Klima İç Ünite Serpantinlerinde Formik Asit Korozyonu

Kaynak: Carrier Industrial Research Report: Indoor Coil Corrosion

Çeviri: Hüseyin Bulgurcu

İç ünite serpantin arızasına yol açan korozyon, bugün tüm iklimlendirme endüstrisi tarafından üretilen serpantinleri etkileyen bir konudur. Serpantin korozyonunun önde gelen bir nedeni, evde oluşabilen bir organik asit olan formik asittir. Bu arızaların görülme oranı ülke genelinde düşük olmakla birlikte, bazı coğrafi bölgelerde daha yüksek görülme oranlarına rastlanmıştır. Örneğin, bazı evlerde, korozyonla ilgili birçok arıza yaşanırken, etraflarındaki evlerde hiç görülmeyebilir. Arızalar tipik olarak, serpantinin kanatçık bölgesinde bir ila dört yıllık tesis ve kullanımdan sonra oluşan sızıntılar ile karakterize edilir.

Formik korozyonu belirleyen ve bayilerine etkili bir çözüm sağlayan ilk firma Carrier oldu. Alüminyum serpantin ile korozyona yeni nesil çözümler sağlamak için ileri üretim teknikleri kullanıyoruz. Formik korozyon endüstri çapındaki serpantinleri etkiler. Rekabetçi bir çalışma, araştırılan tüm serpantin markalarında aynı korozyon arızası sızıntılarını göstermiştir. Alttaki fotoğraflar, başarısız serpantinlerden gelen büyütülmüş boru kesitlerini göstermektedir. Korozyonun ilerlemesi, penetrasyon gerçekleşene ve bir sızıntı meydana gelinceye kadar bakırın içini yiyerek borunun dışından içe doğru uzanır. Korozyon işlemi nedeniyle, bazı fotoğraflar diğerlerinden daha iyi görünür, ancak tümü borunun içinden aşınmış, bu noktada bir sızıntıya neden olabilir. Tüm bu serpantinler, zaman diliminde böyle bir hatanın özelliği olarak arızalanmıştır.

Kanatçık Bölgesi Sızıntıları - Genel Korozyon

(Bu resimler: Airpro (Coleman), American Standard,Aspen, Carrier, Goodman, ICP, Janitrol, Rheem,Superior, Trane, York firmalarına aittir)

KOROZYON MEKANİZMASI

İç mekân serpantinlerinde, üretimden veya prosesle ilgili kusurlardan metalin korozyonuna kadar birçok potansiyel serpantin sızıntısı nedeni vardır. Ek olarak, bakır boruları etkileyebilecek birkaç farklı korozyon mekanizması vardır. Aşağıdaki tartışma, iç mekân serpantinlerinin çukur korozyon arızalarına odaklanmaktadır.

İç mekân serpantinlerinde iki temel çukurlaşma korozyon şekli vardır: (1) genel oyuklaşma; ve (2) bazen "karınca yuvası" aşınması olarak da adlandırılan formel korozyon.

Tipik aşınmış boru çizimi

Borudaki korozyonun 3-D gösterimi

Sızıntı yan görünüm

Korozyonun bir kısmını gösteren kesit (sızıntı)

Yukarıdaki resimler korozyon işleminin özelliklerini göstermektedir: tepede, tek bir sızıntının bakır boruyu nasıl delebileceği; bu borunun enine kesit olabileceği merkez ve son olarak, enine kesit parçanın büyütülmüş olarak nasıl göründüğü açıklanmıştır.

Şekil 1 Genel Çürüme ve Formik Asit Korozyonu

Genel çürüme korozyonu, bakır boruya agresif anyon saldırısından kaynaklanır. Bir anyon negatif yüklü bir kimyasal türdür. Bu negatif yük nedeniyle, anyonlar agresif bir şekilde katyon adı verilen pozitif yüklü türler arar. Bakır, bol miktarda katyon kaynağıdır. Isırık izlerine benzeyen büyük çukurlar, genel çukurun etkilerini karakterize eder. Bu çukurlar sıklıkla insan gözüyle gözlenebilir. Klorürler, genel çukur korozyonuna neden olduğu bilinen agresif anyonların en yaygın kaynağıdır.

