روغن‌های تبریدی امروزه در دو نوع سینتیکی و معدنی تولید شده و مورد استفاده قرار می‌گیرند. هدف از به کارگیری روغن در سیکل‌های تبریدی و به خصوص در داخل کمپرسور، روان سازی قطعات متحرک و همچنین خنک سازی آن‌ها است. این عمل باعث بالا رفتن عمر مفید قطعات شده و همچنین آن ها را در برابر برخوردهای ناخواسته و ناشی از اصطکاک حفظ می‌کند. روغن‌های تبریدی را گاهی روغن کمپرسور نیز می‌خوانند.
زیرا در ابتدا این روغن به داخل کمپرسور تزریق می‌شود و هدف اصلی آن نیز خنک سازی قطعات کمپرسور و کاهش میزان اصطکاک در داخل کمپرسور است. اما مقداری از این روغن به همراه سیال مبرد وارد سیکل شده و پس از گردش در طول سیکل تبریدی دوباره به کمپرسور باز می‌گردد. در این مقاله قصد داریم دربارۀ انواع روغن‌های تبریدی صحبت کنیم و مزایا و معایب هرکدام از این روغن‌ها را بررسی نماییم.
فهرست مطالب
روغن تبریدی چیست؟
در سیکل‌های تبریدی کمپرسور حکم قلب اصلی سیستم را دارد. کمپرسورها در انواع مختلفی تولید می‌شوند؛ کمپرسورهای سیلندر-پیستونی، اسکرو، روتاری، اسکرال و … انواع مختلف کمپرسورها هستند. ویژگی مشترک تمام این کمپرسورها استفاده از قطعات دینامیک و اساتیک در کنار هم است که به کمک فرایندی مشخص، سیال مبرد را فشرده می‌کنند.
نقش روغن در ساختمان کمپرسورها روان کاری قطعات متحرک و ایستای کمپرسور است. در این بخش همواره لایه‌ای از روغن تمام سطوح این قطعات را می‌پوشاند. به شکلی که میزان اصطکاک را در داخل کمپرسور به حداقل می‌رسد. کاهش میزان اصطکاک بین قطعات باعث کاهش گرمای تولید شده در داخل کمپرسور شده و همچنین از آسیب‌های احتمالی ناشی از برخوردهای ناخواسته نیز جلوگیری می‌کند. نقش دیگری که روغن‌های تبریدی در کمپرسورها برعهده دارند، خنک سازی قطعات داخلی کمپرسور است.
روغن‌های تبریدی امروزه در انواع متفاوتی تولید می‌شوند؛ اما دو دستۀ اصلی این روغن‌ها شامل روغن‌های معدنی (Mineral Oil) و روغن‌های سینتیکی (Synthetic oil) می‌باشند. البته دستۀ دیگری از روغن‌های تبریدی نیز هستند که از ترکیب روغن‌های سینتیکی و معدنی تولید می‌شوند و به آن‌ها روغن‌های نیمه سینتیکی می‌گویند.
در ساخت هر روغن تبریدی از ترکیب چند مادۀ مختلف استفاده می‌گردد. که جزء اصلی مواد سازندۀ هر روغن را پایۀ اصلی روغن می‌خوانند. در روغن‌های معدنی پایۀ اصلی روغن مواد نفتی است که از پالایش نفت خام حاصل می‌شود. این در صورتی است که برای تولید روغن‌های سینتیکی از مواد شیمیایی استفاده می‌شود. موادی که در آزمایشگاه یا طی یک عملیات صنعتی تولید شده‌اند.
دیگر اجزاء هر روغن تبریدی را افزودنی‌هایی تشکیل می‌دهند که هدف استفاده از آن‌ها بهبود خواص عملکردی روغن در روان‌سازی و خنک‌سازی قطعات کمپرسور و دیگر اجزاء سیکل تبریدی است.
آشنایی با خواص مناسب یک روغن تبریدی
نخستین روغن‌های تبریدی از نوع روغن‌های معدنی بودند. روغن‌هایی که روان کاری مناسبی داشته و از خواص خنک‌سازی مناسبی بهره می‌بردند. اما مشکل اصلی در استفاده از روغن‌های تبریدی معدنی، گرانروی و دمای عملکردی آن است. خواصی که در زمان استفاده از سیکل‌های تبریدی در فصل‌های زمستان و به خصوص در زمان راه اندازی مجدد سیکل ایجاد مشکل می‌کنند. گرانروی پایین روغن در فصول سرد سال باعث می‌شود که در زمان راه اندازی روغن نتواند به سرعت تمامی سطوح قطعات را پوشش دهد. به همین خاطر است که تولید روغن‌های تبریدی سینتیکی در دستور کار طراحان قرار گرفته است. روغن‌های سینتیکی دارای گرانروی مناسب‌تر بوده و همچنین در هوای سرد عملکرد بهتری از خود نشان می‌دهند. با این حال گاهی امکان جایگزینی روغن‌های معدنی با روغن‌های سینتیکی وجود ندارد. در ادامه به برخی از خواص مناسب یک روغن تبریدی خوب اشاره کرده‌ایم:
- دارا بودن غلظت مناسب: یک روغن تبریدی مناسب نباید در دماهای بالا در داخل کمپرسور دچار تجزیۀ شیمیایی شود. همچنین در دماهای پایین اواپراتور نیز نباید دچار تغییر فاز شده و خواص خود را از دست بدهد.
