Охлаждающие жидкости

Министерство  образования и науки Российской Федерации

государственное образовательное учреждение

«Курганский государственный  университет»

 Факультет  транспортных систем

Профиль «Автосервис»

 

 

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ  РАБОТА № 1

По  основам нефтехимии

Тема: Охлаждающие жидкости

 

 

 

 

 

 Выполнил студент:  Москвин И.Ю.

 Группа: ТС3к-2671c

 Номер зачетной книжки: 316198

 Преподаватель: Мосталыгина Л.В.

 

 

 

 

 

 

г. Курган

2012г.

Содержание:

1. Введение.

2. Требования, предъявляемые  к охлаждающим жидкостям.

3. Вода, как охлаждающая  жидкость.

4. Состав и свойства антифриза.

5. Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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.

 

 

 

 

 

 

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 → CaCO₃ + CO₂ +H₂O

↓

Mg(HCO₃)₂ → MgCO₃ + 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, Mg SiO₃ 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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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/см^з (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.

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.