Найрозповсюдженішою рідиною, що використовується для охолодження, є вода. Вона має найвищу теплоємність 4,19 кДж/(кг·°С), більшу теплопровідність, невелику кінематичну в’язкість (ν20 °C = 1 мм2/с) та більшу теплоту випаровування.
При використанні води як охолоджувальної рідини утворення відкладень в системі охолодження двигуна визначається в основному наявністю розчинених у воді солей, що утворюють накип.
Використовувати технічну воду слід після попередньої її пом’якшення (кип’ятіння, обробки вапном та содою) або з добавленням протинакипних присадок (антинакипинів). Наприклад, калієвий хромпік К2Сr2O7 при концентрації його від 5 до 10 г в 1 л води здатний перетворювати солі у речовини, що не утворюють накип.
Використання любого антинакипина повинна випереджати очищення системи охолодження від утвореної раніше накипи.
На рис. 3.1 приведена схема установки для пом’якшення жорсткої води.
Рис. 3.1. Схема стаціонарної катіонітової установки
для пом’якшення жорсткої води:
1 – насос; 2 – катіоновий фільтр з сульфованим вугіллям; 3 – мішалка для приготування розчину повареної солі; 4 – збірник пом’якшеної води
Вода, як охолоджувальна рідина має переважне застосування, оскільки недефіцитна, має високу теплоємкість, пожежобезпечна і нетоксична. Однак їй властиві суттєві експлуатаційні недоліки. Це – низька температура замерзання (0°С), що дуже ускладнює її застосування взимку. До того ж при замерзанні вода збільшує свій об’єм на 10% (рис. 3.2), тому при утворенні льоду в системі охолодження виникає тиск до 200-300 МПа, що призводить до поломок двигуна і радіатора.
Рис. 3.2. Залежність об’єму води від температури
Низька температура кипіння веде іноді до закипання води в системі охолодження, інтенсивного випаровування і припинення циркуляції, внаслідок утворення парових пробок. Цей недолік води виявляється перш за все у жаркий періоді в гористій місцевості. Застосування закритої системи охолодження дозволяє підвищити температуру кипіння до 110-120°С.
Одним з найбільших недоліків води є здатність утворювати накипи на стінках деталей системи охолодження. Накип, маючи низьку теплопровідність (приблизно в 100 раз нижче чавуну), погіршує відведення тепла від стінок двигуна, порушуючи його тепловий режим, внаслідок чого при товщині шару накипу від 1,5 до 6 мм збільшується витрата палива на 9-20% (рис. 3.3), масла – на 15-40%, а потужність двигуна знижується на 10-20%.
Інтенсивність утворення накипу залежить від вмісту в воді розчинних солей, в основному кальцію і магнію, що характеризується твердістю води. Твердість води вимірюється в міліграм – еквівалент на 1 л (мг-екв/л). Вода, яка містить в 1 л 20,04 мг кальцію або 12,16 мг магнію має твердість, що дорівнює одному міліграм – еквіваленту.
Рис. 3.3. Вплив накипу на перевитрату палива
Розрізняють тимчасову (карбонатну) і постійну (некарбонатну) твердість. Тимчасова твердість пов’язана з наявністю у воді бікарбонатів кальцію та магнію, які при нагріванні води до 80°С і вище розкладаються, утворюючи на стінках системи охолодження нерозчинну у воді накип у вигляді карбонатів кальцію і магнію.
Постійна твердість пов’язана з наявністю у воді некарбонатних солей: хлоридів і сульфатів кальцію та магнію, які не розкладаються при її нагріванні, а взаємодіючи з водою або солями, що знаходяться в ній, утворюють щільну і тверду накип.
Сума тимчасової і постійної твердості складає твердість або загальну твердість води, за якою її класифікують. Вода, яка має твердість до 3 мг-екв/л – м’яка, від 3 до 6 – середньої твердості, від 6 до 9 – тверда, більше 9 мк-екв/л – дуже тверда. Застосування в системі охолодження твердої води не бажано, дуже твердої – недопустимо.
Найбільш м’якою та чистою є дощова і снігова (атмосферна) вода, яка має твердість менше 0,04 мг-екв/л. Ця вода найкраще підходить для системи охолодження, хоч і має дещо підвищені корозійні властивості внаслідок розчинених вуглекислого газу і кисню.
Вода рік, озер, ставків (поверхнева) найчастіше має невелику твердість від 0,5 до 5,0 мг-екв/л, тобто відноситься до води м’якої і середньої твердості. Накип майже не утворюється, але буває забруднена механічними і органічними домішками.
Вода з колодязів і джерел (підземна) частіше всього буває тверда і дуже тверда, тому її не можна застосовувати в системі охолодження без попередньої підготовки (пом’якшення).
Розрізняють термічний та хімічний способи пом’якшення води. Найпростішим термічним способом пом’якшення води є кип’ятіння її 20-30 хв, протягом цього часу бікарбонати кальцію та магнію переходять у карбонати і випадають в осад, який потім вилучають відстоюванням та фільтруванням. Це дозволяє знизити тимчасову твердість до 1,0-1,5 мг-екв/л.
Технічно складніший спосіб - перегонка води (одержання дистильованої води), коли розчинні солі залишаються в перегонному кубі.
Хімічні способи пом’якшення побудовані на методі осадження солей або катіонному обміні.
Обробка води содою Na2CO3 або тринатрійфосфатом Na3PO4 з подаль-шим фільтруванням дозволяє вилучати з неї солі тимчасової і постійної твердості, знизити загальну твердість. На кожний 1 мг-екв/л твердості 1 л пом’якшеної води необхідно додати 53 мг соди і 55 мг тринатрійфосфату. Теплу (гарячу) воду перемішують з реагентом протягом 20-30 хв, відстоюють і фільтрують.
У промисловості широке застосування знайшов метод пом’якшення води фільтруванням через катіонові фільтри, тобто речовини, які здатні вступати в реакцію з іонами кальцію і магнію. Як катіони використовують природні мінерали глауконіт або штучно виготовлені катіоніти, які називають пермутитами. Залишкова загальна твердість при використанні катіонітових фільтрів не більше 0,5-1,0 мг-екв/л.
Найпростішим, економічним і ефективним способом пом’якшення води є магнітна обробка. Суть її полягає в пропусканні води (не менше 6 разів) через магнітне силове поле в напрямку, перпендикулярному силовим лініям, в результаті чого солі, які знаходяться у воді, не утворюють накипу, а випадають у вигляді легкозмиваючого шламу. Крім того, під дією магнітного поля в обробленій воді руйнується раніше утворений накип. Для магнітної обробки води використовують апарати з постійним і електричним магнітами (рис. 3.4), вмонтованим у водопровідну мережу.
Рис. 3.4. Схема апарата для електромагнітної обробки води:
1 – водопровідні трубу; 2 – корпус апарата; 3 – корпус магніта;
4 – котушка електромагніта; 5 – електропровід