Охлаждающие жидкости

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Часть тепла, выделяющегося при сгорании топлива в двигателе, идет на нагрев камеры сгорания и цилиндров двигателя. При чрезмерном нагреве стенок камер сгорания теряется мощность двигателя вследствие ухудшения наполнения цилиндров, ухудшаются условия смазывания, появляется детонация, калильное зажигание и другие нежелательные явления. Чтобы предотвратить перегрев деталей двигателя, их охлаждают. В качестве охлаждающих агентов в двигателях используют воздух или жидкости Наибольшее распространение получили жидкостные системы охлаждения.

В двигателях с жидкостным охлаждением блок и головка цилиндров выполнены двойными. Между стенками образуется охлаждающая рубашка, которая заполняется жидкостью. Охлаждающая жидкость отводит тепло от стенок и головки цилиндров и отдает тепло воздуху, который нагнетается вентилятором через радиатор. Таким образом, охлаждающая жидкость непрерывно циркулирует в замкнутой системе охлаждения, нагреваясь в блоке и головке цилиндров и охлаждаясь в радиаторе.

охлаждающий вода теплоотдача антифриз

1. Требования, предъявляемые к охлаждающим жидкостям

Для обеспечения нормальной работы всей системы к охлаждающей жидкости предъявляют ряд требований. Жидкость должна:

*иметь высокие теплоемкость и теплопроводность для эффективного отвода тепла;

*не замерзать и не кипеть при всех рабочих температурах двигателя;

*не воспламеняться;

*не вспениваться;

*не вызывать коррозии металлов и сплавов;

*не разъедать резинотехнические изделия системы охлаждения;

*обладать достаточно низкой стоимостью и производиться в достаточном количестве;

Для эксплуатации двигателей при положительных температурах воздуха самой подходящей охлаждающей жидкостью является вода. При отрицательных температурах во избежание замерзания воды применяют водные смеси с различными веществами, понижающими температуру застывания. Такие смеси получили название антифризов.

2. Вода как охлаждающая жидкость

Достоинства воды:

· доступность;

· безопасность (пожарная и взрывная);

· безвредность (отсутствие токсичности);

· высокая удельная теплоёмкость 4,19 кДж/(кг*К).

Недостатки воды:

· высокая температура замерзания ( около 0⁰ С);

· увеличение объёма образующегося льда по сравнению с объёмом жидкости на 10 % при замерзании;

· низкая температура кипения (100⁰ С);

· способность образования отложений.

В результате второго недостатка при низких температурах окружающего воздуха давление на стенки может возрасти до 250 МПа, что приводит к разрушению элементов системы охлаждения.

Для частичного устранения третьего недостатка систему охлаждения герметизируют, устанавливая на пробке радиатора два клапана: воздушный и паровой. Благодаря этому температура кипения воды в системе охлаждения несколько увеличивается ( 119⁰ С). Это, кроме того, позволяет увеличить температурный перепад в системе охлаждения и тем самым повысить эффективность теплообменных процессов. В результате можно снизить количество охлаждающей жидкости, уменьшить потребную поверхность радиатора, и сократить теплопотери в охлаждающую жидкость.

Накипью называют плотные отложения, образующиеся на нагретых стенках системы охлаждения. Накипь состоит из выделившихся из воды солей калия и магния, взвешенных продуктов коррозии и механических загрязнений. Шламом называют илоподобные частицы и элементы разрушения накипи минерального или органического происхождения, скапливающиеся в застойных полостях рубашки охлаждения и в нижнем бачке радиатора.

Образование отложений в системе охлаждения ухудшает теплоотдачу стенок рубашки системы охлаждения на 40 %, так как накипь имеет низкую теплопроводность, и уменьшает сечение трубок радиатора и всех проходных сечений. Как следствие двигатель перегревается, что ведёт к увеличению расхода топлива. Отложения в системе охлаждения образуются в виде накипи и шлама.

