Оценка качества охлаждающих жидкостей

6.1. Цель и задачи лабораторной работы

Формирование и закрепление знаний по разделу курса «Охлаждающие жидкости». В результате анализа по внешним признакам и плотности образца антифриза определить его марку и температуру застывания.

Приобретение навыков по определению температуры застывания антифриза по плотности, а также корректировке образцов до характеристик, соответствующих марке антифриза А-40.

 

6.2. Общие сведения

Для нормальной работы двигателя внутреннего сгорания примерно 30% тепловой энергии, выделяемой в процессе сгорания топлива, отводиться в систему охлаждения, которая отдает ее в окружающее пространство.

 

Требования к охлаждающим жидкостям:

1. Обладать высокой температурой кипения (не ниже 120°С).

2. Теплоемкость не менее 4 КДж / (кг*К).

3. Низкой температурой застывания (не выше -60°С).

4. Иметь малую вязкость.

5. Не вызывать коррозию, не вспениваться, не образовывать отложений, не разрушать резиновые изделия.

6. Не быть опасной для здоровья.

 

В качестве охлаждающих агентов в двигателях используются воздух или жидкости. Наибольшее распространение получили жидкостные системы охлаждения. Для эксплуатации двигателей при положительных температурах окружающего воздуха наиболее подходящей охлаждающей жидкостью является вода. При отрицательных температурах, во избежании замерзания воды, ее применяют в смеси с различными веществами (спиртами, неорганическими солями, глицерином и др.), снижающими температуру застывания. Такие смеси называют антифризами. Наиболее широкое распространение получили водо-этиленгликолевые смеси, кривая кристаллизации которых приведена на рис.10.1. Из рисунка видно, что смесь в различных соотношениях может иметь температуру замерзания от 0 до минус 70^оС, при этом изменяется плотность смеси.

Химическая промышленность, согласно ГОСТ 159 – 52, выпускает антифризы марок 40 и 65. Жидкость марки А-40 представляет собой смесь 53% этиленгликоля и 47% воды, имеет температуру замерзания не выше минус 40^оС (точка А на рис.10.1). Жидкость марки А-65 содержит 65% этиленгликоля и 35% воды, имеет температуру замерзания не выше минус 65^оС (точка Б на рис.6.1.). В качестве антикоррозионных присадок в антифризы добавляют динатрийфосфат и декстрин. Считается, что динатрийфосфат защищает от коррозии чугунные, стальные и частично медные детали, а декстрин – припой и детали из алюминия и меди. Декстрин не полностью растворяется в антифризе, некоторая часть его (10-15%) находится в коллоидном или мелкодисперсном состоянии, вследствие чего антифризы могут быть слегка мутноваты. Антифриз мутный и с осадком декстрина пригоден к использованию.

Этиленгликоль – это двухатомный спирт СН₂ОН-СН₂ОН, который при взаимодействии с водой Н₂О образует новое вещество (гидрат этиленгликоля) С₂Н₄(ОН) ₂*2 Н₂О.

Рис. 6.1.

Зависимость температуры замерзания антифризов от их плотности.

 

В антифризе не должно быть крупных взвешенных частиц, расслаивания и даже следов другой жидкости на поверхности. Такой жидкостью могут быть нефтепродукты, которые не смешиваются с антифризом, но вызывает бурное вспенивание и выбросы из системы охлаждения двигателей.

При испарении антифриза выделяющиеся пары содержат значительно больше воды, чем этиленгликоля. В условиях эксплуатации от испарения теряется практически только вода, которую периодически следует добавлять в радиатор. Если объем жидкости уменьшился из-за разлива или протекания, то убыль пополняется такой же смесью, при этом температура замерзания антифриза не изменится.

В последнее время химическая промышленность освоила выпуск низкозамерзающих жидкостей типа ТОСОЛ по ТУ 6-02-619-70. Эти жидкости можно применять круглый год, они приготовлены на основе этиленгликоля и содержат антикоррозийные присадки и антивспениватель. Выпускается три марки Тосола – Тосол – А, Тосол – А-40, Тосол – А-65. Тосол А представляет собой концентрированный этиленгликоль с присадками. Перед употреблением его следует развести равным количеством дистиллированной воды, при этом смесь будет иметь температуру замерзания минус 35^оС. Соответственно водный раствор Тосола – А с температурой замерзания не выше минус 40^оС маркируют как Тосол – А40, а с температурой замерзания минус 65^оС – как Тосол – А65.

 

Примечание:

Сотрудниками отдела «ТОС» (технология органического синтеза) для автомобилей «Жигули» был разработан отечественный антифриз на основе этиленгликоля. Соединив ТОС и ОЛ (из слова этиленгликоль) получили название антифриза ТОСОЛ.

