Вода как охлаждающая жидкость.
Вода обладает наивысшей из всех жидкостей удельной теплоемкостью, низкой вязкостью, обеспечивает легкость циркуляции в системе охлаждения, имеет достаточно высокую температуру кипения (105 — 108º С при давлениях 0,11 – 0,12 МПа в закрытых системах охлаждения). Ее преимуществом перед другими жидкостями для систем охлаждения является дешевизна, недефицитность, безвредность для здоровья, негорючесть. К недостаткам воды как охлаждающей жидкости относится ее способность образовывать накипь (отложения), высокая температура замерзания и способность вызывать коррозию металлов.
Накипь, обладая низкой теплопроводностью, ухудшает отвод тепла от стенок двигателя, уменьшает проходное сечение каналов и нарушает тепловой режим двигателя. При толщине слоя накипи 1,5 – 6 мм увеличивается расход топлива на 10 – 30 %, масла – на 15 – 40 %, а мощность двигателя снижается на 10 -25 %.
Образование накипи обусловлено жесткостью природной воды, т.е. наличием в ней растворимых солей кальция и магния. С течением времени эти соли, изменяя свой химический состав, становятся нерастворимыми и откладываются в виде слоя накипи. Интенсивность образования накипи в системе охлаждения характеризуется жесткостью воды.
Жесткость воды измеряется миллиграмм – эквивалентами ионов кальция и магния, приходящимися на 1 л воды.
| Жесткость воды | мг-зкв./л |
| Мягкая | менее 4 |
| Среднежесткая | 4 — 8 |
| Жесткая | 8 — 12 |
| Очень жесткая | более 12 |
Наиболее целесообразно применять для охлаждения двигателей мягкую воду, так как она не дает накипи.
Перед использованием в качестве охлаждающей жидкости жесткой и очень жесткой воды следует выполнить ее умягчение одним из следующих способов:
· обработка воды содой (Na2CO3) или тринатрийфосфатом (Na3PO4) c последующим фильтрованием;
· пропускание воды через глауконитовый или пермутитовый фильтры;
· кипячение воды (дорогой и неэкономичный способ);
· обработка воды магнитным силовым полем в направлении, перпендикулярном силовым линиям, в результате чего содержащиеся в воде соли не образуют накипи, а выпадают в виде легко смывающегося шлама.
В случае использования жесткой воды без умягчения в нее следует добавлять противонакипные присадки (антинакипины). Одной из таких присадок является калиевый хромпик (K2Cr2O7). Применению любого антинакипина должна предшествовать очистка системы охлаждения от старой накипи.
Использование воды в качестве охлаждающей жидкости в холодное время года нежелательно, что связано с ее высокой температурой замерзания, а также со значительным увеличением объема (до 10 %) при переходе в твердое состояние, поэтому зимой для охлаждения двигателей необходимо применять специальные охлаждающие низкозамерзающие жидкости.
Низкозамерзающие жидкости на основе этиленгликоля.
Большое распространение в качестве охлаждающей жидкости получили смеси воды с двухатомным спиртом – этиленгликолем (C2H4(OH)2). Этиленгликоль представляет собой довольно вязкую, бесцветную или желтоватую жидкость с плотностью при 20º С 1,11 г/см 3 , с температурой кипения 197,5º С и температурой замерзания 12º С.
Этиленгликоль обладает неограниченной растворимостью в воде, причем получающиеся температуры замерзания у растворов оказываются ниже, чем у смешиваемых компонентов в чистом виде. Минимальное значение температуры замерзания смеси этиленгликоля с водой (-75º С) получается при концентрации этиленгликоля 66,7 %.
Этиленгликолевая жидкость имеет коэффициент объемного расширения больший, чем вода, поэтому, чтобы при прогретом двигателе избежать переполнения системы охлаждения и потери части жидкости, ее заполняют на 92 – 95 % от объема системы.
Нельзя допускать попадания в этиленгликолевую жидкость нефтепродуктов, которые вызывают ее вспенивание.