Соли кальция и магния придают воде свойство, называемое жёсткостью воды, которое измеряется в мг-эквивалентах солей на 1 л воды. Жёсткость воды 1 мг-экв/л означает, что вы воде содержится 20,04 мг/л ионов кальция или 12,16 мг/л ионов магния. Мягкой вода считается при содержании в ней солей до 4 мг-экв/л (< 3 моль/м³), средней - при 8 мг-экв/л (3…6 моль/м³), жёсткой - при 8 мг-экв/л (> 6 моль/м³). Принято считать мягкой атмосферную воду (дождь, снег) мягкой, речную и озёрную - средней, колодезную и ключевую - жёсткой. Различают жёсткость временную, постоянную и общую.

Временная жёсткость характеризует содержание в воде в основном двух соединений - бикарбоната кальция Ca(HCO₃)₂ и бикарбоната магния Mg(HCO₃)₂. Эти соли находятся в воде только при наличии в ней некоторого количества свободной углекислоты. При кипячении свободная углекислота удаляется, и соли временной жёсткости распадаются на карбонаты, выпадающие в осадок, и диоксид углерода, уходящий в атмосферу:

Ca(HCO₃)₂ > CaCO₃v + CO₂ +H₂O

Mg(HCO₃)₂ > MgCO₃ v+ CO₂ +H₂O

Таким образом, при кипячении бикарбонаты удаляются из воды, поэтому обусловленную их присутствием жёсткость называют временной, то есть устранимой. Перед заливкой воду можно прокипятить и заливать в радиатор после фильтрования. При отсутствии такой обработки соли временной жёсткости выпадают в накипь при первом же закипании в радиаторе. При этом происходит снижение временной жёсткости. Поэтому не следует часто менять воду в системе охлаждения.

Постоянная жёсткость определяется присутствием в воде более стойких солей: сульфаты (гипс CaSO₄, MgSO₄), хлориды (CaCl₂, MgCl₂), силикаты CaSiO₃, MgSiO₃ и др. Эти соединения при кипячении не разлагаются и не выпадают в осадок, если их концентрация не превосходит предел насыщения. Такие условия создаются при испарении части воды. Гипс, в отличии от большинства минеральных солей, обладает отрицательной растворимостью при повышении температуры растворимость гипса в воде уменьшается и его избыток выпадает в виде накипи. Присутствие гипса в накипи придаёт ей прочность и жёсткость.

Общей жёсткостью называют сумму временной и постоянной жёсткости.

Воду средней и высокой жёсткости перед использованием в системах охлаждения рекомендуется «умягчать».

Простейший способ умягчения - кипячение воды с последующей фильтрацией.

Другой способ - добавление соды и гашеной извести, что приводит к выпадению в осадок соединений кальция и магния, с последующей фильтрацией.

Наиболее эффективный способ - фильтрация воды через катионитовые фильтры. Катиониты - это вещества, способные вступать в ионообменную реакцию с растворёнными в воде солями. Они поглощают из воды ионы щелочноземельных элементов.

Снизить жёсткость воды можно так же путём её магнитной обработки. При прохождении воды через магнитное поле, растворённые в ней соли выделяются в виде хлопьев. Затем воду фильтруют.

Вещества, называемые антинакипинами, позволяют предотвратить образование накипи обработкой воды непосредственно в системе охлаждения. Их особенно необходимо добавлять в полевых условиях при отсутствии «мягкой» воды. Соли, находящиеся в воде, при добавлении антинакипинов, переходят в рыхлое состояние или удерживаются в виде перенасыщенного раствора. К антинакипинам относятся гексаметафосфат натрия (NaPO₃)₆, хромпик K₂Cr₂O₇, ортофосфат натрия Na₃PO₄*12H₂O и др.

Воду, предназначенную для системы охлаждения, необходимо предохранять от попадания в неё нефтепродуктов. Эти вещества уменьшают теплопроводность накипи и, следовательно, усугубляют её вред. Кроме того, они вызывают вспенивание воды и её выброс из системы охлаждения.

