Chillerde su kalitesi: kireç, korozyon ve kapasite kaybı

Chiller devresinde su kalitesini dört şey bozar: sertlik kireç taşına döner, çözünmüş oksijen ve klorür korozyon yapar, durgun bölgelerde biyofilm oluşur, katı partikül eşanjörü tıkar. Dördü de ısı geçiş yüzeyine direnç ekleyip kapasiteyi arıza vermeden düşürür. Çözüm yumuşatılmış dolum suyu, pislik tutucu, kapalı tank ve periyodik analizdir.

Bir tesise "grup eskisi gibi soğutmuyor" diye gidersiniz. Kondenser kanatları temiz, fanlar dönüyor, basınçlar makul. Sonra pompayı durdurup evaporatörün su tarafını açarsınız: plakaların arası, tırnakla kazınınca kalkan bej renkli ince bir tabakayla kaplıdır. Kapasiteyi aylardır kimsenin bakmadığı yerde, devrede dolaşan suyun kimyası aşağı çekmiştir.

Su, bir chiller devresinin tek sarf malzemesidir. Parça listesinde yer almaz, panelde alarmı yoktur. İçindeki dört şey (sertlik, çözünmüş oksijen ve klorür, mikroorganizmalar, katı partikül) dört ayrı hasar mekanizması yürütür ve dördü de aynı yere çıkar: ısı geçiş yüzeyinde artan direnç, düşen debi.

Devrenin kapalı olması işi kolaylaştırır ama muaf tutmaz. Kâğıt üzerinde kapalı devre bir kez doldurulur ve yıllarca aynı suyla çalışır. Sahada ise küçük salmastra kaçakları, tank yüzeyinden buharlaşma ve her müdahaleden sonraki takviye yüzünden devre sürekli taze su görür. Su bir gün kaçaktan çıkar; getirdiği mineral çıkmaz.

Chiller devresinde kireç neden ve nerede oluşur?

Sertlik, sudaki kalsiyum ve magnezyum iyonlarının toplamıdır; Türkiye'de genellikle Fransız sertliği (°Fr) ile anılır ve 1 °Fr litrede 10 mg kalsiyum karbonat eşdeğerine karşılık gelir. Kalsiyum karbonatın çözünürlüğü sıcaklıkla ters yönde değişir: su ısındıkça mineral daha az çözünür kalır ve yüzeye çöker.

Bunun pratikteki sonucu çoğu kişinin beklediğinin tersidir. Kireç, devrenin en soğuk noktasında değil, suyun temas ettiği en sıcak yüzeyde birikir: kalıbın dar soğutma kanalında, lazer kesim kafasının soğutma bloğunda, indüksiyon bobininin bakır borusunda. Evaporatör devrenin en soğuk yeridir ve doğrudan çökelmeye en az açık noktadır.

Eşanjör yine de kirlenir, çünkü sıcak yüzeyde büyüyen kireç zamanla pul pul kopar, akıntıyla sürüklenir ve önündeki ilk dar kesitte tutunur; yanına korozyon ürünü ve montaj artığı eklenir. Eşanjördeki tabaka çoğu zaman orada oluşmaz, oraya taşınır. Ayrım önemli: birinin çözümü dolum suyu, diğerinin çözümü filtredir.

Bir yılda devreye ne kadar sertlik girer?

Rakamla bakalım. 86.000 kcal/h kapasiteli bir grupla (KPLN 100.2) çalışan bir kalıp soğutma devresi düşünelim; nominal 12/7 °C su rejimi ve 35 °C ortam koşulunda.

1. Yükü 5 K sıcaklık farkıyla taşımak için gereken debi: 86.000 ÷ (1 kcal/kg·K × 5 K) = 17.200 kg/h, yani yaklaşık 17,2 m³/h.
2. Tank, kolektör, hat ve kalıp devreleri dahil sistemdeki toplam su hacmi: 1.200 L.
3. Dolum suyunun sertliği 25 °Fr, yani 250 mg/L = 0,25 g/L kalsiyum karbonat eşdeğeri.
4. İlk dolumla devreye giren toplam sertlik: 1.200 × 0,25 = 300 g.
5. Günlük takviye 40 L olsun; şamandıralı vana ve iki küçük salmastra kaçağı bu değeri rahat bulur. Yılda 300 gün için 40 × 300 = 12.000 L.
6. Takviyeyle bir yılda gelen sertlik: 12.000 × 0,25 = 3.000 g = 3 kg.

Devre, ilk dolumundaki mineralin on katını tek bir yılda içeri alıyor. Bu 3 kg'ın tamamı taş olmaz; bir bölümü çözünmüş kalır, bir bölümü kaçakla gider. Ama çözünürlük sınırını aşan pay sistemde kalır, gidecek başka yeri yoktur. Günde 40 litre kulağa küçük gelir; yılda kilogramla bakınca gelmez.

