir sinyal kontağı makine kontrolörüne bağlanabilir.
Çökme Basıncı
ISO 2941’e göre izin verilen çökme basıncı, filtre elemanının akış yönü belirtilerek dayanabileceği basınç farkıdır. Bu değerin aşılması, filtre elemanının tahribatına yol açar.
Derinlik Filtresi
Kirler filtre dokusuna nüfuz eder ve yapı tarafından tutulur. Genellikle selüloz ve inorganik cam elyaf malzemelerkullanılır. Özel uygulamalarda yüksek mukavemetli plastik medya ve paslanmaz elyaf medya da kullanılır. Derinlik filtresi tasarımı, yüksek mikron değeri ile yüksek kir tutma kapasitesini birleştirir. Derinlik filtresinin keçe benzeri yapısı nedeniyle, partiküller sadece yüzeyde değil aynı zamanda filtre malzemesinin içine kadar girerek etkin filtre yüzeyini artırır.
Diferansiyel Basınç
Diferansiyel basınç (Δp), filtre giriş ve çıkışı ya da filtre elemanının öncesi ve sonrası arasındaki basınç farkıdır. Maksimum izin verilen basınç farkının aşılması filtre elemanının zarar görmesine yol açar.
Filtre içine entegre bypass valfi, diferansiyel basınç çok yüksek olduğunda açılarak filtrenin zarar görmesini önler ve yağ, filtresiz olarak sisteme geçer. Ancak bazıuygulamalarda filtresiz yağın sisteme geçmesi istenmez; bu durumda bypasssız filtre elemanları kullanılır.
Kir Tutma Kapasitesi (DHC)
Kir tutma kapasitesi (DHC), bir filtre elemanının ne kadar katı kir tutabileceğini gösterir. ISO 16889’a göre çok geçişli testle ölçülür.
Filtre
Bir filtre (hidrolik filtre), sıvı içindeki katı maddeleri ayırma görevini üstlenir. Genellikle bir filtre gövdesi ve bir filtre elemanından oluşur.
Filtre Alanı
Filtre alanı, teorik olarak yayılmış filtre elemanının yüzeyidir. Alan ne kadar büyükse, akış direnci o kadar düşük olur ve DHC değeri artar. Genel olarak: daha büyük filtre alanı, daha uzun servis ömrü sağlar. Alan, filtre kıvrımı (pliseleri) ile artırılabilir.
Filtre Keki
Filtre keki, filtre ortamı yüzeyinde tutulan partiküllerden oluşur.
Filtre Tasarımı
Şu faktörlere bağlıdır: spesifik debi, temizlik seviyesi, kontaminasyon miktarı, maksimum basınç ayarı ve istenilen filtre ömrü.
Filtre Elemanı
Filtre elemanı, filtre gövdesi içinde yer alır ve esas filtreleme işini yapar.
Filtrasyon Verimliliği
Filtrasyon verimliliği E, filtre elemanının katı partikülleri ayırma başarısını yüzde olarak gösterir.
Filtre Gövdesi
Filtre gövdesi, uygulamaya göre basınç ya da dönüş hattına entegre edilir ve belirli çalışma basıncı ve debiye göre tasarlanır. Filtre elemanı bu gövde içinde yer alır. Uygulamaya göre, gövdeye bypass valfi, yön değiştirme valfi, tıkanma göstergesi gibi ekler yapılabilir.
Filtre Malzemesi - Filtre Medyası
Filtre malzemesi seçimi birçok kritere bağlıdır: uygulama türü, filtre fonksiyonu, kirlenme düzeyi, DHC gereksinimi, kimyasal/fiziksel direnç vb.
