Обледенение
Противообледенительная обработка – это процесс удаления снега , льда или инея с поверхности. Противообледенение — это применение химикатов, которые не только удаляют лед, но и остаются на поверхности и продолжают задерживать образование льда в течение определенного периода времени или предотвращают прилипание льда, чтобы облегчить механическое удаление.
Удаление льда может осуществляться механическими методами (соскабливанием, толканием); за счет применения тепла ; путем использования сухих или жидких химикатов, предназначенных для понижения температуры замерзания воды (различные соли или рассолы , спирты , гликоли ); или комбинацией этих различных методов.
Области применения [ править ]
Дороги [ править ]
В 2013 году для борьбы с обледенением дорог в Северной Америке было использовано около 14 миллионов тонн соли. [1]
Для борьбы с обледенением дорог традиционно используется соль, разбрасываемая снегоочистителями или самосвалами, предназначенными для ее разбрасывания, часто смешанной с песком и гравием , на скользких дорогах. Обычно используется хлорид натрия (каменная соль), поскольку он недорогой и доступен в больших количествах. Однако, поскольку соленая вода по-прежнему замерзает при температуре -18 ° C (0 ° F), она бесполезна, когда температура падает ниже этой точки. Он также имеет тенденцию вызывать коррозию , стали арматуры в используемой в большинстве транспортных средств, и бетонных мостах. В зависимости от концентрации может быть токсичным для некоторых растений и животных. [2] и в результате некоторые городские районы отошли от него. В более поздних снегоплавителях используются другие соли, такие как хлорид кальция и хлорид магния , которые не только понижают температуру замерзания воды до гораздо более низкой температуры, но также вызывают экзотермическую реакцию . Они несколько безопаснее для тротуаров , но лишнее все же следует убрать.
Совсем недавно были разработаны органические соединения, которые уменьшают экологические проблемы, связанные с солями, и оказывают более продолжительное остаточное воздействие при разбрасывании по дорогам, обычно в сочетании с соляными рассолами или твердыми веществами. Эти соединения часто образуются как побочные продукты сельскохозяйственных операций, таких как переработка сахарной свеклы или процесс дистилляции , при котором производится этанол . [3] [4] Другими органическими соединениями являются древесная зола и противообледенительная соль, называемая ацетатом кальция и магния, получаемая из придорожной травы или даже кухонных отходов. [5] Кроме того, смешивание обычной каменной соли с некоторыми органическими соединениями и хлоридом магния приводит к получению растекающихся материалов, которые эффективны как при гораздо более низких температурах (-34 ° C (-29 ° F)), так и при более низких общих скоростях растекания на единицу. область. [6]
Солнечные дорожные системы использовались для поддержания поверхности дорог выше точки замерзания воды. Множество труб, встроенных в поверхность дороги, используется для сбора солнечной энергии летом, передачи тепла термальным банкам и возврата тепла на дорогу зимой, чтобы поддерживать температуру поверхности выше 0 ° C (32 ° F). [7] Эта автоматизированная форма сбора, хранения и доставки возобновляемой энергии позволяет избежать экологических проблем, связанных с использованием химических загрязнителей.
В 2012 году было высказано предположение, что супергидрофобные поверхности, способные отталкивать воду, также могут использоваться для предотвращения накопления льда, приводящего к ледофобности . Однако не каждая супергидрофобная поверхность является ледофобной. [8] и метод все еще находится в стадии разработки. [9]
Поезда и стрелочные переводы [ править ]
Поезда и железнодорожные стрелки в арктических регионах могут иметь серьезные проблемы с накоплением снега и льда. В холодные дни им нужен постоянный источник тепла, чтобы обеспечить функциональность. В поездах тормоза , подвеска и сцепные устройства для противообледенения в первую очередь требуются . На рельсах к гололеду чувствительны в первую очередь стрелочные переводы. Мощные электрические нагреватели предотвращают образование льда и быстро растапливают образовавшийся лед.