Этиленгликолевые антифризы выпускают двух марок 40 и 65 в соответствии с их максимальными температурами замерзания. Для уменьшения коррозионного воздействия антифризов на сталь, медь, алюминий и их сплавы в состав растворов вводят незначительное количество специальных присадок: 2,5 – 3,5 г динатрийфосфата (Na2HPO4) и 1 г декстрина на 1 л антифриза. Специально для защиты цинка в состав антифриза вводят 7,5 – 8 % молибденовокислого натрия (Na2MoO4), что отмечается в маркировке строчной буквой м (40м или 65м).
Так же выпускается этиленгликолевая охлаждающая жидкость Тосол трех марок: Тосол-А, Тосол-А40, Тосол-Л65. Тосол-А служит для получения жидкостей Тосол-А40 и Тосол-А65 путем разбавления его дистиллированной водой и добавления комплекса различных присадок.
С 1988 г. выпускается антифриз «Лена» трех марок: ОЖ-К, ОЖ-40, ОЖ-65.
Поскольку антифризы различаются по рецептуре, смешивать различные марки между собой не следует.
Этиленгликоль и его водные растворы очень ядовиты. Однако отравляющее действие их проявляется только при попадании в желудочно-кишечный тракт, поэтому специальных мер для защиты неповрежденной кожи и дыхательных путей при использовании этиленгликолевых растворов не требуется.
Срок службы охлаждающих жидкостей ограничен. При интенсивной эксплуатации автомобиля «Тосол» надежно работает в течение 60 тыс. км пробега.
Источник
Вода, как охлаждающая жидкость
Вода обладает наибольшей охлаждающей способностью, имеет самую высокую теплоёмкость, большую теплопроводность, небольшую вязкость, большую теплоту испарения.
Однако вода обладает и существенными недостатками. При 0 0 С она замерзает со значительным увеличением объёма (до 10 %). Это вызывает разрушение (размораживание) системы охлаждения при отрицательных температурах. Вода имеет сравнительно низкую температуру кипения, поэтому её рабочая температура не должна превышать 90 0 С. Растворённые в воде соли образуют в системе охлаждения двигателей отложения (накипь). При отложении накипи нарушается тепловой режим двигателей, увеличивается расход топлива и масла.
Вода в зависимости от содержания растворённых в ней солей может быть мягкой, средней жёсткости или жёсткой. Различают общую, карбонатную (временную) и некарбонатную (постоянную) жесткость. Общей жёсткостью воды называют суммарное содержание в ней кальция и магния. Жёсткость воды измеряют в миллиграмм-эквивалентах (мг-зкв). Один мг-экв жёсткости соответствует содержанию 20,04 мг/л кальция (Са ++ ) или 12,16 мг/л магния (Мg ++ ). Карбонатная жёсткость зависит от количества растворённых в воде двууглекислых солей Са и Мg. Эти соли при температуре выше 80 — 85 0 С разлагаются и выпадают в осадок в виде накипи и шлака. Некарбонатная жёсткость зависит от количества растворённых в воде солей хлористых, сернокислых и кремнекислых. Эти соли при кипячении воды в осадок не выпадают, если их концентрация не превышает предела насыщения.
Жесткость воды ориентировочно может быть определена без специального оборудования по пенообразованию при намыливании рук мылом: в мягкой воде пена устойчивая, а в жёсткой воде пена быстро гаснет и на руках остаётся сальный осадок.
Для уменьшения образования накипи в системе охлаждения предпочтительно применять атмосферную (дождевую, снеговую) воду, которая является мягкой. Поверхностные и грунтовые воды рекомендуется кипятить перед заливом в систему или добавлять к ним антинакипины, например, хромпик (двуххромовокислый калий). В большинстве случаев жёсткую воду перед употреблением обрабатывают реагентами: тринатрийфосфатом, кальцинированной содой и др. Основные способы предупреждения образования накипи приведены в таблице 8.1.