- عایق الکتریکی: روغن‌های تبریدی باید عایق الکتریکی باشند.
- نقطۀ اشتعال: روغن‌های تبریدی باید دارای نقطۀ اشتعال بالایی باشد. به شکلی که در گرمای بالای کمپرسور مشتعل نشوند.
- درصد خلوص بالا: یک روغن مناسب باید از هرگونه ناخالصی‌ای مانند رطوبت، ذرات معلق، هیدروکربن‌های اضافی و … پاک باشد.
- نقطۀ ریزش: نقطۀ ریزش روغن یکی دیگر از خواص آن است. یک روغن مناسب باد در دماهای پایین نیز غلیظ نشود.
- سازگاری با سیال مبرد: روغن تبریدی نباید با سیال مبرد، واکنش شیمیایی بدهد و روی خواص آن اثر بگذارد.
آشنایی با روغن‌های معدنی (Mineral Oil)
روغن‌های مینرال یا معدنی که گاهی روغن طبیعی نیز خوانده می‌شود، ترکیبی از انواع آلکان‌های سبک یا حلقوی است که بیشتر به وسیلۀ تقطیر نفت خام به دست می‌آید. از جمله خواص فیزیکی این روغن‌ها می‌توان به بی‌رنگ و بو بودن آن‌ها در حالت پایه اشاره کرد. اگرچه با افزودن برخی ترکیبات اصلاح کننده برخی از خواص فیزیکی این روغن‌ها نیز دست خوش تغییر می‌شود. امروزه در بسیاری از کمپرسورهای تبریدی از روغن‌های معدنی استفاده می‌شود. مشخصۀ اصلی این روغن‌ها در بازار این است که روی بسته بندی آن‌ها هیچ چیزی دربارۀ نوع روغن و معدنی یا مینرال بودن آن نوشته نشده است. با یک نیم‌نگاه به روغن‌های موجود در بازار متوجه خواهید شد که درصد زیادی از روغن‌های تبریدی از نوع مینرال هستند.
دو دسته از روغن‌های مینرال معروف به روغن‌های پایه پارافینی و پایه نفتیک هستند. پارافین ترکیبی اروماتیکی است که در حالت کلی جامد بوده و دارای نقطۀ ذوب پایینی است. از دیگر خواص آن می توان به تنش پذیری پایین آن نیز اشاره کرد. به طور کلی دانسیتۀ روغن‌های معدنی در حدود 0.8 تا 0.9 کیلوگرم بر لیتر است. روغن‌های پایه نفتیکی بیشترین استفاده را در صنایع تبریدی دارند. این روغن‌ها از سازگاری بالایی در کنار ترکیبات فریونی بهره می‌برند. از جمله اینکه با گازهای مبرد قدیمی مانند R22، R12 و … نیز سازگار هستند. در بازار فروش روغن‌های معدنی دو نوع روغن 4GS و 3GS از محبوبیت بیشتری برخوردار بوده و بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند.
آشنایی با روغن‌های تبرید سینتیکی (Synthetic oil)
دستۀ دوم روغن‌های تبریدی نوع سینتیکی یا مصنوعی آن است. اگر روغن‌های معدنی را روغن طبیعی در نظر بگیریم، در ساخت روغن‌های سینتیکی دیگر خبری از استخراج روغن از مواد خام طبیعی مانند نفت نیست. بلکه این دست از روغن‌های تبریدی به کمک ترکیبات شیمیایی تولید می‌شوند.
پایۀ این ترکیبات برخی از مواد هیدروکربنی هستند که خواص مناسبی جهت روان سازی و خنک کاری سیستم های گرمایشی دارند. به این خاطر که روغن‌های تبرید سینتیکی از ترکیبات مشخصی ساخته نمی‌شوند، در نتیجه روغن تولیدی هر شرکت ممکن است خواص فیزیکی و شیمیایی خاص خود را داشته باشد و از ترکیبات به خصوصی ساخته شده باشد.
این تفاوت‌ها در نهایت منجر به تفاوت کیفیت روغن‌های تولیدی هر برند با برند دیگر می‌شود. به همین خاطر است که در انتخاب روغن‌های سینتیکی پیشنهاد می‌شود از برندهای مطرح جهانی استفاده کنید. مشهور‌ترین ترکیبات شیمیایی به کار رفته در ساخت روغن‌های سینتیکی ترکیبات شیمیایی آلکیل بنزن، گلیکول، پلی استر و … است.
