При каком давлении вода не замерзнет

Может ли вода оставаться жидкой при температуре ниже нуля?

Да, может. Температура замерзания воды падает ниже нуля градусов по Цельсию, если вы оказываете на неё давление. И не только.

Это может произойти несколькими способами. Рассмотрим их далее.

Давление

Прежде всего, фаза материала (будь то газ, жидкость или твёрдое вещество) сильно зависит как от его температуры, так и от давления.

Для большинства жидкостей давление поднимает температуру, при которой жидкость замерзает. Твёрдое тело образуется, когда свободные молекулы жидкости становятся достаточно медленными и достаточно близко располагаются друг к другу, чтобы сформировать стабильные связи, которые закрепляют их на месте. Когда мы оказываем давление на жидкость, мы заставляем молекулы сближаться. Поэтому они могут образовывать стабильные облигации и стать твёрдыми при более высокой температуре, чем температура замерзания при стандартном давлении.

Однако вода несколько уникальна.

Молекулы воды распространяются, когда они связываются в твёрдую кристаллическую структуру. Это действие делает лёд менее плотным, чем жидкостная вода, поэтому лёд плавает, а не тонет. Это действие молекул воды при замерзании также означает, что давление воды понижает температуру замерзания. Если вы примените достаточное давление (что затрудняет распространение молекул воды в твёрдую структуру), вы можете получить жидкую воду на несколько градусов ниже нуля градусов по Цельсию.

Добавки

Даже без давления вы можете получить жидкую воду при минусовой температуре, используя добавки. Такие добавки, как соль, могут помешать сформировать твёрдое тело и понизить температуру замерзания воды.

Соль состоит из сильных ионов натрия и хлора. Растворённые в воде, молекулы воды присоединяются к ионам соли, и поэтому не замерзают как охотно. По мере того, как вы добавляете больше соли в воду, точка замерзания продолжает падать, пока вода не достигнет насыщения и не сможет удерживать соль.

Если добавить достаточное количество соли, температура замерзания воды может упасть до -21 градуса Цельсия.

Этот факт означает, что вода при температуре -21 градус Цельсии может всё ещё быть жидкой (с достаточным количеством соли).

Это мощное свойство соли можно также использовать для того, чтобы дать льду превратиться обратно в воду. Посыпание солью ледяных тротуаров снижает температуру замерзания льда ниже температуры окружающей среды, и лёд тает.

Но посыпать солью обледеневшие дорожки не поможет, если температура окружающей среды ниже -21 градуса по Цельсию.

Воздействие соли на точку замерзания воды также оказывает глубокое воздействие на океаны Земли.

Другие методы. Переохлаждённая вода

Даже если вы не применяете давление и ничего не добавляете в воду, вы всё равно можете иметь жидкую воду при температуре ниже нуля градусов по Цельсию.

Для того, чтобы вода замёрзла до льда, ей нужно замёрзнуть, чтобы начать процесс. Эти отправные точки называются «центрами нуклеации». В большинстве случаев немного пыли, примесей или даже небольшие колебания в воде обеспечивают центры зарождения для замерзания воды. Но если ваша вода очень чистая и неподвижная, молекулам воды не на что кристаллизоваться. В результате вы можете охладить очень чистую воду ниже нуля градусов по Цельсию без замерзания.

Вода в таком состоянии называется «переохлаждённой».

Чистую воду можно переохладить до около -40 градус Цельсия.

Переохлаждённая вода удерживается от замерзания только отсутствием центров зарождения. Поэтому, как только появятся центры нуклеации (что может произойти от простой вибрации), супер-охлаждённая вода быстро замерзает.

Ледяной дождь — это естественный пример переохлаждённой жидкой воды. Как только дождь попадает на объект на поверхности Земли, объект обеспечивает центры нуклеации, и дождь замерзает до льда.

Какой обьект обеспечивает какие центры нуклеации? Что спрятано за этими терминами? — незнание!

Источник

При каком давлении вода не замерзнет

2 км, объём около 1700 м3, сейчас холодает, что бы не переделывать схему (подогрев воды и т.п.) нужно сослаться на какой-то официальный документ, где показана зависимость температуры замерзания воды от давления, оно у меняя будет 11.2МПа (114 атм.). В тырнете ничего путного не нашёл, в основном идёт температура кипения.
Вот как-то так.

2 км, объём около 1700 м3, сейчас холодает, что бы не переделывать схему (подогрев воды и т.п.) нужно сослаться на какой-то официальный документ, где показана зависимость температуры замерзания воды от давления, оно у меняя будет 11.2МПа (114 атм.). В тырнете ничего путного не нашёл, в основном идёт температура кипения.
Вот как-то так.

