Лабораторна робота №5

ВИЗНАЧЕННЯ ЯКОСТІ ТЕХНІЧНИХ РІДИН.

Мета роботи.

Дослідження зразків антифризу за зовнішніми ознаками різними методами проведення контрольного аналізу, набуття практичних навичок у визначенні їх фізико-хімічних та експлуатаційних характеристик.

2. Обладнання і технічне оснащення.

1. Ареометр - гідрометр.

2. Скляний циліндр діаметром 40- 50 мм.

3. Хімічна склянка ємністю 250 мл.

4. Зразок антифризу.

5. Дистильована рідина.

3. Теоретичні відомості.

3.1. Охолоджуючі рідини.

У процесі згоряння палива виділяється велика кількість теплоти, частина якої не перетворюється в механічну енергію. Даний надлишок погіршує наповнення циліндрів горючою сумішшю, підвищує механічні втрати двигуна. У зв'язку з цим у конструкції двигуна передбачена система охолодження, а циркулююча по ній охолоджуюча рідина переносить поглинене тепло від циліндрів двигуна в теплообмінник (радіатор), де відбувається розсіювання теплової енергії або вона йде на прогрів салону кузова при низьких температурах.

Ефективність і надійність роботи системи охолодження двигуна в значній мірі залежать від якості застосовуваної охолоджуючої рідини.

Таким чином, охолоджувальні рідини повинні задовольняти таким вимогам:

- володіти високою теплоємністю, теплопровідністю і певною в'язкістю;

- мати високу температуру кипіння і низьку температуру замерзання;

- не утворювати відкладень на омиваних стінках і забруднювати систему охолодження;

- не викликати корозії металевих деталей і не руйнувати гумові деталі;

- мати гарну хімічну та фізичну стабільність при експлуатації і зберіганні;

- не викликати поломок деталей системи охолодження при застиганні, не змінювати обсяг при нагріванні і не пінитися при попаданні нафтопродуктів;

- не мати токсичність і не підвищувати пожежну небезпеку.

Найбільшою мірою цим вимогам відповідає вода і водні розчини деяких речовин. Вода має низку позитивних властивостей: доступність, високу теплоємність (4,19 кДж/кг ºС), пожежонебезпечність, нетоксичність, гарну плинність (кінематична в'язкість ν20ºС=1 мм²/с).

Негативні властивості води: замерзає при низьких температурах (збільшуючись в обсязі приблизно на 10%, що веде до створення тиску 200-250 МПа, внаслідок чого можуть утворюватись тріщини на стінках рубашки охолодження двигуна, вийти з ладу радіатор, система опалення та ін.), і закипає при температурі вище 100ºС; при досить жорсткій воді утворює накип; володіє корозійної активністю. Органічні домішки, в тому числі нафтопродукти, потрапляючи з водою в систему охолодження, утворюють шлами, які забруднюють канали та погіршують відведення тепла. Ці недоліки обмежують застосування води в якості охолоджуючої рідини.

У зв'язку з цим воду застосовують у весняно-осінній період експлуатації на вантажних автомобілях, а в тих кліматичних зонах, де не буває низьких температур або автомобілі експлуатуються тільки в літній період, вода може використовуватися в системах охолодження і легкових автомобілів. У цьому випадку важливо знати її властивості, щоб уникнути небажаних наслідків від експлуатації двигунів на воді.

У першу черга це відноситься до накипу - тверді і міцні відкладення на гарячих стінках систем охолодження, що утворюється в результаті осідання на стінках бікарбонатів, сульфатів і хлоридів кальцію і магнію, що містяться у воді (теплопровідність накипу приблизно в 100 разів менше теплопровідності сталі). Як наслідок - порушення теплового режиму роботи двигуна, збільшення витрати палива і оливи (при товщині накипу 1,5-2 мм витрата палива зростає на 8-10%).

Концентрація цих солей та їх якісна характеристика описуються показником загальна жорсткість води (таблиця 5.1).

Таблиця 5.1.

Класифікація води.

Загальна жорсткість води є сумою карбонатної (тимчасової) і не-карбонатної (головним чином, сульфатної) жорсткості. Одиниця жорсткості - 1 мг екв/л солей, що відповідає 20,04 мг іона кальцію або 12,16 мг іона магнію в 1 літрі води. Жорсткість води орієнтовно може бути визначена без спеціального обладнання по піно утворенню при намилюванні рук милом: у м'якій воді піна стійка, а в жорсткій воді піна швидко гасне і на руках залишається сальний осад.

Всі ці недоліки обумовлюють необхідність запровадження у воді відповідних добавок для забезпечення стійкої роботи охолоджуючої системи.

