Теплоемкость антифриза: Плотность антифриза 65 (ГОСТ 159–52) и его свойства

Антифриз или вода? Что лучше использовать для отопления?

При проектировании системы отопления, часто возникает вопрос, что лучше использовать в качестве теплоносителя, воду или антифриз? Давайте попытаемся разобраться с этим вопросом.

В чём же суть проблемы использования антифризов?

Большинство изготовителей теплотехники не рекомендуют, или даже можно сказать запрещают использование антифризов, в качестве теплоносителя. Почему они это делают?

По своим физико-химическим свойствам, вода лучше всего подходит для теплоносителя систем отопления. Но у неё есть один минус – замерзание при низких температурах! И по этому антифризы могли бы прийти на «выручку» воде, но существует одно но…

Ниже, я постараюсь перечислить все препядствия для использования антифризов:
* Во-первых. Ни один производитель не даст вам гарантии на его оборудование ( так как, используя антифриз в качестве теплоносителя вы нарушаете гарантийные условия ), а это очень существенно, ведь вся теплотехника довольно дорого стоит.


* Во-вторых. Антифриз имеет иные физические свойства, чем вода.У антифризов теплоёмкость на 15 — 20% меньше чем у воды, а вязкость, этой незамерзающей жидкости, наоборот больше чем у воды в два, три раза. Отличается и коэфициент расширения, он больше на 40 — 60%, чем у воды. Существуют также и другие важные отличия антифризов от воды, как температура кипения ( вопрос о том, какое она имеет значение, мы затронем чуть ниже ), теплопроводность и многое другое. Что это нам даёт? А то, что все расчёты системы отопления под воду, не годятся для работы на антифризе. Необходимо будет увеличивать проектную мощность котла и колличество секций радиаторов соответственно на 40 — 60%; увеличить объём расширительного бака на 5- 60%; учесть производительность и напор насоса и другие параметры!
* Третий момент. По поводу температуры кипения воды и антифриза.Что произойдёт, если антифриз нагреть больше, чем допускает производитель антифриза? А произойдёт следущее: разложение этиленгликоля и входящих в состав антифризов присадок.
При этом образуются кислота и выпадает твёрдый осадок. Как вам такая перспектива? О последствиях от этого можно даже не сомневаться. Всё это приводит к различным нежелательным химическим реакциям, которые разъедают уплотнения, паронитовые прокладки и др. и к появлению течей в системе отопления!
* Четвёртый момент. У антифризов более выше свойство текучести, тоесть, чем больше различных соединений , тем больше шансов на утечки в системе отопления. Все стыки и соединения должны быть доступны для визуального контроля ( о скрытых в стенах или в полу трубах не может быть и речи! ). А так как антифриз на основе этиленгликоля токсичен (одноразовая смертельная доза составляет всего 100-300 мл), то его нельзя использовать для систем горячего водоснабжения. При утечках в системе отопления пары антифризов могут произвести к отравлениям.

ВЫВОД: Стоит ли то, что система отопления не разморозится при минусовой температуре, таких рисков и возможных последствий ? Ответить на этот вопрос нужно вам самим !

Полезная информация о смазочных материалах

В системах охлаждения тепловых двигателей и устройств преобразования или передачи крутящего момента, в противопожарных трубопроводах неотапливаемых помещений, 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 антифризов узкую керосиновую фракцию (205 ¸ 260 ° С) 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,
  • поддержание высокой температуры кипения и низкой испаряемости в процессе эксплуатации, а также предотвращает образование паровых пробок,
  • защищает от коррозии, грязевых пробок и отложений, ухудшающих теплоотвод от внутренних полостей, трубопроводы и агрегаты охлаждающей системы,
  • осуществляет смазку подшипников водяного насоса, предотвращает преждевременный износ,
Главным недостатком водно-гликолевой смеси является высокая коррозионная активность по отношению к металлам.