Тут явно собрались одни политики и экономисты 🙂
При давлении в 2 атмосферы вода замерзает при -2 градусах Цельсия, при давлении 3 атмосферы — уже -4 градуса Цельсия.
А у меня 114 атмосфер, чувствуешь разницу? 🙂

Для справки, на высоте вода замерзает при + температурах, а именно — 1000 метров — вода замерзает при +2 градусах Цельсия, на высоте 2000 метров — при +4 градусах Цельсия.

Так то давление ниже атмосферного, о нём речь ведь не идёт.

Что-то много.
Оттуда же:
Кривая плавления льда Ih (то есть обычного льда) на фазовой диаграмме в области низких давлений представляет собой в практически вертикальную прямую. Так, при переходе от тройной точки (611 Па) к атмосферному давлению (101 кПа) температура плавления падает всего на 0,008 K (с 273,16 до 273,15 K). Давление, необходимое для снижения температуры плавления на 1 K составляет около 132 атм. Кривая плавления по горизонтальной оси занимает диапазон температур 251,165—273,16 K (–21,985 . 0,01 °C). Минимальная температура плавления (–21,985 °С) достигается при давлении 208,566 МПа (2058 атм).

Впрочем, формулу я дал, сам можешь проверить. Если не лень будет, вечером тоже смогу глянуть.

Источник

Какая температура замерзания воды под давлением и для чего это необходимо знать?

Опубликовано 19 Авг 2021 Рубрика: Теплотехника |

Однажды довелось наблюдать успешный опыт эксплуатации технического водопровода, проложенного по воздуху от скважины до административного здания. В условиях сибирской зимы при температуре воздуха временами до -37 ˚С поставленный на постоянный…

…минимальный проток водопровод ни разу не перемерз, успешно обеспечивая водой санузлы. Несмотря на некоторую странность темы статьи, попробуем разобраться.

Для ответа на вопрос «Когда замерзает водопровод?» нет необходимости составлять очередной алгоритм и писать программу. В предыдущих публикациях на этом сайте в категории «Теплотехника» есть для этого все необходимые расчеты!

Замерзает ли?

При атмосферном давлении в 760 мм рт.ст (или 0,101 МПа), вода превращается в лед уже при 0°С, как известно из школьного курса.
Но при уменьшении этого показателя меняется и точка кипения, и t°, при которой происходит превращение в лед – последняя как раз повышается.

В горах, где разреженный воздух, на определенной высоте она может уже составлять +2…+4°С. И наоборот, чем больше среда давит на воду, тем ниже находится точка замерзания на графиках.

Интересно, что при давлении в 611,73 Па совпадают температура кипения воды и плавления льда. Она составляет +0,01°С. Этот показатель называют тройной точкой воды из-за того, что она находится сразу в трех состояниях.

Считается, что при более низком показателе она просто не сможет сохранять жидкое состояние и будет превращаться в водяной пар. Причем температура плавления льда и точка замерзания воды обычно не совпадают, это разные величины.

Хотя для удобства бытовых расчетов их часто отождествляют, поскольку при 760 мм рт.ст. они как раз будут одинаковыми.

Но при этом нет такого давления, при котором бы вода совсем не замерзала. Другое дело, что в лабораторных условиях можно создать такую ситуацию, при которой вода будет замерзать только при -20…-40°С.

Кроме того, возможно получение и нестабильного состояния – переохлажденной жидкости. Но если в ней появится центр кристаллизации, она сразу же превратится в лед.

Незамерзающий водопровод на даче без подогрева

Проводить выходные на даче не только летом, но и зимой, хотели бы многие. Утеплить и обогреть дачный дом сейчас не сложно. Огромное количество материалов и технологий позволяют практически любой дом сделать зимним. И хочется не только тепла, но и всего того, к чему мы привыкли в городе: горячей воды, канализации, нормального туалета, душа. Для летнего дома сейчас предлагают много автономных систем, обеспечивающих работу водопровода и канализации. А как быть зимой? Вода в мороз замерзает и разрывает всё, где она осталась.
Если расходы на постоянное отопление вас не пугают, и вы готовы поддерживать в доме плюсовую температуру круглый год, всё будет работать. Хотя остается вопрос – что будет с водой в мороз при отключении электричества? А такое в любом загородном поселке бывает достаточно часто. Можно поставить резервный дизель генератор, автоматически включающийся при пропадании напряжения в сети. Однако реализовать это уже не так просто и совсем не дёшево! Не говоря уже о необходимости выделить отдельное помещение под такую домашнюю электростанцию, обслуживать ее и хранить запасы солярки.

