Nemrznoucí kapalina: proč nezamrzá a proč 50:50
Nemrznoucí kapalina nezamrzá, protože glykol rozpuštěný ve vodě snižuje teplotu, při které voda tuhne. Směs vody a etylenglykolu v poměru 50:50 podle technických tabulek začíná tvořit led až zhruba při minus 34 až minus 37 stupních. Čistý glykol je přitom horší: sám tuhne už při asi minus 13 stupních.
Ve zkratce
- Glykol brání vodě vytvořit uspořádaný led, proto směs tuhne při nižší teplotě než čistá voda.
- Nejnižší bod tuhnutí leží kolem 60 procent glykolu, čistý etylenglykol tuhne při minus 13 stupních.
- Poměr 50:50 je dohoda mezi mrazuvzdorností a odvodem tepla.
- Propylenglykol chrání o málo hůř než etylenglykol, ale je méně toxický.
- Před glykolem se používal hlavně methanol, který se odpařoval.
- Barva neurčuje typ, rozhoduje specifikace výrobce vozu.
- Etylenglykol je při požití jedovatý a chutná sladce, proto patří do původní označené nádoby.
Proč se do chladiče nedává čistá voda
Voda při tuhnutí zvětšuje objem asi o devět procent, uvádí výukové materiály Lunar and Planetary Institute. Led v uzavřeném prostoru proto nemá kam ustoupit a láme to, co mu stojí v cestě. V chladicím okruhu to může poškodit chladič i další části, kudy kapalina proudí.
Řešením je přidat do vody látku, která mrazuvzdornost zvýší. Podle chemiků jde o takzvanou koligativní vlastnost: bod tuhnutí klesá podle počtu rozpuštěných částic, ne podle toho, o jakou látku jde. Glykol je vhodný z praktických důvodů. S vodou se mísí v jakémkoli poměru, vře při 197 stupních a odpařuje se mnohem hůř než alkohol, uvádí technický článek o chemii nemrznoucích kapalin.
Co se děje při ochlazování
Technická zpráva NASA popisuje, že roztoky s podílem glykolu do asi 58 procent hmotnosti začnou při bodu tuhnutí vytvářet krystaly ledu a vznikne řídká kaše. Bod tuhnutí neznamená pevný blok, ale první led. Technické přehledy proto upozorňují, že se roztok nemá provozovat těsně u této hranice.
Proč čistý glykol mrzne hůř než směs
Nejpřekvapivější fakt celého tématu je, že víc glykolu neznamená vždy nižší teplotu tuhnutí. Křivka klesá jen do určitého podílu a pak zase stoupá. Na jedné straně, při nízkém podílu glykolu, tuhne z roztoku voda jako led. Na druhé straně, při vysokém podílu, se jako první vylučují krystaly samotného glykolu. Mezi tím leží eutektická oblast, kde je bod tuhnutí nejnižší.
Zpráva NASA řadí eutektickou směs etylenglykolu s vodou do rozmezí 58 až 80 procent glykolu podle hmotnosti. Tabulky ukazují minimum zhruba u 60 procent a technický článek o chemii nemrznoucích kapalin uvádí, že nad asi 70 procent bod tuhnutí stoupá.
| Podíl etylenglykolu (objemově) | Bod tuhnutí |
|---|---|
| 0 % (čistá voda) | 0 °C |
| 20 % | -7,9 °C |
| 30 % | -13,7 °C |
| 40 % | -23,5 °C |
| 50 % | -36,8 °C |
| 60 % | -52,8 °C |
| 80 % | asi -46 °C |
| 90 % | asi -30 °C |
| 100 % | -12,8 °C |
Údaje pocházejí z technického přehledu pro projektanty. Tabulka k přístrojům na měření hustoty počítá podíl na hmotnost: 50 procent tuhne při minus 33,8 a 60 procent při minus 49,3 stupně. Rozdíl dělá jiný základ, hmotnost místo objemu.