Klorürleri içerebilen yaygın ev maddeleri şunlardır: [1-3]  

• Aerosol spreyleri  
• Halılar  
• Yağ çözücü ve deterjan temizleyicileri  
• Bulaşık makinesi deterjanları  
• Çamaşır suyu  
• Kumaş yumuşatıcılar  
• Boya sökücüler  
• Küvet ve Fayans Temizleyicileri  
• Vinil kumaşlar  
• Vinil döşeme  
• Duvar kâğıdı

Öte yandan, formik asit korozyonu, bakır boru yüzeyinde insan gözüyle görülemeyen çok sayıda küçük iğne deliği sızıntısı olarak görünüyor. Mikroskobik inceleme sonucunda, korozyon çukurları bakır duvar boyunca birbirine bağlanan tünellerin ağlarını, dolayısıyla karıncaların yuvalarıyla olan ilişkileri gösterir. Bu korozyon mekanizmasında yer alan saldırı ajanları organik asitlerdir.

Şekil 2 Formik Korozyon Tüneli

Hem serpantin uygulamasında (yani evde) hem de serpantin üretim ortamında uçucu organik bileşikler (VOC) gibi birçok olası organik asit kaynağı vardır. En yaygın organik asitler formik ve asetik asitlerdir. Formaldehit formik aside dönüştürülebilir ve daha sonra nem haline gelebilir. Asetik asit, su içinde asetat haline dönüştürülür. Bu bileşiklerin tümü, bakırın etkin şekilde aşınmasına neden olur ve karınca yuvası şeklinde korozyon ayak izi ile sonuçlanır.

Formik korozyonun gerçekleşmesi için gereken üç koşul vardır: [7] 

• Oksijen varlığı  
• Kimyasal olarak aşındırıcı bir maddenin (organik asit) varlığı  
• Nem varlığı

Birden fazla aşındırıcı madde mevcutsa sonuç; hem genel çürüme çukurlarını hem de formik korozyonu gösteren, Şekil 1'de gösterildiği gibi çoklu korozyon ayak izleri olacaktır.

ARAŞTIRMA BULGULARI

Çevresel Faktörler

Birçok üretici tarafından üretilen serpantinlerin aynı arızalar yaşadığı gerçeği, dış çevresel faktörlerin rol oynadığını göstermektedir. Her üretici farklı bir montaj işlemine ve birden fazla hammadde kaynağına sahip olsa da aşınmış serpantinlerin kimyasal analizi, aşındırıcı maddelerin varlığını belirleyebilir. Carrier, aşındırıcı maddelerin üretim ortamında bulunmadığından emin olmak için tüm yağlar ve yağlayıcılar dahil olmak üzere, üretim işlemlerini, malzemelerini ve ortamını kapsamlı bir şekilde denetlemiştir. Kanıt, ev ortamının serpantin korozyonuna daha çok katkıda bulunduğunu öne sürüyor. Bina yapımındaki eğilim, evleri “daha sızdırmaz” hale getirerek enerji verimliliğini arttırmaktır. Bu, havalandırma seviyesinin düşmesi, iç mekân kirleticilerin daha yüksek konsantrasyon seviyelerine çıkmasına neden olur.

Araştırma Çalışması

Yeni üretilmiş ve şantiyede inşa edilmiş evlerde uçucu organik bileşik konsantrasyonlarını ve emisyon oranlarını ölçmek için bir yıl süren 2000 çalışma yapılmıştır [8]. E.O. Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı bu araştırmayı ABD Enerji Dairesi desteğiyle gerçekleştirmiştir. Bu çalışma yeni evlerin yapımında kullanılan birçok malzemenin formaldehit de dahil olmak üzere uçucu organik bileşikler (VOC) yaydığını göstermektedir. Kontrplak, döşeme ve dolap, lateks gibi tasarlanmış ahşap ürünler boya ve vinil tabaka döşeme (laminant parke) bu bileşikler için ana kaynaklar olarak tanımlanmıştır. Bu çalışmada evlerin içine alınan asetik asit, formaldehit ve asetaldehit derişikliklerinin ölçümü, evlerin dışında ölçülen seviyelere göre anlamlı derecede yüksekti. Bu yüksek emisyon oranlarının, bu evlerin araştırma süresince en az dokuz aylık bir sürede devam ettiği görülmüştür. Aslında, çalışma sırasında ölçülen asetik asit seviyeleri artmıştır. Başka bir çalışmada, test odalarındaki ahşap ürünlerinin emisyon oranlarını özel olarak araştırdık. [9] Bu test, ahşabın bir organik asit kaynağı, özellikle de formik ve asetik asitler olduğu teorisini desteklemektedir. Ek olarak, ahşaplar ve mobilyalar dahil olmak üzere inşaat malzemeleri genellikle iç ortamdaki uçucu organik bileşiklerin ana kaynaklarıdır.