А если не хочется постоянно платить за отопление дома в котором зимой редко кто живет?

Когда передо мной встал этот вопрос, я полез искать ответ в Интернет, но толкового решения так и не нашёл. Большинство сайтов предлагали использовать для зимнего водопровода греющий кабель, внутри или снаружи трубы. Но у меня опять возникли два вопроса:

1) Значит нужно будет греть водопроводные трубы электрическим кабелем всю зиму?

2) Что будет, если электричество отключится хотя бы на день?

Я не планировал жить на даче зимой постоянно, а хотел приезжать лишь иногда, на выходные. Вариант с подогревом дома или самих труб мне не нравился из-за постоянных расходов на электричество! Как же быть? Не хотелось всё время греть то, что нужно лишь иногда. Тогда, чтобы найти решение этой задачи, я решил сформулировать свои основные требования:

· Мне нужна система водоснабжения, не требующая подогрева в моё отсутствие.

· Система должна быть проста и экономична.

· Она должна быстро включаться в рабочее состояние.

· Она должна легко и просто выключаться, когда я уезжаю, и не боятся промерзания.

Оказалось, что решить все эти задачи совсем не сложно. Главное, обеспечить полный и быстрый слив воды из всей системы водоснабжения. Несколько придуманных мною хитростей не стоящих больших материальных затрат и стандартное оборудование позволили реализовать идею такого водоснабжения, не нуждающегося в резервном электропитании и постоянном подогреве.

Вот уже 10 лет, как я использую свой водопровод круглый год.

За это время он обрёл много дополнительных усовершенствований, но рассказать обо всех в одной статье просто невозможно. По этому начну с главного, благодаря чему эта идея смогла реализоваться.

Рассмотрим схему устройства простейшего незамерзающего водопровода с холодной водой:

Самое важное:

1.
Насос должен находиться под водой, ниже уровня ее промерзания.
Если у вас скважина, вас эта проблема не беспокоит.

Если у вас колодец, используем погружной насос (мощность его должна быть достаточна для поднятия воды на нужную высоту и обеспечение требуемого давления в системе водопровода). Насос, находящийся на дне колодца, не должен оказаться в области промерзания, что зависит от уровня и глубины воды в колодце. В противном случае необходимо утеплить колодец и на всякий случай подвести к насосу греющий кабель для его разморозки в сильные морозы. Водопроводная труба от колодца к дому должна быть проложена ниже глубины возможного промерзания грунта для вашего региона. На вводе трубы в дом в нее на всякий случай также можно установить греющий кабель.

2. Чтобы водопровод в доме не боялся промерзания, он должен быстро и легко сливаться.

Начиная монтаж водопровода нужно выбрать самую низкую начальную точку (обычно это место ввода водопроводной трубы из колодца в дом) и установить в этом месте кран для слива водопроводной воды из системы в канализацию. От этой точки разводим трубы далее с постоянным небольшим уклоном вверх. Для стекания воды из всей системы водоснабжения к этой точке достаточно уклона в 1…3 градуса. Главное, при разводке водопровода не допускать перепадов вниз и вверх, в которых вода при сливе может задержаться.

Температура в зависимости от показателя

Чтобы четко определить температуру замерзания, нужно сначала понять, как связаны эти 2 параметра.

Как они взаимосвязаны?

При увеличении давления, температура замерзания снижается, при уменьшении – t° растет. Существуют специальные формулы, которые помогают рассчитать конкретное значение.

Таблица таких соотношений выглядит следующим образом:

Температура, °С	Давление, мПа
0	0,1
-1	1
-2	30
-3	40
-4	50
-5	60
-10	110
-22	210

Кружка Эсмарха

Но до сих пор мы рассматривали легкие случаи – разморозку на прямых и коротких участках. А как поступить, если труба замерзла в нескольких десятках метров от жилья, и при это еще трасса сложная – с поворотами и изгибами по горизонтали или вертикали?

Такие сложные проблемы решаются применением кружки Эсмарха в комплекте со строительным гидравлическим уровнем и мотком жесткой стальной проволоки. Купить все эти комплектующие можно без проблем, стоимость их невелика, а эффект от применения – стопроцентный.

Как происходит процесс?

Снижение температуры замерзания при увеличении давления имеет физическое обоснование.

Пресная жидкость при замерзании расширяется примерно на 10%. У соленой морской воды расширение будет меньшим, но оно все равно происходит.