Другой значительный недостаток водно-гликолевых смесей в том, что они имеют меньшую теплоемкость и теплопроводность, чем просто дисциллированная вода. Например, теплоемкость воды при 20°С — 4,18, а чистого этиленгликоля — 2,42 кДж/(кг*°С) . А коэфицент теплопроводности: воды — 2,18, чистого этиленгликоля — 0,96 кДж/(ч*м*°С).  Это приводит к тому, что чем больше массовая доля этиленгликоля, тем хуже осуществляется теплоперенос. Зато использование этиленгликолевых растворов позволяет существенно понизить температуру замерзания, в чем, собственно и заключается основной смысл использования антифризов
Для решения этих и других проблем в водно-гликолевую смесь вводят дополнительные присадки, такие как:
  • антиокислительные, ингибиторы коррозии,
  • противоизносные,
  • смазывающие,
  • вещества, препятствующие проглатыванию (битрекс),
  • красители, в том числе флюоресцирующие.
В СССР выпускались и выпускаются до сегодняшнего дня антифризы двух марок — 40 и 65, в соответствии с ГОСТ 159-52 г.

Показатель по ТУ 6-57-95-96

Тосол-А 40М

Плотность при 20°С, г/см3

1,078¸1,085

Температура начала кристаллизации, °С

не выше -40

Температура кипения при давлении 760 мм рт. ст., °С.

Не ниже 108

Показатель рН, при 20°С.

7,5 — 8,5

Щелочность, см3

не менее 10

Объем пены через 5 мин. , см3.

Не более 30

Время исчезновения пены, с

Не более 3

Набухание резины при 100°С в течение 2 ч, % от объема, марки 7-57-5006,

Марки 57-7011

не более 5

Коррозионное воздействие на медь М 1

не более 8

Коррозионное воздействие на припой ПОС-35

не более 12

Коррозионное воздействие на латунь Л63

не более 8

Коррозионное воздействие на чугун СЧ20

не более 9

Коррозионное воздействие на алюминий АК-6М2

не более 19

Коррозионное воздействие на алюминий АЛ 9

не более 9*

Сталь 20

не более 2*

* — не оговорено в Технических условиях на Тосол.

Торговые марки антифризов Тосол-АМ (концентрат), Тосол-А40М, Тосол-А65М были разработаны гораздо позже — в начале 70-х годов, с ориентацией на использование в системах охлаждения автомобилей производства ВАЗ и имеют в своей основе этиленгликоль. Первоначально слово ТОСОЛ — означало торговую марку, образованную как абревиатура от словосочетания «Технология Органического Синтеза» и химического термина «ОЛ» (окончание «ОЛ» химики добавляют к названию вещества, чтобы обозначить спирт. Как, например, метанОЛ, этанОЛ, т.к этиленгликоль как химическое вещество относиться к классу двухатомных спиртов). С течением времени, слово ТОСОЛ из торговой марки было превращено автолюбителями Советского Союза в обозначение всех охлаждающих жидкостей для автомобилей (также, как когда-то давно торговая марка «Керосин» превратилась в слово, обозначающее определенный вид топлива). Сейчас с открытием и развитием рынков быстро идет процесс дифференциации охлаждающих жидкостей.
Раствор этиленгликоля — является сильнодействующим пищевым ядом. По характеру воздействия на человека, вызывает симптомы, схожие с алкогольным отравлением. Но при этом 90 грамм концентрата являются смертельной дозой для среднего мужчины.
Ни одна из охлаждающих жидкостей марки Тосол не рассчитана на работу в системах охлаждения, имеющих алюминиевый радиатор. Владельцам таких машин имеет смысл использовать исключительно те виды антифризов, которые указаны в их сервисных книжках. Или применять антифризы, имеющиее допуск производителя двигателя. Традиционные антифризы имеют зеленый, красный или оранжевый (желтый) окрас, тогда как тосолы — ярко-голубой.
В среднем срок службы антифризов в системе охлаждения — 2 года. Отечественные и импортные антифризы, выполненные на основе этиленгликоля, в принципе, смешиваются между собой в любых пропорциях. Проблемы могут вызвать несовместимые пакеты присадок. Антикоррозионные присадки, использующиеся в антифризах могут реагировать друг с другом или  с отложениями накипи, образующихся на внутренних стенках охлаждающей системы, что резко сокращает срок службы свежезалитого антифриза.
В связи с этим, при переходе с воды на антифриз или с менее качественного антифриза на более качественный, целесообразно промыть систему специальной промывочной жидкостью (антинакипином). Антифризы на гликолевой основе обладают высокой текучестью, что накладывает повышенные требования на герметичность соединений и патрубков в системе охлаждения, а также имеют большой коэффициент объемного теплового расширения, в связи с этим не следует систему охлаждения заполнять под пробку, а предпочтительно поддерживать уровень охлаждающей жидкости в соответствии с рекомендациями завода-изготовителя.