 

Приборы и принадлежности

В производственных условиях состав и температуру замерзания этиленгликолевых жидкостей можно определить с помощью ареометра или гидрометра. Гидрометр представляет собой тот же ареометр, у которого вместо шкалы плотности имеется двойная шкала, показывающая содержание этиленгликоля в процентах и температуру замерзания антифриза в градусах. Кроме этого для проведения испытаний необходимо: термометр, стеклянный цилиндр и образцы антифриза.

 

Порядок выполнения работы

ВНИМАНИЕ!

Этиленгликоль и его смеси с водой – сильный пищевой яд. При попадании в организм человека наблюдаются тяжелые отравления, иногда со смертельным исходом. При работе с этиленгликолем и его смесями необходимо соблюдать правила техники безопасности: работать в резиновых перчатках, не засасывать шлангом смеси, осторожно переливать жидкости, хранить жидкости в специальной посуде.

В стеклянный цилиндр наливают испытуемый образец антифриза и осторожно опускают в него ареометр. Выждав 5 минут для того, чтобы ареометр принял температуру антифриза, по шкале определяют плотность образца антифриза. С помощью термометра определяют температуру антифриза.

Затем вместо ареометра в стеклянный цилиндр осторожно опускают гидрометр. Через 5 минут по одной шкале определяют состав, по другой температуру замерзания образца. С помощью термометра определяют температуру.

 

Обработка результатов опыта

а) Определение состава ареометром. Значение плотности антифриза, определенное по ареометру, необходимо привести к стандартной температуре плюс 20^оС по выражению:

 

ρ₂₀ = ρ_t + β (t -20), г/см³ (6.1)

где ρ_t - плотность антифриза при данной температуре, г/см³;

t - температура при проведении опыта, °С;

β - температурная поправка плотности, для этиленгликолевого антифриза в среднем равна 0,000525.

 

По приведенной плотности ρ₂₀определяют состав и температуру замерзания антифриза, пользуясь графиком на рис. 6.1.

 

б) Определение состава гидрометром. Гидрометр градуирован при температуре плюс 20^оС и если испытание проводилось при другой температуре, то в показания гидрометра необходимо вносить поправку с помощью таблицы 6.1.

Таблица 6.1

Содержание этиленгликоля в антифризе при различных температурах, %.

Содержание этиленгликоля в антифризе при температуре 20°С, %	Температура испытуемого образца, °С
					-10

 

Например, при температуре плюс 10°С, гидрометр показал 38% этиленгликоля. Тогда истинное содержание его в антифризе будет равно 35%. Если в таблице нет необходимых значений температур и показаний гидрометра, прибегают к интерполяции. По найденному истинному составу антифриза определяют температуру его замерзания (рис.6.1). На основании выполненных испытаний делают заключение о соответствии качества испытанного образца антифриза требованиям стандарта (таблица 6.2).

Если показатели качества образца антифриза отличаются от стандарта, производят расчет по доведению состава антифриза к требованиям ГОСТ и готовят смесь требуемого качества. При добавке этиленгликоля, его количество определяются по формуле:

 

Х = (6.2)

 

где х – количество добавляемого этиленгликоля, л;

V – объём корректируемого образца, л;

а – процентное содержание воды в корректируемом (исходном) образце;

в – процентное содержание воды в требуемом образце (определяется по рис.6.1).

 

При добавке воды, её количество определяется по формуле:

 

Х = (6.3)

 

где с – процентное содержание этиленгликоля в корректируемом образце;

d – процентное содержание этиленгликоля в требуемом образце (определяется по рис.6.1)

В таблице 6.2 приведены основные показатели низкозамерзающих жидкостей.

Таблица 6.2

Наименование	Температура замерзания, °С	Цвет	Плотность, г/см^3	Содержание этиленгликоля, %
Концентрат	– 12	бесцветный	1,1 – 1,116
Антифризы А – 40 А – 65	не выше – 40 не выше – 65	голубой красный	1,078 – 1,085 1,085 – 1,045	53,7 62,4

Выводы по работе:

1. Изучили марки антифризов А-40 и А-65

2. Определили плотность антифриза А-40, она равна 1,062, что соответствует температуре замерзания –30°С. Скорректировали данный образец до марки А-40, добавив концентрата этиленгликоля 0,15 л на 1 л тосола.

3. Определили плотность антифриза, которая составила 1,09 г/см3. Привели его к марке А-40, добавив дистиллированной воды 0,32 л на 1 л тосола.