Поэтому, когда внешнее давление растет, то температура замерзания снижается. Суть процесса замерзания состоит в кристаллизации воды.

Но в отличие от других жидкостей, вязкость воды при увеличении давления уменьшается. Что и обусловило более медленные процессы кристаллизации.

Это объясняется структурными особенностями молекул и некоторыми механизмами взаимодействия между ними. Для того, чтобы процесс начался, нужен центр кристаллизации, состоящий из нескольких десятков молекул.

В природных условиях пресная вода всегда содержит примеси – пылинки, молекулы соли и т.д. Все они могут стать центрами кристаллизации, поэтому процесс будет протекать быстрее, чем при тех же условиях, но в очищенной воде в лабораторных условиях.

Инструкция по монтажу греющего кабеля при подземной прокладке труб

При монтаже одножильного провода следует учесть, что для возможности его подключения он должен уйти по трубопроводу, а после этого вернуться назад. Таким образом, у вас окажется два конца, которые можно будет подключить к источнику питания.

Работы следует производить в такой последовательности:

• положите кабель вдоль трубы от начала до конца, временно фиксируя его скотчем;
• переведите кабель на обратную сторону трубопровода и протяните его в обратном направлении;
• наклейте поверх обеих ниток фольгированный скотч, который обеспечит полную фиксацию провода и отражение теплового потока в сторону трубы;

смонтируйте выбранный утеплитель по всему водопроводу;

обмотайте поверхность гидроизоляционным сантехническим скотчем или обеспечьте гидроизоляцию поверхности другим надежным способом.

До укладки трубы в землю необходимо провести испытание смонтированной греющей системы. Для этого подключите кабель к источнику питания и убедитесь, что на видимых концевых отрезках происходит нагрев.

Как влияет тип воды?

Дистиллированная влага в принципе замерзает медленнее даже при нормальном атмосферном давлении. В отличие от других видов пресной воды, она не содержит сторонних примесей.

В ней отсутствуют ядра кристаллизации, и поэтому она замерзает только при очень низких температурах – эксперименты показали, что при -42°С.

Физики называют такую жидкость переохлажденной. Любопытно, что если постучать по сосуду с такой дистиллированной водой, она практически моментально превратится в лед.

В лабораторных условиях проводились эксперименты, при которых давление увеличивали до очень высоких значений, так что дистиллят замерзал только при -70°С.

Наличие любых примесей, в том числе и тех, что находятся в минеральной воде, повышает температуру замерзания, даже, если прочие условия остаются теми же.

Что касается остальных растворов, то здесь, помимо давления, важную роль играет еще и плотность – например, у соленой воды она намного выше.

Но при этом при отрицательных температурах частицы соли как бы выталкиваются. И если растопить многолетний морской лед, то окажется, что он состоит из пресной воды, даже пригодной для питья.

Советы по оттаиванию перемёрзшей канализации

Для того чтобы разморозить канализацию, можно также воспользоваться паром – здесь это будет более просто. Есть ещё один интересный способ, однако он займёт значительное количество времени. Необходимо сделать крутой соляной раствор на кипятке, который заливается в канализацию. Известно, что соль способствует таянию. Проблема лишь в том, что подобным способом можно добиться результата как через пару часов, так и через пару суток.

ФОТО: ranpress.ruКанализационные трубы тоже могут перемёрзнуть

Наилучшим вариантом будет использование пароварки и шланга, как с водопроводом.

Если трубы заполнены водой: использование электроэнергии

Для того чтобы использовать данный метод, необходимо приобрести специальный прогревочный кабель, предназначенный именно для подобных ситуаций. Вот такое оборудование выполнит работу очень быстро. Такой кабель никогда лишним не будет, а значит, лучше всего приобрести его заранее, стоимость его невелика.

Можно его изготовить и самостоятельно. О там, как это сделать, можно будет узнать, посмотрев короткое видео в конце статьи.

ФОТО: zona-tepla.ruХорошо, если под рукой есть подобный прогревочный кабель заводского производства

И ещё один совет. В морозные ночи лучше не перекрывать воду полностью, а оставить тоненькую струйку. Проточная вода не даст замёрзнуть ни магистрали, ни канализации.

ФОТО: aqua-rmnt.comЭту струйку воды даже счётчик не воспринимает – не крутит

Применение знаний в быту человека

В основном сведения о температуре замерзания воды нужны тем, кто сталкивается с прокладкой водопровода.

Как правило, ее замерзание в таких случаях проходит не на подземном участке трубы, а над поверхностью почвы, и далее идет процесс кристаллизации уже в наземном участке.