Kirlenen plakalı eşanjör kapasiteyi ne kadar düşürür?

Plakalı eşanjör ince cidarlı olduğu için verimlidir ve kirlilik tabakası tam da bu dengeyi bozar. Sektörde tipik kabul edilen değerlerle hesaplayalım. Paslanmazın ısı iletkenliği yaklaşık 15 W/m·K, plaka kalınlığı 0,3 mm ise plakanın direnci 0,0003 ÷ 15 = 0,00002 m²K/W çıkar. Kireç tabakasının iletkenliği ise 2 W/m·K mertebesindedir; 0,2 mm'lik bir tabaka 0,0002 ÷ 2 = 0,0001 m²K/W ekler. Yani kâğıt inceliğindeki bir kireç filmi, çeliğin kendi direncinin beş katı kadar engel yaratır.

Sistemdeki karşılığı şöyle bulunur: su ile soğutucu akışkan arasında çalışan bir plakalı eşanjörde toplam ısı geçiş katsayısı genel kabul olarak 2.500–3.500 W/m²K aralığındadır. 3.000 alırsak temiz haldeki toplam direnç 1 ÷ 3.000 = 0,000333 m²K/W olur.

Kireç tabakası	Eklenen direnç (m²K/W)	Yeni toplam direnç	Isı geçiş katsayısı	Kayıp
Temiz	yok	0,000333	3.000 W/m²K	yok
0,1 mm	0,00005	0,000383	2.610 W/m²K	%13
0,2 mm	0,0001	0,000433	2.310 W/m²K	%23
0,4 mm	0,0002	0,000533	1.876 W/m²K	%37

Tablodaki kayıp, soğutma kapasitesindeki değil, ısı geçiş katsayısındaki kayıptır. Makine kapasiteyi bir anda bırakmaz; kontrol çıkış suyunu set değerinde tutmaya çalışır ve bunun için evaporasyon sıcaklığı aşağı iner. İnen evaporasyon sıcaklığı hem kompresörün dolaştırdığı kütlesel debiyi düşürür hem donma sınırına yaklaşır.

Sahada görülen tablo budur: aynı yükte grup daha uzun çalışır, alçak basınç tarafı beklenenden soğuktur, düşük yükte ya da kışın alçak basınç arızası gelir. Kimse ilk gün "kireç" demez, "gaz eksilmiş olmalı" der. Belirtiyi doğru okumak için arıza belirtileri ve nedenleri sayfasındaki ayrımlar işe yarar.

Korozyon: farklı metaller aynı suyu paylaşınca devre pil gibi çalışır

Kireç yavaş ilerler; korozyon iki farklı hızda çalışır. Birincisi çözünmüş oksijen korozyonudur. Kapalı devre teoride oksijenini ilk haftalarda tüketip durur; ama açık tank hava emiyorsa, her takviye yeni oksijen getiriyorsa ya da devrede hava toplanan bir nokta varsa oksijen bitmez. Çelik boru içindeki kırmızı-kahve bulanıklık ve tank dibindeki çamur bunun işaretidir.

İkincisi galvanik korozyondur. Gövde karbon çeliği, kolektör galvaniz, rakorlar pirinç, kalıp maçası alüminyum, bafıl (baffle) borusu bakır, eşanjör paslanmaz olduğunda tek devrede altı ayrı metal bulunur; su iletken olduğu ölçüde aralarında akım akar ve en aktif olan, genellikle alüminyum ya da çinko kaplama, önce yenir. Plastik enjeksiyon kalıplarında bu tablo neredeyse standarttır. Üçüncüsü klorürdür: paslanmaz çelik genel korozyona dayanıklıdır ama klorür varlığında noktasal oyuk korozyonuna (pitting) açıktır ve oyuk, yüzeyde iz bırakmadan cidarı deler.

İşletme tarafında yapılacaklar kısadır: tankı kapalı tutmak, devredeki metal cinsini azaltmak, farklı metallerin temasını yalıtım rakoruyla kesmek, suya inhibitör koymak. Antifrizli devrelerde inhibitör karışımın içinde gelir ama zamanla tükenir; izleme periyotları için glikol kullanımı sayfasına bakın.

Biyofilm ve alg: onda bir milimetre, kalın bir yalıtım

Proses suyu çoğu tesiste 12 °C ile 30 °C arasında dolaşır; mikroorganizmalar için ideal aralık. Işık da varsa (aralık bırakılmış tank kapağı, şeffaf seviye hortumu, dışarıda duran saydam depo) yeşil alg birkaç haftada görünür hale gelir.