İnorganikCam Elyaf (Glassfiber)
Modern filtrasyonda en önemli malzemelerdendir. Üretimde, seçilen lifler (1 mm ... 5 mm uzunluk, 3 μm ... 10 μm çap) özel bir karışım oluşturacak şekilde işlenir. Kâğıt üretimine benzer bir süreçle üretilir. Lifler reçine ile bağlanır ve emprenye edilir. Selüloz kâğıdına göre daha homojen yapısı sayesinde daha geniş gözenekli alan sağlar, bu da daha düşük akış direnci anlamına gelir.
- Glass Fibre(Cam Elyafı) Esaslı, akrilik ya da epoksi reçine bağlı
- Yüksek ayırma ve kir tutuşu (DHC)
- Derin filtrasyon sağlayan 3 boyutlu labirent yapısı ile mükemmel ayırma verimliliği
- Mükemmel fiyat / performans oranı
Polyester
- %100 polyester elyaflardan oluşur, ısıyla birleştirilmiştir.
- Yüksek basınç farkına dayanıklıdır.
- Kimyasal maddelere karşı iyi direnç gösterir.
- En ince partikülleri bile yüksek ayırma verimiyle tutar.
- Yırtılmaya karşı dayanıklı yapıya sahiptir.
Özel emprenye işleminden geçmiş selüloz elyaflardan üretilmiştir.
Düşük maliyetli varyantları iyi kir tutma kapasitesine sahiptir.
Su bazlı sıvılar için uygun değildir.
Paslanmaz Elyaf (Stainless Fibre)
- Derinlik filtrasyonu için üç boyutlu labirent yapısına sahip sinterlenmiş paslanmaz çelik elyaflar.
- Düşük akış direnciyle birlikte yüksek kir tutma kapasitesi.
- Mükemmel kimyasal ve ısıl direnç.
Metal tel örgülü filtre elemanları, genellikle yeniden kullanılabilir çözümler olarak koruma filtrelerinde, emme hattı filtrelerinde veya dönüş hattı filtrelerinde kullanılır. Gereksinimlere göre (mikron değeri, basınç, dinamik yapı) düz (plain)veya dutchwave gibi farklı ağ tipleri tercih edilir.
- Yüzey filtrasyonu için 1.4301 veya 1.4305 paslanmaz çelik tel dokuma (isteğe bağlı başka malzemeler de mümkündür).
- Geniş gözenekli yüzey sayesinde düşük akış direnci.
- Üstün kimyasal ve termal direnç.
- Belirli koşullarda temizlenebilir.
Belirli bir kesitten birim zamanda geçen sıvı miktarıdır. Genellikle litre/dakika (l/dk)veya Amerikan galonu/dakika (US GPM) olarak ifade edilir.
Hidrolik Sıvı (Hydraulic Fluid)
Basınçlı sıvı, hidrolik ve yağlama sistemlerinde kullanılan sıvıdır. ISO 6743 standardına göre; mineral yağ bazlı, yanmaya dirençli ve biyolojik olarak parçalanabilirsıvılar olarak sınıflandırılır.
Mikron Değeri (Micron Rating)
Filtre malzemesine göre mikron değerleri farklılık gösterir. İnorganik cam elyaflı filtre elemanlarında mikron değeri genellikle ISO 16889 standardına göre tanımlanan ß-değeri ile ifade edilir.
Mutlak ve Nominal Mikron Değeri
Mutlak mikron değeri: En az %99,5 verimle tutulan partikül boyutudur.
Nominal mikron değeri: %99,5’in altındaki tüm verim değerleri için ticari bir ifadedir. Yani aynı mikron değeri için (örneğin 5 µm), nominal filtrede tümpartiküller tutulmaz, ancak mutlak filtrede tutulur.
Çok Geçişli Test (Multipass Test)
Bu test, bir filtre elemanının performansını değerlendirir. ISO 16889-2008 standardına göre uygulanır ve farklı filtre elemanlarının karşılaştırılabilir ve tekrarlanabilir şekilde test edilmesini sağlar. Gerçek filtre ömrü haftalarla ya da aylarla ölçülürken, bu testte filtre 90 dakika boyunca ISO MTD test tozu
içeren sıvıya maruz bırakılır.