Из системы охлаждения шлам можно удалить многократной поочерёдной промывкой водой и продувкой сжатым воздухом. Для удаления накипи используют растворы веществ, обеспечивающих разрушение нерастворимых в воде солей накипи. Соли временной жёсткости удаляют кислыми растворами, постоянной - щелочными.

Все составы для удаления накипи, как и вода, оказывают коррозионное воздействие на металлы, особенно цветные.

Отложение накипи герметизирует систему охлаждения. Поэтому после её удаления, как правило, появляется течь в системе охлаждения.

При удалении накипи из системы охлаждения удаляют термостат, затем заливают раствор и выдерживают его в соответствии с инструкцией. После этого двигатель запускают и дают поработать 10…20 минут. После остановки двигателя раствор из него сливают и промывают систему охлаждения 2…3 раза водой. Для предотвращения коррозии промывку рекомендуется проводить 1 % раствором хромпика.

3. Состав и свойства антифриза

На рисунке указаны температура кристаллизации, температура кипения, плотность смеси этиленгликоля и воды в зависимости от содержания в ней этиленгликоля

Этиленгликоль (моноэтиленгликоль) - маслянистая желтоватая жидкость без запаха, умеренно вязкая, с плотностью 1,112-1,113 г/смз (при 20°С), температурой кипения 197°С и кристаллизации -11,5°С. При нагревании этиленгликоль и его водные растворы сильно расширяются. Для предотвращения выброса жидкости из системы охлаждения ее снабжают расширительным бачком и заполняют на 92-94% от общего объема.

Водный раствор этиленгликоля химически агрессивен и вызывает коррозию стальных, чугунных, алюминиевых, медных и латунных деталей системы охлаждения, а также припоев, используемых для пайки ее узлов. Кроме того, этиленгликоль очень токсичен.

Пропиленгликоль - по свойствам аналогичен этиленгликолю и менее токсичен, но примерно в 10 раз дороже. При низких температурах он более вязкий, чем этиленгликоль, и в связи с этим прокачиваемость у него хуже.

Смесь этиленгликоля с водой характерна тем, что температура ее кристаллизации зависит от соотношения этих двух составляющих. У смеси она значительно ниже, чем по отдельности у воды и этиленгликоля. При различных пропорциях можно получить растворы с температурой кристаллизации от 0 до -75°С. Температура кристаллизации и кипения, а также плотность смеси этиленгликоля и воды в зависимости от содержания в ней этиленгликоля представлены на рисунке. Самое низкое значение температуры замерзания соответствует составу, в котором этиленгликоля 66,7% и воды 33,3%. В других случаях одну и ту же температуру замерзания можно получить при двух значениях соотношений этиленгликоля и воды. Экономически выгодно использовать вариант с большим количеством воды.

Определение соотношения этиленгликоля и воды в антифризе осуществляют по плотности, измеренной с помощью ареометра или гидрометра. На специальных приборах для удобства вместо шкалы плотности применяется двойная шкала, одновременно показывающая содержание этиленгликоля в процентах и температуру кристаллизации. При проверке нужно учитывать температурные поправки к показаниям прибора, указанные в инструкции к нему.

Растворы этиленгликоля вызывают значительную коррозию конструкционных металлов

Чтобы защитить детали системы охлаждения от коррозии, а попутно обеспечить теплоносителю ряд других полезных свойств - пониженную вспениваемость, антинакипиновые свойства и прочие - в водно-гликолевую смесь добавляют пакет специальных присадок, который и определяет основную часть эксплуатационных показателей залитого в систему антифриза.

Стандартный пакет присадок включает: ингибиторы коррозии, антинакипины, антивспенивающие и смазывающие составы. Объем пакета присадок обычно не превышает 8% объема антифриза.

