Противообледенение — это процесс удаления снега , льда или инея с поверхности. Противообледенение — это нанесение химикатов, которые не только удаляют лед, но и остаются на поверхности и продолжают задерживать повторное образование льда в течение определенного периода времени или предотвращают прилипание льда, облегчая механическое удаление.
Удаление льда может осуществляться механическими методами (соскребанием, проталкиванием); путем применения тепла ; путем использования сухих или жидких химикатов, предназначенных для понижения точки замерзания воды (различные соли или рассолы , спирты , гликоли ); или путем сочетания этих различных методов.
В 2013 году для борьбы с обледенением дорог в Северной Америке было использовано около 14 миллионов тонн соли. [1]
Традиционно противогололедная обработка дорог производилась с помощью соли, которую разбрасывали снегоочистители или самосвалы, предназначенные для ее разбрасывания, часто в смеси с песком и гравием , на скользких дорогах. Обычно используется хлорид натрия (каменная соль), так как он недорогой и легкодоступный в больших количествах. Однако, поскольку соленая вода все еще замерзает при температуре -18 °C (0 °F), она бесполезна, когда температура опускается ниже этой точки. Она также имеет тенденцию вызывать коррозию , ржавея сталь , используемую в большинстве транспортных средств, и арматуру в бетонных мостах. В зависимости от концентрации она может быть токсичной для некоторых растений и животных [2] , и в результате некоторые городские районы отказались от нее. Более поздние снеготаяльщики используют другие соли, такие как хлорид кальция и хлорид магния , которые не только понижают точку замерзания воды до гораздо более низкой температуры, но и вызывают экзотермическую реакцию . Они несколько безопаснее для тротуаров , но излишки все равно следует удалять.
Совсем недавно были разработаны органические соединения, которые уменьшают экологические проблемы, связанные с солями, и имеют более длительные остаточные эффекты при нанесении на дороги, обычно в сочетании с солевыми рассолами или твердыми веществами. Эти соединения часто образуются как побочные продукты сельскохозяйственных операций, таких как очистка сахарной свеклы или процесс дистилляции , в результате которого получается этанол . [3] [4] Другие органические соединения - это древесная зола и соль для борьбы с обледенением, называемая ацетатом кальция и магния, изготавливаемая из придорожной травы или даже кухонных отходов. [5] Кроме того, смешивание обычной каменной соли с некоторыми органическими соединениями и хлоридом магния приводит к получению материалов, которые эффективны как при гораздо более низких температурах (-34 °C (-29 °F)), так и при более низких общих скоростях нанесения на единицу площади. [6]
Солнечные дорожные системы использовались для поддержания поверхности дорог выше точки замерзания воды. Массив труб, встроенных в поверхность дороги, используется для сбора солнечной энергии летом, передачи тепла в тепловые банки и возврата тепла на дорогу зимой для поддержания 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 этот метод все еще находится в стадии разработки. [9]
Поезда и стрелочные переводы в арктических регионах могут иметь значительные проблемы с образованием снега и льда. Им нужен постоянный источник тепла в холодные дни для обеспечения функциональности. В поездах в первую очередь обогреватели для борьбы с обледенением требуются тормозам , подвеске и сцепкам . На рельсах в первую очередь обогрев стрелочных переводов чувствителен к льду. Мощные электрические нагреватели предотвращают образование льда и быстро растапливают любой образующийся лед.
Нагреватели предпочтительно изготавливать 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. [10]
На земле, когда есть морозные условия и осадки , обычно практикуется удаление льда с самолета. Замерзшие загрязняющие вещества нарушают аэродинамические свойства транспортного средства. Кроме того, оторвавшийся лед может повредить двигатели.
Методы наземной борьбы с обледенением включают в себя:
Лед может накапливаться на самолете во время полета из-за атмосферных условий, что может привести к потенциальному ухудшению летных характеристик. Крупные коммерческие самолеты почти всегда имеют бортовые системы защиты от льда, чтобы сбрасывать нарастающий лед и предотвращать повторное его образование. Системы защиты от льда становятся все более распространенными и на небольших самолетах гражданской авиации.
Системы защиты от обледенения обычно используют один или несколько из следующих подходов:
Операции по удалению льда с покрытия аэропортов ( 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 хлорида (например, соль ) не используются в аэропортах из-за их коррозионного воздействия на самолеты и другое оборудование. [11] : 34–35
Смеси мочевины также использовались для удаления льда с тротуаров из-за их низкой стоимости. Однако мочевина является значительным загрязнителем водных путей и дикой природы, поскольку она распадается на аммиак после применения, и ее использование в аэропортах США в значительной степени было прекращено. В 2012 году Агентство по охране окружающей среды США (EPA) запретило использование противообледенителей на основе мочевины в большинстве коммерческих аэропортов. [12]
Водные агитаторы — это электродвигатели, помещенные под воду, которые поднимают более теплую воду и перемешивают ею поверхность, чтобы размораживать водные структуры на реках и озерах при минусовых температурах. Существуют также агитаторы-барботеры, которые используют сжатый воздух , проходящий через шланг и выпускаемый для перемешивания воды. [13]
Все химические антиобледенители имеют общий рабочий механизм: они химически предотвращают связывание молекул воды выше определенной температуры, 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 сильную плавящую способность. В следующем списке приведены наиболее часто используемые антиобледенительные химикаты и их типичная химическая формула .
Противообледенительные соли, такие как хлорид натрия или хлорид кальция, выщелачиваются в природные воды, сильно влияя на их соленость. [1]
Известно, что этиленгликоль и пропиленгликоль оказывают высокий уровень биохимической потребности в кислороде (БПК) во время разложения в поверхностных водах. Этот процесс может неблагоприятно влиять на водную жизнь, потребляя кислород, необходимый водным организмам для выживания. Большие количества растворенного кислорода (РК) в толще воды потребляются, когда микробные популяции разлагают пропиленгликоль. [14] : 2–23
Некоторые аэропорты перерабатывают использованную противообледенительную жидкость, отделяя воду и твердые загрязняющие вещества, что позволяет повторно использовать жидкость в других целях. Другие аэропорты имеют собственные очистные сооружения и/или отправляют собранную жидкость на муниципальную очистную станцию или коммерческую очистную станцию. [11] : 68–80 [15]
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
Медиа, связанные с De-icing of aircraft на Wikimedia Commons