Hispanopedia WikiUn anticongelante es un aditivo que reduce el punto de congelación de un líquido a base de agua. Se utiliza una mezcla anticongelante para lograr una disminución del punto de congelación en ambientes fríos. Los anticongelantes comunes también aumentan el punto de ebullición del líquido, lo que permite una temperatura de refrigeración más alta. [ 1 ] Sin embargo, todos los aditivos anticongelantes comunes tienen capacidades caloríficas inferiores a las del agua y reducen la capacidad del agua para actuar como refrigerante cuando se le añaden. [ 2 ]
Debido a que el agua posee buenas propiedades refrigerantes, la mezcla de agua y anticongelante se utiliza en motores de combustión interna y otras aplicaciones de transferencia de calor, como enfriadoras HVAC y calentadores solares de agua . El propósito del anticongelante es evitar que una carcasa rígida se rompa debido a la expansión que se produce al congelarse el agua . Comercialmente, tanto el aditivo (concentrado puro) como la mezcla (solución diluida) se denominan anticongelante, según el contexto. Una selección cuidadosa del anticongelante permite un amplio rango de temperaturas en el que la mezcla permanece en fase líquida , lo cual es fundamental para una transferencia de calor eficiente y el correcto funcionamiento de los intercambiadores de calor . La mayoría, si no todas, las formulaciones comerciales de anticongelante destinadas a aplicaciones de transferencia de calor incluyen agentes anticorrosivos y anticavitación ( que protegen el circuito hidráulico del desgaste progresivo).
Principios e historia
El agua fue el refrigerante original para los motores de combustión interna. Es barata, no tóxica y tiene una alta capacidad calorífica. Sin embargo, su rango de temperatura en estado líquido es de solo 100 Kelvin y se expande al congelarse. Para solucionar estos problemas, se desarrollaron refrigerantes alternativos con propiedades mejoradas. Los puntos de congelación y ebullición son propiedades coligativas de una solución, que dependen de la concentración de sustancias disueltas. Las sales, por ejemplo, reducen los puntos de fusión de las soluciones acuosas y, por lo tanto, se utilizan comúnmente para descongelar debido a su bajo costo. Sin embargo, las soluciones salinas generalmente no se pueden usar en sistemas de refrigeración porque inducen la corrosión de los metales. Las soluciones de compuestos orgánicos, especialmente alcoholes , en agua son efectivas. Alcoholes como el metanol, el etanol, el etilenglicol , etc., han sido la base de todos los anticongelantes desde que se comercializaron en la década de 1920. [ 1 ]
Uso y ocurrencia
Uso en la industria automotriz y en motores de combustión interna
La mayoría de los motores de automóviles se enfrían con agua para disipar el calor residual , aunque el "agua" utilizado es en realidad una mezcla de agua y anticongelante. El término refrigerante de motor se usa ampliamente en la industria automotriz y abarca su función principal de transferencia de calor por convección en motores de combustión interna . En el contexto automotriz, se añaden inhibidores de corrosión para proteger los radiadores de los vehículos , que suelen contener diversos metales electroquímicamente incompatibles ( aluminio , hierro fundido , cobre , latón , soldadura , etc.). También se añade lubricante para el sello de la bomba de agua.
El anticongelante se desarrolló para superar las deficiencias del agua como fluido de transferencia de calor .
Por otro lado, si el refrigerante del motor se calienta demasiado, podría hervir dentro del motor, provocando burbujas de vapor, lo que daría lugar a puntos calientes localizados y a la avería catastrófica del motor. Si se utilizara agua corriente como refrigerante en climas fríos, se congelaría, causando daños internos importantes en el motor. Además, el agua corriente aumentaría la incidencia de la corrosión galvánica . Un refrigerante adecuado y un sistema de refrigeración presurizado evitan estos inconvenientes del agua. Con un anticongelante adecuado, el refrigerante del motor puede tolerar un amplio rango de temperaturas, como de -37 ° C a +129 ° C para una solución de propilenglicol al 50 % (en volumen) diluida con agua destilada y un sistema de refrigeración presurizado de 15 psi .
El anticongelante para refrigerantes de motor original era metanol (alcohol metílico). El etilenglicol se desarrolló porque su punto de ebullición más alto era más compatible con los sistemas de calefacción.
Normas de refrigerante del motor
El Grupo Volkswagen se ha comprometido especialmente con el desarrollo de refrigerantes y sus estándares (VW TL 774) en colaboración con Haertol Chemie de Magdeburgo. Los estándares de VW incluyen: G11, G12, G12+, G12++, G13 y G12evo.
