Koeficient roztažnosti teplonosné kapaliny propylenglykol |

Koeficientem tepelné roztažnosti libovolného tělesa se rozumí fyzikální veličina, která charakterizuje relativní změnu jeho objemu nebo lineárních rozměrů při změně (zvýšení) teploty o 1 K (˚C) při konstantním tlaku. V praxi je expanze nebo zmenšení objemu patrnější na příkladu kapalin, když jsou ohřívány, respektive ochlazovány, ve srovnání s pevnými látkami. Změna objemu je indikována indikátorem ve formě koeficientu objemové roztažnosti: β = 1/V, K -1 (˚С -1 ).

Vzhledem k tomu, že propylenglykol nelze použít v čisté formě jako chladivo (nízkotuhnoucí celoroční složení), kvůli jeho zvýšené viskozitě a korozivní aktivitě vůči kovům a slitinám je správnější hovořit o použití jeho vodných roztoků různé koncentrace, do kterých se zavádí balíček antikorozních přísad.

Vodopropylenglykolové nízkotuhnoucí celoroční kompozice nebo chladicí kapaliny pro teplosměnné systémy patří do jedné z nejoblíbenějších skupin teplosměnných kapalin (po vodě) používaných v topných zařízeních. To je způsobeno jejich poměrně nízkou teplotou začátku krystalizace, která umožňuje jejich použití v zimě (topná sezóna).

Kromě toho nejsou tak toxické jako roztoky ethylenglykolu a nepoškozují životní prostředí, ačkoli mají vlastnosti vlastní glykolům. Při nízkých negativních okolních teplotách se nepřeměňují v pevnou ledovou strukturu (jak se to děje u vody) a zachovávají funkčnost systémů výměny tepla.

Proč je nutné znát koeficient roztažnosti?

Většina autonomních topných systémů je navržena tak, aby jako chladicí kapalinu používala vodu nebo někdy nízkotuhnoucí celoroční směsi. Proto se při výpočtu a výběru zařízení systému výměny tepla (expanzních nádrží) pro ně berou v úvahu také fyzikální parametry.

Pokud se však jako alternativa použije neobvyklá procesní voda, je třeba vzít v úvahu, že koeficient roztažnosti chladicí kapaliny na bázi propylenglykolu (nemrznoucí kapaliny) bude odlišný. Počítá se s provedením nezbytných úprav a kontrolou, zda objem expanzní nádoby odpovídá objemu.

Použití nemrznoucí směsi může vést k „provzdušnění“ topného systému. Tento proces je výsledkem vyššího (ve srovnání s vodou) koeficientu tepelné roztažnosti chladicí kapaliny na bázi propylenglykolu. V důsledku toho objem expanzní nádrže nestačí k jejímu naplnění. Proto se přebytečná nemrznoucí kapalina při zahřátí na provozní teplotu (obvykle asi 85 °C) vypouští vypouštěním přes pojistný ventil.

Po snížení tepelné zátěže je potřeba teplosměnný systém znovu naplnit pracovním médiem. K tomuto účelu se používá voda, která obsahuje rozpuštěný vzduch, který se v důsledku zahřívání uvolňuje z kapalné fáze. To vše vyvolává tvorbu vzduchových zácp, což způsobuje vážné havárie v topném systému a poruchy jednotlivých zařízení. V praxi je tento proces dobře demonstrován při provozu spalovacích motorů motorových vozidel, kdy jejich chladicí systém nezajistí normální provoz a začne se „vařit“.

Závislost koeficientu roztažnosti na teplotě

Hodnota součinitele objemové tepelné roztažnosti chladiva na bázi vodných roztoků propylenglykolu závisí nejen na jeho koncentraci (obsahu) v roztoku, ale také na teplotním rozsahu teplosměnného systému, ve kterém je chladivo použito. Existují materiály a teplotní rozsahy, dokonce i pro vodu, kdy v úzkém teplotním rozsahu od 0˚С do + 4˚С je hodnota koeficientu záporná. Uvažovaný koeficient pro chladicí kapaliny na bázi propylenglykolu se zvyšuje s rostoucí teplotou. Konkrétní hodnoty součinitele objemové roztažnosti a dynamiku jeho nárůstu s rostoucí teplotou pro nemrznoucí kapalinu lze nalézt v referenční literatuře.

Chladicí kapalina, která obsahuje propylenglykol, má při zahřátí výrazně vyšší koeficient roztažnosti ve srovnání s vodou, proto se doporučuje pro takový topný systém zvolit větší nádrž. Na rozdíl od vody je tepelná kapacita takové chladicí kapaliny o 15 % menší. To vede ke zhoršení podmínek výměny tepla a vyžaduje instalaci dalších radiátorů s maximálním výkonem.

V chladicí kapalině na bázi propylenglykolu může v důsledku přehřátí kromě tepelné roztažnosti v důsledku zahřívání dojít k nevratným změnám jejího chemického složení. Proto se nedoporučuje, aby se teplota nemrznoucí směsi zvýšila na maximální hodnoty. Pro zařízení, kde topné systémy vyžadují použití chladicích kapalin na bázi vodných roztoků propylenglykolu, které zaručují ekologickou nezávadnost, můžete takové výrobky zakoupit od společnosti Savia, která vyrábí širokou škálu chladicích kapalin.