Proč se nevyplatí jít k maximu
Technické přehledy uvádějí, že roztok glykolu má nižší měrné teplo než voda, takže stejný objem kapaliny odvede méně tepla. Poměr 50:50 se proto uvádí jako nejlepší kompromis mezi mrazuvzdorností, ochranou proti varu a přenosem tepla. Bod varu roste s podílem glykolu a přetlak v uzavřeném systému ho zvyšuje ještě dál. O přehřátí motoru píše text o přehřátí motoru v koloně.
Prodávaný koncentrát není čistý glykol. Podle technického článku tvoří většinu etylenglykol, zbytek jsou voda a inhibitory koroze. Neředěný koncentrát je proto horší volba než správně naředěná směs. Na ředění se uvádí destilovaná voda, voda z kohoutku obsahuje minerály a chlor.
Etylenglykol a propylenglykol
Etylenglykol je v automobilech nejběžnější, propylenglykol méně toxická alternativa. Technické přehledy uvádějí, že etylenglykol se nemá používat tam, kde hrozí únik do pitné vody nebo potravinářských zařízení, a v potravinářství se proto volí propylenglykol.
| Vlastnost | Etylenglykol | Propylenglykol |
|---|---|---|
| Bod tuhnutí roztoku 50 % objemově | asi -37 °C | asi -33 až -34 °C |
| Toxicita při požití | jedovatý | podstatně nižší |
| Typické použití | chladiče vozidel | potravinářství, kde hrozí kontakt |
Rozdíl v účinnosti je malý, ale reálný. Technický článek o alternativních glykolech uvádí, že padesátiprocentní směs propylenglykolu tuhne asi při minus 28 °F, etylenglykolu při minus 34 °F, tedy zhruba minus 33 a minus 37 stupňů Celsia. Tabulky pro měření hustoty jsou pro oba glykoly oddělené, protože stejné procento dává jinou hustotu.
Od alkoholu ke glykolu: stručná historie
Před glykolem se motory chránily alkoholem, převážně methanolem. Methanol sice snižoval bod tuhnutí, ale vypařoval se z odvětrávaných chladičů a musel se doplňovat. Podle technického textu výrobce kapalin navíc vařil při nižší teplotě než voda, takže v létě hrozilo vykypění.
Glykol nastoupil v polovině dvacátých let dvacátého století. Podle encyklopedie Západní Virginie se výroba etylenglykolové nemrznoucí kapaliny rozběhla v roce 1925 a jako automobilová nemrznoucí přísada se podle technického článku použil poprvé v roce 1926. Jeho přednost byla v tom, že se na rozdíl od methanolu z chladiče téměř neztrácel.
Zima zkouší auto i jinde, jak ukazují texty o jízdě v zimě a o zimních pneumatikách v Evropě.
Barva, ostřikovače a skladování
Barva není specifikace
Barva pomáhá rozlišit produkty. O složení však sama spolehlivě nerozhoduje. Technický článek o chemii nemrznoucích kapalin uvádí, že barva nemá žádný vliv na vlastnosti chladicí kapaliny, a prodejci kapalin se shodují, že barva není spolehlivým ukazatelem složení. Správný typ určuje specifikace v návodu k vozu.
Ostřikovače jsou jiný okruh
Kapaliny do ostřikovačů bývají na bázi vody a alkoholu, zatímco do chladiče patří glykol s inhibitory koroze. V Evropské unii omezuje nařízení Evropské komise o chemických látkách methanol v kapalinách do ostřikovačů prodávaných veřejnosti na méně než 0,6 procenta hmotnosti, protože docházelo k otravám. Obě kapaliny proto nejsou zaměnitelné. Zimu řeší i další části auta, třeba autobaterie se start-stop systémem nebo kapalina AdBlue.
Bezpečné skladování
Etylenglykol je bez zápachu, ale má sladkou chuť, a nemrznoucí kapalina bývá navíc výrazně obarvená. Americké Centrum pro kontrolu nemocí proto uvádí, že k náhodnému požití může dojít právě kvůli sladké chuti a barvě, a že velké množství může způsobit vážné onemocnění nebo smrt. Praktický důsledek je jednoduchý: uchovávat ji v původní označené nádobě mimo dosah dětí a zvířat.
