Kesme sıvısı konsantrasyonu: ölçme ve düzeltme

Su ile karışabilen bir kesme sıvısı, ister emülsiyon, ister yarı sentetik (semi-synthetic) ya da sentetik olsun, suyla seyreltilmiş bir konsantredir (sınıflar kesme sıvısı türleri sayfasında karşılaştırılır) ve karışımdaki konsantre miktarı sıvının nasıl çalışacağını belirler. Master Fluid Solutions bunu tek cümleyle söyler: suyla seyreltilen her sıvı belirli bir konsantrasyon aralığında çalışacak şekilde tasarlanır. Olağan aralık geniştir. Master’a göre hedef çalışma çözeltisi genelde %5 ile %10 arasında konsantre ve %95 ile %90 arasında sudur. TotalEnergies emülsiyonlar için %5–10 verir; Petrol Ofisi’nin bor yağı bilgi formu ise ürünün “su ile %5-%10 oranında karıştırılarak” kullanıldığını yazar. Almanya’da IFA (DGUV), olağan kullanım konsantrasyonunu üreticinin verilerine bağlı olarak %4–8 olarak verir. Taşlamada kullanılan sentetikler genellikle daha düşük konsantrasyonda çalışır: TotalEnergies bunların çoğu zaman yaklaşık %3–6’da kullanılabildiğini yazar; Motul’un SAFKOOL 6110 formu dökme demir ve çeliğin taşlanması için %3–5, çeliğin genel talaşlı işlenmesi için %5–8 verir. Petrol Ofisi ise bor yağı için talaşlı işleme ve taşlamada aynı %5–10’u verir. Geçerli olan sayı tezgâhtaki sıvının bilgi formundaki sayıdır; HSE, konsantrasyon ve pH için tedarikçinin önerdiği değerlere uyulmasını ister.

Fazla zayıf, fazla yoğun

OSHA, önerilenden yüksek konsantrasyonu dermatitin nedenleri arasında da sayar. HSE konsantrasyonu bir etkiye bağlamaz; tedarikçinin değerlerini ister ve metal işleme sıvısıyla cilt temasının dermatite yol açabileceği uyarısını yapar.

El refraktometresiyle ölçme

Master’a göre en kolay ve en yaygın yöntem optik refraktometre kullanmaktır. Alet Brix ölçeğinde okur (Blaser’in ATAGO MASTER-M 20’si %0–20 Brix, Haas’ın sattığı alet %0–32 Brix okur) ve bu sayı henüz konsantrasyon değildir.

1. Su ile sıfırlayın. Blaser, el refraktometresinin su ile kalibre edilmesinin önemli olduğunu yazar. Q8Oils ve Quaker Houghton distile su (distilled water) kullanır; Blaser’in ATAGO kılavuzu ve Haas musluk suyuna da izin verir. Prizmaya birkaç damla koyup ayar vidasını (adjustment screw) sınır tam sıfıra gelene kadar çevirin (Blaser, Q8Oils, Haas). Q8Oils bu ayarın 20 °C oda sıcaklığında yapılmasını şart koşar.
2. Numuneyi prizmaya koyun. İki üç damla; prizmanın kapağı (daylight plate) kapatılınca sıvı hava kabarcığı ve kuru yer kalmadan yayılmalıdır (Blaser kılavuzu; Q8Oils da aynısını söyler). Q8Oils, numunenin prizmanın sıcaklığına gelmesi için en az 30 saniye beklenmesini ister. IFA numuneyi sıvı dolaşırken, temiz tanktan ya da doğrudan besleme hattından alır.
3. Sınırı okuyun. Aleti ışığa doğru tutup göz merceğinden (eyepiece) bakın. Q8Oils: alanın üst kısmı mavi, alt kısmı beyaz olmalıdır ve değer tam olarak mavi ile beyaz alanın sınırından okunur.
4. Faktörle çarpın. Master: konsantrasyon = refraktometre okuması × Brix faktörü (Brix factor; refraktometre faktörü, refractometer factor diye de anılır). HSE’nin kayıt formundaki sütun başlığı da konsantrasyonu refraktometre okuması çarpı sıvının düzeltme faktörü (fluid correction factor) olarak tanımlar.
5. Temizleyin. Q8Oils her ölçümden sonra aletin suyla dikkatle ve iyice temizlenmesini ister. Blaser: prizma suya daldırılmamalıdır.