Теплообмен – вода и 50/50 вода/антифриз – техническое обслуживание/ремонт

Сообщество автомобильного разговора

Lee_T

#1

Что эффективнее передает тепло — вода или 50/50 вода/антифриз? Я гуглил это бесконечно, и, кажется, ни у кого нет окончательного ответа.

техасский

#2

50/50, потому что его можно использовать при более высокой температуре, увеличивая перепад температур, что увеличивает теплоотдачу от радиатора.

Ли_Т

#3

Вы правы — независимо от климата, всем следует использовать 50/50 из-за более высокой температуры кипения. Но если не учитывать то, что эффективнее передает тепло?

1 Нравится

UncleTurbo

#4

Когда вы кипите, вы не эффективно передаете тепло. Таким образом, на ваш вопрос о теплоотдаче при нормальной рабочей температуре прогретого двигателя дан ответ. При 200 градусах 50/50 лучше. При комнатной температуре, возможно, вода лучше, но вряд ли.

Поскольку использование чистой воды разрушит систему охлаждения современных автомобилей, почему вы спрашиваете?

техасский

#5

Мой ответ остается в силе. Вам нужен радиатор меньшего размера, чтобы использовать 50/50, что для меня означает «эффективность». Если, с другой стороны, вам нужны коэффициенты теплопередачи для воды по сравнению с 50/50 в чем-то вроде БТЕ/фут2/минута/градус Фаренгейта, я не знаю. Вот немного информации, но не это:
http://www.engineeringtoolbox.com/этилен-гликоль-d_146.html

meanjoe75fan

#6

Разработчики Water Wetter заявляют, что обычная вода является лучшим теплоносителем, чем 50/50 eth. гликоль+вода.

(Разумеется, они также заявляют, что их продукт увеличивает теплопередачу обоих при добавлении…)

Я склонен отдать этому утверждению (первой части) скромную долю правдоподобия.

Ли_Т

#7

Хороший вопрос! Я пытаюсь получить теоретический ответ с точки зрения физики, а не с точки зрения автомобильного применения.

Примечание: вода в автомобильном радиаторе все равно не закипит при температуре несколько выше температуры кипения, потому что она находится под давлением.

Кроме того, если кто-то очень-очень хотел использовать воду в качестве охлаждающей жидкости в современном двигателе, он мог бы сделать это, добавив смазку для водяного насоса и антикоррозионную присадку.

техасский

#8

При давлении 15 фунтов на кв. дюйм вода кипит при температуре около 250F, 50/50 при температуре около 265F.

исследователь

#9

Вода имеет более высокую удельную теплоемкость, т. е. калорийность на градус-грамм выше, чем у этиленгликоля. Но, как уже отмечалось, вода испаряется в пар на горячей поверхности, что снижает способность передачи тепла от горячего металла. Вы можете поднять общее давление; используйте смесь воды и этиленгликоля; или использовать как более высокое давление, так и смесь, чтобы поднять этот предел теплопередачи.

Никогда не задумывались, почему никто не использует чистый этиленгликоль в качестве охлаждающей жидкости или даже масла. Это связано с тем, что удельная теплоемкость гликоля или масла примерно в три раза меньше, чем у воды. Несмотря на то, что его температура кипения будет выше, поверхности теплопередачи должны быть увеличены, чтобы отводить тепло от горячих точек двигателя; к радиатору; а потом на воздух.

Род-Нокс

#10

Просто ради теста я бы предположил, что чистая вода будет более эффективной охлаждающей жидкостью. Но ржавая вода — очень плохая охлаждающая жидкость, и это то, что вы получите за короткое время без антифриза.

