Όλα όσα πρέπει να γνωρίζετε για το ψυκτικό υγρό

Λειτουργία

Ας ξεκινήσουμε από τη βασική του λειτουργία: ένα ψυκτικό υγρό, όπως υποδηλώνει και το όνομά του, πρέπει να παρέχει ψύξη. Σε ιδανικές συνθήκες, όλη η ενέργεια από την καύση του καυσίμου θα χρησιμοποιούνταν για την κίνηση. Ωστόσο, το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας του καυσίμου μετατρέπεται σε θερμότητα. Ακόμη και τα ηλεκτρικά και υβριδικά οχήματα με μεγάλη μπαταρία παράγουν σημαντική ποσότητα θερμότητας κατά την οδήγηση (εκφόρτιση) και τη φόρτιση. Τα συστήματα αυτά παύουν να λειτουργούν σωστά όταν υπερθερμανθούν, γι’ αυτό και διαθέτουν σύστημα ψύξης.

Εκτός από την απομάκρυνση της θερμότητας, τα ψυκτικά υγρά έχουν και άλλες λειτουργίες, όπως:

• Προστασία από την κατάψυξη.
• Αύξηση του σημείου βρασμού πάνω από τη θερμοκρασία λειτουργίας του συστήματος.
• Προστασία των μετάλλων του συστήματος ψύξης από τη διάβρωση.
• Περιορισμός του σχηματισμού αφρού.

Βασικές αρχές

Η βασική λειτουργία του υγρού, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, είναι η μεταφορά της πλεονάζουσας θερμότητας στο ψυγείο, όπου αυτή αποβάλλεται στον εξωτερικό αέρα. Το νερό είναι εξαιρετικά κατάλληλο για την απορρόφηση και την απομάκρυνση της θερμότητας, όμως έχει το μειονέκτημα ότι παγώνει στους 0°C και βράζει στους 100°C. Επιπλέον, τα μέταλλα και τα άλατα που περιέχονται στο (πόσιμο) νερό επηρεάζουν αρνητικά τα υλικά του συστήματος ψύξης.

Για να ξεπεραστούν αυτά τα μειονεκτήματα του νερού, χρησιμοποιούνται γλυκόλες ως βάση για ένα ψυκτικό υγρό, συνήθως μονοαιθυλενογλυκόλη (MEG). Η μονοπροπυλενογλυκόλη (MPG) χρησιμοποιείται επίσης μερικές φορές ως βάση, όμως η ικανότητά της στη μεταφορά θερμότητας είναι συνήθως ανεπαρκής για κινητήρες εσωτερικής καύσης. Η MPG είναι λιγότερο τοξική και γι’ αυτό χρησιμοποιείται συχνότερα στη βιομηχανία τροφίμων. Μια τρίτη επιλογή είναι τα ψυκτικά υγρά με βάση τη γλυκερόλη, γνωστά και ως προδιαγραφή G13. Αν και η γλυκερόλη είναι πιο φιλική προς το περιβάλλον σε σύγκριση με τη MEG, δεν είναι τόσο εύκολα διαθέσιμη για αυτήν την εφαρμογή, επειδή χρησιμοποιείται επίσης ως πρώτη ύλη στη βιομηχανία καλλυντικών. Η γλυκερόλη αποτελεί υποπροϊόν της παραγωγής βιοκαυσίμων ή μπορεί να προέρχεται από φυτικές πρώτες ύλες.

Σύνθεση

Ένα ψυκτικό υγρό αποτελείται από διάφορα συστατικά, καθώς εκτός από τη μονοαιθυλενογλυκόλη (MEG), απαιτούνται και πρόσθετα που προσδίδουν στο υγρό τις επιθυμητές ιδιότητες (περισσότερα σχετικά με αυτό στη συνέχεια). Ο συνδυασμός MEG και πρόσθετων ονομάζεται αντιψυκτικό ή συμπύκνωμα. Το αντιψυκτικό πρέπει να αραιώνεται με απιονισμένο ή αποσκληρυμένο νερό πριν χρησιμοποιηθεί σε σύστημα ψύξης.