Faktör ürüne aittir: Master’a göre her konsantrenin kendine özgü bir Brix faktörü vardır. Haas bu faktör için okuru ürünün bilgi formuna yönlendirir; Quaker ise her tedarikçinin olağan konsantrasyon aralığındaki refraktometre okumalarını gösteren bir tablo vermesi gerektiğini yazar. Master aralığı da verir: Brix faktörleri emülsiyonlar için 0,9’dan sentetikler için 3,4’e kadar uzanır ve birçok emülsiyonun faktörü 1,0’dır. Motul’un formu SAFKOOL 6110 için 2,5 verir; bu sıvıyla 2,0 okuma 2,0 × 2,5 = %5,0 demektir. Quaker faktörün nereden geldiğini açıklar: konsantredeki etken maddelerin, yani ışığı kıranların miktarı faktörü belirler. Örneği: konsantrenin %20’si su ise %10’luk bir karışım en iyi durumda 8,0 okur. Master tersinden okunmaması konusunda uyarır: faktör yalnızca bir çarpan olarak anlamlıdır, ürünün etkinliğini ya da su içeriğini göstermez.

Otomatik sıcaklık kompanzasyonlu bir alet, kendi aralığı içinde sıcaklığı düzeltir: Q8Oils’in VWR aletleri 10–30 °C arasında 20 °C referans sıcaklığına göre otomatik sıcaklık kompanzasyonu (ATC) yapar; Haas ve Lovibond da kendi aletleri için otomatik sıcaklık kompanzasyonu belirtir (Lovibond’un Türkçe veri sayfasında “Otomatik sıcaklık kompenzasyonu”).

Tanktaki gerçek konsantrasyon

%3,0

Refraktometre faktörü (ürün bilgi formundan)

0,91,02,53,4

yabancı yağ (tramp oil) var

Okunan değer

—

Konsantrasyon = okuma × faktör

—

Tankı düzeltin

Tank hacmi

400

LHedef konsantrasyon

%5,0

Ne eklenecek

saf konsantrehazır karışımsu

Eklenecek miktar

—

Sonuçta tank

—

Okumaya ne zaman güvenilmez

Keskin bir çizgi temiz ve kararlı bir sıvı ister. Blaser’e göre ölçekteki okuma dağınık görünüyorsa emülsiyon ya kararsızdır ya da yabancı yağla (tramp oil) ağır biçimde kirlenmiştir; IFA da aynı iki nedeni sayar: emülsiyona karışmış büyük miktarda yabancı yağ ve büyük yağ damlacıklı kararsız emülsiyonlar. Master’a göre sistem ağır biçimde kirlenmişse çoğu zaman net bir okuma alınamaz ve okuma bir ölçüde tahmine dayanır. Quaker, ölçümden önce yabancı yağın numuneden alınmasını ister. IFA, artık kararlı hâle getirilemeyen bir emülsiyon için sıvının değiştirilmesini önerir.

Master hatanın yönünü de verir: refraktometreler zamanla gerçek konsantrasyondan yüksek okuma eğilimindedir, çünkü sıvıya giren yabancı yağlar da ışığı kırar. Okumanın hangi yöne kaydığını söyleyen tek kaynak budur. Master ayrıca aletin çok temiz ve kalibre tutulmasını ister.

Titrasyon ve asit ayırma

Master’a göre konsantrasyonu kontrol etmenin ikinci en yaygın yolu alkali titrasyondur (alkaline titration). Kendi setinde numuneye 1–2 damla gösterge boyası (indicator dye) konur, 1,0 N sülfürik asit damla damla, sayılarak, çözelti yeşilden pembeye dönene kadar eklenir; damla sayısı çarpı ürünün dönüşüm faktörü (conversion factor) konsantrasyonu verir. Yöntem yalnızca alkalinitesi oldukça yüksek ürünlerde işler ve genellikle sentetik ve yarı sentetik ürünlerde en iyi sonucu verir. Quaker: titrasyon çok doğrudur ama benzer bileşikler onu bozar; tanka karışan kirletici alkali bir temizleyiciyse alkali titrasyon ikisini birden okur. Master’a göre titrasyon zamanla gerçek konsantrasyondan düşük okuma eğilimindedir; refraktometrenin tersi.

Çözünür yağlar (soluble oils) ve yağ oranı yüksek yarı sentetikler için Master asit ayırmayı (acid split) da verir: eklenen asit, sıvıdaki yağı ve yağa benzer diğer maddeleri ayırır. Yaklaşık 20 dakika, ardından 4 ila 24 saatlik bekleme ve özel cam malzeme ile reaktif gerektirir; sıvının toplam yağ ve yüzey aktif madde içeriğini bulmanın çok iyi bir yoludur ama her gün yapılacak bir yöntem değildir.