Yoğuşma Analizi

Carrier’in bu sorunu araştırma çabalarının bir parçası olarak, serpantin yoğuşma bölgelerinde serpantin yoğunlaşma örneklemesi yapıldı. Bu numunelerin analizi, aşınmış serpantinlerin yerleştirildiği ev ortamlarında önemli seviyelerde format ve asetat bulunduğunu doğruladı. Bu numuneler serpantin değişiminden hemen önce ve serpantinler değiştirildikten hemen sonra toplandı. Daha sonra, bir ay sonra yapılan takip değerlendirmeleri sırasında bazı bölgelere ilave örnekler alındı. Aşağıdaki grafik, Houston, Mobile, St. Louis, Indianapolis ve Memphis bölgelerinde bulunan 13 bölgeden ortalama asetat ve format seviyelerini göstermektedir. Serpantin değişiminden önce seviyeler yükselir. Derhal yeni serpantinden yoğuşum suyu çekildiğinde, seviyeler çarpıcı biçimde düşer. Son olarak, kısa bir işlem süresinden sonra, seviyeler daha önce yükseltilmiş seviyelere döner. Bu ölçümler ayrıca, aşındırıcı ajanların yeni değiştirme serpantinlerine bağlı olmadığının bir göstergesidir, çünkü doğrudan yeni serpantinlerden çekilen yoğuşum suyu örnekleri düşük asetat ve format seviyeleri göstermektedir. Serpantin belirli bir süre kurulduktan sonra, bu maddelerin seviyeleri bir kez daha serpantinin çalışma ortamını yansıtır.

Grafik-1: Yoğuşma Örneklerinde Organik Asit Konsantrasyonunun Karşılaştırılması (13 bölgenin ortalaması)

Carrier’in Çözümü

Bugün, Carrier, formik korozyonun ve diğer birçok serpantin korozyon formunun etkilerine karşı koyacak şekilde tasarlanmış alüminyum serpantinler sunmaktan gurur duyuyor. Hemen hemen tüm ürünlerimizde olduğu gibi, bu serpantinler 10 yıllık parça sınırlı garantimizle desteklenmektedir. Carrier, iç mekân bakır serpantin korozyon sorununa kabul edilebilir bir çözüm sunan ilk iklimlendirme üreticisiydi ve iç mekân konfor teknolojisinin geliştirilmesinde endüstri liderliğimizin bir başka örneğini de sundu.

Alüminyum evaporatör serpantinimiz, evde bulunan korozif maddelere geleneksel bakırdan çok daha dayanıklıdır ve kalay kaplı serpantinlere eşittir.

Alüminyum serpantinler daha fazla dayanıklılık ve güvenilirlik sağlar:

• Dayanıklılığı ve güvenilirliği sağlamak için testler: 44.000'den fazla soğutma çevrimi ve 2,5 yıldan fazla hızlandırılmış korozyon deneyi ileçalışan serpantinler
• 2100 psi'ye(145 bar) kadar patlama testi 
• Her serpantin, bir helyum sızıntısı bölmesinde kontrol edilir ve fabrikadan çıkmadan önce, yılda 0.1 ons kadar küçük sızıntıların tespitine olanak sağlar.
• Alüminyumdan bakıra geçişler, dolgu maddeleri, derz geometrisi ve yeri için özel alaşımların seçimi yoluyla korozyon tehlikesine karşı koymak için tasarlanmıştır. Geçiş derzleri ayrıca, dayanıklılıklarını ve güvenilirliklerini sağlamak amacıyla, ülke genelinde 1000 yoğuşum suyu numunesinden belirlendiği şekilde, hidrolik sıvılarla ve karışım asitlerinde kavanoz testiyle 250.000 defadan fazla yorulma testine tabi tutulmuştur.