Таблица 8.1 — Способы предупреждения образования накипи
| Операция | Реактивы и их действие | Порядок применения |
| Введение антина-кипинов | Хромпик К2Сг2О7 или нитрат аммония NН4NО3 переводит соли накипи в растворимое состояние | Готовят концентрат: 100 г реактива на 1 л воды. На 1 л среднежесткой воды берут 30-50 мл концентрата; для жесткой 100 — 130 мл. При помутнении воды в системе охлаждения воду меняют |
| Умягчение воды | Гексамет (NаРО3)6 удерживает соли накипи во взвешенном состоянии | Добавляют в среднежесткую воду 0,2, а в жесткую — 0,3 г/л. Периодически удаляют отстой через краники |
| Перегонка | Все растворимые соли остаются в перегонном кубе | Получают воду без солей жесткости (дистиллированную) |
| Кипячение | Соли карбонатной и частично сульфатной жесткости выпадают в осадок | Воду кипятят 20-30 мин, отстаивают и фильтруют от осадка |
| Обработка химическими реагентами | Кальцинированная сода На2СО3 — 53 мг/л на одну единицу жесткости | Теплую воду перемешивают с реактивом 20-30 мин, отстаивают и фильтруют от осадка |
Если накипь все-таки образовалась, её следует удалить следующим составами:
1) раствор 0,6 кг технической молочной кислоты в 10 л воды;
2) раствор смеси фосфорной кислоты (1 кг) и хромового ангидрида (0,5 кг) в 10 л воды.
Время обработки 0,5 — 1 час. Перед обработкой необходимо удалить термостат, залить состав в систему охлаждения. По истечении рекомендуемого срока запустить двигатель и дать поработать 15 — 20 мин, после чего удалить состав и систему два — три раза промыть водой. Последнюю промывку лучше сделать горячим раствором хромпика (0,5 — 1 %) для создания антикоррозионной защитной плёнки на поверхностях системы охлаждения.
Источник
Использование воды в качестве охлаждающей жидкости
Наиболее распространенной жидкостью, применяемой для охлаждения, является вода. Она имеет самую высокую теплоемкость 4,19 кДж/(кг·°С), большую теплопроводность, небольшую кинематическую вязкость (ν20˚С = 1 мм 2 /с) и большую теплоту испарения.
Однако вода обладает и существенными недостатками, затрудняющими ее применение в качестве охлаждающей жидкости. При 0 °С она замерзает, увеличиваясь в объеме примерно на 10 % и вызывая разрушение системы охлаждения при дальнейшем понижении температуры окружающего воздуха.
При использовании воды в качестве охлаждающей жидкости образование отложений в системе охлаждения двигателя определяется в основном наличием растворенных в воде солей, образующих накипь, теплопроводность которой приблизительно в 100 раз меньше, чем теплопроводность стали. Отложение накипи в системе охлаждения (рис. 8.1) вызывает нарушение теплового режима работы двигателя, увеличение расхода топлива и масла.
О количестве растворенных в воде солей можно судить по ее жесткости, единицей измерения которой является миллиграмм-эквивалент (мг-экв.). Мягкая вода содержит до 3 мг-экв. солей в 1 л, вода средней жесткости — от 3 до 6 мг-экв., а жесткая — более 6 мг-экв.
| |
Рис. 8.1. Типичные места отложения накипи (7) и шлама (2) в системе охлаждения автомобильных двигателей
Целесообразно применять для охлаждения двигателя мягкую воду, не образующую накипь. При использовании для этих целей воды средней жесткости возникает необходимость не реже двух раз в год очищать систему охлаждения от образовавшейся накипи.
Применять жесткую воду следует после предварительного ее умягчения (кипячения, обработки известью и содой) или с добавлением противонакипных присадок (антинакипинов). Например, калиевый хромпик К2Сr2О7 при концентрации его от 5 до 10 г в 1 л воды способен превращать содержащиеся в ней соли в вещества, не образующие накипи.
Применению любого антинакипина должна предшествовать очистка системы охлаждения от образовавшейся ранее накипи.
| |
Рис. 8.2. Схема стационарной катионитовой установки для умягчения жесткой воды:
1 — насос; 2 — катионитовый фильтр с сульфированным углем; 3 — мешалка для приготовления раствора поваренной соли; 4 — сборник умягченной воды
На рис. 8.2 приведена схема установки для умягчения жесткой воды.