техасский

#11

Кроме того, температура замерзания 100% этиленгликоля составляет 10°F по сравнению с -60°F для 70% ЭГ.

Кэддимен

#12

Чистая вода может передавать больше тепла, чем смесь 50-50… Вопрос в том, сколько БТЕ требуется для повышения температуры воды на один градус… Чистая вода может поглощать и передавать больше БТЕ, чем большинство жидкостей…

Joseph_E_Meehan

№13

Хотелось бы мне вспомнить, откуда я взял эту информацию, но когда-то ходили слухи, что вы не должны использовать плановую воду, потому что она не передает тепло так же хорошо, как смесь. Кстати, то же самое справедливо и для прямой охлаждающей жидкости.

Кэддимен

№14

См. Таблицу 2 на первой странице…

http://www.crownsolutions.com/lib/crown-solutions/EFD7i8WKSQONn9ZC8Vupyuud.pdf

ракетчик

№15

Я нашел эту информацию о теплопередаче на сайте engineeringtoolbox. com. Примечание! Удельная теплоемкость водных растворов на основе этиленгликоля меньше удельной теплоемкости чистой воды. Для системы теплопередачи с этиленгликолем циркулирующий объем должен быть увеличен по сравнению с системой с чистой водой.

Все мы знаем, что чистая вода в большинстве двигателей почти сразу становится ржавой, поэтому смесь 50/50 никуда не денется… по крайней мере, до тех пор, пока ее не заменит что-то лучшее.

техасский

№16

Я думаю, это скорость обращения, объем/минута, верно?.

ракетчик

# 17

Возможно. Я думаю, что они склонялись к тому, что вода лучше проводит тепло, но я действительно не знаю. Я не видел четкого ответа на этот вопрос. Это должен быть простой эксперимент, чтобы доказать одно над другим. У меня нет времени, лаборатории или реального стимула делать это самостоятельно.

the_same_mountainbike

# 18

Да, я тоже интерпретирую это как скорость обращения. Диаграмма показывает, что смесь должна циркулировать с большей скоростью, чтобы рассеять такое же количество тепла, как чистая вода. Это примерно означает, что он менее эффективен в этом.

К сожалению, в автомобилях эта информация не имеет никакой ценности. Повышенная температура кипения, ингибиторы коррозии и смазка для водяного насоса делают смесь охлаждающей жидкости единственным реальным вариантом.

Жирный Джек

# 19

Кто-нибудь следит за сериалом «24 часа лимонов» или «Чампкар»? Это гонки на выносливость для автомобилей, которые стоят менее 500 долларов (не считая стоимости защитного оборудования), где в основном POS-загонщики часами гоняют по гоночной трассе с максимальной скоростью.

Я упомянул об этом, потому что правила требуют, чтобы машины ехали прямо по воде, чтобы не испортить трассу в случае (когда?) аварии или утечки. Этот вид гонок, вероятно, является одним из худших видов злоупотреблений, которые вы можете нанести системе охлаждения (и многие из них не совсем в идеальной форме), и все же у большинства автомобилей нет никаких проблем с перегревом или выкипанием.

the_same_mountainbike

#20

  1. Я сомневаюсь, что они работают с термостатами на 195 градусов.
  2. этим автомобилям не придется проезжать еще 100 000 миль на одном и том же водяном насосе.
  3. никого не волнует, ржавеют ли они внутри после этого.

При хорошей погоде без ожиданий долговечности и без необходимости работать при высоких температурах для выбросов, вода прекрасно работает.

следующая страница →

Обсуждение в магазине: Система охлаждения (Часть III): Характеристики охлаждающей жидкости двигателя

Пол Дилгер

Охлаждающая жидкость — Охлаждающая жидкость — это не просто вода; это химический состав. Охлаждающие жидкости должны иметь удовлетворительную температуру замерзания и точку кипения, эффективную теплопередачу, защиту от коррозии, защиту от ржавчины, смазку водяного насоса и химическую стабильность.

