Ψυκτικά υγρά 

Το ψυκτικό υγρό των αυτοκινήτων ή «αντιψυκτικό» είναι ένα διάλυμα αναμεμειγμένο με νερό για τη βελτίωση της μεταφοράς θερμότητας και τον έλεγχο της θερμοκρασίας λειτουργίας ενός κινητήρα. Παράλληλα, περιέχει συστατικά που εμποδίζουν τη σκουριά, τη διάβρωση, καθώς και τις εναποθέσεις αλάτων.

Από τη θερμότητα που παράγεται σε έναν κινητήρα εσωτερικής καύσης κατά τη λειτουργία του, περίπου το 24-32% είναι εκμεταλλεύσιμο για την παραγωγή έργου. Το υπόλοιπο αποβάλλεται στο περιβάλλον, με ένα ποσοστό 29-36% από τα καυσαέρια και ένα 7% από ακτινοβολία στην εξωτερική επιφάνεια του κινητήρα. Το υπόλοιπο 32-33% απάγεται από το σύστημα ψύξης. 

Το σύστημα ψύξης έχει σκοπό την απαγωγή της πλεονάζουσας θερμότητας, ώστε να κρατά τη θερμοκρασία του κινητήρα σταθερή και κοντά σε αυτήν της μέγιστης απόδοσης, όπως έχει καθοριστεί από τον κατασκευαστή.  

Τα συστήματα ψύξης του κινητήρα ταξινομούνται σε δύο κύριες κατηγορίες: 

1. Υδρόψυκτα συστήματα, στα οποία η ψύξη επιτυγχάνεται με την κυκλοφορία του ψυκτικού υγρού και με ψυγείο που αποβάλει τη θερμότητα στην ατμόσφαιρα. 
2. Αερόψυκτα συστήματα, στα οποία η ψύξη επιτυγχάνεται με βεντιλατέρ, που δημιουργεί ρεύμα αέρα γύρω από τα πτερύγια ψύξης των κυλίνδρων. 

Οι υδρόψυκτοι κινητήρες χρησιμοποιούν νερό για να βοηθήσουν στη διαδικασία μεταφοράς θερμότητας από τον κινητήρα την ώρα που λειτουργεί. Το χρησιμοποιούμενο «νερό», συνήθως, δεν είναι καθαρό νερό, αλλά ένα μίγμα νερού και αντιψυκτικού (Anti-Freeze). Για το τελικό μίγμα χρησιμοποιείται ο όρος «ψυκτικό υγρό κινητήρα» (engine coolant). 

Ωστόσο, οι κινητήρες είναι κατασκευασμένοι από μέταλλο, συχνά περισσότερων του ενός τύπων και είναι πιθανό να σκουριάσουν με την πάροδο του χρόνου. Γι’ αυτό, προστίθενται επίσης αντιδιαβρωτικά πρόσθετα, που βοηθούν στην προστασία των μεταλλικών μερών τα οποία μεταξύ τους δεν συνεργάζονται, αλλά και λιπαντικό, όπως επίσης και ιχνοθέτης. 

Το ψυκτικό υγρό είναι ένα μείγμα από:

1. Νερό (50%)
2. Αντιψυκτικό, συνήθως αιθυλενογλυκόλη (περίπου 47%)
3. Αναστολείς διάβρωσης και πρόσθετα (περίπου 3%)

Το αντιψυκτικό 

Το μέσο που μεταφέρει τη θερμότητα στους υδρόψυκτους κινητήρες είναι το ψυκτικό υγρό. Κύριο συστατικό του είναι το νερό, διότι είναι φθηνό, πολύ αποδοτικό υγρό ανταλλαγής θερμότητας, έχει εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα και καλή ειδική θερμότητα. Ωστόσο, παγώνει σε πολύ χαμηλή θερμοκρασία (0°C), βράζει σε πολύ υψηλή (100°C) και δημιουργεί σοβαρή διάβρωση στο κύκλωμα ψύξης. 

