Антифризы

Министерство образования  и науки

Российской Федерации

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

«Самарский государственный  аэрокосмический университет

имени академика С.П.Королева»

Факультет двигателей летательных аппаратов

Кафедра теплотехники и тепловых двигателей.

Реферат.

Антифризы.

Студент: Конев Б.М.

Группа  2303

Преподаватель: Толстоногов А.П.

Самара 2012

 

Оглавление

Введение. 3

Состав и свойства антифриза. 3

Требования к антифризам. 5

Области применения антифризов. 6

Разновидности охлаждающих жидкостей. 7

Значение присадок системы охлаждения SCA в антифризе. 8

Антифризы с фосфатными ингибиторами 8

Различия антифризов на основе этиленгликолей и пропиленгликолей 9

Список использованных источников 10

 

 

Введение

 

Антифриз (от англ. «antifreeze» – незамерзающий) – охлаждающая жидкость, используемая в автомобильных системах отвода тепла. Представляет собой жидкость, как правило, произведённую на основе этиленгликоля, предназначенную для поддержания оптимальных температурных режимов работы двигателя. Антифриз имеет температуру замерзания ниже, чем у воды и его применение даёт возможность эксплуатировать автомобиль при температурах ниже 0°С. Точка начала выпадения кристаллической фазы может достигать -75ºС.

 

В системах охлаждения тепловых двигателей, в противопожарных трубопроводах неотапливаемых помещений и в заводских холодильных линиях в качестве рабочих жидкостей используются водные растворы спиртов – этилового, метилового, изопропилового, этиленгликолевого, полипропиленгликолевого, глицерина, а также водные растворы неорганических солей (хлористого кальция и натрия). Также используют в качестве ОЖ узкую керосиновую фракцию с полностью удаленными ароматическими углеводородами и серой. Наилучшими из антифризов являются этиленгликолевые охлаждающие жидкости, в связи с этим подавляющее большинство отечественных и импортных низкозамерзающих жидкостей для автомобильных двигателей изготавливается на основе этиленгликоля. Водно-гликолевая смесь успешно решает следующие задачи:

• полностью исключает замораживание системы охлаждения автомобиля при длительной стоянке на холоде,
• обеспечивает устойчивый теплоперенос от нагретых узлов двигателя к радиатору,
• предотвращает образование паровых пробок, а также поддерживает высокую температуру кипения и низкую испаряемость в процессе эксплуатации,
• защищает от коррозии, грязевых пробок и отложений, ухудшающих теплоотвод от внутренних полостей,
• осуществляет смазку подшипников водяного насоса, предотвращает преждевременный износ.

Состав  и свойства антифриза

 

Любой антифриз состоит из основы и комплекса присадок. Основа антифриза — водно-гликолевая смесь, от которой зависит способность антифриза не замерзать при низких температурах, его удельная теплоемкость, вязкость. Наиболее распространены ОЖ на основе этиленгликоля. Однако его водный раствор агрессивен к материалам деталей системы охлаждения (стали, чугуну, алюминию, меди, латуни, припою). Комплекс присадок - это набор противокоррозионных, антивспенивающих, смазывающих, моющих и стабилизирующих компонентов (ингибиторов). Кроме того, в состав ОЖ могут присутствовать красители и ароматизаторы.

Этиленгликоль (моноэтиленгликоль). Представляет собой маслянистую жидкость желтоватого цвета без запаха, имеет плотность1,112-1,113 г/см³ (при 20°С), температуру кипения 197°С  и кристаллизации -11,5°С. Является высокотоксичным веществом, водный раствор которого химически агрессивен и вызывает коррозию металлических деталей системы охлаждения. При нагревании антифриз на этиленгликолевой основе расширяется. Чтобы избежать разрыва подводящих трубок и потери жидкости из системы охлаждения в конструкции предусмотрен расширительный бачок.