Biyofilmin can sıkıcı yanı kalınlığı değil, iletkenliğidir. Sulu bir jel olduğu için ısı iletkenliği suyunkine yakın kalır, genel kabulle 0,6 W/m·K civarı; yukarıda kireç için aldığımız değerin yaklaşık üçte biri. Aynı direnci vermek için üç kat kalın kireç gerekir: 0,1 mm biyofilm, kabaca 0,3 mm kireçle aynı engeli çıkarır ve yukarıdaki tabloda bu, ısı geçiş katsayısında üçte bire yakın bir kayba denk düşer. Üstelik plakalı eşanjörde kanal aralığı milimetre mertebesinde olduğu için kesiti daraltır ve basınç kaybını büyütür. Tabakanın altı oksijensiz kalır, orada anaerobik bakteriler metali noktasal olarak oyar.

İşe yarayan üç önlem var: tankı ışık geçirmez ve kapalı tutmak, ölü hat (kör kapatılmış ama su dolu kalan branşman) bırakmamak, uzun duruşlarda devreyi ya tamamen boşaltmak ya da dolu bırakıp haftada bir sirküle ettirmek. Yarı dolu bırakılmış bir tank en kötü seçenektir.

Katı partikül: pislik tutucu (strainer) ve mıknatıslı ayırıcı

Devredeki partikülün kaynağı ilk yıl ile sonrasında farklıdır. İlk yılda ne bulursanız montajdan kalmadır: kaynak curufu, boru talaşı, kenevir ve teflon bandı parçaları, tesisat yağı. Sonraki yıllarda korozyon ürünü, kopmuş kireç pulu ve açık tanktan giren atölye tozu baskındır.

Pislik tutucu (strainer) eşanjöre giden hattın önüne konur; elek göz açıklığı seçilirken ölçü eşanjörün kanal aralığıdır. Sektörde tipik olarak 20–40 mesh (inç başına göz sayısı) sepetler kullanılır. Yerleşimde sık yapılan eksik, filtreyi yalnızca pompa emişine koyup eşanjör girişini boş bırakmaktır. Tek pompalı seri devrede emişteki elek ikisini de korur; tank üzerinden ayrı bir evaporatör devresi ve ayrı bir proses pompası varsa proses pompasının önündeki filtre eşanjörün önüne hiç girmez. Yeri devre şemasına bakarak seçin.

Fark basıncı göstergesi olmayan bir pislik tutucu ise kör bir elemandır; sepetin tıkandığını ancak debi belirgin biçimde düştüğünde, yani hasar başladıktan sonra anlarsınız. Giriş ve çıkışına iki manometre koymak, devreye almada yapılabilecek en ucuz iyileştirmedir.

Mıknatıslı ayırıcı farklı bir iş yapar. Karbon çelik boru, dökme demir pompa gövdesi veya çelik tank içeren devrelerde korozyon ürününün büyük kısmı manyetittir ve tanecik boyutu elekten geçecek kadar incedir; elek tutmaz, mıknatıs tutar. Kararı bu belirler: tank dibinden siyah çamur çıkan çelik tesisatta yüksek fayda verir, tamamen paslanmaz ya da PE (polietilen) borulu devrede getirisi sınırlıdır.

Chiller devresine hangi su doldurulmalı?

Dolum suyu kararı bir kez verilir ve sonraki beş yılın bakım yükünü belirler.

Su kaynağı	Ne çözer	Ne getirir	Nerede kullanılır
Şebeke suyu, doğrudan	Hazır ve ucuz	Sertlik ve klorür ne ise devreye o girer	Yalnızca yumuşak şebeke suyunda, analizle
Kuyu ya da sondaj suyu	Bir şey çözmez	Yüksek sertlik, demir, mangan, bakteri, değişken kimya	Dolum için uygun değil
Yumuşatılmış su	Sertliği alır, kireç oluşumunu durdurur	İletkenliği ve klorürü almaz, yerine sodyum bırakır	Sanayi proses devrelerinin çoğunda, inhibitörle
Demineralize / deiyonize su	Sertliği ve iletkenliği birlikte alır	Agresiftir, temas ettiği metalden iyon çözer	Yalnızca iletkenlik sınırı olan devrelerde
Yumuşatılmış su + inhibitör ya da inhibitörlü glikol	Kireci ve korozyonu birlikte kontrol eder	İnhibitör tükenir, yıllık analiz ister	Sürekli çalışan sanayi devrelerinde varsayılan tercih

Doldurmadan önce yeni tesisatın yıkanması ayrı bir adımdır. İlk dolum suyu, montaj kalıntısını toplaması için birkaç saat sirküle ettirilip atılır; devrenin gerçek suyu ikinci dolumdur. Analiz numunesini de dolum gününde, tanka basılan sudan alın. Aylar sonra alınan numune dolum suyunun değil, devrenin o anki kimyasını söyler.