Τα αντιψυκτικά υγρά χρησιμοποιούνται για να επιτύχουν ταπείνωση της θερμοκρασίας πήξης σε χαμηλές θερμοκρασίες περιβάλλοντος, ενώ, ταυτόχρονα, επιτυγχάνουν και την αύξηση της θερμοκρασίας βρασμού, οπότε το υγρό μπορεί να χρησιμοποιηθεί με ασφάλεια σε μεγαλύτερο θερμοκρασιακό εύρος. Οι θερμοκρασίες πήξης και βρασμού είναι ιδιότητες που εξαρτώνται από τη συγκέντρωση των διαλυμένων ουσιών. 

Το αντιψυκτικό πρέπει να είναι αποτελεσματικό σε ό,τι αφορά την ανταλλαγή θερμότητας, αλλά πρέπει επίσης: 

1. Να προστατεύει από σκουριά, διάβρωση, σπηλαιώσεις, πάγωμα και υπερθέρμανση σε κινητήρες από κράμα αλουμινίου ή χυτοσίδηρο. 
2. Να είναι συμβατό με πλαστικά και λάστιχα. 
3. Να είναι χημικά σταθερό. 
4. Να είναι εύκολα αναμίξιμο με νερό. 
5. Να προλαμβάνει τις αποθέσεις στα τοιχώματα του κινητήρα και των εξαρτημάτων του κυκλώματος ψύξης. 

Γι’ αυτό και περιέχει πρόσθετα και τα κύρια είναι: 

• αναστολέας διάβρωσης
• ρυθμιστικό του pH
• ιχνηθέτης (βαφή)

Η γλυκόλη   

Το νερό, πράγματι, διαχειρίζεται και μεταφέρει τη θερμότητα εξαιρετικά, αλλά έχει και τα αρνητικά του: παγώνει στους 0°C (32F)  και βράζει στους 100°C  (212F) . Έξω από αυτό το εύρος, χάνει τη λειτουργικότητά του. Στο σημείο βρασμού του, η θερμότητα μετατρέπεται σε ατμό και, όταν ψυχθεί εντελώς, διαστέλλεται ως πάγος. Και στις δύο περιπτώσεις, το νερό δεν λειτουργεί, οπότε χρειάζεται κάτι να προστεθεί σε αυτό, για να διευρύνει το εύρος της αποτελεσματικότητάς του. 

Η μεθανόλη (CH3OH) χρησιμοποιήθηκε, αρχικά, ως αντιψυκτικό, καθώς είχε χαμηλότερο σημείο πήξης από το νερό. Μάλιστα, χρησιμοποιείται ακόμη ως αντιψυκτικό στο υγρό της πλυστικής διαδικασίας του παρμπρίζ. Το πρόβλημα με τη μεθανόλη είναι ότι επιταχύνει τη διάβρωση των μεταλλικών μερών του κινητήρα και ιδιαίτερα του αλουμινίου, όταν προστίθεται στο ψυκτικό του κινητήρα. Αφετέρου, εξατμίζεται με την πάροδο του χρόνου, οδηγώντας στην ανάγκη συχνής αντικατάστασης, για να αποφευχθεί το πάγωμα του ψυκτικού. 

Η αιθυλενογλυκόλη  (EG) ή η μονοαιθυλενογλυκόλη  (MEG)  είναι ένα από τα πρώτα αντιψυκτικά. Aνακαλύφθηκε το 1856 και, αρχικά, χρησιμοποιήθηκε στην παραγωγή εκρηκτικών. Με το σημείο βρασμού της στους 197°C (386F)  και το σημείο πήξης στους -13°C (10F) , επιτρέπει έναν πολύ μεγαλύτερο χρόνο λειτουργίας. Η χημική ουσία από μόνη της, ωστόσο, δεν μεταφέρει τη θερμότητα τόσο αποτελεσματικά όσο το νερό. Συνδυάζοντας ίσα μέρη νερού και αιθυλενογλυκόλης, το λειτουργικό εύρος του ψυκτικού υγρού επεκτάθηκε σημαντικά, διατηρώντας, παράλληλα, την αποτελεσματική μεταφορά θερμότητας που προσφέρει το νερό. 

Αργότερα έγινε διαθέσιμη και η προπυλενογλυκόλη (PG). Αυτή η γλυκόλη είναι λιγότερο τοξική από την αιθυλενογλυκόλη, αλλά δεν παρέχει την ίδια ικανότητα μεταφοράς θερμότητας. Μεταξύ αυτών των δύο χημικών ουσιών, οι κατασκευαστές μπόρεσαν να προσαρμόσουν τα ψυκτικά για διάφορες χρήσεις. 