Источник
Вода как охлаждающая жидкость
Вода как охлаждающая жидкость обладает определенными преимуществами. Вода имеет самую высокую удельную теплоемкость (4,19 кДж/кг·К), большую теплопроводность, оптимальную вязкость (ν20 = 1 мм 2 /с), большую теплоту испарения; она безопасна в пожарном отношении, нетоксична, дешева.
Однако, вода обладает и существенными недостатками, затрудняющими ее применение в системе охлаждения. При 0 0 С она замерзает со значительным увеличением объёма (примерно на 10 %). Это может вызвать разрушение системы охлаждения при температурах окружающего воздуха ниже 0 0 С, так как при этом на стенки блока цилиндров действует давление 250 МПа. Вода имеет сравнительно низкую температуру кипения, при температуре выше 90 0 С она интенсивно испаряется.
При использовании воды в качестве охлаждающей жидкости в системе образуется накипь, что обусловлено наличием в воде растворенных солей кальция и магния. Теплопроводность накипи приблизительно в 100 раз меньше, чем стали, поэтому обильная накипь нарушает тепловой режим работы двигателя вплоть до перегрева и связанных с ним аварийных поломок.
Соли кальция и магния, находящиеся в растворенном состоянии, придают воде свойства, называемые жесткостью. Чем выше содержание в воде солей кальция и магния, тем больше её жесткость. За единицу жесткости принимают моль на кубический метр (моль/м 3 ). Различают жесткость временную (устранимую), постоянную (неустранимую) и общую. Временная жесткость обусловлена присутствием в воде гидрокарбоната кальция Сa(HCO3)2 и гидрокарбоната магния Mg(HCO3)2. Эти соли могут находиться в воде в растворенном состоянии только в присутствии свободной углекислоты. При кипячении воды свободная углекислота из неё удаляется, и гидрокарбонаты кальция и магния разлагаются с образованием карбонатов, выпадающих в осадок. Постоянная жесткость обусловлена присутствием в воде сульфатов, хлоридов, силикатов кальция и магния. Эти соединения при кипячении не разлагаются и не выпадают в осадок, если их концентрация не превосходит предела насыщения.
В образовании накипи в системе охлаждения участвуют соли как временной, так и постоянной жесткости. Но больший вред приносят соли временной жесткости. При первом же закипании воды в системе охлаждения происходит выпадение карбонатов и образование накипи. При этом временная жесткость воды снижается. Соли постоянной жесткости участвуют в образовании накипи только после испарения части воды, т. е. когда их концентрация в воде превышает предел насыщения. Сумму временной и постоянной жесткости называют общей жесткостью.
Вода считается мягкой, если содержание солей кальция и магния в ней не превышает 3 моль/м 3 , средней жесткости – от 3 до 6 моль/м 3 , жесткой – более 6 моль/м 3 . В системе охлаждения двигателей необходимо использовать только мягкую воду. Воду средней или высокой жесткости перед использованием в системе охлаждения следует умягчить. Простейшим способом умягчения воды является её кипячение с последующим фильтрованием. Умягчение воды можно достичь её химической обработкой. Добавление соды, извести, тринатрийфосфата приводит к выпадению соединений кальция и магния в осадок. Весьма эффективным способом умягчения воды является фильтрование через катиониты. Катионитами называются вещества, которые способны обменивать свои катионы на катионы растворенных в воде солей, в результате чего накипь не образуется. Предотвращать образование накипи в системе охлаждения двигателя можно непосредственно вводом в систему специальных добавок, называемых антинакипинами. Действие антинакипинов сводится к предотвращению образования твердых отложений накипи на горячих поверхностях системы охлаждения. Достигается это за счет перевода солей, образующих накипь, в рыхлые осадки, а также за счет удержания таких солей в воде в виде пересыщенных растворов.
Источник