Otra empresa involucrada en el desarrollo es BASF (Glysantin), cuyos estándares son: G30, G40, G48, G05, G33 y G34.
Grupo Volkswagen:
- G11 : VW TL 774 C
- G12 / G12+ : VW TL 774 D/F
- G12++ : VW TL 774 G
- G13 : VW TL 774 J
- G12evo : VW TL 774 L
BASF:
- Glysantin G48 : compatible con VW TL 774-C
- Glysantin G30 : compatible con VW TL 774-D/F
- Glysantin G40 : compatible con VW TL 774-G y VW TL 774-J
- Glysantin G64 : compatible con VW TL 774-L
Otros usos industriales
Las soluciones anticongelantes a base de agua más comunes utilizadas en la refrigeración de componentes electrónicos son mezclas de agua con etilenglicol (EGW) o propilenglicol (PGW). El uso de etilenglicol tiene una larga trayectoria, especialmente en la industria automotriz. Sin embargo, las soluciones de EGW formuladas para este sector suelen contener inhibidores de corrosión a base de silicatos que pueden recubrir u obstruir las superficies de los intercambiadores de calor. El etilenglicol está clasificado como un producto químico tóxico que requiere especial cuidado en su manipulación y eliminación.
El etilenglicol posee propiedades térmicas deseables, como un alto punto de ebullición, un bajo punto de congelación, estabilidad en un amplio rango de temperaturas y un alto calor específico y conductividad térmica. Además, tiene una baja viscosidad y, por lo tanto, requiere menos bombeo. Si bien el agua electrolizada (EGW) tiene propiedades físicas más deseables que el agua pirolítica (PGW), este último refrigerante se utiliza en aplicaciones donde la toxicidad podría ser un problema. El agua pirolítica (PGW) se considera generalmente segura para su uso en la industria alimentaria y en aplicaciones de procesamiento de alimentos, y también puede utilizarse en espacios cerrados.
Mezclas similares se utilizan habitualmente en sistemas de climatización y en sistemas industriales de calefacción o refrigeración como fluidos de transferencia de calor de alta capacidad . Muchas formulaciones contienen inhibidores de corrosión, y se prevé que estos productos químicos se repongan (manual o automáticamente) para evitar la corrosión de tuberías y equipos costosos.
Anticongelantes biológicos
Las proteínas anticongelantes son compuestos químicos producidos por ciertos animales , plantas y otros organismos que impiden la formación de hielo. De esta manera, estos compuestos permiten que el organismo huésped funcione a temperaturas muy inferiores al punto de congelación del agua. Las proteínas anticongelantes se unen a pequeños cristales de hielo para inhibir su crecimiento y recristalización , lo que de otro modo sería fatal. [ 5 ] [ 6 ]
Los crioprotectores se utilizan comúnmente en criobiología para prevenir o inhibir la congelación en espermatozoides, sangre, células madre, semillas de plantas, etc. [ 7 ] [ 8 ] El etilenglicol, el propilenglicol y el glicerol (todos utilizados en anticongelantes para automóviles) se utilizan comúnmente como crioprotectores biológicos. [ 7 ] [ 8 ]
Agentes primarios
Glicol etileno
La mayoría de los anticongelantes se elaboran mezclando agua destilada con aditivos y un producto base, generalmente MEG (monoetilenglicol) o MPG (monopropilenglicol). Las soluciones de etilenglicol se comercializaron por primera vez en 1926 como "anticongelante permanente", ya que sus puntos de ebullición más altos ofrecían ventajas tanto para su uso en verano como en climas fríos. Actualmente se utilizan en diversas aplicaciones, incluyendo automóviles , pero existen alternativas menos tóxicas elaboradas con propilenglicol .
Cuando se utiliza etilenglicol en un sistema, este puede oxidarse y transformarse en cinco ácidos orgánicos (fórmico, oxálico, glicólico, glioxálico y acético). Existen anticongelantes de etilenglicol inhibidos, con aditivos que regulan el pH y mantienen la alcalinidad de la solución para prevenir la oxidación del etilenglicol y la formación de estos ácidos. También se pueden utilizar nitritos , silicatos , boratos y azoles para prevenir la corrosión del metal.