Test sonuçları:
- ß-Betaoranı
- Kir tutma kapasitesi (DHC)
- Basınç farkı (Δp)
Nominal Debi (Nominal Flow Rate)
Filtrenin tasarlandığı teorik debi değeridir. Genellikle litre/dakika (l/dk) veya Amerikan galonu/dakika(US GPM) olarak belirtilir. Filtre tasarımında önemli bir parametredir.
Nominal Basınç
Filtrenin tasarlandığı ve tanımlandığı maksimum çalışma basıncıdır.
Çalışma Basıncı / Sistem Basıncı
Filtrenin kullanılabileceği maksimum basınç değeridir.
Yüzey Filtresi (Surface Filter)
Kirleticiler, filtre elemanının yüzeyinde tutulur. Gözenek yapısı homojendir, bu da belirli partikül boyutlarının neredeyse tamamen tutulmasını sağlar.
Genelde metal tel örgü veya selülozdan yapılır. Metal sıyırma filtreleri de yüzey filtresi sınıfına girer.
Filtre Valf Türleri
Bypass Valfi
Filtre elemanında belirli bir basınç farkı aşıldığında, yağı kirli filtreyi bypass ederek sistemin korunmasını sağlar.
Geri Akış Önleyici Valf (Non-Return Valve)
Filtre değişimi sırasında sistemdeki yağın boşalmasını önler.
Ters Akış Valfi (Reverse Flow Valve)
Yağın filtre elemanından ters yönde geçmesini engeller; çift yönlü sistemlerde kullanılır.
Çok Fonksiyonlu Valf (Multi-Function Valve)
Bypass, ters akış ve geri akış önleyici valflerin birleşimi olarak çalışır.
Viskozite
Bir sıvının akışkanlık davranışını tanımlar.
Kinematik viskozite (υ)birimi: mm²/s (eski adıyla cSt)
Dinamik viskozite (η)birimi: Ns/m² (eski adıyla Poise)
Kinematik viskozite, filtre tasarımında kullanılan değerdir. Şu formülle hesaplanabilir:
υ = η / ρ
Filtre Seçimi
Uygun Mikron Değerinin Seçimi
Genel olarak, hidrolik sistemde kullanılan bileşenlerin türü, gerekli mikron değerini belirler.Yapılan çalışmalar, sistem bileşenlerinin yıllarca güvenilir şekilde çalışabildiğini, bunun için belirli bir minimum yağ temizliği seviyesinin korunmasının yeterli olduğunu göstermiştir.
Çoğu zaman seçim, sistemdeki en hassas bileşene göre yapılır.
Optimum Filtrenin Seçimi
Filtre seçerken aşağıdaki bilgiler dikkate alınmalıdır:
- Maksimum debi (Qmax)–ani debi dalgalanmaları dahil
- Kinematik viskozite (υ)–başlangıçta ve çalışma sıcaklığında, mm²/s (cSt) cinsinden
- Yoğunluk (ρ)–sıvının yoğunluğu, kg/dm³
- Mikron değeri (μm)
- Filtre malzemesi
Basınç filtresi için Δpmax =1,0 bar
Dönüş hattı filtresi için Δpmax =0,4bar
Bu sınırlar, filtre elemanı için optimum kullanım ömrünü sağlarve pratikte kendini kanıtlamıştır.
Nominal debi (Qnom), ön seçimde referans alınacak temel değerdir ve filtre edilecek akıştanbüyük olmalıdır:
Qnom > Qmax
Filtre verileri baz alınarak yapılacak hesaplamalar, önceden seçilen filtrenin çalışma sıcaklığında uygun olup olmadığını belirler:
Δpmax ≤ 1,0 bar (Basınç Filtresi)
Δpmax ≤ 0,4bar (Dönüş Hattı Filtresi)