Измерение температуры кристаллизации ТН

Этот вопрос особенно важен для покупателей теплоносителя - антифриза, которые желают убедиться, что купленный товар точно соответствует заявленной температуре начала кристаллизации. Также он важен для производителей антифриза при проведении выходного контроля.

Поскольку процесс замерзания антифриза происходит в достаточно большом интервале температур, измеряют обычно температуру начала кристаллизации, то есть момент, когда в образце жидкости появляются первые кристаллы в виде помутнения или «облачка». Этот показатель можно измерить достаточно точно. Для измерения температуры начала кристаллизации существует общепринятая лабораторная методика, в России это п. 4.3.3 ГОСТ 28084-89, за рубежом — ASTM D1177. Обе методики предполагают охлаждение образца жидкости до ее кристаллизации или, проще говоря, до «заморозки» жидким азотом.

Существует также множество лабораторно-бытовых приборов для измерения температуры начала кристаллизации в «полевых» условиях. При использовании таких приборов антифриз не замораживается до появления кристаллов, а измеряются другие характеристики — плотность или показатель преломления, которые связаны с концентрацией этиленгликоля в растворе и соответственно с температурой замерзания.
Однако следует учесть ряд моментов при применении таких приборов во избежание ошибок, неточностей и неправильных выводов.

Первый тип таких лабораторно-бытовых приборов — это погружной ареометр (поплавок). Он опускается в жидкость, и по глубине его погружения можно судить о плотности, следовательно, и о температуре замерзания данной жидкости. Иногда измерительную шкалу таких ареометров (их также называют ареометр-гидрометр) градуируют не как обычно в граммах на кубический сантиметр, а сразу в градусах Цельсия, или в процентах содержания этиленгликоля в растворе. Типичным представителем этого класса приборов является «Ареометр-гидрометр АЭГ /тосол, антифриз/», который выпускается нашей промышленностью. Следует иметь в виду, что каждый такой ареометр-гидрометр настроен на определенную жидкость, например на «Тосол АМ» или на водно-этиленгликолевый раствор, и при измерении другого антифриза он будет давать существенную ошибку.

При пользовании ареометром-гидрометром следует учитывать четыре обстоятельства. Во-первых, этот прибор реально измеряет плотность жидкости, а не другие ее характеристики. Поэтому замер, сделанный ареометром-гидрометром, может служить только индикатором, оценкой температуры замерзания, но не квалификационным тестом. К примеру, вы можете насыпать в антифриз соли, в результате чего его плотность увеличится, и ареометр-гидрометр, покажет отличную «низкую температуру замерзания», которая, правда, не будет совпадать с истинной температурой замерзания.

Во-вторых, все антифризы (и тосолы) содержат в своем составе, кроме воды и этиленгликоля, пакеты присадок, которые отличаются друг от друга по количеству и по плотности. Поэтому различные антифризы при разбавлении водой имеют различные зависимости плотности от температуры замерзания, хотя и похожие друг на друга.

В-третьих, при измерениях ареометром-гидрометром следует строго соблюдать заданную температуру измеряемой жидкости. Известно, что все тела при нагревании расширяются, в том числе антифриз. Поэтому один и тот же антифриз будет иметь разную плотность на улице и в теплом помещении. Соответственно показания ареометра-гидрометра будут разными: на улице антифриз окажется «хорошим», а в помещении этот же антифриз уже станет «плохим». Для подавляющего большинства таких приборов предполагается проведение измерения при температуре жидкости строго плюс 20°С.

В-четвертых, ареометр-гигрометр не способен определять температуру кристаллизации концентрированных теплоносителей-антифризов. Лучше это сделать после разведения согласно инструкции по применению. Например, при разбавлении теплоносителя «Теплый дом-65» водой 1:1, температура должна быть в пределах -17ºС (некоторые производители говорят, что -20 ºС. Однако простой расчет: 65% гликоля(-65 ºС) : 2=32,5%, что соответствует -17 ºС, для -20 надо 36% гликоля!)