Пропиленгликоль . По физическим свойствам аналогичен этиленгликолю, обладает меньшим токсическим воздействием. При охлаждении ниже 0°С антифриз на основе пропиленгликоля становится вязким и прокачивание его через систему охлаждения сопровождается увеличением нагрузки на помпу

Смесь этиленгликоля с водой. Температура кристаллизации смеси зависит от соотношения этиленгликоля и воды. Изменение концентрации составляющих раствора позволяет получить растворы, не замерзающие при минус 75°С. Минимальное значение температуры кристаллизации данной охлаждающей жидкости соответствует содержанию этиленгликоля - 66,7% и воды - 33,3%.

Наиболее часто в технике  применяют антифризы, содержащие 52,6% и 66% этиленгликоля, а так же ряд противокоррозионных присадок. Известны антифризы на основе водно-глицериновых растворов. Так, смесь 70% (по массе) глицерина и 30% воды замерзает при -40°С, однако уступает этиленгликолевым антифризам по вязкости и теплофизическим свойствам. Иногда применяют водные растворы метилового, этилового и изопропилового спиртов; 50%-ный раствор метанола замерзает при -43 °С, имеет малую вязкость, однако легко испаряется. В ряде случаев, напр. в теплообменниках, в качестве антифризов используют водные растворы солей. Недостатки таких антифризов - высокая коррозионная активность и кристаллизация солей при испарении воды.

Свойства воды как теплоносителя (теплопроводность, теплоемкость и  вязкость) существенно лучше, чем  у этиленгликоля, что видно из таблицы сравнения их свойств. Однако использование гликолевых растворов  позволяет существенно понизить температуру замерзания, в чем, собственно и заключается основной смысл  использования антифризов.

 

Таблица 1.1. Сравнительная характеристика физико-химических свойств воды и моноэтиленгликоля.

Показатель	Вода	МЭГ
Молярная масса	18,01	62,07
Плотность при 20°С, кг/м3	998,2	1113
Температура замерзания, °С	0	-12
Температуры кипения при 0,1 МПа, °С	100	197,7
Теплоемкость при 20°С, кДж/(кг*°С)	4,184	2,422
Коэффициент теплопроводности, кДж/(ч*м*°С)	2,179	0,955
Вязкость при 20°С, мм2/с	1,0	19-20
Теплота испарения, кДж/кг	2,258	0,800
Коэффициент объемного расширения (0-100 °С)	0,00046	0,00062

Таблица 1.2 Свойства водных растворов этиленгликоля

Концентрация этиленгликоля, % по массе	Температура замерзания, оС
26,4	-10
36,4	-20
45,6	-30
52,6	-40
58,0	-50
63,1	-60
66,0	-65
66,7	-75
72,1	-60
78,4	-50

Требования  к антифризам

К автомобильным антифризам предъявляются следующие требования:

1. Высокая теплоемкость и теплопроводность;
2. Низкая температура замерзания (обеспечение безопасной эксплуатации автомобиля при любых отрицательных температурах охлаждающего воздуха);
3. Высокая температура кипения (для нормальной работы двигателя в летнее время);
4. Высокая температура воспламенения (из условий пожарной безопасности);
5. Малая вязкость, особенно при низких температурах (высокая вязкость препятствует циркуляции);
6. Малая вспениваемость (с целью предотвращения образование паровых пробок);
7. Низкая коррозионная активность;
8. Химическая инертность к шлангам и уплотнителям.

 

Технические требования на различные виды охлаждающих жидкостей для наиболее популярной в средней полосе России жидкости с температурой замерзания -40^oС согласно  ГОСТ 28084-89 представлены ниже.

Таблица 1.3.Технические характеристики охлаждающих жидкостей (согласно ГОСТ 28084-89)

показатель			Норма по ГОСТ 28048-89
Внешний вид			Прозрачная однородная окрашенная жидкость без механических примесей
Плотность, г/см3, при 20oС			1,065-1,085
Температура начала кристаллизации, oС, не выше			минус 40
Фракционные данные
температура начала перегонки, oС, не ниже			100
массовая доля жидкости, перегоняемой до достижения температуры 150oС, %, не более			50
Коррозионное воздействие  на металлы, г/м2 сутки		медь, латунь, сталь, чугун, алюминий	0,1
		припой	0,2
Вспениваемость	объем пены, см3, не более		30
	устойчивость пены, с, не более		3
Набухание резин, %, не более			5
Водородный показатель (рН), в пределах			7,5-11,0
Щелочность, см3, не менее			10

 

Области применения антифризов

Антифризы в целом находят  широкое применение в различных  областях машиностроения. Основных направлением использования является жидкостное охлаждение двигателей внутреннего  сгорания. К данному сектору относится  использование охлаждающих жидкостей  в легковых и грузовых автомобилях  с бензиновыми и дизельными двигателями. 