Με την πάροδο του χρόνου, σύντομα έγινε φανερό ότι τα ψυκτικά υγρά είχαν ένα ακόμη πρόβλημα να αντιμετωπίσουν. Όταν το υγρό έρχεται σε επαφή με μέταλλο, όπως όταν ένα ψυκτικό υγρό εισάγεται στο σύστημα ψύξης ενός κινητήρα, το μέταλλο αρχίζει να διαβρώνεται. Η διάβρωση στο σύστημα ψύξης του αυτοκινήτου προκαλεί καταστροφή για οποιονδήποτε κινητήρα. 

Για την καταπολέμηση αυτής της βλάβης, εισήχθησαν αναστολείς διάβρωσης στο μείγμα νερού και EG, που διασφαλίζουν ότι το ψυκτικό υγρό είναι αλκαλικό. Ωστόσο, με την πάροδο του χρόνου, η οξύτητα αρχίζει να αυξάνεται και το ψυκτικό πρέπει να αλλάξει, προτού συμβεί αυτό, διαφορετικά θα αρχίσει η διάβρωση χωρίς έλεγχο. 

Αναστολείς διάβρωσης

Εκτός από τη λειτουργία του στην ψύξη του κινητήρα, το ψυκτικό υγρό περιέχει, επίσης, συστατικά που εμποδίζουν τη σκουριά, τη διάβρωση και τα άλατα. Αυτοί ονομάζονται αναστολείς. Αποτρέπουν, επίσης, τη σπηλαίωση, μία συχνή αιτία αστοχίας της αντλίας νερού. 

Ένας αναστολέας διάβρωσης είναι μία χημική ένωση που, όταν προστίθεται στο ψυκτικό υγρό, μειώνει τον ρυθμό διάβρωσης ενός υλικού, συνήθως ενός μετάλλου ή ενός κράματος. Ένας κοινός μηχανισμός για την αναστολή της διάβρωσης περιλαμβάνει τον σχηματισμό μίας επικάλυψης, συχνά ενός στρώματος παθητικοποίησης, που εμποδίζει την πρόσβαση της διαβρωτικής ουσίας στο μέταλλο. 

Οι αναστολείς αποτελούν μόνο ένα μικρό ποσοστό του συνολικού ψυκτικού, καθώς το νερό και η γλυκόλη αποτελούν την πλειονότητα του προϊόντος. Ωστόσο, μπορούν να έχουν τεράστια επίδραση στην απόδοση του ψυκτικού για τη διατήρηση του συστήματος σε καλή κατάσταση. 

Οι κυριότερες ενώσεις που  χρησιμοποιούνται ως αναστολείς, είναι: 

1. Βορικό άλας, για προστασία του σιδήρου και έλεγχο του pH 
2. Νιτρικό άλας, για προστασία του αλουμινίου και συγκόλλησης 
3. Νιτρώδες άλας, για προστασία σε χυτοσίδηρο και χάλυβα 
4. Φωσφορικό άλας, για προστασία του σιδήρου και έλεγχο του pH 
5. Μερκαπτοβενζοθειαζόλη (MBT), για προστασία σε ορείχαλκο 
6. Πολυμερείς ενώσεις, για αντιαφριστικό και έλεγχο αποθέσεων 
7. Πυριτικό άλας, για αντιδιαβρωτική προστασία αλουμινίου 
8. Μολυβδαίνιο, για αντιδιαβρωτική προστασία σιδήρου 
9. Σάπων καλίου Μονοβασικού και Διβασικού Καρβοξυλικού Οξέος, για προστασία σιδήρου, συγκόλλησης και αλουμινίου 
10. Τολυτριαζόλη (TT), για αντιδιαβρωτική προστασία χαλκού. 

ΙΑΤ 

Η τεχνολογία ανόργανων πρόσθετων (IAT) απεικονίζεται στο παραδοσιακό πράσινο ή μπλε ψυκτικό που χρησιμοποιείται στα περισσότερα παλαιότερα οχήματα. Αυτή η λύση προσφέρει ικανοποιητική αντιδιαβρωτική προστασία, αλλά τα πρόσθετα καταναλώνονται γρήγορα, εκθέτοντας το σύστημα ψύξης σε πιθανά προβλήματα διάβρωσης, εάν δεν αλλάζονται τακτικά. 