Από το απιονισμένο νερό έχουν αφαιρεθεί μέταλλα, όπως το ασβέστιο, καθώς και άλατα. Οι επικαθίσεις αλάτων εμποδίζουν τη μεταφορά θερμότητας, ενώ τα άλατα μπορούν να προκαλέσουν διάβρωση στα μεταλλικά μέρη του συστήματος.

Μόνο αφού αραιωθεί το αντιψυκτικό προκύπτει ένα έτοιμο προς χρήση ψυκτικό υγρό, γνωστό και ως «Ready-Mix» ή ψυκτικό υγρό. Η ποσότητα του απιονισμένου νερού που χρησιμοποιείται για την αραίωση του αντιψυκτικού καθορίζει το εύρος θερμοκρασιών του μείγματος. Κατά κανόνα, ένα μείγμα 50/50 παρέχει προστασία έως τους -36°C, ενώ ένα μείγμα 40/60 (40% συμπύκνωμα και 60% απιονισμένο νερό) προστατεύει έως τους -26°C. Υψηλότερη συγκέντρωση αντιψυκτικού δεν προσφέρει μεγαλύτερο ή «καλύτερο» εύρος θερμοκρασιών. Επιπλέον, πολύ χαμηλή συγκέντρωση αντιψυκτικού μειώνει τις αντιδιαβρωτικές του ιδιότητες. Ανατρέξτε στο παρακάτω διάγραμμα:

Πρόσθετα

Για να αποκτήσει το ψυκτικό υγρό τις επιθυμητές ιδιότητες, απαιτούνται χημικά πρόσθετα. Τα πρόσθετα χρησιμοποιούνται, μεταξύ άλλων, για την αποτροπή της διάβρωσης, της σπηλαίωσης (δημιουργία και κατάρρευση μικρών φυσαλίδων αέρα που μπορούν να προκαλέσουν ζημιά στην αντλία νερού), των επικαθίσεων και της λάσπης (αδιάλυτα ιζήματα).

Για να αποτρέπεται η δηλητηρίαση σε περίπτωση κατάποσης του ψυκτικού υγρού, προστίθεται πάντοτε πικραντική ουσία. Έτσι, σε περίπτωση απρόβλεπτης διαρροής, οι σκύλοι αποφεύγουν να πιουν το υγρό. Το ίδιο συμβάλλει και στην αποτροπή της κατάποσής του από παιδιά. Τόσο οι άνθρωποι όσο και τα ζώα μπορεί να αρρωστήσουν σοβαρά μετά από κατάποση.

Μπορούμε να δώσουμε στο ψυκτικό υγρό οποιοδήποτε χρώμα με την προσθήκη χρωστικής ουσίας. Αυτό σημαίνει ότι σήμερα δεν μπορεί κανείς να βασιστεί στο χρώμα του υγρού ή σε αυτό που είχε συνηθίσει να χρησιμοποιεί. Με άλλα λόγια, η ποιότητα ενός ψυκτικού υγρού δεν μπορεί να προσδιοριστεί από το χρώμα του.

Επιπλέον, προστίθενται σταθεροποιητές για την αποφυγή καθιζήσεων (συσσώρευση αποθέσεων πυριτικών αλάτων), διασκορπιστικά για την εξασφάλιση συμβατότητας με σκληρό νερό, ρυθμιστές pH για τη διατήρηση της οξύτητας και αντιαφριστικά πρόσθετα, ώστε να παγιδεύεται όσο το δυνατόν λιγότερος αέρας στο υγρό κατά την κυκλοφορία του.

IAT (Inorganic Acid Technology)

Το IAT είναι επίσης γνωστό ως το «συμβατικό» ή «παραδοσιακό» ψυκτικό υγρό. Πρόκειται για το ψυκτικό υγρό με το μικρότερο διάστημα αλλαγής (κάθε 2 χρόνια), συνήθως πράσινου ή μπλε χρώματος.