Нагреватели предпочтительно изготавливаются из материала PTC, например резины PTC , чтобы избежать перегрева и потенциального разрушения нагревателей. Эти нагреватели являются саморегулирующимися и не требуют регулирующей электроники; они не могут перегреваться и не требуют защиты от перегрева. [10]
Авиация [ править ]
Противообледенительная обработка самолетов [ править ]
На земле при заморозках и осадках обычно практикуется противообледенительная обработка самолета. Замерзшие загрязнения ухудшают аэродинамические свойства автомобиля. Кроме того, выбитый лед может повредить двигатели.
К методам борьбы с гололедом относятся:
- Распыление различных противообледенительных жидкостей для самолетов для растапливания льда и предотвращения его образования.
- Использование ненагретого принудительного воздуха для сдувания рыхлого снега и льда.
- Использование инфракрасного отопления для растапливания снега, льда и инея без использования химикатов.
- Механическое удаление льда с использованием таких инструментов, как метлы, скребки и веревки.
- Размещение самолета в теплом ангаре
Противообледенительная обработка в полете [ править ]
Из-за атмосферных условий на самолетах в полете может образовываться лед, что может привести к ухудшению летных характеристик. Большие коммерческие самолеты почти всегда имеют в полете системы защиты от обледенения, предотвращающие образование льда и его образование. Системы защиты от льдастановится все более распространенным и в небольших самолетах авиации общего назначения.
В системах защиты от льда обычно используется один или несколько из следующих подходов:
- пневматические резиновые «сапоги» на передних кромках крыльев и рулей, которые расширяются, чтобы отломить скопившийся лед.
- полоски с электрическим подогревом на важных поверхностях для предотвращения образования льда и растапливания скопившегося льда
- системы отвода воздуха, которые забирают нагретый воздух от двигателей и направляют его в места, где может накапливаться лед.
- жидкостные системы, которые «просачивают» противообледенительную жидкость на крылья и поверхности управления через крошечные отверстия.
Тротуар аэропорта [ править ]
Противообледенительные операции на покрытиях аэропортов ( взлетно-посадочные полосы , рулежные дорожки , перроны , мосты на рулежных дорожках ) могут включать в себя несколько типов жидких и твердых химических продуктов, включая пропиленгликоль , этиленгликоль и другие органические соединения. Соединения на основе хлоридов (например, соль ) не используются в аэропортах из-за их коррозионного воздействия на самолеты и другое оборудование. [11] : 34–35
Смеси мочевины также используются для борьбы с обледенением дорожных покрытий из-за их низкой стоимости. Тем не менее, мочевина является серьезным загрязнителем водных путей и дикой природы, поскольку после применения она разлагается до аммиака , и в аэропортах США ее использование в значительной степени прекращено. В 2012 году Агентство по охране окружающей среды США (EPA) запретило использование антиобледенителей на основе мочевины в большинстве коммерческих аэропортов. [12]
Противообледенительные химикаты [ править ]
Все химические антиобледенители имеют общий рабочий механизм: они химически предотвращают связывание молекул воды при температуре выше определенной температуры, которая зависит от концентрации. Эта температура ниже 0 °C, точки замерзания чистой воды ( депрессия точки замерзания ). Иногда происходит экзотермическая реакция растворения , которая позволяет добиться еще большей плавимости. В следующих списках представлены наиболее часто используемые противообледенительные химикаты и их типичная химическая формула .
Соли [ править ]
- Хлорид натрия (NaCl или поваренная соль ; наиболее распространенный антигололедный химикат)
- Хлорид магния ( MgCl
2 , часто добавляется в соль для снижения ее рабочей температуры) - Хлорид кальция ( CaCl
2 , часто добавляется в соль для снижения ее рабочей температуры, разрушает бетон) - Хлорид калия (KCl)
- Ацетат кальция-магния ( CaMg
2 (СН
3 операционный директор)
6 ) - Ацетат калия ( CH
3 ГОТОВИТЬ ) - Образуется калий ( CHO
2К ) - Формиат натрия (HCOONa)
- Формиат кальция ( Ca(HCOO)
2 )
Органика [ править ]
- Мочевина ( CO(NH
2 )
2 ), обычное удобрение - Сельскохозяйственные побочные продукты, обычно используемые в качестве добавок к хлориду натрия.
- Метанол ( CH
4 О ), на дорогах практически не используется - Этиленгликоль ( C
22Ч
6 Ох
2 ), на дорогах практически не используется - Пропиленгликоль ( C
3 H
8 О
2 ), на дорогах практически не используется - Глицерин ( С
3 H
8 О
3 ), на дорогах практически не используется
на окружающую среду и последствий смягчение Воздействие
Противообледенительные соли, такие как хлорид натрия или хлорид кальция, выщелачиваются в природные воды, сильно влияя на их соленость. [1]
Известно, что этиленгликоль и пропиленгликоль вызывают высокий уровень биохимической потребности в кислороде (БПК) во время разложения в поверхностных водах. Этот процесс может отрицательно повлиять на водную жизнь, потребляя кислород, необходимый водным организмам для выживания. Большое количество растворенного кислорода (РК) в толще воды потребляется, когда микробные популяции разлагают пропиленгликоль. [13] : 2–23
Некоторые аэропорты перерабатывают использованную противообледенительную жидкость, отделяя воду и твердые загрязнения, что позволяет повторно использовать жидкость в других целях. В других аэропортах есть собственные очистные сооружения и/или они отправляют собранную жидкость на муниципальные очистные сооружения или коммерческие очистные сооружения. [11] : 68–80 [14]
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Мигель Каньедо-Аргуэльес, Бен Дж. Кеффорд, Кристоф Пискар, Нарсис Прата, Ральф Б. Шеферд, Клаус-Юрген Шульце (2013). «Засоление рек: острая экологическая проблема». Загрязнение окружающей среды . 173 : 157–67. дои : 10.1016/j.envpol.2012.10.011 . ПМИД 23202646 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Фишель, Мэрион (2001). Оценка выбранных антиобледенителей на основе обзора литературы . Департамент транспорта Колорадо. OCLC 173668609 .
- ^ Аманда Рабиновиц (25 февраля 2008 г.). «Свекла — часть нового рецепта лечения обледенелых дорог» . Национальное общественное радио .
- ^ Ричард Дж. Бреннан (21 января 2012 г.). «Свекольный сок растапливает лед на зимних дорогах» . Торонто Стар .
- ^ Пост, Рэйчел (3 марта 2014 г.). «Альтернативы соли для борьбы со льдом: сыр, свекла и зола» . Хранитель .
- ^ «О волшебной соли» . 2007. Архивировано из оригинала 5 июня 2009 г.
- ^ «Накопление тепловой энергии в термобанках для обогрева взлетно-посадочной полосы» . ICAX Ltd, Лондон . Проверено 24 ноября 2011 г.
- ^ Носоновский, М.; Хиджази, В. (2012). «Почему супергидрофобные поверхности не всегда ледофобные». АСУ Нано . 6 (10): 8488–8913. дои : 10.1021/nn302138r . ПМИД 23009385 .
- ^ Хиджази, В.; Соболев К.; Носоновский, М.И. (2013). «От супергидрофобности к ледофобности: анализ сил и взаимодействия» . Научные отчеты . 3 : 2194. Бибкод : 2013NatSR...3E2194H . дои : 10.1038/srep02194 . ПМК 3709168 . ПМИД 23846773 .
- ^ Осенне-зимний сезон 2012 г. (Брифинг водителей). Лондон, Великобритания: First Capital Connect. Сентябрь 2012.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Документ технической разработки окончательных руководящих указаний по ограничению выбросов и стандартов эффективности новых источников для категории противообледенительной защиты аэропортов (отчет). Вашингтон, округ Колумбия: Агентство по охране окружающей среды США (EPA). Апрель 2012 г. EPA-821-R-12-005.
- ^ «Правила по борьбе с обледенением сточных вод в аэропортах» . Агентство по охране окружающей среды. 10 февраля 2021 г.
- ^ Оценка воздействия и выгод на окружающую среду для окончательных руководящих принципов и стандартов по ограничению выбросов для категории противообледенительной защиты аэропортов (отчет). Агентство по охране окружающей среды. Апрель 2012 г. EPA-821-R-12-003.
- ^ Том Гибсон (сентябрь 2002 г.). «Пусть ошибки делают свою работу» . Прогрессивный инженер . Архивировано из оригинала 8 февраля 2011 года . Проверено 21 февраля 2011 г.
Внешние ссылки [ править ]
СМИ, связанные с противообледенением самолетов, на Викискладе?