В традиционных ОЖ, к числу которых относится и Тосол, защиту металлов от коррозии обеспечива-ют силикаты, бораты, нитриты, фосфаты и др. Общее название таких ОЖ - силикатосодержащие. У этих жидкостей есть ряд серьезных недостатков. Это, прежде всего, образование осадка, приводящего к закупориванию узких каналов системы охлаждения. Кроме того, силикатные ингибиторы коррозии об-разуют по всей поверхности системы охлаждения защитный слой толщиной более 1000 Ангстрем, что сильно снижает эффективность теплоотвода и увеличивает количество абразивных частиц в системе охлаждения. Помимо этого, защитные свойства ингибиторов коррозии на основе силикатов имеют довольно ограниченный срок службы - около 1,5 лет.

Но научно-технический прогресс не стоит на месте, и в середине 90-х годов прошлого века были разработаны новые карбоксилатные ингибиторы коррозии на основе органических кислот. Исследования показали, что новые охлаждающие жидкости на основе карбоксилатных ингибиторов прекрасно защищают от коррозии металлы и сплавы, обладают высокой теплоемкостью и предохраняют систему охлаждения от кавитационных разрушений. Новый антифриз не образует защитного слоя по всей системе охлаждения, поэтому поверхность узлов и деталей остается чистой. Карбоксилатные ингибиторы концентрируются лишь там, где есть опасность возникновения коррозии, но даже в этом случае толщина защитного слоя не будет превышать 50 Ангстрем (напомним: против 1000 у силикатных ингибиторов). Нельзя не сказать и еще об одном достоинстве нового продукта: он обладает термоокислительной стабильностью в течение всего срока эксплуатации и не разрушает материалы уплотнений.

Несмотря на все преимущества нового антифриза с карбоксилатными ингибиторами коррозии, у него есть один существенный недостаток - он не совместим с антифризом на основе силикатных антикоррозионных присадок. К сожалению, отличить на взгляд один тип антифриза от другого типа практически невозможно. Специальных классификаций по цвету не существует. Поэтому для определения требуемого антифриза нужно руководствоваться предписанием автопроизводителя.

Красители, которые применяют для окрашивания антифризов, выбираются производителями, как правило, произвольно. Один производитель может использовать разные красители для разных марок антифризов.

Цвет некоторых импортных антифризов не следует воспринимать как принадлежность к особой группе охлаждающих жидкостей. Это обозначение того, что препарат ядовит для человека. Наличие флуоресцентной добавки облегчает диагностику системы охлаждения с целью установления мест утечки охлаждающей жидкости.

Основной нормативный документ, регламентирующий состав и свойства абстрактной охлаждающей жидкости, - это ГОСТ 159-52, также на охлаждающие жидкости типа «Тосол» существует ГОСТ 28084-89. Этот же ГОСТ регламентирует марки металлов и сорта резин, рекомендуемые для использования в системах охлаждения двигателя автомобилей. Российские производители выпускают охлаждающие жидкости и по своим Техническим условиям (ТУ).

Импортные антифризы в основном соответствуют нормам ASTM ( Американская ассоциация по испытанию материалов - общегосударственная система стандартов США ) и SAE (Общество инженеров-производителей). Они регламентируют свойства антифризов, исходя из основы и условий эксплуатации. Например, этиленгликолевых антифризов:

· ASTM D3306 и ASTM D4656 - для легковых автомобилей и малых грузовиков;

· ASTM D4985 и ASTM D5345 - для двигателей, работающих в тяжелых условиях.

Кроме общих стандартов, многие производители автомобилей применяют свои спецификации с дополнительными требованиями. Например, нормы GENERAL MOTORS USA - Antifreeze Concentrate GM 1899-M, GM 6038-M или система нормативов G - концерна Volkswagen (G-12, G-11).

Охлаждающие жидкости выпускаются как в виде концентратов, так и в виде готовых продуктов.

Комплекс присадок включает в себя противокоррозионные, антивспенивающие, стабилизирующие и красящие вещества. Антифризы не должны содержать в своем составе нитрит-нитраты, которые, взаимодействуя с аминами, образуют токсичные соединения, причем некоторые из них канцерогенны (провоцируют онкологические заболевания).