Για να πληροί τις απαιτήσεις που ίσχυαν παλαιότερα, αυτό το ψυκτικό υγρό περιέχει ανόργανους (μεταλλικούς) αναστολείς, όπως πυριτικά άλατα, νιτρικά, αμίνες, φωσφορικά και/ή βορικά άλατα. Το ψυκτικό υγρό αυτό λειτουργεί δημιουργώντας ένα λεπτό προστατευτικό στρώμα που προστατεύει τα μεταλλικά μέρη του συστήματος. Οι μεταλλικοί αναστολείς που δημιουργούν αυτό το αποτέλεσμα καταναλώνονται με την πάροδο του χρόνου, με αποτέλεσμα μετά από κάποιο διάστημα να μην υπάρχει πλέον δυνατότητα αποκατάστασης αυτού του προστατευτικού στρώματος. Έτσι, το σύστημα γίνεται πιο ευάλωτο.

Το πλεονέκτημα αυτού του ψυκτικού υγρού είναι ότι δρα άμεσα. Το μειονέκτημα όμως είναι ότι η χημική του δράση εξασθενεί σχετικά γρήγορα. Επιπλέον, το προστατευτικό στρώμα λειτουργεί ως μονωτικό, περιορίζοντας σε κάποιο βαθμό τη μεταφορά θερμότητας.

OAT (Organic Acid Technology)

Ένα ψυκτικό υγρό OAT βασίζεται σε γλυκόλη (MEG ή MPG) και οργανικούς αναστολείς διάβρωσης που αποτελούνται από καρβοξυλικά άλατα. Περιέχει 0% ανόργανους (μεταλλικούς) αναστολείς. Οι οργανικοί αναστολείς δρουν επιλεκτικά. Αντί να δημιουργούν ένα προστατευτικό στρώμα σε ολόκληρο το σύστημα, όπως στο IAT, ενεργοποιούνται χημικά μόνο στα σημεία όπου αρχίζει να εμφανίζεται διάβρωση.

Έτσι, η κατανάλωση πρόσθετων είναι σημαντικά μικρότερη σε σύγκριση με ένα IAT. Για τον λόγο αυτό, το διάστημα αλλαγής ενός OAT είναι σημαντικά μεγαλύτερο (long-life).

Μειονέκτημα αποτελεί το γεγονός ότι η προστασία είναι πάντοτε αντιδραστική, επομένως υπάρχει πάντα μια μικρή καθυστέρηση, καθώς πρέπει πρώτα να ξεκινήσει η διάβρωση πριν ενεργοποιηθεί η χημική προστασία.

HOAT (Hybrid Organic Acid Technology)

Σε πολλά ελαφρά μέταλλα, αυτή η περιορισμένη μορφή διάβρωσης που εμφανίζεται με ένα OAT δεν είναι επιθυμητή. Για τον λόγο αυτό αναπτύχθηκε ένα υβριδικό ψυκτικό υγρό, στο οποίο χρησιμοποιούνται τόσο μεταλλικοί αναστολείς από ένα IAT όσο και οργανικοί αναστολείς από ένα OAT. Η βάση είναι ένα OAT, στο οποίο προστίθενται μικρές ποσότητες πυριτικών, βορικών, μολυβδαινικών ή νιτρικών ενώσεων, ανάλογα με την εφαρμογή. Το ψυκτικό υγρό αυτό συνδυάζει τη μεγάλη διάρκεια ζωής (OAT) με την άμεση προστασία (IAT) των δύο τεχνολογιών που αναφέρθηκαν παραπάνω.

Lobrid

Τα Lobrid αποτελούν την πιο πρόσφατη γενιά ψυκτικών υγρών, στην οποία το υβριδικό αποτέλεσμα ενός HOAT έχει προσαρμοστεί ακόμη καλύτερα στις απαιτήσεις της κάθε εφαρμογής. Η ποσότητα των μεταλλικών αναστολέων έχει μειωθεί και χρησιμοποιούνται περισσότεροι οργανικοί αναστολείς, γεγονός που εξηγεί και την ονομασία τους, η οποία προέρχεται από τις λέξεις low και hybrid. Οι μεταλλικοί αναστολείς που χρησιμοποιούνται αναφέρονται συχνά και στην ονομασία του προϊόντος, όπως Si-OAT και P-OAT (πυριτικό ή φωσφορικό OAT) ή ο συνδυασμός τους PSi-OAT.