Sahada en sık gördüğümüz kurgu hatası burada çıkar: tank seviyesini şamandıralı bir vanayla doğrudan şebekeye bağlamak. Niyet iyidir, grup susuz kalmasın diye yapılır; yaptığı iş kaçağı görünmez kılmaktır. Seviye her zaman doğru okur, kimse ne kadar su eklendiğini bilmez, devre yıl boyunca sessizce sert su besler. Vanayı sökmek gerekmez, ucuna basit bir su sayacı takıp haftada bir okumak yeterlidir. Haftalık takviye 20 litreyi aşıyorsa aranacak şey su değil, kaçaktır.

Deiyonize su isteyen prosesler: devreyi ayırın

Bazı proseslerde su kalitesi şartı ısı transferiyle değil elektrikle ilgilidir. Fiber ve CO₂ lazerlerin çoğu, indüksiyon bobinleri ve su soğutmalı kaynak baraları deiyonize (iyonu alınmış) su ister ve föyünde iletkenlik için bir üst sınır verir; iletken su, yüksek gerilim taşıyan bileşenlerde kaçak akım ve elektroliz demektir.

İncelik, deiyonize suyun masum olmamasıdır. İyonu alınmış su agresiftir, temas ettiği metalden iyon çözerek kendi iletkenliğini yükseltir. Bu yüzden iletkenlik bir hedef değil, alt ve üst sınırı olan bir banttır ve yan akım üzerine konan karışık yataklı reçine kartuşuyla o bantta tutulur.

Sahada işleyen kurgu, deiyonize devreyi grubun devresinden paslanmaz plakalı bir ara eşanjörle ayırmaktır. Grup tarafında normal proses suyu dolaşır; deiyonize tarafta malzemesi denetlenmiş, küçük hacimli ayrı bir devre bulunur ve galvanizli boru, çinko içeren rakor, yumuşak lehimli birleşim orada yer almaz. Ayrıntılar için lazer kesim ve kaynak ve indüksiyon sayfalarına bakabilirsiniz. KPLN serisi gruplar hava soğutmalı paket tiptir; kendi su devreleri normal proses suyu devresidir ve iletkenlik şartı ayrı devrede sağlanır.

Periyodik su analizinde neye, ne sıklıkla bakılır?

Analiz laboratuvar işi gibi görünse de saha tarafı beş parametreye iner. Aşağıdaki değerler kapalı sanayi devreleri için sektörde yaygın kabul gören çerçeveyi gösterir; bağlayıcı olan, kullandığınız inhibitörün ya da makine üreticisinin föyündeki sınırdır.

Parametre	Ne söyler	Sıklık	Nasıl yorumlanır
Sertlik (°Fr)	Kireç oluşum riski	Her dolum ve takviye suyunda	Devrede dolum suyundan düşük çıkması, sertliğin bir yüzeyde biriktiğini gösterir
pH	Korozyon eğilimi, inhibitörün durumu	3–6 ayda bir	Genel kabul 7,5–9 bandıdır; düşüş eğilimi inhibitörün tükendiğine işaret eder
İletkenlik (µS/cm)	Toplam çözünmüş iyon	3 ayda bir	Trend önemlidir; devreye alma ölçümü referans alınır
Klorür (mg/L)	Paslanmazda oyuk korozyonu riski	Yılda bir, su kaynağı değişince tekrar	Düşük tutulur; sınırı eşanjör üreticisi verir
Görünüm, koku, tank dibi tortu	Aktif korozyon ya da biyolojik büyüme	Gözle her ay	Bulanıklık, renk veya koku varsa numune alınır

Tek bir ölçümün mutlak değeri az şey söyler. Anlamlı olan, devreye alma günündeki değerlerin kayda geçmesi ve sonraki ölçümlerin bu referansla karşılaştırılmasıdır. Bu kalemlerin bakım takvimindeki yeri için periyodik bakım sayfasına bakabilirsiniz.

Laboratuvara gitmeden yapılabilecek bir eleme daha var: sabit yükte su tarafı sıcaklık farkını takip etmek. ΔT büyüyorsa debi düşmüştür, önce pislik tutucuya ve pompaya bakılır. ΔT aynı kaldığı halde grup daha uzun çalışıyorsa ısı geçiş yüzeyi kirlenmiştir.

Su devresini de seçimin parçası sayın

Doğru kapasitede seçilmiş bir grup, yanlış suyla dolu bir devrede ikinci yılında katalog değerinin altında çalışır ve bunu haber vermeden yapar. Yeni bir tesis kuruyorsanız ya da açıklayamadığınız bir kapasite kaybıyla uğraşıyorsanız sistemin toplam su hacmini, dolum suyunun sertlik ve iletkenlik analizini ve haftalık takviye miktarını yanınıza alın; bu üç veriyle devre kurgusunu ve model seçimini birlikte netleştirebiliriz.

Sıkça sorulanlar

Tüm yazılar