Millest koosnevad kaasaegsed jahutusvedelikud?




Baasaine - külmumistemperatuuri alandav aine e. edaspidi KTA.

Sisepõlemismootorites kasutatakse endiselt vedelikjahutust. Kuigi ka vesi on iseenesest hea soojuskandja, siis piiratud külmakindluse ja keemistemperatuuri tõttu see mootorite jahutusvedelikuks ei sobi. Seepärast lisatakse veele külmumistemperatuuri alandavat (freezing point depressant) kemikaali (KTA), milleks tänapäeval on valdavalt etüleenglükool (Etaan-1,2-diool, etüleenglükool, monoetüleenglükool, lüh. MEG või EG). Sellest sõltuvad vedeliku olulisemad füüsikalised omadused (soojusjuhtivus, erisoojus, Reinoldsi arv, voolavus, tihedus, viskoossus, külmumistemperatuur, keemistemperatuur jms.).


Lisandid – kemikaalid e. inhibiitorid

Me teame, et vesi põhjustab metallidega kokkupuutes korrosiooni. Kemikaalide reaktiivsuse tõttu võib vee ja kemikaali koosmõju olla veelgi suurem. Sellise lahuse kokkupuutel erinevate metalsete materjalidega tekib iseeneselikult erinevat tüüpi elektrokeemilist korrosiooni nagu nõel- (täpp või auk – ingl. keeles pitting), lõhe- (pilu – inglise keeles crevice), erosioon- või kavitatsioonkorrosioon, kus aktiivsem metall oksüdeerub (loovutab elektrone). Vähemaktiivse metalli pinnal toimub redutseerumine. Taolise ohu vähendamiseks tuleb sellele segule lisada korrosiooni aeglustavaid kemikaale e. inhibiitoreid, mis lisaks metallide kaitsmisele peavad olema inertsed (ei tohi muuta nende omadusi) ka süsteemi mittemetalsete koostisosade suhtes, milleks on elastomeerid ja plastid, mida kasutatakse voolikutes ja tihendites, ning kemikaalide suhtes, mida üha laialdasemalt kasutatakse süsteemi liimühendustes. Lisaks korrosiooni vähendavateel inhibiitoritele läheb vaja ka muid kemikaale, mille ülesanneteks on vähendada kavitatsiooni, piirata vahutamist, stabiliseerida segu jm. ning pigmenti toonimiseks. Kuna jahutusvedeliku koostises olevad kemikaalid teevad süsteemi kaitsmiseks pidevalt aktiivselt tööd, siis uuemates mootorites teevad need seda oluliselt raskemates tingimustes. Lisaks eeldatakse, et need oleksid varasematega võrreldes vastupidavamad ja töötaksid võimalikult kaua. Seetõttu tegelevad keemiafirmad jätkuvalt aktiivsete arendustöödega.