El etilenglicol tiene un sabor agridulce y causa intoxicación. Los efectos tóxicos de la ingestión de etilenglicol se producen porque el hígado lo convierte en otras cuatro sustancias químicas mucho más tóxicas. La dosis letal de etilenglicol puro es de 1,4 ml/kg ( 3 onzas líquidas estadounidenses (90 ml) son letales para una persona de 64 kg ), pero es mucho menos letal si se trata en el plazo de una hora. [ 9 ] (véase Intoxicación por etilenglicol ).
propilenglicol
El propilenglicol es considerablemente menos tóxico que el etilenglicol y puede etiquetarse como "anticongelante no tóxico". Se utiliza como anticongelante donde el etilenglicol sería inapropiado, como en sistemas de procesamiento de alimentos o en tuberías de agua en hogares donde existe la posibilidad de ingestión accidental. Por ejemplo, la FDA de EE. UU. permite que se agregue propilenglicol a una gran cantidad de alimentos ultraprocesados , incluidos helados , natillas congeladas , aderezos para ensaladas y productos horneados , y se usa comúnmente como ingrediente principal en el " e-líquido " utilizado en los cigarrillos electrónicos . El propilenglicol se oxida a ácido láctico . [ 10 ]
Además de la corrosión del sistema de refrigeración, también se produce la contaminación biológica . Una vez que comienza a crecer la capa bacteriana, aumenta la tasa de corrosión del sistema. El mantenimiento de los sistemas que utilizan solución de glicol incluye el control regular de la protección anticongelante, el pH , la densidad , el nivel de inhibidor, el color y la contaminación biológica.
El propilenglicol debe reemplazarse cuando adquiere un color rojizo. Cuando una solución acuosa de propilenglicol en un sistema de refrigeración o calefacción desarrolla un color rojizo o negro, esto indica que el hierro del sistema se está corroyendo significativamente. En ausencia de inhibidores, el propilenglicol puede reaccionar con el oxígeno y los iones metálicos, generando diversos compuestos, incluidos ácidos orgánicos (p. ej., fórmico, oxálico, acético). Estos ácidos aceleran la corrosión de los metales en el sistema. [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]
Otros anticongelantes
El éter metílico de propilenglicol se utiliza como anticongelante en motores diésel. Es más volátil que el glicol. [ 1 ]
El glicerol , que antes se usaba como anticongelante para automóviles, tiene la ventaja de no ser tóxico, soportar temperaturas relativamente altas y no ser corrosivo. Sin embargo, no se usa ampliamente. [ 1 ] Históricamente, el glicerol se usaba como anticongelante para aplicaciones automotrices antes de ser reemplazado por el etilenglicol . [ 15 ] [ 16 ] Volkswagen introdujo los anticongelantes G13 (TL 774-G) que contenían glicerol en 2008, comercializados como mejores para el medio ambiente debido a su baja toxicidad y a la reducción de las emisiones de CO 2 . [ 17 ] Sin embargo, desde 2018, han pasado al G12EVO (TL 774-L), que ya no contiene glicerol. [ 18 ]
El uso de glicerol como anticongelante es obligatorio en muchos sistemas de rociadores.
Medición del punto de congelación
Una vez mezclado el anticongelante con agua y puesto en uso, es necesario realizarle mantenimiento periódicamente. Si el refrigerante del motor presenta fugas, hierve o si es necesario vaciar y rellenar el sistema de refrigeración, se deberá considerar la protección anticongelante del anticongelante. En otros casos, es posible que el vehículo deba operarse en un entorno más frío, lo que requiere más anticongelante y menos agua. Se emplean comúnmente tres métodos para determinar el punto de congelación de la solución midiendo la concentración: [ 19 ]
- Gravedad específica (utilizando una tira reactiva de hidrómetro o algún tipo de indicador flotante),
- Refractómetro —que mide el índice de refracción de la solución anticongelante, y
- Tiras reactivas: indicadores especializados y desechables fabricados para este fin.
Tanto la gravedad específica como el índice de refracción se ven afectados por la temperatura, aunque la primera se ve afectada de forma mucho menos catastrófica. No obstante, se recomienda la compensación de temperatura para la medición del índice de refracción. [ 19 ] Las soluciones de propilenglicol no se pueden analizar utilizando la gravedad específica debido a los resultados ambiguos (las soluciones al 40 % y al 100 % tienen la misma gravedad específica), [ 19 ] aunque los usos típicos rara vez superan el 60 % de concentración.