Требования к антифризам в России установлены по ГОСТу 28084-89 «Жидкости охлаждающие низкозамерзающие. Общие технические условия». Стандарт нормирует основные показатели охлаждающих жидкостей на основе этиленгликоля: внешний вид, плотность, температуру начала кристаллизации, коррозионное воздействие на металлы, вспениваемость, набухание резины и т. д. Обязательной сертификации охлаждающие жидкости не подлежат.

Определенные марки антифризов, готовых к использованию, и концентратов, требующих разбавления дистиллированной водой перед применением, производят по техническим условиям, где оговаривается состав и наличие присадок, смешиваемость жидкостей и их цвет. Изготовители присваивают им различные названия, например «Тосол», «Лена», «Лада» «Антифриз G-48» и (или) указывают температуру кристаллизации: ОЖ-40, ОЖ-65, А-40.

«ТОСОЛ» - одно из названий антифриза, образованное из двух частей:

· «ТОС» - «Технология органического синтеза» (наименование отдела ГосНИИОХТ, создавшего антифриз);

· «ОЛ» - окончание, характерное для спиртов (этанол, бутинол, метанол).

Этот антифриз был разработан в 1971 г. в Государственном научно-исследовательском институте органической химии и технологии (ГосНИИОХТ) для автомобилей ВАЗ взамен итальянского «ПАРАФЛЮ». Торговая марка «ТОСОЛ» не была зарегистрирована, поэтому ее применяют многие отечественные изготовители охлаждающих жидкостей. Но эксплуатационные свойства «тосолов» могут быть разными, поскольку определяются используемыми присадками, а они отличаются у различных производителей.

Совместимость охлаждающих жидкостей определяется техническими условиями. Изготовленные по разным техническим условиям жидкости часто несовместимы, так как содержащиеся в них присадки могут вступить в реакцию друг с другом и утратить свои полезные свойства. Поэтому при необходимости восстановить уровень охлаждающей жидкости лучше доливать дистиллированную воду.

Показатели качества низкозамерзающих охлаждающих жидкостей

Отличить качественную охлаждающую жидкость от некачественной без лабораторных испытаний невозможно. Тем не менее, частично уменьшить риск приобретения некачественной ОЖ можно, придерживаясь следующих рекомендаций.

* Канистра с ОЖ должна быть герметичной, иметь оригинальный дизайн и защитные элементы. На этикетке должен быть указан номер ТУ или ГОСТ, на соответствие которым производится данная ОЖ, а также обязательны координаты изготовителя, номер партии, дата выпуска и срок годности.

* Перед тем как приобрести охлаждающую жидкость, потребитель вправе потребовать паспорт качества на продукт и поинтересоваться наличием сертификата соответствия.

* Подтверждением качества ОЖ может служить наличие на этикетке знака соответствия продукции, которым удостоверяется проведение добровольной сертификации продукции на соответствие требованиям ГОСТ или ТУ.

* Наличие на этикетке знака соответствия системы менеджмента качества свидетельствует о соответствии системы менеджмента качества (производства) производителя требованиям ГОСТ Р ИСО 9001-2001 (международного стандарта ИСО 9001:2000), что должно гарантировать соблюдение всех законодательных и нормативных требований к выпускаемой продукции, оценку ее пригодности для конкретного использования и строгий контроль качества.

* Добротный товар может быть выпущен только серьезным производителем, жестко контролирующим качество своей продукции. Производство ОЖ - сложный технологический процесс. Необходима специальная установка, в которой в течение длительного времени при определенном температурном режиме будут тщательно перемешиваться антикоррозионные, антивспенивающие и прочие компоненты. Естественно, в условиях гаража или подвала такой процесс невозможен. Соблюсти все технические условия может только достаточно крупная компания, имеющая соответствующую производственную базу.

Заключение

Итак, какими свойствами должна обладать хорошая охлаждающая жидкость?