Viimased arengud

KTA osas muutusi eriti pole ja jätkuvalt kasutatakse peamiselt monoetüleenglükooli (MEG). Kuid teatud juhtudel võidakse kasutatakse ka muid alküleenglükoole nagu dietüleenglükool (DEG), propüleenglükool (PG), trietüleenglükool (TEG) jt. Samuti glütserooli, erinevaid alkohole ja nende omavahelisi segusid. Kuna segude puhul on raske määrata selle täpseid füüsikalisi parameetreid, siis nende kasutamisest pigem hoidutakse. Nimelt on üsna keeruline määrata erinevate KTM-de segude puhul olulisi jahutusega seonduvaid parameetreid. See aga mõjutab autotootja projekteeritud mootori seadeid ja komponentide tööreziime, mis seetõttu ei toimi nii nagu vaja. Kui etüleenglükool on KTA-na jahutusvedelike koostises olnud juba aastakümneid, siis inhibiitoritena kasutatavad kemikaalid on viimaste aastatega neis oluliselt muutunud. Autotööstused vajavad võimekamaid jahutusvedelikke, mis sobivad kaasaegsetes mootorites tehtud tehniliste muudatustega. Kemikaalide valikut mõjutavad olemasolevad patendid, keemiafirmade endi arendused (uurimistööd) ja riiklikud tervise- ja keskkonnaametite ning organisatsioonide ettekirjutised, mille eesmärgiks on vähendada kemikaalide kasutamisega kaasnevaid riske inimeste tervisele ning keskkonnale.Globaaliseeruvas maailmas võivad nimetatud nõuded olla regiooniti väga erinevad. Euroopa Liidus mõjutab kemikaalidega seonduvat REACH (lühend sõnadest Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals - kemikaalide registreerimine, hindamine, autoriseerimine ja piiramine.). Kemikaaliohutuse mõistes on EL liidrirollis ja seetõttu siinsed uued jahutusvedelikud on ohutuse ning tehnoloogia seisukohast teiste regioonidega võrreldes arenenumad. Kemikaalide valik ja nende töövõime tagamine on mõjutanud nii inhibiitorite omavahelist segamist, kui ka lähenemist korrosiooni vähendamise tehnoloogiate arendamisele. Kemikaale, mida korrosiooni vähendamiseks võiks kasutada, on palju. Paraku pole olemas ühte universaalset kemikaali, mis pakuks head kaitset kõikidele jahutussüsteemi detailidele. See tähendab, et kui mingi kemikaal töötab efektiivselt ühe materjaliga, siis võib see samaaegselt mõjuda hävitavalt teisele. Ka on erinev nende toime vahelduvatel temperatuurirežiimidel. Seega on siin oluline kemikaalide valik, kogus ja koosmõju. Keemiafirmade arendusosakondade (R&D) ülesanne on teha see õige valik, et jahutusvedelike koostises olevad kemikaalid (inhibiitorid) üksteistega sobiksid, kaitseksid metalli, mille suhtes nad on aktiivsed, oleksid neutraalsed nende suhtes, mida nad ei kaitse ja neutraalsed süsteemi mittemetalsete materjalide suhtes. Arvestadesautotootjate ootusi, on keemiafirmad välja arendanud uued jahutusvedelikud, mille korrosioonikaitse toimib varasematega võrreldes teistmoodi. Hästi lihtsustatult lahti seletades saab korrosioonikaitseks kasutatavat tehnoloogiaid jagada kaheks: pinda katvaks ja pinda ja/või vedelikku passiveerivaks (neutraliseerivaks). Neist pinda katvad inhibiitorid on mineraalset päritolu ja pinda ja/või vedelikku passiveerivad orgaanilist päritolu kemikaalid. Samas on arendusi tehtud ka hübriidtehnoloogia vallas, kus kasutatakse mõlemat tüüpi inhibiitoreid. Üldine trend näitab mineraalsetest inhibiitoritest loobumist ja jõuliselt arendatakse edasi OAT tehnoloogiat (Organic Acid Technology - orgaaniliste hapete tehnoloogia), kuna viimane on tõestanud end efektiivsemana ning need kemikaalid on ohutumad nii tervisele kui keskkonnale.