По мере того, как инженеры-химики открывают и адаптируют лучшие способы повышения эффективности систем охлаждения газовых и дизельных двигателей, клиенты и технические специалисты также должны расширять свои знания в области обслуживания, чтобы воспользоваться преимуществами новых технологий. При изучении компонентов системы охлаждения и возникающих в них проблем специалистам по обслуживанию необходимо понимать сложность современных охлаждающих жидкостей. Охлаждающая жидкость двигателя представляет собой смесь химически разработанного, разбавленного водой раствора антифриза, предназначенного для конкретного применения в системе охлаждения. Коммерческий антифриз содержит этиленгликоль или пропиленгликоль и химические добавки, такие как ингибиторы коррозии, ингибиторы ржавчины, пеногасители, красители и запатентованные химикаты. Наилучшей универсальной охлаждающей жидкостью для условий, когда возможны отрицательные температуры, является смесь 50-процентного антифриза и дистиллированной воды.

 

Рисунок 1 – Процентное содержание антифриза в зависимости от температуры замерзания охлаждающей жидкости (Диаграмма предоставлена ​​Prestone) (Таблица предоставлена ​​Prestone)

 

Рисунок 3 – Удельная теплоемкость охлаждающих жидкостей. (Диаграмма предоставлена ​​Prestone)

 

Рисунок 4 – Теплопроводность охлаждающих растворов. (Диаграмма предоставлена ​​Prestone) Рисунок 1 представляет собой график, на котором показаны относительные точки замерзания различных концентраций антифриза и воды. На вертикальной оси (слева) указана температура замерзания (градусы по Фаренгейту) смеси охлаждающей жидкости антифриз/вода. По горизонтальной оси (нижнее поле) указано отношение антифриза к воде, выраженное в процентах (%). Следуйте кривой от вертикальной оси, где 0-процентный антифриз (100-процентная вода) замерзает при 32 градусах по Фаренгейту, до места, где сплошная линия меняется на пунктирную. Обратите внимание на кривую от 60 до 80 процентов антифриза. Эта зона дает самые низкие температуры замерзания, но это серая зона и нет никаких гарантий. Существуют и другие факторы, такие как количество растворенных солей в недистиллированной воде, которые могут влиять на температуру замерзания. В промышленности обычно используется 50-процентный раствор, потому что он охватывает большинство областей применения при температурах примерно до -32 градусов по Фаренгейту. В более холодных регионах может потребоваться процентное содержание антифриза до 60, чтобы обеспечить немного большую защиту. При концентрациях выше 75 процентов температура замерзания повышается, достигая -23 градусов по Фаренгейту для 100-процентного антифриза, тем самым сводя на нет цель любых более высоких концентраций.

Вопрос — Можно ли смешивать разные марки или основы антифриза?

Ответ — Обычно это не очень хорошая идея, особенно если вы точно не знаете, есть ли в двигателе алюминий. При смешивании антифризов вы можете обнаружить, что их присадки несовместимы, и может произойти гелеобразование с выпадением кремний-силиката. Силикатно-силикатный гель может ограничивать поток охлаждающей жидкости через трубки радиатора, блок цилиндров и головку блока цилиндров и вызывать отказ системы охлаждения.

Рисунок 2 представляет собой график, отображающий температуры кипения различных концентраций антифриза в охлаждающей жидкости. По вертикальной оси (левое поле) указаны температуры кипения (градусы F). Горизонтальная ось (нижнее поле) показывает отношение антифриза к воде, выраженное в процентах (%). Как видно из графика, температура кипения охлаждающей жидкости резко возрастает после добавления в раствор более 50% антифриза.

Вопрос — Когда лучше использовать 100-процентный антифриз?

Ответить — Никогда! Никогда! Никогда! Благотворное влияние повышения температуры кипения заканчивается примерно на 70-процентном антифризе. Летом двигатели будут работать от теплых до горячих; следовательно, по мере увеличения процентного содержания антифриза теплопередача уменьшается, поскольку антифриз имеет более низкую удельную теплоемкость, чем вода. Давайте посмотрим, почему!