В даний час в системах охолодження широко застосовують низько замерзаючі охолоджуючі рідини - антифризи, що є сумішшю етиленгліколю (двохатомного технічного спирту CH₂OH – CH₂OH, або C₂H₄(OH)₂, киплячого при 197 ºС і кристалізується при температурі -11,5 ºС) з дистильованою водою. Дана суміш в залежності від взаємної концентрації компонентів має температуру замерзання від 0 до -75 ºС.

На відміну від води при замерзанні антифризи не розширюються і не утворюють твердої суцільний маси. Утворюється пухка маса кристалів води в середовищі етиленгліколю. Зазвичай така маса не призводить до розморожування блоку і не перешкоджає запуску двигуна. Антифриз після пуску двигуна досить швидко переходить у рідкий стан. Однак прогрів салону утруднюється, тому необхідно підтримувати таку концентрацію антифризу, щоб він не замерзав до температури порядку -40 ºС.

Антифризи також притаманні деякі недоліки. Так, їх теплопровідність і теплоємність нижче, ніж у води, що трохи знижує ефективність систем охолодження. При нагріванні антифризи збільшують обсяг, через що в системі охолодження встановлюється розширювальний бачок, а щоб запобігти викиду суміші, її не доливають в систему охолодження на 6-8% від загального обсягу. Етиленгліколь корозійно агресивний по відношенню до металів, тому в антифризи при виготовленні додають антикорозійні присадки: декстрин - вуглевод типу крохмалю (1 г на літр), що оберігає від руйнування свинцево - олов'янистий припой, алюміній і мідь, і динатрій фосфат (2,5-3, 5 г на літр), що захищає чорні метали, мідь та латунь. Іноді в прості антифризи вводять молібденовий натрій (7,5-8 г на літр), який запобігає корозії цинкових і хромових покриттів на деталях системи охолодження. При цьому в позначенні антифризу присутня буква М. Для гасіння піни додають також спеціальні протипінні присадки. Загальний вміст присадок становить 3-5%.

Температура кипіння антифризу досить висока і коливається в межах 120-132ºС (таблиця 5.2).

Таблиця 5.2

Характеристика водно – етиленглікольної охолоджуючої рідини.

Вітчизняна промисловість випускає прості антифризи – з концентратом (жовтого кольору), 40 і 65 (оранжевого кольору), а також етіленглікольові антифризи Тосол трьох марок: AM (концентрат), А-40 (блакитного кольору) і А-65м (червоного кольору). Цифра в марці антифризу відповідає температурі замерзання.

Дослідним шляхом встановлено, що термін служби Тосол А-40 - два роки, а термін служби Тосол А-40 М може бути збільшений до трьох років. Як правило, до трьох років експлуатації автомобілів, або 60 тис. км пробігу, в системі охолодження немає осередків корозії. При більш тривалих термінах експлуатації на деяких деталях системи охолодження починають з'являтися осередки корозії, в першу чергу на крильчатці водяного насоса, тобто на чавуні.

Кородують також деталі з алюмінію, припої в радіаторі, латунні трубки радіатора і корпус термостата, а викликано це тим, що антифриз в процесі експлуатації змінює свої характеристики: знижується запас лужності, збільшується схильність до піноутворення, зростає агресивність до гумі і збільшується здатність викликати корозію металів. Інтенсивність зміни характеристик антифризу залежить від середньої робочої температури в двигуні. У південних районах, де ці температури зазвичай вищі, антифриз старіє інтенсивніше. У північних же районах країни антифриз може служити і більше 3 років.

Закордонні виробники («Addinol Froostox», «Antifreeze», «Afrostin») випускають низкозамерзаючі рідини, близькі за складом до «Тосол» і «Лена», але більш довговічні (до трьох років). Це досягається за рахунок того, що для приготування антифризів використовують водні розчини спиртів, гліколей, гліцерину та деяких неорганічних солей з введенням комплексу присадок:

- сповільнювачів корозії - силікатів, нітратів, нітритів, похідних бензотіазолу;

- антипінних присадок - силіконів.

Порядок виконання роботи.

Оцінка антифризу за зовнішніми ознаками.

При оцінці антифризу за зовнішніми ознаками необхідно звернути увагу на його колір і наявність механічних домішок і нафтопродуктів. Колір антифризу слід порівняти з вказаним в ДСТУ або ТУ. Вміст механічних домішок і нафтопродуктів в антифризах не допускається.

Колір. Стандартний антифриз марки 40 - світло-жовтий, а марки 65 - оранжевого або жовто-оранжевого кольору.

Прозорість. Свіжо виготовлений антифриз представляє собою злегка каламутну рідину. У антифризі мають бути відсутні крупні зважені частки, осад, а також слідів плаваючого поверх антифризу шару іншої рідини.