Το αντιψυκτικό IAT, κατά κανόνα,  μπορεί να περιέχει: 

1. Πυριτικά άλατα  
2. Φωσφορικά άλατα 
3. Βορικό άλας. 

Τα φωσφορικά προστατεύουν το μαντέμι από την οξείδωση. Τα πυριτικά προστατεύουν το αλουμίνιο από τη διάβρωση. Τα ΙΑΤ έχουν πράσινο χρώμα στην αμερικανική αγορά και ανοικτό μπλε στην ευρωπαϊκή. Το αντιψυκτικό IAT θεωρείται απαρχαιωμένο και μπορεί να προκαλέσει πρόωρη αστοχία των στεγανοποιητικών υλικών (τσιμούχες, o-rings κλπ) που κατασκευάζονται από κεραμικο-φαινολικές ενώσεις και χρησιμοποιούνται σε νεότερες αντλίες νερού. Χρειάζεται αντικατάσταση κάθε 2 με 3 χρόνια. 

OAT 

Προκειμένου να παραταθεί η διάρκεια ζωής του ψυκτικού υγρού, οι κατασκευαστές αυτοκινήτων άρχισαν να αναπτύσσουν ψυκτικά τεχνολογίας οργανικού οξέος (OAT), στα τέλη της δεκαετίας του 1980. Το 1995, η GM παρουσίασε για πρώτη φορά ψυκτικό υγρό μακράς διάρκειας, το Dex-Cool, όπου τα άλατα ανόργανων οξέων αντικαταστάθηκαν από οργανικά άλατα (ΟΑΤ).  

Χρησιμοποιώντας κάποια παραλλαγή και μείγμα βορικών, νιτρικών, φωσφορικών ή πυριτικών αλάτων ως πρόσθετα στα ψυκτικά και αναστολέα διάβρωσης από οργανικό άλας 2-ΕΗΑ, μπόρεσαν να δημιουργήσουν ένα ψυκτικό που χρειάζεται να αντικατασταθεί κάθε 5 χρόνια ή στα 240.000 χλμ. χρήσης, αντί για τα τυπικά 48.000 χλμ. που προσφέρουν τα συμβατικά ψυκτικά τύπου ΙΑΤ.  

Χαρακτηριστικά του ψυκτικού υγρού OAT: 

1. Χαμηλοί ρυθμοί εξάντλησης αναστολέα, ψυκτικό υγρό Long Life. 
2. Συμβατότητα με πολλά πρότυπα ψυκτικού υγρού. 
3. Εξαιρετική σταθερότητα σε υψηλές θερμοκρασίες. 
4. Παρέχει εξαιρετικό ρυθμό μεταφοράς θερμότητας. 

Αν και είναι μεγαλύτερης διάρκειας, η αντιδιαβρωτική προστασία είναι λιγότερο αποτελεσματική σε σχέση με τα αντίστοιχα ΙΑΤ. 

Το DEX-COOL χρησιμοποιεί Αιθυλοεξανοϊκό Οξύ (2-EH) ως αναστολέα διάβρωσης, το οποίο, όμως, είναι επιρρεπές σε καταστροφή πλαστικών, όπως το Nylon 6.6 που χρησιμοποιείται σε φλάντζες πολλαπλής εισαγωγής και καλοριφέρ. 

Τα ψυκτικά υγρά τεχνολογίας OAT αντιδρούν, σε κάποιο βαθμό, με μερικά από τα ανόργανα άλατα και τα καυστικά που χρησιμοποιούνται στα υγρά τεχνολογίας ΙΑΤ. Ο συνδυασμός των δύο οδηγεί σε δημιουργία θολότητας και απώλεια ιδιοτήτων, κυρίως, της παρατεταμένης διάρκειας ζωής. 

Σημαντικό μειονέκτημα του αντιψυκτικού OAT είναι ότι δεν είναι συμβατό με άλλους τύπους ψυκτικού υγρού (IAT και H-OAT). 

Η-ΟΑΤ

Το 2001, η Ford παρουσιάζει το υβριδικό ΟΑΤ (Η-ΟΑΤ), το οποίο σαν αναστολείς διάβρωσης χρησιμοποιεί οργανικά άλατα (όχι 2-ΕΗΑ) και πυριτικά άλατα.

Η υβριδική τεχνολογία οργανικού οξέος (H-OAT) βρίσκεται σε νεότερα οχήματα Ford, Chrysler και Mercedes. Λέγεται ότι συνδυάζει τα πλεονεκτήματα τόσο του IAT όσο και του OAT, με αποτέλεσμα το H-OAT να είναι ένα πολύ προστατευτικό ψυκτικό υγρό μεγάλης διάρκειας. Τα σκευάσματα αυτά ονομάζονται Υβριδικά, επειδή περιέχουν συστατικά τόσο από OAT όσο και από συμβατικές συνθέσεις. Εξαλείφουν, εν μέρει ή πλήρως, το πρόβλημα της ευθύγραμμης συμβατότητας OAT ή του απλού συμβατικού αντιψυκτικού. Τα υβριδικά σκευάσματα περιέχουν σημαντικές συγκεντρώσεις συμβατικών αναστολέων, καθώς και οργανικά καρβοξυλικά ή άλλα άλατα.

Χαρακτηριστικά του Υβριδικού Ψυκτικού H-OAT:

1. Τα νιτρώδη σχηματίζουν ένα σταθερό στρώμα που προστατεύει τις εσωτερικές επιφάνειες από τη διάβρωση, τη σπηλαίωση και την απολέπιση.
2. Υψηλή αξιοπιστία.
3. Συμβατό με κινητήρες και συστήματα ψύξης διαφορετικού σχεδιασμού.
4. Καλή τεχνογνωσία εδώ και χρόνια από πολλούς κατασκευαστές αυτοκινήτων.
5. Εκτεταμένα διαστήματα αλλαγών, ψυκτικό υγρό Long Life.

Άλλοι κατασκευαστές

Λίγο ως πολύ και οι υπόλοιποι κατασκευαστές έχουν παρουσιάσει τις δικές τους προτάσεις σε ό,τι αφορά το ψυκτικό υγρό. Η σύσταση των υγρών που προτείνουν σχετίζεται με τα μέταλλα που χρησιμοποιούν στην κατασκευή του κινητήρα και, συχνά, εκδίδουν δικές τους προδιαγραφές. Συνήθως, πρόκειται για υβριδικές συνθέσεις, όπου, για να διαφοροποιηθούν, ορίζουν και τον αναστολέα φθοράς.  

Το γκρουπ VAG, για παράδειγμα, έχει τυποποιήσει τα ψυκτικά του υγρά με βάση την κωδικοποίηση κατά G, όπως: G11 (IAT), G12 (OAT), G12+ (OAT), G12++ (Η-OAT) ή G13 (Η-OAT). 

Ειδικότερα, οι Ασιάτες κατασκευαστές (με στόλο αυτοκινήτων στην Ευρώπη που αποτελείται από 20% Ιαπωνικά και Κορεάτικα) προτείνουν αντιψυκτικό που πρέπει να συμμορφώνεται με την προδιαγραφή JIS K 2234-2006 Class 2.  

Ενώ πολλοί Ευρωπαίοι κατασκευαστές αυτοκινήτων απαιτούν ένα αντιψυκτικό που περιέχει πυριτικό άλας, οι κατασκευαστές αυτοκινήτων της Ιαπωνίας και της Κορέας απαγορεύουν τη χρήση πυριτικών ενώσεων για τα περισσότερα μοντέλα τους. Για αρκετούς κατασκευαστές, είναι απαραίτητη η σήμανση NAPS (nitrates, amines, phosphate and silicate free – χωρίς νιτρικά, αμίνες, φωσφορικά και πυριτικά άλατα).  