Nabízené chladicí kapaliny jsou certifikované a splňují mezinárodní a ruské normy kvality. Kompozice jsou vhodné pro zajištění provozu topných zařízení v obytných budovách a podnicích potravinářského průmyslu. V případě úniku nemrznoucí směsi propylenglykol je vyloučena možnost otravy.

Slitiny s daným tepelným koeficientem lineární roztažnosti

Vyrábíme tyto druhy válcovaných kovových výrobků: drát, tyč, kruh, páska, plech

Koeficient lineární teplotní roztažnosti (CLTE) je fyzikální veličina, která udává, kolikrát se lineární rozměry tělesa změní při konstantním tlaku a zvýšení teploty o 1° Kelvina.

Přesné slitiny s lineárním koeficientem teplotní roztažnosti (LTEC) zaručují předem stanovenou změnu lineárních rozměrů materiálu (délka, šířka, výška) v daném teplotním rozsahu.

Přesné slitiny se zavedeným TCLE mají vysoké pevnostní a plastické charakteristiky.

Od roku 2010 společnost Tekhsplav nabízí podnikům slitiny s daným teplotním koeficientem lineární roztažnosti:

Mezi slitinami s daným indexem tepelné roztažnosti se rozlišuje několik chemických systémů:

• Systémy železo-nikl a železo-chrom jsou základem pro magnetismus, střední, minimální a nízký koeficient roztažnosti.
• Systém na bázi Chromu s legujícími inkluzemi (železo, mangan, tantal, rhenium) – základ pro nemagnetické slitiny. Slitiny tohoto systému mají minimální a nízkou rychlost tepelné roztažnosti.
• Slitiny na bázi niklu s přísadami molybdenu, chrómu, wolframu a manganu mají průměrný koeficient lineární roztažnosti.
• Slitiny systému mangan-nikl-měď mají vysoký koeficient tepelné roztažnosti.

Klasifikace přesných slitin s daným koeficientem lineární teplotní roztažnosti (CLTE):

Jsou rozděleny do skupin podle magnetických vlastností: feromagnetické a nemagnetické kovy. V rámci skupin existuje hierarchie podle hodnoty součinitele tepelné roztažnosti.
Feromagnetické materiály:
– s minimálním koeficientem tepelné roztažnosti — slitiny železa a niklu s obsahem niklu 30 až 40 %, při provozní teplotě do 100 °C koeficient nepřesahuje 3,5 10 -6 K -1 ;
– s nízkým teplotní koeficient – železo-niklové materiály s přídavkem kobaltu, mědi nebo chrómu s koeficientem 3,5 – 6,5·10 -6 K -1;
– s průměrným koeficientem lineární roztažnosti — 6,5-12·10 -6 K -1.
Nemagnetické slitiny:
– s vysokým — s přídavkem manganu je teplotní koeficient vyšší než 12·10 -6 K -1 v teplotním rozsahu 20-200 °C. Vyznačují se dobrou plasticitou a zvýšenou pevností;
– s průměrem — na bázi niklu, legované mědí, wolframem, molybdenem, titanem, chromem, teplotní koeficient je od 6,5 do 12 10 -6 K -1 v teplotním rozsahu od – 80 do + 900 °C. Mají vysokou odolnost proti korozi a žáru.

Všechny přesné nemagnetické materiály se vyznačují vysokou elasticitou a odolností proti mechanickým nárazům bez ohledu na koeficient tepelné roztažnosti.

Pro výrobu metrologické přístroje, kryogenní zařízení, elektronická zařízení a geodetické přístroje Používají se slitiny s koeficientem tepelné roztažnosti cca 10 -6 K -1 a méně. Koeficient lineární roztažnosti blízký nule zajišťuje maximální přesnost měření zařízení a je také vyžadován při výrobě nekompenzačních potrubí pro čerpání zkapalněného plynu.

Feromagnetika s minimálním koeficientem tepelné roztažnosti jsou široce používány v výroba přístrojů pro prvky vysoce přesných měřicích přístrojů, v metrologii a geodézii jako součásti tepelně citlivých materiálů, v plynových laserech, v linkách pro kapalná kryogenní média atd. Slitina je vybírána s přihlédnutím ke koeficientu lineární roztažnosti a mechanické odolnosti vůči fázovým přeměnám v rozsahu provozních teplot.

Slitiny s nízkým a středním koeficientem tepelné roztažnosti jsou široce používány v výroba elektronkových zařízení (elektronky, katodové trubice, magnetrony). Třída slitiny se vybírá v souladu s hodnotou koeficientu tepelné roztažnosti jiných materiálů, se kterými se plánuje pájení, a také na základě požadavků na provozní a fyzikální vlastnosti.

S aktivním rozvojem radioelektronického průmyslu, včetně kvantové elektroniky a kryogenního průmyslu, vyvstala potřeba slitin na nemagnetické bázi s minimálním koeficientem lineární roztažnosti. Slitiny železa a niklu s feromagnetickými vlastnostmi nelze v některých zařízeních použít, protože magnetické pole se zbytkovým magnetismem je pro ně nepřijatelné. Proto jsou dnes nemagnetické materiály s minimálním koeficientem tepelné roztažnosti žádané ve spojích se sklem a keramikou, včetně těch, které pracují při vysokých teplotách. Používají se jako standardní délkové míry pro dilatometry.