Šest tvrzení o nemrznoucí kapalině, která neplatí
- Barva prozradí typ. Barva slouží k rozlišení, ne k určení chemie. Rozhoduje specifikace v návodu k vozu.
- Čím víc glykolu, tím větší ochrana. Nad zhruba 70 procent se bod tuhnutí zase zvyšuje a čistý etylenglykol tuhne při minus 13 stupních.
- Pod bodem tuhnutí kapalina ztuhne na kámen. Nejdřív se vytvoří kaše z krystalů ledu, proto se roztok nemá provozovat těsně u své hranice.
- Propylenglykol a etylenglykol jsou totéž. Liší se mírou ochrany i toxicitou a přístroje na měření hustoty pro ně mají samostatné tabulky.
- Na ředění stačí voda z kohoutku. Technické texty doporučují destilovanou vodu, protože minerály a chlor mohou škodit.
- Nemrznoucí kapalina chrání jen před mrazem. Zvyšuje také bod varu a inhibitory chrání kovy před korozí, proto se používá celoročně.
Časté otázky
Proč nemrznoucí kapalina nezamrzá?
Protože rozpuštěný glykol snižuje teplotu, při které voda tuhne. Molekuly glykolu ruší uspořádanou mřížku ledu, takže kapalina musí být chladnější. Směs s vodou 50:50 podle technických tabulek začíná tvořit led zhruba při minus 34 až minus 37 stupních, podle toho, zda se podíl počítá na objem, nebo na hmotnost.
Proč čistý glykol mrzne hůř než směs s vodou?
Protože při příliš vysokém podílu glykolu už nevzniká led, ale krystaly samotného glykolu, a ty se tvoří při vyšší teplotě. Čistý etylenglykol tuhne při asi minus 13 stupních, zatímco směs s 60 procenty glykolu podle technických tabulek při minus 49 až minus 53.
Kolik glykolu má být v chladiči?
Rozhodují pokyny výrobce vozu, běžně se uvádí 50:50 s destilovanou vodou. Nad zhruba 70 procent glykolu bod tuhnutí zase stoupá a víc glykolu navíc zhoršuje odvod tepla.
Čím se liší etylenglykol a propylenglykol?
Etylenglykol chrání o něco lépe a je nejběžnější, ale je při požití jedovatý. Propylenglykol je méně toxický a používá se tam, kde hrozí kontakt s potravinami. Padesátiprocentní roztok tuhne zhruba při minus 33 až minus 34 stupních, u etylenglykolu při asi minus 37.
Prozradí barva nemrznoucí kapaliny její typ?
Ne spolehlivě. Barva slouží k rozlišení a k nalezení úniku, ale technické články se shodují, že sama o chemickém složení nerozhoduje. Správný typ určuje návod k vozu a označení specifikace na obalu.
Je etylenglykol jedovatý?
Ano, při požití může způsobit vážné onemocnění nebo smrt, uvádí americké Centrum pro kontrolu nemocí. Je sladká a bez zápachu. Proto se uchovává v původní označené nádobě mimo dosah dětí a zvířat.
Čím se chladily motory před glykolem?
Převážně vodou s přísadou alkoholu, zejména methanolu. Ten se z odvětrávaných chladičů odpařoval, takže ochrana slábla a kapalinu bylo nutné doplňovat. Glykol nastoupil v polovině dvacátých let dvacátého století.
Patří nemrznoucí kapalina z chladiče do ostřikovačů?
Ne, jsou to dva oddělené okruhy s odlišnou kapalinou. Do ostřikovačů se prodávají směsi vody a alkoholu s barvivem, kdežto kapalina do chladiče je glykol s inhibitory koroze. V Evropské unii navíc platí limit methanolu 0,6 procenta hmotnosti.