Помимо этого, охлаждающие  жидкости используются в сельскохозяйственной, строительной и др. спецтехнике, а  также в военной технике. В  этих областях представлена преимущественно  техника с дизельными двигателями. 

В двигателях мототехники также используются охлаждающие жидкости, но этот сектор существенно менее емкий. Необходимо отметить, что для мототехники выпускаются специализированные охлаждающие жидкости, которые на данный момент в России не производятся.

Помимо автотранспортных средств, охлаждающие жидкости используются в промышленности для охлаждения дизельных и газовых двигателей электростанций, в добывающей промышленности и пр. в соответствующих климатических  условиях.

Антифризы применяются в  качестве теплоносителя в системах индивидуального теплоснабжения домов, теплиц, коттеджей, пассажирских вагонов  железнодорожного транспорта. Однако ввиду высокой токсичности моноэтиленгликоля, в данном секторе находят все более широкое применение антифризы на основе пропиленгликоля, этилкарбиола и др. нетоксичных веществ.

Разновидности охлаждающих жидкостей

Исторически сложилось, что  в СССР, а затем и в России среди ОЖ наибольшей популярностью  пользуется «Тосол». Данный вид охлаждающей жидкости был разработан в Государственном НИИ органической химии и технологии (ГосНИИОХТ) в 1971 г., чтобы заменить итальянский антифриз «ПАРАФЛЮ», закупаемый оптом за границей и используемый в автомобилях ВАЗ. Первоначально слово «Тосол» означало торговую марку, образованную как аббревиатура от словосочетания "Технология Органического Синтеза" и химического термина "ОЛ" (окончание "ОЛ" химики добавляют к названию вещества, чтобы обозначить спирт, т.к. этиленгликоль относится к классу двухатомных спиртов). С течением времени, слово «Тосол» из торговой марки было превращено автолюбителями Советского Союза в обозначение всех охлаждающих жидкостей для автомобилей.

По составу антикоррозионных присадок антифризы разделяются на 3 группы.

• Традиционный. Ингибиторы данного вида антифризов представляют собой неорганические вещества: силикаты, бораты, фосфаты и др. К традиционным охлаждающим жидкостям относятся «Тосол» и его модификации, а также все составы с маркировкой «Traditional coolants» или «Conventional coolants».
• Гибридный. Состав данного антифриза включает как неорганические (силикаты или фосфаты), так и органические ингибиторы, улучшающие адсорбцию с узлами автомобиля.
• Карбоксилатный. Ингибиторы данных составов относятся к разряду органических (карбоновых) кислот. Формула карбоксилатного антифриза создаёт защитную плёнку только в местах развития коррозии с образованием защитного слоя не более 0,1 микрон. Карбоксилатный состав обозначается маркой «OAT coolants».

Значение  присадок системы охлаждения SCA в  антифризе

Охлаждающие жидкости можно разделить  в зависимости от области применения: автомобильные, для тяжело нагруженного транспорта и универсальные. Основное различие в этих типах хладагентов  состоит в уровне защиты алюминия от коррозии, которую они обеспечивают. В обычных хладагентах защиту обеспечивают добавлением силикатов. Антифриз, разработанный исключительно  для применения в автомобилях, имеет  более высокий уровень силикатов, в отличие от антифризов для оборудования тяжелого режима работы. Универсальный  антифриз отвечает потребностям как условий применения автомобилей, так и условий тяжелого режима работы. Универсальные составы содержат достаточно силикатов, чтобы обеспечить надлежащую защиту алюминия, но сохранить их концентрацию на достаточно низком уровне для тяжелых условий эксплуатации. При использовании в тяжело нагруженном оборудовании универсальные составы требуют добавления присадок системы охлаждения (SCA). SCA обеспечивают повышенную защиту, необходимую для двигателей большой мощности.