Battery Electric Vehicles and cooling

Η διαχείριση της θερμότητας σε ένα αμιγώς ηλεκτρικό όχημα (BEV) είναι ιδιαίτερα σημαντική, είτε αφορά τη θερμοκρασία των μπαταριών, του κινητήρα ή των ηλεκτρικών εξαρτημάτων υψηλής ισχύος που χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο του οχήματος. Διακρίνουμε δύο τύπους ψύξης:

• Συμβατική ψύξη της συστοιχίας μπαταριών.
  Μπαταρίες εμβαπτισμένες σε υγρό (immersed battery pack).

Οι μπαταρίες χάνουν χωρητικότητα όταν υπερθερμαίνονται, αλλά και όταν είναι πολύ ψυχρές. Επιπλέον, όταν η θερμοκρασία τους είναι πολύ χαμηλή, δεν μπορούν να φορτιστούν. Σήμερα, η πιο διαδεδομένη λύση εξακολουθεί να είναι η εξωτερική ψύξη της συστοιχίας μπαταριών με συμβατικά ψυκτικά υγρά με βάση τη MEG. Παραδείγματα τέτοιων οχημάτων είναι τα Tesla Model S, Audi e-tron, Mercedes-Benz EQC και BMW i3.

Η τεχνολογία ταχείας φόρτισης αποτελεί βασικό σημείο εξέλιξης για τους κατασκευαστές οχημάτων. Η ταχεία φόρτιση μπορεί να δημιουργήσει πολύ υψηλές θερμοκρασίες. Ήδη κυκλοφορούν στην αγορά οχήματα με ισοδύναμη ταχύτητα φόρτισης έως και 960 km/h, ενώ στο άμεσο μέλλον αναμένονται ταχύτητες που θα ξεπερνούν τα 1.400 km/h. Τέτοιες επιδόσεις είναι δυνατές μόνο με συστοιχίες μπαταριών εμβαπτισμένες σε υγρό, καθώς αυτές μπορούν να ελέγχουν αποτελεσματικά τη θερμοκρασία. Τα υγρά που χρησιμοποιούνται μοιάζουν περισσότερο με υγρά μετασχηματιστών, αλλά έχουν πολύ χαμηλότερο ιξώδες και ονομάζονται επίσης «θερμικά υγρά» ή «διηλεκτρικά υγρά».

Τα θερμικά υγρά έχουν διαφορετικές απαιτήσεις από τα ψυκτικά υγρά για κινητήρες εσωτερικής καύσης που αναφέρθηκαν προηγουμένως. Πρέπει να διαθέτουν υψηλό σημείο ανάφλεξης, να είναι επιβραδυντικά φλόγας και να μην άγουν τον ηλεκτρισμό.

Χρήση

Τώρα που γνωρίζουμε τις διαφορές μεταξύ των τεχνολογιών και την εξέλιξή τους με την πάροδο του χρόνου, προκύπτει το ερώτημα γιατί χρειάζονται τόσα διαφορετικά ψυκτικά υγρά. Θεωρητικά, η ιδανική λύση θα ήταν η χρήση του καλύτερου ψυκτικού υγρού μεγάλης διάρκειας ζωής σε όλα τα συστήματα ψύξης. Στην πράξη όμως αυτό δεν είναι εφικτό. Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί OEM (κατασκευαστές αυτοκινήτων), καθένας με τη δική του φιλοσοφία σχετικά με τους κινητήρες και τα υλικά που χρησιμοποιεί. Οι απαιτήσεις που θέτουν οι OEM για ένα εγκεκριμένο ψυκτικό υγρό καθορίζονται συνήθως σε συγκεκριμένες προδιαγραφές, ώστε το απαιτούμενο υγρό να συμμορφώνεται με μία από τις παραπάνω τεχνολογίες. Για τον λόγο αυτό, συμβουλευτείτε πάντα τον  Σύμβουλο Λιπαντικών της Eurol. Το εργαλείο αυτό θα σας βοηθήσει να επιλέξετε το κατάλληλο υγρό ή ψυκτικό υγρό για την εφαρμογή σας.

Εάν έχετε οποιεσδήποτε άλλες ερωτήσεις, παρακαλούμε επικοινωνήστε μαζί μας. Οι ειδικοί μας θα χαρούν να σας βοηθήσουν.