Наилучший способ оценки температуры замерзания антифриза в «полевых» условиях связан с применением обычного ареометра в сочетании с термометром. Вы наполняете прозрачную емкость, например, обрезанную пластиковую бутылку антифризом, опускаете в жидкость термометр, доводите жидкость до температуры плюс 20°С, обливая емкость снаружи горячей или холодной водой и постоянно помешивая, и измеряете плотность жидкости ареометром. Желательно применять лабораторный ареометр с точностью деления 0,001 г/куб см. Затем определяете температуру начала кристаллизации антифриза по таблице или графику зависимости этой температуры от плотности, составленному для данной марки антифриза. Точность такого замера может составить +/- 2°С, но не выше.

Второй тип лабораторно-бытовых приборов — это рефрактометр. Фактически этот прибор измеряет оптическую характеристику антифриза — показатель преломления, который тоже связан со степенью разведения антифриза водой и его температурой начала кристаллизации. Поскольку рефрактометр более точный (прецизионный) прибор, чем ареометр, точность определения температуры начала кристаллизации антифриза с его помощью может составить уже +/- 1°С. Типичными представителями рефрактометров являются лабораторный «Рефрактометр ИРФ 454Б2М» и карманные ATAGO «Master BR» или «Refraktometr VBC4T».

При пользовании рефрактометром следует соблюдать правила и предосторожности, описанные выше. Измерения проводить при температуре жидкости строго плюс 20°С. Пользоваться таблицей перевода показателя преломления в температуру начала кристаллизации для данной марки антифриза. Если у карманного рефрактометра измерительная шкала уже задана в градусах Цельсия, иметь в виду, что эта шкала адаптирована к какому-то конкретному антифризу, скорее всего к смеси этиленгликоля и воды. Такой прибор не способен измерять концентрированные теплоносители-антифризы. Перед измерением их надо развести, как описано выше.

Зависимость температуры начала кристаллизации от концентрации пропиленгликоля в воде

Методика расчета понижения температуры ТН

V - объем системы (V1 = V2) C1 - % содержания гликолей в системе C2 - требуемое % содержание гликолей C3 - % содержание гликолей в доливаемом растворе V3 - объем доливаемого раствора V3 = V(C2 - C1):(C3 - C1)

ПРИМЕР 1: Объем системы 100л, температура -15°С (31% ЭГ). Необходимо понизить температуру теплоносителя в системе до -30°С (45% ЭГ). Сколько необходимо залить раствора на -65°С (65%), предварительно слив такой же объем из системы, чтобы выйти на нужную температуру?

V₃ = 100л х (0,45-0,31) : (0,65 – 0,31) = 14л : 0,34 = 41,18л

То есть, вначале мы узнаем на сколько увеличивается количество гликолей в системе (в литрах), а потом делим на количество гликолей, «прибывающих» с каждым литром (сливается 0,31л, а заливается 0,65л, - увеличение на 0,34л).

ПРИМЕР 2: Все условия те же, только заливается концентрат теплоносителя 95%.

V₃ = 100л х (0,45 – 0,31) : (0,95 – 0,31) = 14л : 0,64 = 21,88л

а) требуемое количество теплоносителя «Тёплый дом-65» (65% ЭГ) для получения раствора с заданной температурой кристаллизации (в % от общего объема системы)

б) требуемое количество концентрата теплоносителя «Тёплый дом-К» (95% ЭГ) для получения раствора с заданной температурой кристаллизации (в % от общего объема системы)

ПРИМЕЧАНИЕ:

1. % ЭГ – показатель количества этиленгликоля для получения данной температуры.
2. Перед заполнением указанного объема концентрированного теплоносителя из системы сливается такой же объем рабочей смеси.

Зависимость температуры начала кристаллизации от концентрации этиленгликоля в воде