Такою рідиною можуть бути нафто продукти, які не змішуються з антифризом, викликають бурхливий спінювання і викиди в системі охолодження двигунів. Антифриз після довгого вжитку в системі охолодження двигуна стає каламутним і брудним. Особливо велике забруднення спостерігається, якщо перед заливкою антифризу з системи охолодження не був видалений накип.

Визначення складу і температури замерзання антифризу.

Температуру замерзання визначають по густині за допомогою ареометра або гідрометра (мал.5. 1). Гідрометр являє собою денсиметр, що має дві шкали, за однією шкалою якого визначають вміст етиленгліколю у відсотках, а по другій - температуру замерзання антифризу.

Рис.5.1. Гідрометр (а) для визначення температури застигання і змісту етиленгліколю в антифризах і його шкала (б):

1 - шкала «гліколь, об'ємний %»; 2 - шкала температури замерзання t _зам.

У сухий і чистий циліндр місткістю 250 мл налити випробувальну охолоджену рідину до верхньої мітки і обережно опустити гідрометр, почекати, поки припиняться його коливання, і за однією шкалою визначити густину, а за іншою - температуру застигання. Температура антифризу при цьому повинна бути рівною 20 ° С.

Якщо визначення складу антифризу перевірялося при іншій температурі, то в показники гідрометра вносять поправку згідно з табл. 5.3.

Таблиця.5.3

Таблиця поправок показників гідрометра.

У першій графі таблиці знаходять температуру, при якій проводився дослід, а по горизонтальному рядку - показники гідрометра при температурі досліду. Потім у тому ж стовпці, але в рядку, що відповідає 20 °С, знаходять справжній зміст етиленгліколю в антифризі.

Наприклад, при температурі 10 ° С вміст етиленгліколю з гідрометра 38%. Справжній зміст етиленгліколю (при 20 °С) буде 35%. Якщо в таблиці відсутні значення температури і показника гідрометра, вдаються до інтерполяції.

Після того, як знайдений істинний складу антифризу, за шкалою гідрометра визначають температуру його замерзання.

Наступним способом оцінки експлуатаційних властивостей охолоджуючої рідини є вимір густини антифризу. За табл. 5.4 і допомогою діаграми (рис. 5.2) визначається концентрація етиленгліколю і температура замерзання.

Таблиця.5.4

Густина і температура замерзання сумішей технічного етиленгліколю і води.

Рис.5.2. Залежності густини р при температурі +20 °С і температури замерзання t_m антифризів від вмісту в них води:

1 - крива густини 2 - крива температури замерзання визначає склад і температуру замерзання антифризу за шкалою гідрометра.

Всі значення даної таблиці приведені до 20 ºС, тому якщо спостерігається відхилення від даної температури, то виміряну густину приводять до +20 º С, використовуючи формулу:

Ρ₂₀ = ρt + γ (t - 20),

де ρ₂₀ - густина антифризу, приведена до +20 º С, г/см ³;

ρt - густина антифризу при температурі вимірювання, г/см³;

γ - температурна поправка густини етиленгліколю, г/см³ ºС;

γ = 0,000525 г/см ³ º С;

t - температура антифризу в момент вимірювання, º С.

Результати випробувань занести в табл. 5.5.

Таблиця 5.5.

Оцінка складу антифризу

Проведення розрахунку по виправленню якості антифризу.

Густина рідини антифризу в процесі експлуатації автомобіля коливається як у більшу, так і меншу сторону, тому рідину необхідно коректувати шляхом додавання етиленгліколю або дистильованої води, використовуючи формули:

де М_є - кількість етиленгліколю, що додається, л; а - об'ємний відсоток води в початковому зразку; b - об'ємний відсоток води у виправленому зразку; Н - об'єм початкового зразка, л. При випаровуванні води якість антифризу виправляють додаванням необхідної кількості води, яку розраховують по формулі:

де М_в - кількість води, що додається, л; с - об'ємний відсоток етиленгліколю в початковому зразку; d - об'ємний відсоток етиленгліколю у виправленому зразку; Н - об'єм початкового зразка, л.

Після проведення розрахунку з виправлення якості антифризу заповнити табл. 5.5.

Таблиця 5.5.

Розрахунок щодо виправлення якості антифризу.

5. Зміст звіту.

1. Назва і мета роботи.

2. Загальні дані: про методи визначення якості охолоджувальної рідини.

2.Методика проведення експерименту.

3. Ескіз і опис експериментальної установки.

4. Аналіз отриманих результатів і висновки по роботі.

6. Питання для самоперевірки.

1. У чому полягають переваги і недоліки води як охолоджувальної рідини?

2. Що являють собою антифризи, якими властивостями вони володіють?

3. Як визначити температуру застигання антифризу?

4. Як приготувати антифриз необхідного складу?

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: