Odmrazování - De-icing

Aeroflot Airbus A330 je de-ledový na mezinárodním letišti Šeremetěvo .
Rozmrazování rozprašováním na letišti Salt Lake City , 2010

Odmrazování je proces odstraňování sněhu , ledu nebo námrazy z povrchu. Protimrazovou úpravou se rozumí aplikace chemikálií, které nejen odmrazují, ale také zůstávají na povrchu a po určitou dobu zpomalují reformování ledu nebo zabraňují ulpívání ledu, aby se usnadnilo mechanické odstraňování.

Přístupy

Odmrazování lze dosáhnout mechanickými metodami (škrábáním, tlačením); prostřednictvím aplikace tepla ; použitím suchých nebo kapalných chemikálií určených ke snížení bodu tuhnutí vody (různé soli nebo solanky , alkoholy , glykoly ); nebo kombinací těchto různých technik.

Vlaky a železniční výhybky

Námraza ve vlakových brzdách ohrožuje účinnost brzdění.

Vlaky a železniční výhybky v arktických oblastech mají velké problémy s hromaděním sněhu a ledu. Aby byla zajištěna funkčnost, potřebují v chladných dnech stálý zdroj tepla. U vlaků jsou to především brzdy , odpružení a spřáhla, která vyžadují odmrazování topení. Na kolejích jsou to především výhybky, které jsou citlivé na led. Tyto vysoce výkonné elektrické ohřívače účinně zabraňují tvorbě ledu a rychle taví veškerý vznikající led.

Topná tělesa jsou přednostně vyrobena z PTC materiálu, např. PTC gumy , aby se zabránilo přehřátí a možnému zničení topných těles. Tyto ohřívače jsou samoregulační a nevyžadují regulační elektroniku; nemohou se přehřát a nevyžadují žádnou ochranu proti přehřátí.

Letadlo

Před odletem z Aljašky v lednu 2012 se americký Gulfstream G550 odmrazí
Odmrazování WestJet 737-700 v Torontu

Na zemi, když jsou mrazivé podmínky a srážky , se odmrazování letadla běžně praktikuje. Zmrazené nečistoty narušují aerodynamické vlastnosti vozidla. Uvolněný led může dále poškodit motory.

Kapaliny pro odmrazování se obvykle skládají z roztoku glykol- voda obsahující barvivo a prostředky na ochranu kovového povrchu. Používá se řada glykolů. Zahušťovadla se také používají k tomu, aby odmrazovací prostředek přilnul k tělu letadla. V některých částech světa se pro odmrazování letadel stále používají kapaliny ethylenglykol (EG), protože mají nižší provozní teplotu (LOUT) než propylenglykol (PG). PG je však častější, protože je méně toxický než ethylenglykol.

Při aplikaci většina rozmrazovací kapaliny nepřilne k povrchu letadla a spadne na zem. Letiště typicky používají zadržovací systémy k zachycení použité kapaliny, aby nemohla prosakovat do země a vodních toků. Přestože je PG klasifikován jako netoxický, znečišťuje vodní cesty, protože při jeho rozkladu spotřebovává velké množství kyslíku a dusí se vodní život. ( Viz Dopady na životní prostředí a zmírňování .)

Odmrazování infračerveným ohřevem

Přímé infračervené topení bylo také vyvinuto jako technika odmrazování letadel. Tento mechanismus přenosu tepla je podstatně rychlejší než běžné režimy přenosu tepla používané konvenčním odmrazováním (konvekce a vedení) v důsledku chladicího účinku vzduchu na sprej rozmrazovací kapaliny.

Jeden infračervený odmrazovací systém vyžaduje, aby proces ohřevu probíhal uvnitř speciálně konstruovaného hangáru. Tento systém měl mezi provozovateli letišť omezený zájem kvůli prostoru a souvisejícím logistickým požadavkům na hangár. Ve Spojených státech se tento typ infračerveného odmrazovacího systému používá omezeně na dvou velkých letištích uzlů a na jednom malém komerčním letišti.

Jiný infračervený systém používá mobilní topné jednotky namontované na nákladních vozidlech, které nevyžadují použití hangárů. Výrobce tvrdí, že systém lze použít jak pro letadla s pevnými křídly, tak pro vrtulníky, ačkoli neuváděl žádné případy jeho použití v komerčních letadlech.

Dlažba na letišti

Odmrazovací operace na letištních chodnících ( přistávací dráhy , pojezdové dráhy , odbavovací plochy , mosty pojezdové dráhy ) mohou zahrnovat několik typů kapalných a pevných chemických produktů, včetně propylenglykolu , ethylenglykolu a dalších organických sloučenin. Sloučeniny na bázi chloridů (např. Sůl ) se na letištích nepoužívají kvůli jejich korozivním účinkům na letadla a další vybavení.

Směsi močoviny byly také použity k odmrazování vozovky kvůli jejich nízké ceně. Močovina je však významnou znečišťující látkou ve vodních cestách a v divočině, protože se po aplikaci rozkládá na amoniak a na letištích v USA byla z velké části vyřazována. V roce 2012 americká agentura pro ochranu životního prostředí (EPA) zakázala používání odmrazovačů na bázi močoviny na většině komerčních letišť.

Silnice

V roce 2013 bylo na rozmrazování silnic v Severní Americe použito odhadem 14 milionů tun soli.

Odmrazování silnic se tradičně provádí solí, která se rozprostírá pomocí sněžných pluhů nebo sklápěčů určených k jejímu rozprašování, často smíchaných s pískem a štěrkem , na hladkých silnicích. Obvykle se používá chlorid sodný (kamenná sůl), protože je levný a snadno dostupný ve velkém množství. Jelikož však slaná voda stále mrzne při -18 ° C (0 ° F), nepomůže to, když teplota klesne pod tento bod. To také má silnou tendenci způsobit korozi , rezivění v oceli používané ve většině vozidel a armatury v betonových mostů. V závislosti na koncentraci může být toxický pro některé rostliny a zvířata a v důsledku toho se od něj vzdálily některé městské oblasti. Novější sněhové frézy používají jiné soli, jako je chlorid vápenatý a chlorid hořečnatý , které nejen snižují bod tuhnutí vody na mnohem nižší teplotu, ale také vyvolávají exotermickou reakci . Jsou o něco bezpečnější pro chodníky , ale přebytek by měl být stále odstraněn.

V poslední době byly vyvinuty organické sloučeniny, které snižují environmentální problémy spojené se solemi a mají delší zbytkové účinky při šíření na vozovce, obvykle ve spojení se solnými roztoky nebo pevnými látkami. Tyto sloučeniny často vznikají jako vedlejší produkty zemědělských operací, jako je rafinace cukrové řepy nebo destilační proces, při kterém se vyrábí ethanol . Dalšími organickými sloučeninami jsou popel ze dřeva a rozmrazovací sůl zvaná octan vápenatý a hořečnatý vyrobený z travní trávy nebo dokonce z kuchyňského odpadu. Navíc smícháním běžné kamenné soli s některými organickými sloučeninami a chloridem hořečnatým vznikají roztíratelné materiály, které jsou účinné při mnohem nižších teplotách (-34 ° C nebo -29 ° F) a také při nižších celkových rychlostech šíření na jednotku plochy .

Solární silniční systémy se používají k udržování povrchu silnic nad bodem mrazu vody. Řada trubek zabudovaných do povrchu vozovky se používá k sbírání sluneční energie v létě, k přenosu tepla do tepelných bank a v zimě k návratu tepla na vozovku, aby se povrch udržoval nad 0 ° C (32 ° F). Tato automatizovaná forma sběru, skladování a dodávky energie z obnovitelných zdrojů se vyhýbá environmentálním problémům s používáním chemických kontaminantů.

V roce 2012 bylo navrženo, že superhydrofobní povrchy schopné odpuzovat vodu lze také použít k zabránění akumulace ledu vedoucí k zmrzlině . Ne každý superhydrofobní povrch je však fóbický a metoda je stále ve vývoji.

Chemické rozmrazovače

Všechny chemické odmrazovače sdílejí společný pracovní mechanismus: chemicky zabraňují vazbě molekul vody nad určitou teplotu, která závisí na koncentraci. Tato teplota je pod 0 ° C, což je bod tuhnutí čisté vody ( pokles bodu tuhnutí ). Někdy dochází k exotermické rozpouštěcí reakci, která umožňuje ještě silnější tavicí sílu. Následující seznam obsahuje nejčastěji používané odmrazovací chemikálie a jejich typický chemický vzorec .

Anorganické soli
Organické sloučeniny
Alkoholy , dioly a polyoly

(jedná se o nemrznoucí prostředky a sotva se používají na silnicích)

Typy tekutin

Letadlo odmrazované na kodaňském letišti kapalinou oranžové barvy
Letadlo odmrazované na letišti v Birminghamu oranžovou barvou proti námraze

Existuje několik typů odmrazovacích kapalin letadel , které spadají do dvou základních kategorií:

  1. Kapaliny k odmrazování: Vyhřívaný glykol zředěný vodou pro rozmrazování a odstraňování sněhu / námrazy, označovaný také jako newtonovské tekutiny (kvůli jejich viskóznímu toku podobnému vodě)
  2. Kapaliny proti námraze: neohřívané, neředěné kapaliny na bázi propylenglykolu, které byly zahuštěny (představte si napůl tuhnoucí želatinu), označované také jako nenewtonské kapaliny (kvůli jejich charakteristickému viskóznímu toku), používané k zpomalení budoucího vývoje ledu aby se zabránilo hromadění padajícího sněhu nebo sněhu. Kapaliny proti námraze poskytují přidržovací ochranu proti tvorbě ledu, když letadlo stojí na zemi. Když je však letadlo vystaveno střižné síle, jako je proudění vzduchu po povrchu tekutiny, když se letadlo zrychluje pro vzlet, celá reologie tekutiny se změní a stane se výrazně tenčí, utekne a zanechá křídlu čistý a hladký aerodynamický povrch.

V některých případech se na letadlo nanášejí oba typy tekutin, nejprve zahřátá směs glykol / voda k odstranění kontaminantů, následovaná nevyhřátou zahuštěnou tekutinou, aby se led nezformoval před vzletem letadla. Tento postup se nazývá „dvoustupňový postup“.

Kapalina k odstraňování ledu z methanolu se již roky používá k odstraňování ledu z malých křídel a ocasních ploch malých a středních letadel všeobecného letectví a obvykle se nanáší malým ručním postřikovačem. Metanol může odstranit námrazu a lehký mletý led pouze před letem.

Mono-ethylen, di-ethylen a propylenglykol jsou nehořlavé ropné produkty a podobné produkty se nejčastěji vyskytují v automobilových chladicích systémech. Glykol má velmi dobré odmrazovací vlastnosti a letecký stupeň se označuje jako SAE / ISO / AEA typu I (AMS 1424 nebo ISO 11075). to je obvykle aplikován na kontaminovanými povrchy se zředí vodou na 95 stupňů Celsia (35 ° C) za použití třešeň sběrač na vozíku, který obsahuje 1,500 až 2,000  US Gal (5680 až 7570  L ; 1250 do 1670  imp gal ) pro on-rampě nebo odjezdu aplikace vstupního bodu dráhy. Upřednostňuje se barevně zbarvená tekutina, protože vizuálním pozorováním lze snadno potvrdit, že letadlo dostalo aplikaci odmrazování. Zdá se, že odtok kapaliny typu I mění rozbředlý sníh na růžový nádech, proto termín „růžový sníh“. Jinak jsou všechny kapaliny typu I oranžové.

V roce 1992 začala společnost Mrtvé moře uvádět na trh rozmrazovač na bázi solí a minerálů z Mrtvého moře .

Odmrazování letadel za letu

Hlavní článek: Systém ochrany proti námraze

Pneumatické systémy

Boeing B-17 Flying Fortress . Černé pruhy na předních hranách ocasu, stabilizátorech a křídle jsou gumové rozmrazovací boty .

Nárazy ledu za letu se nejčastěji vyskytují na náběžných hranách křídel, ocasu a motorů (včetně vrtulí nebo lopatek ventilátoru). Letadla s nižší rychlostí často používají pro odmrazování za letu pneumatické odmrazovací boty na náběžných hranách křídel a ocasu. Pryžové krytiny jsou pravidelně nafukovány, což způsobuje praskání ledu a odlupování. Jakmile je systém aktivován pilotem, je automaticky řízen cyklus nafouknutí / vyfouknutí. V minulosti se předpokládalo, že takové systémy lze porazit, pokud jsou předčasně nafouknuty; kdyby pilot před nafouknutím bot nedovolil vytvoření poměrně silné vrstvy ledu, boty by pouze vytvořily mezeru mezi náběžnou hranou a vytvořeným ledem. Nedávný výzkum ukazuje, že k „přemostění“ nedochází u moderních bot.

Elektrické systémy

Některá letadla mohou také používat elektricky vyhřívané odporové prvky zapuštěné do pryžového plechu slepeného na náběžné hrany křídel a ocasních ploch, náběžné hrany vrtule a náběžné hrany rotoru vrtulníku . Tento systém odmrazování byl vyvinut společností United States Rubber Company v roce 1943. Tyto systémy obvykle fungují nepřetržitě. Když je detekován led, fungují nejprve jako odmrazovací systémy, poté jako protimrazové systémy pro pokračující let v podmínkách námrazy. Některá letadla používají chemické odmrazovací systémy, které pumpují nemrznoucí kapalinu, jako je alkohol nebo propylenglykol, malými otvory v plochách křídel a u kořenů vrtulových listů, čímž se roztaví led a povrch se stává nehostinným pro tvorbu ledu. Čtvrtý systém vyvinutý NASA detekuje led na povrchu snímáním změny rezonanční frekvence. Jakmile elektronický řídicí modul zjistí, že se vytvořil led, je do snímačů čerpán velký proudový hrot, který generuje ostrý mechanický šok, praskne vrstvu ledu a způsobí jeho odloupnutí proudem proudu.

Odvzdušňovací systémy

Mnoho moderních civilních dopravních letadel s pevnými křídly používá systémy proti zamrzání na náběžné hraně křídel, vstupů motorů a sond vzduchových dat pomocí teplého vzduchu. Toto je odváděno z motorů a je vedeno do dutiny pod povrchem, která má být zamrzlá. Teplý vzduch ohřívá povrch až o několik stupňů nad 0 ° C (32 ° F), čímž brání tvorbě ledu. Systém může pracovat autonomně a zapínat a vypínat, jakmile letadlo vstoupí a opustí námrazové podmínky.

Dopady na životní prostředí a zmírňování

Odmrazovací soli, jako je chlorid sodný nebo chlorid vápenatý, se vyplavují do přírodních vod a silně ovlivňují jejich slanost.

Je známo, že ethylenglykol a propylenglykol mají při degradaci v povrchových vodách vysokou hladinu biochemické spotřeby kyslíku (BSK). Tento proces může nepříznivě ovlivnit vodní život tím, že spotřebovává kyslík, který vodní organismy potřebují k přežití. Velké množství rozpuštěného kyslíku (DO) ve vodním sloupci se spotřebuje, když mikrobiální populace rozloží propylenglykol.

Dostatek hladin rozpuštěného kyslíku v povrchových vodách je zásadní pro přežití ryb, makroobratlovců a dalších vodních organismů. Pokud koncentrace kyslíku klesnou pod minimální hladinu, organismy emigrují, pokud je to možné a možné, do oblastí s vyššími hladinami kyslíku nebo nakonec zemřou. Tento účinek může drasticky snížit množství použitelného vodního prostředí. Snížení hladin DO může snížit nebo eliminovat populace krmítka na dně , vytvořit podmínky, které upřednostňují změnu profilu druhů v komunitě, nebo změnit kritické interakce potravin a webu .

V jednom případě, významný sníh v Atlantě v časném lednu 2002 způsobila přetečení takového systému, krátce kontaminující River Flint proudu od letiště v Atlantě .

Některá letiště recyklují použitou rozmrazovací kapalinu, oddělují vodu a pevné nečistoty, což umožňuje opětovné použití kapaliny v jiných aplikacích. Jiná letiště mají místní čistírnu odpadních vod a / nebo odesílají shromážděnou tekutinu do městské čistírny odpadních vod nebo do komerčního čistírny odpadních vod.

Toxicita odmrazovacích kapalin je dalším problémem životního prostředí a probíhá výzkum, který by hledal alternativy méně toxické (tj. Bez glykolu).

Viz také

Reference