Συνήθη τέτοια υγρά είναι τα: 

1. N-HOAT (Nitrited OAT) με προσθήκη νιτρικών αλάτων
2. NM-OAT (Nitrited Molybdate ΟΑΤ) με προσθήκη νιτρικών αλάτων και μολυβδαινίου
3. Ρ-ΟΑΤ (poly OAT)

Διάβρωση και pH 

Η διάβρωση από ηλεκτρόλυση, γνωστή και ως γαλβανική διάβρωση, μπορεί να προκληθεί χωρίς να απαιτείται καμία εξωτερική πηγή ρεύματος. Η ηλεκτρόλυση συμβαίνει όταν δύο ανόμοια μέταλλα αρχίζουν να ανταλλάσσουν ηλεκτρόνια, προκαλώντας τη διάβρωση των μετάλλων. Δεδομένου ότι ο κινητήρας έχει αλουμίνιο, χαλκό, χυτοσίδηρο, χάλυβα και κράματα μαγνησίου, η ηλεκτρόλυση θα διαβρώσει σιγά-σιγά το εσωτερικό του. 

Όσο πιο αγώγιμο είναι το ψυκτικό, τόσο υψηλότερος είναι ο ρυθμός ροής ρεύματος και πιο μεγάλος ο ρυθμός διάβρωσης. Η αγωγιμότητα του ψυκτικού πρέπει να είναι περιορισμένη, για να αποφευχθεί η δημιουργία ηλεκτρικού δυναμικού μεταξύ διαφορετικών μετάλλων στο σύστημα ψύξης. 

Προκειμένου να αποτρέψει την ηλεκτρόλυση, το ψυκτικό υγρό διαθέτει πρόσθετα. Όμως, με την πάροδο του χρόνου, τα πρόσθετα εξαντλούνται και δεν μπορούν να είναι πλέον αποτελεσματικά. 

Το pH είναι ένα μέτρο της οξύτητας ή της αλκαλικότητας ενός διαλύματος. Ένα διάλυμα με:  

• Λιγότερο από 7 θεωρείται όξινο. 
• Μεγαλύτερο από 7 θεωρείται αλκαλικό. 

Το καινούργιο αντιψυκτικό πρέπει να έχει pH μεταξύ 9 και 11, ενώ το χρησιμοποιημένο μεταξύ 7,5 και 10, καθώς τείνει να γίνεται πιο όξινο με την πάροδο του χρόνου. 

Υπερβολικά όξινο ή αλκαλικό ψυκτικό θα προκαλέσει διάβρωση των εξαρτημάτων του συστήματος ψύξης, μέσω γαλβανικής δράσης. Μπορεί, επίσης, να αυξήσει την ηλεκτρόλυση, καθώς τα ανόμοια μέταλλα σε επαφή με έναν ηλεκτρολύτη μπορούν να δημιουργήσουν μία απλή μπαταρία. 

Το χαμηλό pH αυξάνει τη διάβρωση και, σε pH κάτω από 4, ο ρυθμός διάβρωσης γίνεται μέγιστος. 

Ψυκτικό υγρό γενικής χρήσης 

Τα μέταλλα που χρησιμοποιούνται στον κινητήρα και το σύστημα ψύξης των σύγχρονων αυτοκινήτων είναι εξελιγμένα και ποικίλλουν. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι κατασκευαστές αυτοκινήτων καθορίζουν τον ακριβή τύπο ψυκτικού μέσου στις προδιαγραφές τους. Η σύνθεση των πρόσθετων στα ψυκτικά υγρά διαφοροποιείται έντονα.  

Οι κατασκευαστές έχουν τυποποιήσει τις συνθέσεις με βάση το χρώμα. Έτσι, περιορίζουν τον κίνδυνο ανάμιξης των ανεπιθύμητων υγρών. Όμως, η τυποποίηση με βάση το χρώμα διαφέρει ανάλογα με τον κατασκευαστή.  

Κανένα αντιψυκτικό, σήμερα, δεν μπορεί να ικανοποιήσει όλες τις απαιτήσεις. Ψυκτικό υγρό γενικής χρήσης δεν υπάρχει… 

Στην εποχή μας, απαιτούνται περισσότερα από 7 διαφορετικά αντιψυκτικά υγρά από τους κατασκευαστές αυτοκινήτων, που πρέπει να υπάρχουν στο συνεργείο ή το συνεργείο να έχει πρόσβαση σε αυτά. Τα σύγχρονα ψυκτικά χρησιμοποιούν διάφορα χρώματα, ανάλογα με την αυτοκινητοβιομηχανία. Έτσι, σήμερα, συναντάμε: 

ΤΟΥ ΝΙΚΟΥ ΒΑΣΙΛΑΚη