Рисунок 3 поясняет удельную теплопередачу растворов антифриза. По вертикальной оси (слева) графика указана удельная теплоемкость теплоносителя. Во-первых, поймите, что тепло – это энергия. Чем больше тепла в закрытом контейнере, тем выше температура. Тепло измеряется в британских тепловых единицах или БТЕ. БТЕ — это количество тепла, необходимое для нагревания одного фунта воды на один градус Фаренгейта. Начните с левой точки линии, обозначенной «0% антифриза»; он находится прямо над точкой температуры раствора 32 градуса по Фаренгейту на горизонтальной оси (нижний край) и совпадает с удельной теплоемкостью 1,00 БТЕ на левом краю. Двигайтесь по этой линии вправо к вертикальной кривой «Атмосферная точка кипения». Эта кривая направлена ​​вниз, показывая, что температура кипения охлаждающей жидкости снижается по мере увеличения процентного содержания антифриза. (Сравните строки для 0-, 50- и 100-процентного содержания антифриза.) По этой причине, чем выше процентное содержание антифриза, тем ниже должна быть номинальная герметичная крышка. Более низкое давление означает меньшую нагрузку на шланги и теплообменники, что предотвращает их разрыв. Однако это приводит к меньшей теплопередаче охлаждающей жидкости, поэтому у вас более высокая температура кипения и более высокая рабочая температура.

Теперь посмотрите на кривую «50% антифриза» в месте пересечения кривых «Точка замерзания» и «Точка кипения при атмосферном давлении». Следуйте кривой «50% антифриза» влево, где удельная теплоемкость охлаждающей жидкости составляет 0,70 БТЕ (70 процентов удельной теплоемкости чистой воды с 0-процентным содержанием антифриза). Таким образом, при 50-процентном антифризе происходит 30-процентная потеря теплопередающей способности. Проще говоря, антифриз гуще или более вязкий, чем вода. Там, где вода увеличивает свою способность передавать тепло по мере повышения температуры, способность антифриза уменьшать свою способность передавать тепло по мере увеличения концентрации антифриза в охлаждающей жидкости.

Некоторые газовые и дизельные двигатели малой мощности не имеют водяного насоса; теплоноситель движется за счет тепловой конвекции. Эти системы зависят от подъема горячего хладагента и оседания более холодного хладагента. В такой системе тепло передается медленнее. При больших нагрузках и чрезвычайно жарких условиях эксплуатации 100-процентный раствор антифриза может быстро привести к отказу двигателя.

На основании данных, представленных в Рисунки 1-3 , мы можем сделать вывод, что раствор охлаждающей жидкости, состоящий из 60-80% антифриза (40-20% воды) по объему, не имеет постоянной точки замерзания при температуре ниже -60 градусов по Фаренгейту. Таким образом, нельзя ожидать дополнительной защиты от замерзания, когда содержание антифриза превышает 60 процентов. Общей рекомендацией для большинства географических регионов является 50-процентный раствор антифриза, который обеспечит хорошую защиту при температурах до -34 градусов по Фаренгейту. пакет присадок к охлаждающей жидкости для защиты системы охлаждения.

На рис. 4 показана скорость, с которой тепло может проходить через раствор. На самом деле это означает, насколько быстро раствор может передавать тепло от металлических стенок цилиндра к охлаждающей жидкости, и от охлаждающей жидкости к радиатору, а затем от радиатора к воздуху, проходящему через радиатор. Уделите несколько минут изучению Рисунок 4 и сравните кривые 0- и 100-процентного антифриза. Следует отметить несколько факторов. Во-первых, теплопроводность воды (0-процентного антифриза) увеличивается с повышением температуры, а теплопроводность 100-процентного антифриза с повышением температуры уменьшается. При температуре 180 градусов по Фаренгейту разница в теплопроводности между 100-процентной водой и 100-процентным антифризом приводит к уменьшению теплопередачи примерно на 64 процента. Сравнивая 50-процентный антифриз с чистой водой, мы видим примерно на 38 процентов меньшую теплопередачу. Таким образом, 100-процентная вода будет охлаждать эффективнее, чем любая охлаждающая жидкость с процентным содержанием антифриза. Помните, что использование 100-процентной воды без соответствующих добавок приведет к ржавчине железа и коррозии алюминия.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *