Противообледенительная обработка - это процесс удаления снега , льда или инея с поверхности. Под антиобледенением понимается применение химикатов, которые не только удаляют лед, но и остаются на поверхности и продолжают задерживать преобразование льда в течение определенного периода времени или предотвращают налипание льда, чтобы облегчить механическое удаление.
Подходы [ править ]
Противообледенительная обработка может производиться механическими методами (соскабливанием, проталкиванием); за счет применения тепла ; с использованием сухих или жидких химикатов, предназначенных для понижения точки замерзания воды (различные соли или рассолы , спирты , гликоли ); или комбинацией этих различных методов.
Поезда и стрелочные переводы [ править ]
Поезда и стрелочные переводы в арктических регионах имеют большие проблемы с накоплением снега и льда. Им нужен постоянный источник тепла в холодные дни для обеспечения функциональности. В поездах обогреватели для защиты от обледенения требуются в первую очередь тормозам , подвеске и сцепным устройствам . На рельсах в первую очередь чувствительны к обледенению выключатели. Эти мощные электрические нагреватели эффективно предотвращают образование льда и быстро растапливают образующийся лед.
Нагреватели предпочтительно изготовлены из материала PTC, например резины PTC , чтобы избежать перегрева и потенциального разрушения нагревателей. Эти нагреватели являются самоограничивающимися и не требуют регулирующей электроники; они не могут перегреваться и не требуют защиты от перегрева. [1]
Самолет [ править ]
На земле, когда есть заморозки и осадки , обычно практикуется противообледенительная обработка самолетов. Замерзшие загрязнения ухудшают аэродинамические свойства автомобиля. Кроме того, выбитый лед может повредить двигатели.
Жидкости для защиты от обледенения обычно состоят из водно- гликолевого раствора, содержащего краситель и средства для защиты поверхности металла. Используется ряд гликолей. Загустители также используются для прилипания антиобледенителя к корпусу самолета. [2] : 43 Жидкости на основе этиленгликоля (EG) все еще используются для борьбы с обледенением самолетов в некоторых частях мира, поскольку они имеют более низкую рабочую температуру (LOUT), чем пропиленгликоль (PG). Однако PG более распространен, потому что он менее токсичен, чем этиленгликоль. [3] : 2–29 [4]
При нанесении большая часть противообледенительной жидкости не прилипает к поверхности самолета и падает на землю. [2] : 101 Аэропорты обычно используют системы сдерживания для улавливания использованной жидкости, чтобы она не просачивалась в землю и водоемы. Несмотря на то, что PG классифицируется как нетоксичный, он загрязняет водные пути, поскольку при разложении потребляет большое количество кислорода, вызывая удушение водных организмов. ( См. Воздействие на окружающую среду и смягчение последствий .)
Защита от обледенения с помощью инфракрасного обогрева [ править ]
Прямой инфракрасный обогрев также был разработан как метод защиты от обледенения самолетов. Этот механизм теплопередачи значительно быстрее, чем обычные режимы теплопередачи, используемые при обычном противообледенительном режиме (конвекция и теплопроводность), из-за охлаждающего воздействия воздуха на распыляемую противообледенительную жидкость.
Одна инфракрасная противообледенительная система требует, чтобы процесс обогрева происходил внутри специально построенного ангара. Эта система вызвала ограниченный интерес среди операторов аэропортов из-за требований к помещению и материально-техническому обеспечению ангара. В Соединенных Штатах этот тип инфракрасной противообледенительной системы использовался в ограниченном объеме в двух крупных узловых аэропортах и одном небольшом коммерческом аэропорту. [2] : 80–81 [5]
В другой инфракрасной системе используются мобильные обогреватели, устанавливаемые на грузовиках, для которых не требуются ангары. [6] Производитель заявляет, что система может использоваться как для самолетов с неподвижным крылом, так и для вертолетов, хотя он не привел никаких примеров ее использования на коммерческих самолетах. [7]
Тротуар в аэропорту [ править ]
Операции по борьбе с обледенением покрытия аэропорта ( взлетно-посадочные полосы , рулежные дорожки , перроны , мосты рулежных дорожек ) могут включать 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. [2] : 34–35
Смеси карбамида также использовались для борьбы с обледенением дорожного покрытия из-за их низкой стоимости. Однако мочевина является значительным загрязнителем водных путей и диких животных, 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 карбамида в большинстве коммерческих аэропортов. [8]
Дороги [ править ]
В 2013 году для борьбы с обледенением дорог в Северной Америке было использовано около 14 миллионов тонн соли. [9]
Для борьбы с обледенением дорог традиционно используется соль, которую разбрасывают снегоочистителями или самосвалами, предназначенными для разбрасывания соли , часто смешанной с песком и гравием , по скользким дорогам. Обычно используется хлорид натрия (каменная соль), поскольку он недорогой и легко доступен в больших количествах. Однако, поскольку соленая вода все еще замерзает при -18 ° C (0 ° F), это не поможет, когда температура упадет ниже этой точки. Она также имеет сильную тенденцию вызывать коррозии , ржавчины на сталь , используемую в большинстве транспортных средств и арматурыв бетонных мостах. В зависимости от концентрации он может быть токсичным для некоторых растений и животных, в результате чего некоторые городские районы покинули его. Более позднее snowmelters использовать другие соли, такие как хлорид кальция и хлорид магния , который не только угнетает точку замерзания воды до гораздо более низкой температуры, но и производит экзотермическую реакцию . Они несколько безопаснее для тротуаров , но излишки все же следует удалить.
Совсем недавно были разработаны органические соединения, которые уменьшают экологические проблемы, связанные с солями, и имеют более длительные остаточные эффекты при распространении по дорогам, обычно в сочетании с соляными растворами или твердыми веществами. Эти соединения часто образуются как побочные продукты сельскохозяйственных операций, таких как очистка сахарной свеклы или процесс дистилляции, в результате которого производится этанол . [10] [11] Другими органическими соединениями являются древесная зола и соль для борьбы с обледенением, называемая ацетатом кальция и магния, полученная из придорожной травы или даже кухонных отходов. [12]Кроме того, смешивание каменной соли с некоторыми органическими соединениями и хлоридом магния приводит к намазываемым материалам, которые эффективны как при гораздо более низких температурах (-34 ° C или -29 ° F), так и при более низких общих скоростях укрытия на единицу площади. . [13]
Солнечные дорожные системы использовались для поддержания поверхности дорог выше точки замерзания воды. Массив труб, встроенных в дорожное покрытие, используется для сбора солнечной энергии летом, передачи тепла тепловым берегам и возврата тепла дороге зимой для поддержания температуры поверхности выше 0 ° C (32 ° F). [14] 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, ведущего к ледофобности . Однако не всякая супергидрофобная поверхность является ледофобной [15], и метод все еще находится в стадии разработки. [16]
Химические антиобледенители [ править ]
Все химические антиобледенители имеют общий рабочий механизм: они химически предотвращают связывание молекул воды при температуре выше определенной, которая зависит от концентрации. Эта температура ниже 0 ° C, точки замерзания чистой воды ( понижение точки замерзания ). Иногда происходит экзотермическая реакция растворения, которая обеспечивает еще более высокую способность плавления. В следующих списках приведены наиболее часто используемые химические вещества для борьбы с обледенением и их типичная химическая формула .
- Неорганические соли
- Хлорид натрия (NaCl или поваренная соль ; наиболее распространенный антиобледенительный химикат)
- Хлорид магния ( MgCl
2, часто добавляют в соль, чтобы снизить ее рабочую температуру) - Хлорид кальция ( CaCl
2, часто добавляют в соль, чтобы снизить ее рабочую температуру) - Хлорид калия (KCl)
- Органические соединения
- Ацетат кальция и магния ( CaMg
2(CH
3COO)
6) - Ацетат калия ( CH
3ПРИГОТОВЛЕНИЕ ) - Формиат калия ( CHO
2K ) - Формиат натрия (HCOONa)
- Формиат кальция ( Ca (HCOO)
2) - Мочевина ( CO (NH
2)
2), обычное удобрение - Побочные продукты сельского хозяйства (обычно используются в качестве добавок к хлориду натрия )
- Спирты , диолы и полиолы
(это антифризы и практически не используются на дорогах)
- Метанол ( CH
4O ) - Этиленгликоль ( C
2ЧАС
6О
2) - Пропиленгликоль ( C
3ЧАС
8О
2) - Глицерин ( C
3ЧАС
8О
3)
Типы жидкостей [ править ]
Существует несколько типов противообледенительной жидкости для самолетов, которые делятся на две основные категории:
- Жидкости для защиты от обледенения: подогретый гликоль, разбавленный водой для удаления льда и снега / инея, также называемые ньютоновскими жидкостями (из-за их вязкости, аналогичной воде)
- Противообледенительные жидкости: ненагретые, неразбавленные жидкости на основе пропиленгликоля, которые были загущены (представьте, что желатин наполовину застыл), также называемые неньютоновскими жидкостями (из-за их характерной вязкой текучести), применяемые для замедления будущего образования льда или чтобы предотвратить накопление падающего снега или мокрого снега. Жидкости для защиты от обледенения обеспечивают временную защиту от образования льда, когда самолет неподвижен на земле. Однако под воздействием силы сдвига, такой как поток воздуха по поверхности жидкости, когда самолет ускоряется для взлета, вся реология жидкости изменяется, и она становится значительно тоньше, стекая, оставляя чистую и гладкую аэродинамическую поверхность крыла.
В некоторых случаях на самолет наносят жидкости обоих типов, сначала нагретую смесь гликоля и воды для удаления загрязнений, а затем ненагретую загущенную жидкость для предотвращения образования льда перед взлетом самолета. Это называется «двухэтапной процедурой». [ необходима цитата ]
Жидкость для удаления льда на основе метанола в течение многих лет применялась для удаления льда с небольших поверхностей крыльев и хвостового оперения малых и средних самолетов авиации общего назначения и обычно наносится с помощью небольшого ручного распылителя. Метанол может удалить только иней и легкий грунтовый лед перед полетом.
Моноэтилен, диэтилен и пропиленгликоль являются негорючими нефтепродуктами, и аналогичные продукты чаще всего встречаются в автомобильных системах охлаждения. Гликоль обладает очень хорошими противообледенительными свойствами, и его авиационный сорт обозначается как SAE / ISO / AEA Type I (AMS 1424 или ISO 11075). его обычно наносят на загрязненные поверхности, разбавленные водой при температуре 95 градусов по Фаренгейту (35 ° C) с помощью сборщика вишен на грузовике, содержащем от 1500 до 2000 галлонов США (от 5680 до 7570 л ; от 1250 до 1670 имп галлонов ) для съезда с трапа или выезда. приложение точки входа на взлетно-посадочную полосу. Окрашенная в цвет жидкость является предпочтительной, поскольку визуальным наблюдением можно легко подтвердить, что самолет получил применение для удаления льда. Стокжидкости Типа I, кажется, превращает слякоть в розовый оттенок, отсюда и термин «розовый снег». В остальном все жидкости типа I оранжевые.
В 1992 году Завод Мертвого моря начал продавать антиобледенитель на основе солей и минералов Мертвого моря . [17]
Борьба с обледенением самолетов [ править ]
Пневматические системы [ править ]
В полете наросты льда чаще всего возникают на передних кромках крыльев, хвостовой части и двигателей (включая гребные винты или лопасти вентилятора). На низкоскоростных самолетах часто используются пневматические противообледенительные башмаки на передних кромках крыльев и хвостовой части для борьбы с обледенением в полете. Резиновые покрытия периодически надуваются, в результате чего лед трескается и отслаивается. Как только система активируется пилотом, цикл надувания / спуска регулируется автоматически. В прошлом считалось, что такие системы можно разрушить, если их преждевременно надуть; если пилот не позволил сформироваться довольно толстому слою льда перед накачиванием ботинок, ботинки просто образовали бы зазор между передней кромкой и образовавшимся льдом. Недавние исследования показывают, что в современных ботинках «перемычки» не происходит. [18]
Электрические системы [ править ]
В некоторых самолетах могут также использоваться резистивные элементы с электрическим нагревом, встроенные в резиновый лист, приклеенный к передним краям крыльев и хвостовых поверхностей, передним краям винта и передним краям лопастей винта вертолета . Эта противообледенительная система была разработана компанией United States Rubber Company в 1943 году. [19] Такие системы обычно работают непрерывно. При обнаружении льда они сначала работают как противообледенительные системы, а затем как противообледенительные.системы для продолжения полета в условиях обледенения. В некоторых самолетах используются химические противообледенительные системы, которые закачивают антифриз, такой как спирт или пропиленгликоль, через небольшие отверстия в поверхности крыла и в основании лопастей винта, плавя лед и делая поверхность непригодной для образования льда. Четвертая система, разработанная НАСА , обнаруживает лед на поверхности, обнаруживая изменение резонансной частоты. После того, как электронный модуль управления определил, что лед образовался, в преобразователи закачивается большой всплеск тока, чтобы вызвать резкий механический удар, растрескивая слой льда и заставляя его отслаиваться потоком проскальзывания.
Системы удаления воздуха [ править ]
Многие современные гражданские транспортные самолеты с неподвижным крылом используют противообледенительные системы на передней кромке крыльев, воздухозаборниках и датчиках данных о воздухе, использующих теплый воздух. Он отводится от двигателей и направляется в полость под поверхностью для защиты от обледенения. Теплый воздух нагревает поверхность до температуры на несколько градусов выше 0 ° C (32 ° F), предотвращая образование льда. Система может работать автономно, включаться и выключаться при входе и выходе самолета в условия обледенения.
Воздействие на окружающую среду и смягчение его последствий [ править ]
Антиобледенительные соли, такие как хлорид натрия или хлорид кальция, проникают в природные воды, сильно влияя на их соленость. [9]
Этиленгликоль и пропиленгликоль, как известно, 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. Когда популяции микробов разлагают пропиленгликоль, расходуются большие количества растворенного кислорода (DO) в водной толще . [3] : 2–23
Достаточные уровни растворенного кислорода в поверхностных водах имеют решающее значение для выживания рыб, макробеспозвоночных и других водных организмов. Если концентрация кислорода падает ниже минимального уровня, организмы эмигрируют, если это возможно и возможно, в районы с более высоким уровнем кислорода или в конечном итоге умирают. Этот эффект может резко сократить количество пригодной для использования водной среды обитания. Снижение уровней DO может уменьшить или устранить популяции донных кормушек , создать условия, способствующие изменению видового профиля сообщества или изменить критические взаимодействия трофической сети . [3] : 2–30
В одном случае сильный снегопад в Атланте в начале января 2002 года вызвал переполнение такой системы, на короткое время загрязнив реку Флинт ниже по течению от аэропорта Атланты .
Некоторые аэропорты перерабатывают использованную жидкость для удаления льда, отделяя воду и твердые загрязнители, что позволяет повторно использовать жидкость в других приложениях. В других аэропортах есть собственные очистные сооружения для сточных вод, и / или собранные жидкости отправляют на муниципальные очистные сооружения или коммерческие очистные сооружения. [2] : 68–80 [20]
Токсичность жидкостей для защиты от обледенения - еще одна проблема для окружающей среды, и в настоящее время ведутся исследования для поиска менее токсичных (то есть не на основе гликоля) альтернатив. [21] [22]
См. Также [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы, связанные с противообледенительной обработкой самолетов . |
- Атмосферное обледенение
- Система защиты от обледенения
- Ледофобия
- Трубка Пито
- Пито-статическая система
Ссылки [ править ]
- ↑ Осенний и зимний сезон 2012 г. (Брифинг для водителей). Лондон, Великобритания: First Capital Connect. Сентябрь 2012 г.
- ^ a b c d e Документ о технической разработке окончательных руководящих указаний по ограничению сбросов и Стандартов производительности новых источников для категории защиты от обледенения в аэропортах (отчет). Вашингтон, округ Колумбия: Агентство по охране окружающей среды США (EPA). Апрель 2012 г. EPA-821-R-12-005.
- ^ a b c Оценка воздействия на окружающую среду и выгод для окончательных руководящих принципов и стандартов по ограничению сточных вод для категории по борьбе с обледенением в аэропортах (отчет). EPA. Апрель 2012 г. EPA-821-R-12-003.
- ^ Stefl, Барбара А .; Джордж Кэтлин F. (2014), "Антифризы и жидкости антиобледенительные", Kirk-Othmer Энциклопедия химической технологии , Нью - Йорк: John Wiley, DOI : 10.1002 / 0471238961.0114200919200506.a01.pub2 , ISBN 9780471238966
- ^ Розенлоф, Ким (2013-10-02). «Инфракрасный антиобледенитель ускоряет процесс и снижает затраты» . Авиационные международные новости в Интернете . Мидленд-Парк, штат Нью-Джерси.
- ↑ APS Aviation, Inc. (декабрь 1998 г.). Устранение обледенения с помощью мобильной инфракрасной системы (отчет). Монреаль, Квебек.Отчет подготовлен для Transport Canada .
- ^ "Система противообледенения самолета Ice Cat" . Боннер Спрингс, Канзас: Trimac Industries. 2004. Архивировано из оригинала на 2016-06-20 . Проверено 29 мая 2016 .
- ^ "Руководство по борьбе с обледенением сточных вод в аэропорту" . EPA. 2016-04-21.
- ^ a b Мигель Каньедо-Аргуэльес, Бен Дж. Кеффорд, Кристоф Пискарт, Нарсис Прата, Ральф Б. Шеферд, Клаус-Юрген Шульце (2013). «Засоление рек: актуальная экологическая проблема». Загрязнение окружающей среды . 173 : 157–67. DOI : 10.1016 / j.envpol.2012.10.011 . PMID 23202646 . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
- ↑ Аманда Рабиновиц (25 февраля 2008 г.). «Свекла - часть нового рецепта для обработки ледяных дорог» . Национальное общественное радио .
- ↑ Ричард Дж. Бреннан (21 января 2012 г.). «Свекольный сок растапливает лед с зимних дорог» . Торонто Стар .
- ^ Альтернативы соли для борьбы со льдом: сыр, свекла и зола.
- ^ «О волшебной соли» . 2007. Архивировано из оригинала на 2009-06-05.
- ^ "Накопление тепловой энергии в термобанках для обогрева взлетно-посадочной полосы" . ICAX Ltd, Лондон . Проверено 24 ноября 2011 .
- ^ Носоновский, М .; Хиджази, В. (2012). «Почему супергидрофобные поверхности не всегда ледофобны». САУ Нано . 6 (10): 8488–8913. DOI : 10.1021 / nn302138r . PMID 23009385 .
- ^ Hejazi, V .; Соболев, К .; Носоновский М.И. (2013). «От супергидрофобности к ледофобии: анализ сил и взаимодействия» . Научные отчеты . 3 : 2194. Bibcode : 2013NatSR ... 3E2194H . DOI : 10.1038 / srep02194 . PMC 3709168 . PMID 23846773 .
- ^ Продукт Мертвого моря тает снег. (Компаунд для таяния снега на рынках Dead Sea Works)
- ^ aopa.org pdf файл. Архивировано 2 февраля 2007 г. в Wayback Machine.
- ^ "De-Icer для пропеллера самолета сделан из электрической резины" Popular Mechanics , декабрь 1943 г.
- ↑ Том Гибсон (сентябрь 2002 г.). «Пусть ошибки сделают работу» . Прогрессивный инженер . Архивировано из оригинала 8 февраля 2011 года . Проверено 21 февраля 2011 года .
- ^ Федеральное управление гражданской авиации США. Программа совместных исследований аэропортов (апрель 2010 г.). «Альтернативные антиобледенительные составы для самолетов и тротуаров и составы для защиты от обледенения с улучшенными экологическими характеристиками». Дайджест результатов исследования 9.
- ^ SAE International (2011). «Проблемы и испытания жидкостей для борьбы с обледенением самолетов, не содержащих гликоля». Архивировано 2 февраля 2013 г. в Wayback Machine doi : 10.4271 / 2011-38-0058.