یکی از روغن‌های تبریدی معروف، روغن‌هایی هستند که پایۀ شیمیایی آن‌ها ترکیب شیمیایی پلی استری (poly ester) و پلی آلفا اولفینی (Poly Alpha Olefins) است. این دسته از روغن‌ها را به اختصار PAO می نامند. روغن‌های تبریدی POA به واسطۀ ترکیبات استری دارای خواص فیزیکی و شیمیایی مناسبی است و بیشترین سازگاری را با کمپرسورهای قدیمی و معدنی دارد. به شکلی که می‌توان روغن‌های پلی استری را جایگزین روغن‌های معدنی نمود.
علاوه بر این روغن‌های سینتیکی از سازگاری مناسبی نیز در کنار ترکیبات فریونی جدید بهره می‌برند؛ که از این جمله می توان به گازهای مبرد R404a، R134، R410 و … اشاره کرد.
آشنایی با روغن‌های نیمه سینتیکی
استفاده از روغن‌های نیمه سینتیکی خیلی معمول نمی‌باشد. اما به هرحال برای اینکه روغن‌های تبریدی هم برخی از خواص فیزیکی و شیمیایی روغن‌های معدنی را داشته باشند و هم برخی از خواص روغن‌های سینتیکی را، طراحان با ترکیب این دو نوع به ساخته‌های جدیدی دست یافته‌اند که نسبت به روغن‌های معدنی در شرایط سخت کاری از خود مقاومت بهتری نشان می‌دهند و قدرت تحمل بالاتری دارند. منظور از مقاومت، مقاومت در برابر فشار بالای ایجاد شده در کمپرسور، گرمای بالای کمپرسور، ریزش یا پاره شدن روغن تبریدی در هنگام فعالیت کمپرسور …. است.
راهنمای انتخاب روغن تبریدی
حال سؤال اینجاست. با توجه به خواص فیزیکی و شیمیایی روغن‌های معدنی و سینتیکی، آیا این امکان وجود دارد که یک روغن معدنی را با یک روغن سینتیکی جایگزین کرد؟ در حالت برعکس چطور؟ آیا می‌توانیم به جای یک روغن سینتیکی در کمپرسور خود از یک روغن معدنی استفاده کنیم؟
برای رسیدن به پاسخ به این سؤال لازم است سیستم‌های تبریدی قدیم و جدید را بررسی کنیم. در سیستم‌های تبریدی قدیمی اغلب از روغن‌های پایه معدنی برای روان سازی و خنک کاری سیکل تبرید استفاده می‌شد. اما امروزه در ساخت سیکل‌های تبریدی ممکن است از همان اول انتخاب اجزاء سیکل طبق استانداردهای یک روغن سینتیکی خاص صورت بگیرد.
به طور کلی می‌توان گفت که امکان جایگزینی روغن‌های معدنی با روغن‌های سینتیکی وجود دارد. یعنی به جای روغن‌های مینرال می‌توانید از روغن‌های سینتیکی و PAO استفاده کنید. البته برای این کار لازم است طبق یک اصول مشخص پیش رفته و سیکل را به طور صحیح شست‌وشو دهید.
این در حالی است که امکان جایگزینی روغن‌های سینتیکی با روغن‌های مینرال اغلب وجود ندارد. زیرا روغن‌های سینتیکی دارای خواص فیزیکی و شیمیایی بهبود یافته‌ای است. در نیتجه اگر طراحی سیکل تبریدی برپایۀ اطلاعات این روغن‌ها صورت گرفته باشد، استفاده از یک روغن مینرال می‌تواند مشکل ساز شود.
نکتۀ دیگر اینکه در جایگزینی روغن‌های معدنی با روغن‌های سینتیکی نیز، پیشنهاد می‌شود این کار صورت نگیرد، مگر در شرایط خاص. یا پیش از جایگزینی، اطمینان حاصل شود که روغن فوق با قطعات کمپرسور و دیگر قطعات سیکل تبریدی سازگاری کامل داشته و باعث خرابی آن‌ها نمی‌شود. این ناسازگاری‌ها به این دلیل بروز می‌کند که فیلم شکل گرفته از روغن‌های سینتیکی نازک‌تر از روغن‌های معدنی است.
در نتیجه ممکن است برخی از قطعات سیکل تبرید به خوبی روغن کاری نشده و بر اثر اصطکاک بیش از حد دچار آسیب دیدگی شوند.
