현대 산업에서 다양한 오일들이 광범위한 분야에서 사용되고 있습니다.
오일은 물보다 높은 점도(viscosity)를 가진 유기적(organic)이고 탄소 기반(carbon based)의 소수성 유체(hydrophobic fluid)입니다.
오일의 추출원에 따라 동물성 오일, 식물성 오일(에센셜 포함), 광물성(미네랄) 오일, 합성유 등으로 구분할 수 있습니다.
산업혁명에 따라 기어가 돌아가기 시작하면서 오일은 윤활유로써 널리 사용되었고, 기술 발전에 따라 가공을 보조하는 절삭유, 전기 절연의 기능을하는 절연유, 다양한 유압장치 내의 유압오일로도 사용되었습니다. 또 영양제, 보습제, 방충제, 장치나 설비의 에너지원으로 사용되기도 합니다.
오일의 사용처마다 오일의 품질을 관리하고 유지하는 것은 매우 중요한 일입니다. 오일의 품질을 저해하는 요인은 온도, 수분, 파티클, 산소 가스, 수소 가스 등이 있습니다.
특히 수분은 오일의 점성과 절연 저항을 변화시키거나 산소, 수소 가스를 유발할 수 있으며, 경우에 따라 자유수 상태로 존재해 오일 사용처에 큰 손상을 야기할 수 있습니다.
절연유를 예로 들어 국내에서는 절연유의 수분함량을 30ppm(=30mg/kg)으로 규정하고 있습니다.
*나라표준인증 표준확인(표준번호에 KSC2101 입력, 전기 절연유 시험방법) 페이지참조 : 나라표준인증
*변압기 오일내수분측정 페이지참조 : 변압기 오일내 수분 측정
오일은 소수성을 가지고 있지만, 매우 적은 양(1kg의 오일당 백만분의 몇십 정도)의 수분은 오일내에 용해(dissolved)되어 있습니다.
<그림1, Chatgpt>
<그림 1>에서 가장 왼쪽 상태의 용해된 수분은 육안으로 관찰할 수 없으며 가장 낮은 수준의 수분오염입니다.
<그림1>의 가장 오른쪽 상태는 오일내 수분이 유화(emulsified)된 것을 나타냅니다. 오일내 수분이 기포로 확인되거나 오일이 탁하게 보여 마치 우유처럼 보이기도 합니다.
<그림1>의 가운데 상태는 유화 상태이후 더 많은 수분이 추가되거나 오일이 과포화 상태가 되면 수분이 오일과 분리되어 별도의 층(현탁, free water)으로 존재하게 됩니다. 대부분의 오일 사용처에서 자유수가 포함된 오일은 사용할 수 없습니다.
오일내 수분의 개념은 대기중 수증기의 개념과 유사합니다. 온도에 따른 절대포화량이 변화하며, 과포화되면 물방울로 응결되는 것이 유사합니다. 오일의 수분 포화량은 보통 xs로 표시하고 단위는 ppm(w)(=mg/kg)으로 표기합니다. 오일의 수분 포화량(water content)은 베이스 오일, 첨가제, 오일의 온도, 오염정도, 오일의 산패 정도에 따라 변화합니다.
수분 포화량만으로는 측정 오일의 용해, 유화, 현탁 등의 수분 오염정도를 파악할 수 없습니다. 수분 포화량에 많은 영향을 미치는 온도를 결합하여 수분 활성도를 확인할 수 있습니다.
수분 활성도(water activity)는 주어진 온도에서 포화점에 대비 오일에 용해된 수분 함량을 나타냅니다.
수분 활성도는 0.00 ~ 1.00으로 표기되며 1.00은 과포화 상태입니다. 수분 활성도는 오일의 종류를 가리지 않으며 샘플과 시간과 비용이 많이 소요되는 분석 방식(예 : 칼피셔분석)과 달리 현장에서 실시간으로 오일의 수분 오염정도를 모니터링 할 수 있습니다. 또한 오일의 용해도 매개변수(solubility oil parameter) 또는 수분포화곡선(Saturation Curve)을 알 수 있다면 수분 활성도 값과 온도 값을 사용하여 ppm 값을 산출할 수 있습니다.
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