Mineraalsed inhibiitorid ja tehnoloogia

Mineraalsete korrosioonikaitse inhibiitorite tööprintsiip kujutab endast pinna katmist erinevate korrosiooni takistavate kemikaalidega (nt. boraadid, amiinid, nitritid, nitraadid, fosfaadid, silikaadid jms.). Kui mineraalsed inhibiitorid pinda piisavalt ei kata (nt. kemikaalide degradeerumine e. vananemine, tsirkuleerimise tõttu toimuv kulumine e. erosioon, kemikaalide ebapiisav kogus, kemikaali mittesobivus pinnakattega), hakkab seal arenema korrosioon. Korrodeerudes tekivad süsteemi mehhaanilised osakesed, mis omakorda hakkavad jahutusvedeliku tsirkuleerides süsteemis ringlema ning seda intensiivselt kahjustama. Metalli korrodeerumine halvendab süsteemi soojusvahetust ning põhjustab lekkeid ja ummistusi. Kuna mineraalsete inhibiitorite probleemiks on stabiilsus, sellest põhjustatud ebapiisav soojusvahetus ning suurem tervise- ja keskkonnarisk (võivad moodustuda kantserogeensed ja keskkonnaohtlikud ühendid), siis enamik autotootjaid on amiinide, fosfaatide, nitritite, boraatide jms. lisandite kasutamise jahutusvedelike koostistes kategooriliselt keelustanud. Kuid ka silikaadid võivad olla probleemsed, kuna vananedes moodustub neist silikageel (tekib geeljas e. sültjas kiht), mis saastab süsteemi, vähendab drastiliselt soojusvahetuse efektiivsust ning tekitab ummistusi. Eriti ohtlikud on varasemal tehnoloogial lisatavad silikaadid, mis pole uutes mootorites stabiilsed ning lagunevad neis kiiresti. Seetõttu muutub vanamoodne jahutusvedelik kaasaegsetele mootorile ohtlikuks. Samuti on paljud need lisandid ohtlikud ka inimese tervisele ja keskkonnale.


OAT inhibiitorid ja tehnoloogia

OAT inhibiitorid, milleks on erinevad karboksüülhapped ning nende soolad1) kutsuvad esile metallpinna passiveerumise. Sellise jahutusvedeliku koostises olevad kemikaalide molekulid neutraliseerivad koheselt ja lokaalselt korrosiooni tekkeohu korral toimuma hakkava reaktsiooni ning tagavad jahutusvedeliku keemilise stabiilsuse. See tehnoloogia võimaldab hoida soojusvahetuspinnad puhtana, mis tagab ka efektiivsema soojusvahetuse. Üksteisest erinevaid karboksüülhappeid kasutatakse samuti segudena, et pakkuda kaitset erinevatele materjalidele. Sobivate segude valmistamine on aga väga teadusmahukas ja keeruline protsess. Testid ja katsetused on näidanud, et OAT tehnoloogial valmistatud jahutusvedelikud on võimelised töötama kõrgematel temperatuuridele, on vastupidavad suurele jahutustsüklisusele, ning on ohutumad tervisele ja keskkonnale. Mitte kõik, kuid paremad OAT jahutusvedelikud, võimaldavad saavutada ka pikema vahetusvälba e. pikendavad jahutusvedeliku eluiga.


Hübriid- ja lobriid inhibiitoridja tehnoloogia

Lisaks mineraalsetele ja orgaanilistele tehnoloogiatele on kasutusel ka hübriidtehnoloogial valmistatud jahutusvedelikud, kus on esindatud mõlemat tüüpi lisandid. Levinumad neist on sellised, kus OAT tehnoloogial valmistatud jahutusvedelikele lisatakse täiendavalt vähesel määral mõnda mineraalset inhibiitorit, et võimendada ühte või teist jahutusvedeliku funktsiooni. Vastavalt sellele nimetatakse selliseid jahutusvedelikke täiendava minaraalse lisandi järgi nt. silikaatide lisamise puhul Si-OAT või fosfaadide lisamise puhul POAT tehnoloogial valmistatudeks. Kui mineraalsete inhibiitorite osakaal jääb alla 9% kõikide lisandite osakaalust, nimetatakse seda lobriid (Low Content Hybrid) tehnoloogiaks. Nii ongi uuemad hübriidtehnoloogial valmistatud jahutusvedelikud pigem lobriidsed jahutusvedelikud (näit. Polar G13).


1)Hargnenud- või hargnemata ahelaga alifaatsed või tsükloalifaatsed monokarboksüülhapped, di- või trikarboksüülhapped, kus karboksüülhapped esinevad koostises leelismetallsoolade (Na, K) või amooniumsoolade või asendatud amooniumisoolade kujul. Lisaks võib olla kasutataud täiendavalt orgaanilstes hapetes lahustuvaid magneesiumsooli, hüdrokarbasoole, kvaternseid imidasoole jt.)