مقایسۀ عملکرد روغن‌های سینتیکی و معدنی
دلیل جایگزینی روغن‌های مینرال با روغن‌های سینتیکی پلی گلایکول، پلی استر و … خواص فیزیکی و شیمیایی آن‌هاست که در هنگام فعالیت در سیکل‌های تبریدی عملکرد بهتری از خود نشان می‌دهند. در ادامه به برخی از ویژگی‌های عملکردی روغن تبریدی سینتیکی در مقایسه با روغن‌های معدنی اشاره خواهیم کرد:
- گرانروی روغن: روغن‌های سینتیکی به طور کلی دارای گرانروری یا همان ویسکوزیتۀ مناسب‌تری نسبت به روغن‌های معدنی است. روغن‌های سینتیکی در دماهای پایین عملکرد بهتری از خود نشان می‌دهند. برای مثال در فصل‌های سرد سال و در هنگام راه اندازی سیکل‌های تبریدی، بیشترین آسیب به کمپرسور و سایز اجزای سیکل وارد می‌شود. که در صورت استفاده از روغن‌های سینتیکی این آسیب‌ها به حداقل می‌رسد.
- رسوب‌زدایی و خاصیت پاک‌کنندگی: ویژگی دیگری که می‌توان در اینجا به آن اشاره کرد خاصیت رسوب زدایی روغن‌های تبریدی است. روغن‌های سینتیکی در مقایسه با روغن‌های معدنی خاصیت پاک‌کنندگی یا همان رسوب‌زدایی بهتری دارند. در نتیجه به شکل مطلوب‌تری می‌توانند قطعات کمپرسور را از ذرات آلوده و رسوب‌ها پاک کنند. این کار باعث بهبود عملکرد سیکل شده و عمر مفید آن را نیز بالاتر می‌برد.
- عمر مفید روغن: روغن‌های سینتیکی از طول عمر بیشتری برخوردارند. به عبارتی دیگر به مرور سیاه می‌شوند و ظرفیت دریافت ناخالصی در آن‌ها بالاتر از روغن‌های مینرال است. اشتباهی که اغلب خریداران مرتکب می‌شوند این است که تصور می‌کنند روغن نباید سیاه شده یا تغییر رنگ دهد. این در حالی است که به واسطۀ خاصیت رسوب زدایی و پاک کنندگی، به مرور زمان این اتفاق خواهد افتاد و سپس زمان تعویض روغن فرا می‌رسد. اما مدت زمانی که طول می‌کشد تا یک روغن خواص روان‌سازی و خنک‌کاری خود را از دست بدهد دراین میان اهمیت دارد.
- تفاوت قیمت پایانی روغن تبرید: به طور کلی روغن‌های سینتیکی نسبت به روغن‌های معدنی قیمت بالاتری دارند. این مسئله به خاطر ترکیبات شیمیایی و افزودنی‌هایی است که در روغن‌های تبریدی سینتیکی استفاده می‌شود. قیمت بالای این روغن‌ها یکی از دلایلی است که همچنان استفاده از روغن‌های معدنی در اولویت انتخاب اغلب خریداران است.
جمع بندی
روغن‌های تبریدی امروزه در سه دستۀ روغن‌های تبریدی مینرال یا معدنی، روغن‌های سینتیکی و روغن‌های نیمه سینتیکی تولید می‌شوند. در روغن‌های معدنی پایۀ اصلی روغن ترکیبات آلی ساده یا حلقوی‌ای است که از پالایش نفت خام حاصل می‌شوند. سپس به کمک برخی از افزودنی‌ها خواص فیزیکی و شیمیایی آن‌ها را بهبود داده و به عنوان یک روغن تبریدی از آن‌ها استفاده می‌کنند. دو روغن GS3 و GS4 از جمله روغن‌های معدنی مطرح به شمار می‌روند. در کنار روغن‌های معدنی، دستۀ روغن‌های سینتیکی قرار دارند. این روغن‌ها در فضای آزمایشگاهی و به شیوۀ صنعتی تولید شده و اساس آن‌ها انجام واکنش‌های شیمیایی و پلیمری است. ترکیبات اصلی روغن‌های سینتیکی ترکیبات پلی استری، آلکلیل بنزن و … است.
دستۀ معروفی از روغن‌های سینتیکی روغن تبرید PAO یا همان پلی آلفا اولفین است؛ که از آن به عنوان جایگزین مناسبی برای روغن‌های معدنی نام برده می‌شود. روغن‌های سینتیکی از خواص بهبود یافته‌تری بهره می‌برند و به طور کلی عملکرد بهتری نسبت به روغن‌های معدنی دارند. با این حال همچنان استفاده از روغن‌های معدنی کنار گذاشته نشده است. بخشی از دلایل ادامه یافتن محبوبیت روغن‌های معدنی قیمت پایین‌تر آن هاست. ضمن اینکه ممکن است نوع کمپرسور و قطعات آن با روغن‌های سینتیکی سازگاری نداشته باشند.