Ne sıklıkla

HSE MW5, sıvı konsantrasyonunun (refraktometreyle) ve pH’ın her hafta ölçülmesini ister; kayıtların eğilimleri kolay görmek için tablo ya da grafik hâlinde en az beş yıl saklanmasını ister. Almanya’da IFA, TRGS 611’e göre haftalık pH ve nitrit kontrolünü ve aynı şekilde haftalık konsantrasyon kontrolünü sayar. Üreticiler daha sık ister: Blaser, konsantrasyonun tank her doldurulduğunda kontrol edilmesini ve verilerin en az haftada bir kaydedilmesini; Mobil, her gün ya da vardiya başında refraktometreyle kontrol edilmesini ister. IFA, konsantrasyon hedeften saparsa hemen önlem alınmasını ekler.

Tankı geri getirmek

• Su değil, hazır karışımla (premix) tamamlayın. Mobil: tank her zaman zayıf emülsiyonla tamamlanmalı, asla suyla değil. Petrol Ofisi’nin bilgi formu da aynı kuralı verir: “Emülsiyon eklemelerinde asla düz su kullanılmamalıdır”; eklemeler “ayrı bir tankta hazırlanmış uygun konsantrasyondaki emülsiyon” ile yapılır. HSE, kullanımda su buharlaştığı için tamamlamanın yalnızca önerilen konsantrasyonun altındaki sıvıyla yapılmasını ister.
• Konsantreyi suya katın, tersini değil. Mobil: konsantre suya eklenir. Master: konsantreye doğrudan su eklenmemelidir, bu ters bir emülsiyon (inverse emulsion) oluşturabilir. Petrol Ofisi: “suyun içerisine yağ eklemesi tanktaki su, sirkülasyon halindeyken yavaşça yapılmalıdır.” ve “Asla yağa su eklenmemelidir.” Motul: hacimsel karıştırma sistemi yoksa SAFKOOL 6110 sürekli karıştırılarak suya yavaşça dökülür.
• Fazla yoğun ya da fazla zayıf. IFA: fazla yoğun tanka daha düşük, fazla zayıf tanka daha yüksek konsantrasyonlu sıvı eklenir. Mobil’in ve Petrol Ofisi’nin kuralı olağan tamamlama içindir; konsantrasyonu zaten fazla yüksek olan bir tanka OSHA su ekler: doğru konsantrasyona gelene kadar su eklenir. Sonra yeniden ölçün; OSHA, iş bitince doğru konsantrasyonun doğrulanmasını ister.

Hesap

Ne kadar ekleneceği karışımdan çıkar: c₁ konsantrasyonundaki V litrelik tanka c_A konsantrasyonunda x litre sıvı eklenir ve tank c₂’ye gelir. Hacimlerin doğrudan toplandığı varsayılırsa

$$\frac{V \cdot c_1 + x \cdot c_A}{V + x} = c_2 \quad\Rightarrow\quad x = V \cdot \frac{c_2 - c_1}{c_A - c_2}$$

Burada c_A saf konsantre için %100, hazır karışım için karışımın konsantrasyonu, su için 0’dır. Bu, bu sayfanın karışım hesabıdır, bir üreticinin formülü değildir; okuma faktörle çarpıldıktan sonraki konsantrasyonla kullanılır. Master’ın TB #060’taki çözümlü örneğiyle uyuşur: 123 galonluk bir tankı %1 yükseltmek için 100’e bölmek 1,23 galonluk bir ekleme verir; ama o zaman tankta 124,23 galon olur, bu yüzden Master’a göre ekleme yaklaşık 1,24 galon olmalıydı. Yukarıdaki denklem c₁ = 0 ve c₂ = %1 ile 123 × 1 ÷ 99 = 1,24 galon verir. Master, konsantrasyon ancak yaklaşık çeyrek puan hassasiyetle ölçülebildiği için uygulamada basit yüzde hesabının yeterli olduğunu ekler. Kullanımdaki bir tankta tam ekleme biraz daha fazladır (%4 → %5: 123 × 1 ÷ 95 ≈ 1,29 galon); bu da Master’ın ölçülebilir dediği çeyrek puanın içinde kalır. Master hesabın sıvı dururken yapılmasını ve merkezî sistemlerde pompaların, tankların ve boruların tuttuğu sıvının da sayılmasını önerir.

Örnekler (bu sayfanın hesabı): %3 ölçülen, hedefi %5 olan 400 L’lik bir tank 400 × 2 ÷ 95 ≈ 8,4 L saf konsantre ya da 400 × 2 ÷ 5 = 160 L %10’luk hazır karışım ister. 400 L’lik bir tankı suyla %8’den %6’ya indirmek 400 × 2 ÷ 6 ≈ 133 L su ister; yoğun bir tankı seyreltmek için neden boş hacim gerektiği buradan görülür.