Чтобы этого не происходило, поскольку замерзание и расширение воды выводит из строя всю систему и нарушает целостность труб, принимают активные и пассивные меры – от утепления трубы до специально обустроенной системы обогрева.

Но очень важно с самого начала правильно сделать расчеты, подбирая производительность оборудования и диаметр труб таким образом, чтобы создать такое давление, при котором вода не будет замерзать при климатических условиях, характерных для этого региона.

Сведения об этих показателях и их соотношениях также нужны тем, кто занимается прокладкой отопительных систем. Важны они и для автомобилистов, которым приходится часто сталкиваться с замерзанием жидкости в радиаторе.

Каким способом запрещено отогревать технологические трубопроводы – опасные методы

Когда мы хотим отогреть трубу ото льда самостоятельно, то следует знать каким способом запрещено отогревать технологические трубопроводы. Запрещённый способ отогрева труб – это использовать открытый огонь. Для обогрева льда надо применять только горячую воду, пал или песок под высокой температурой.

Огонь нельзя применять, так как возникает резкое изменение температуры. Труба может просто лопнуть. Металлические трубы ещё выдержат такой способ отогрева. Но полипропиленовые или металлопластиковые трубы разорвутся.

Это может привести к пожару и возгоранию вашего дома. Не говоря уже про сами трубы. Учитывайте все меры безопасности при отогреве трубопровода и тогда вы сможете убрать лёд из труб без происшествий.

Прогрев труб изнутри

Чтобы избавиться от пробки в канализационных трубах, придется учесть ряд особенностей. Во-первых, такие коммуникации, как правило, имеют довольно большой диаметр, что позволяет произвести прогрев снаружи и изнутри более качественно. Однако и количество скопившегося льда в них будет существенно больше, так что потребуется больший расход тепла нагревательными приборами.

Для разморозки труб из пластика потребуется одно нехитрое приспособление. Берем доску со скругленными краями и крепим на нее ТЭН в форме буквы U. За пределы доски должна выступать только петля нагревателя. Все прочие части не должны контактировать со стенками нагревательного прибора.

Определив толщину пробки и расстояние до нее, к концам ТЭНа закрепляем провода соответствующей длины, а всю конструкцию крепим к отрезку металлопластиковой трубы, которой наше приспособление будем проталкивать в канализацию.

Вводить конструкцию в сточную трубу нужно со стороны приемника, куда будет стекать талая жидкость. Сначала ТЭН до конца продвигают на место работы, после чего подключают его к сети. Передвигая приспособление вперед по мере оттаивания пробки, прибор периодически отключают.

Применяем электричество

Еще один вариант, отвечающий на вопрос, как отогреть воду в частном доме. Для этого используется электричество. Необходимо сразу оговориться, что использование электрического тока – дело всегда опасное. Поэтому применять данный вариант для размораживания водопровода не рекомендуется. Но, как альтернатива, его знать надо.

Для этого используется обычный двухжильный провод, жилы которого надо разъединить и на длину 20 см оголить, то есть, освободить от изоляции. Оголенный провод скручивается до размеров 8-10 см.

Внимание! Нельзя допустить, чтобы оба оголенных провода соединились между собой. Это приведет к короткому замыканию, поэтому между ними надо обязательно установить перемычку, лучше деревянную. Ее размер должен быть меньше диаметра водопроводной трубы.

Теперь подготовленный двужильный провод проталкивается в трубопровод до ледяной пробки. После чего он подключается к питающей сети напряжением 220 вольт. Вода внутри трубы начинает закипать и размораживать лед. По сути, раздвоенный провод выполняет функции нагревательного элемента. Его по мере разморозки надо будет продвигать внутрь.

Внешний обогрев

Безусловно, необходимость разрывать мерзлый грунт, чтобы добраться до трубы, является существенным недостатком данного способа. Однако для тех ситуаций, когда промерзший участок невелик, данный метод имеет право на существование.

Когда траншея раскопана, устанавливается тип материала трубопровода. Для работы с полимерными изделиями можно применять лишь нагревательные приборы электрического типа, выдающие температуру не более 100-100 ℃. Чтобы снизить теплопотери обогревателя и быстрее прогреть участок трубы, место работы покрывают слоем теплоизоляции.

С металлическими трубами процесс оттаивания пробки проходит быстрее, ведь тут можно использовать источник открытого огня – дрова, газовую горелку, паяльную лампу или любые другие приспособления, что, конечно, неприменимо к пластику.

Источник