Alüminyum serpantinlerin avantajları:  

• Alüminyum, pasif boru levhalarını ve iğne deliği sızıntılarını önlerken formata ve diğer paslanma türlerine karşı korurken, ev sahibine konfor ve huzur sağlar.  
• Mevcut boru performansına uygun boru donanımlarının seçimi Carrier’in mevcut bakır ve kalay kaplı bakır serpantinler ile aynı boyutları ve performansı korumasını sağlar.
• Emme ve sıvı hatlarının alüminyumdan bakıra geçişi, montajcının standart prosedürleri kullanarak sahada bakırdan bakıra sert lehim yapımı gibidir.
• Her serpantin, fabrikadan çıkmadan önce yılda 0.1 ons kadar küçük sızıntıların tespitine izin veren basınçlı helyum ile test edilmiştir.
• Alüminyum serpantinlerin kullanımı ve taşınması daha kolaydır, çünkü bakır serpantinlerine göre daha hafiftir.
• Neredeyse tüm yeni ve mevcut Carrier cihazlarında aşamalı olarak alüminyum ürün gamıma geçilmektedir.
• On yıl garanti, özellikle formik korozyondan etkilenmeyen alanlarda katma değer sağlar.

SONUÇLAR

İç mekân serpantin sızıntısı arızalarının ana nedenini ev ortamında bulunan ajanlarla ilişkilendiren artan kanıtlar vardır. Bu arızalara neden olduğu bilinen önemli aşındırıcı madde seviyeleri, iç mekân yoğuşum suyu örneklemesinde ölçülmüştür. Ev havalandırma oranlarındaki azalma eğilimi, iç mekân kirleticilerin seviyelerinin yükselmesine neden olmuştur.

Carrier, ev ortamındaki ajanların neden olduğu serpantin arızalarının önlenmesinde etkili bir yöntem belirlemek amacıyla geniş kapsamlı laboratuvar testleri ve araştırma çalışmaları yürütmüştür.

İç Hava Kalitesi Çözümü

Formik korozyona karşı tam bir ev savunmasının bir parçası olarak, Carrier temiz hava vantilatörleri de önerebilirsiniz. Uygun şekilde eşleştirilen bir Carrier Isı Geri Kazanımlı Yerel Havalandırma Cihazı (HRV) veya Enerji Geri Kazanımlı Havalandırma Cihazı (ERV), kirli iç mekân havasını ve potansiyel olarak aşındırıcı maddeleri dışarıya sürekli göndererek formik korozyon oluşma fırsatını en aza indirmeye yardımcı olacaktır. Aynı zamanda, müşteri, eve sürekli ve taze temiz hava akışı vermenin avantajlarından faydalanacaktır.

Komple Bir Yeni ve Yedek Serpantin Hattı

Carrier, split sistem konut ve ticari binalar için kapsamlı bir Performance™ serisi alüminyum evaporatör serpantinleri ailesi sunmaktadır. Mevcut ürün hattımızla eşleşen modellere ek olarak, şu anda sahadaki sistemler için yedek serpantinler sunuyoruz.

KAYNAKLAR

1. G. Tetley, M. Heidenreich and K. Smith, “The Basics of Formicary Corrosion,” The Air

Conditioning, Heating & Refrigeration News, March 30, 1998, pp. 5-6.

2. T. Fairley and S. Gislason, M.D., “Handbook of Indoor Environments - Materials and Their

Chemicals,” http://www.nutramed.com/environment/handbook-materials.htm, pp. 1-8.

3. http://www.lifekind.com/glossary.htm#f

4. T. Notoya, “Localized Corrosion in Copper Tubes by Volatile Organic Substance,” Journal of University of Science and Technology Beijing, Vol. 6 (1999), No. 2, p. 131.

5. R. S. Lenox and P. A. Hough, “Minimizing Corrosion of Copper Tubing Used in Refrigeration Systems,” ASHRAE Journal, November 1995, pp. 52-56.

6. T. Notoya, “Ant Nest Corrosion in Copper Tubing,” Corrosion Engineering, Volume 39, Number 6, p. 361.

7. P. Elliott and R. Corbett, “Ant Nest Corrosion–Exploring the Labyrinth,” Corrosion 99, Paper No. 342, p. 2.

8. A. T. Hodgson, A. F. Rudd, D. Beal and S. Chandra, “Volatile Organic Compound Concentrations and Emission Rates in New Manufactured and Site-Built Houses,” Indoor Air 2000, in press, ISSN 0905-6947.

9. S. Lange, O. Wilke, D. Broedner, and O. Jann, “Measuring the Emission Behavior of Organic

Acids From Wooden Products in Test Chambers,” Indoor Air 99; Volume 5.

https://aplusair.ca/wp-content/uploads/Carrier-Evaporator-Coil-Formicary-Corrosion-Report.pdf(20.01.2019 tarihinde erişildi)