Во-первых. Вы пишите, что не существует действующего ГОСТа. Это не так. Никто не отменял ГОСТ 28084-89 на «Жидкости охлаждающие низкозамерзающие», мало того, в сертификатах соответствия, которые получают производители, ссылка на этот нормативный документ, хотя и не обязательна, но желательна. Сейчас не то время. Люди, покупая продукцию, спрашивают сертификаты и смотрят как раз на пункт, где указывается, каким нормативным документом данный продукт соответствует. Другое дело, что этим самым нормативным документом действительно может выступать собственное ТУ. Но торгующие организации, поверьте нам, знают о существовании ГОСТов, ОСТов и прочих документов, имеющих более веское значение для инспектирующих органов.

Поэтому Ваше заявление не корректно.

Во-вторых. В этом самом ГОСТе четко прописано, каким параметрам охлаждающая жидкость должна соответствовать. Там нигде не указывается ни смазывающая способность этой жидкости, ни температура кипения. Вас ввели в заблуждение: темп кипения определяют у тормозных жидкостей, а не у охлаждающих.

Объясним почему. Любая охлаждающая жидкость - это смесь этиленгликоля (МЭГ, ДЭГ) и воды. Что бы Вы не делали в открытом сосуде (без создания давления внутри), первой начнет кипеть вода, до тех пор, пока она вся не выкипит. Но точкой начала кипения так и будет 100°С. Охлаждающая жидкость циркулирует над давлением в замкнутой системе, за счет чего ее действительная температура кипения будет выше. Прибора, который смог бы это проверить, и отвечающего требованиям ГОСТ нет. В связи с этим ввели другой параметр - фракционные данные. Это другие параметры, по которым можно судить о составе продукта

Из статьи понятно, какой показатель «фракционные данные» или «температуру кипения» определяли сотрудники центра «прикладная химия» и на каком оборудовании.

Если это показатель «фракционные данные», то определяемая температура начала перегонки, которая для отдельных охлаждающих жидкостей обычно равняется 101-103°С, не является температурой кипения, определяемой по ASTM D 1120 или ТУ 6-57-95-96.

Температура кипения охлаждающей жидкости, содержащей 53% этиленгликоля, с учетом поправок и при наличии требуемых термометра и колбы обычно находится в пределах 107-110°С для «охлаждающей жидкости - 40» и 113°С и выше для «охлаждающей жидкости - 65».

Поэтому выводы, сделанные в статье по температуре кипения «охлаждающей жидкости «Север», «Аляска» и др., нуждаются в проверке и уточнении.

В-третьих. В ГОСТе 10 требований, которым должна соответствовать охлаждающая жидкость, Вы же сослались на три из них. Да, это веские критерии, но позвольте Вам объяснить: каждый из этих десяти требований добавляет к уже имеющимся данным следующий. Рассматривать эти результаты в отрыве от общего контекста, по меньшей мере, не корректно, если не сказать - не квалифицированно.

Полученные результаты по второму показателю «коррозионное воздействие на металлы» показали, что охлаждающие жидкости «Север», «Nord», «AGA», «Expert» имеют минимальные значения скорости коррозии (в среднем: Север - 0,013 г/мІ*сутки, Nord - 0,015 г/мІ*сутки, AGA - 0,017 г/мІ*сутки, Expert - 0,013 г/мІ*сутки), несколько хуже проявили себя - «Аляска», «Holts», «Prestone», «Полар», «Агат», и совсем плохо зарекомендовал себя - Дзержинский (0,2 г/мІ*сутки).

Исходя из полученных результатов анализов охлаждающих жидкостей по трем определяемым показателям, выводы, сделанные журналом, не могут быть достаточно достоверными, а выбор жидкости не должен базироваться только на двух показателях лабораторных испытаний.

Список литературы

1. Стребков С.В., Стрельцов В.В. Применение топлива, смазочных материалов и технических жидкостей в агропромышленном комплексе. Учебное пособие. - Белгород: Белгородская ГСХА, 1999. - 404 с.

2. Источник интернета: http://www.himavto.ru/survey/oxl.php

Размещено на Allbest.ru