El punto de ebullición puede determinarse de forma similar mediante una concentración obtenida a partir de uno de los tres métodos. Las fichas técnicas de las mezclas de refrigerantes de glicol/agua suelen estar disponibles en los proveedores de productos químicos. [ 20 ]
inhibidores de corrosión
La mayoría de las formulaciones comerciales de anticongelante incluyen compuestos inhibidores de la corrosión y un colorante ( generalmente verde, rojo, naranja, amarillo o azul fluorescente ) para facilitar su identificación. [ 21 ] Normalmente se utiliza una dilución 1:1 con agua, lo que resulta en un punto de congelación de aproximadamente -34 °F (-37 °C) , dependiendo de la formulación. En zonas más cálidas o frías, se utilizan diluciones más débiles o más fuertes, respectivamente, pero con frecuencia se especifica una proporción agua/anticongelante de 40/60 a 60/40 para garantizar la protección contra la corrosión, y 70 %/30 % para la máxima prevención de la congelación hasta -84 °F (-64 °C) . [ 22 ] [ 23 ]
Mantenimiento
En ausencia de fugas, los anticongelantes químicos como el etilenglicol o el propilenglicol pueden conservar sus propiedades básicas indefinidamente. Por el contrario, los inhibidores de corrosión se consumen gradualmente y deben reponerse periódicamente. Los sistemas de mayor tamaño (como los sistemas de climatización ) suelen ser supervisados por empresas especializadas que se encargan de añadir inhibidores de corrosión y regular la composición del refrigerante. Para simplificar, la mayoría de los fabricantes de automóviles recomiendan la sustitución completa periódica del refrigerante del motor, para renovar simultáneamente los inhibidores de corrosión y eliminar los contaminantes acumulados.
inhibidores tradicionales
Tradicionalmente, se utilizaban dos inhibidores de corrosión principales en los vehículos: silicatos y fosfatos . Los vehículos de fabricación estadounidense tradicionalmente utilizaban tanto silicatos como fosfatos. [ 24 ] Los vehículos de fabricación europea contienen silicatos y otros inhibidores, pero no fosfatos. [ 24 ] Los vehículos de fabricación japonesa tradicionalmente utilizan fosfatos y otros inhibidores, pero no silicatos. [ 24 ] [ 25 ]
Tecnología de ácidos orgánicos
La mayoría de los automóviles modernos están construidos con anticongelante de tecnología de ácido orgánico (OAT) (por ejemplo, DEX-COOL [ 26 ] ), o con una formulación de tecnología de ácido orgánico híbrido (HOAT) (por ejemplo, Zerex G-05), [ 27 ] de los cuales se afirma que tienen una vida útil extendida de cinco años o 240 000 km (150 000 mi) .
DEX-COOL en particular ha causado controversia . Los litigios lo han vinculado con fallas en la junta del colector de admisión en los motores de 3.1L y 3.4L de General Motors (GM), y con otras fallas en los motores de 3.8L y 4.3L. Uno de los componentes anticorrosivos presentado como 2-etilhexanoato de sodio o potasio y ácido etilhexanoico es incompatible con el nylon 6,6 y el caucho de silicona , y es un plastificante conocido . Se registraron demandas colectivas en varios estados de EE. UU. y en Canadá, [ 28 ] para abordar algunas de estas reclamaciones. La primera de estas en llegar a una decisión fue en Missouri, donde se anunció un acuerdo a principios de diciembre de 2007. [ 29 ] A finales de marzo de 2008, GM acordó compensar a los demandantes en los 49 estados restantes. [ 30 ] GM ( Motors Liquidation Company ) se declaró en bancarrota en 2009, lo que paralizó los reclamos pendientes hasta que un tribunal determine quién recibe el pago. [ 31 ]
Según el fabricante de DEX-COOL, "mezclar un refrigerante 'verde' [no OAT] con DEX-COOL reduce el intervalo de cambio del lote a 2 años o 50 000 km (30 000 millas) , pero no causará ningún daño al motor". [ 32 ] El anticongelante DEX-COOL utiliza dos inhibidores: sebacato y 2-EHA ( ácido 2-etilhexanoico ), este último funciona bien con el agua dura que se encuentra en Estados Unidos, pero es un plastificante que puede causar fugas en las juntas. [ 24 ]
Según documentos internos de GM, [ 32 ] el principal culpable parece ser el funcionamiento prolongado de los vehículos con niveles bajos de refrigerante. El bajo nivel de refrigerante se debe a que los tapones de presión fallan al quedarse abiertos. (Los nuevos tapones y depósitos de recuperación se introdujeron al mismo tiempo que DEX-COOL). Esto expone los componentes calientes del motor al aire y a los vapores, provocando corrosión y contaminación del refrigerante con partículas de óxido de hierro, lo que a su vez puede agravar el problema de los tapones de presión, ya que la contaminación los mantiene abiertos permanentemente. [ 32 ]
Los nuevos refrigerantes de larga duración de Honda y Toyota utilizan OAT con sebacato, pero sin 2-EHA. Algunos fosfatos añadidos proporcionan protección mientras se acumula el OAT. [ 24 ] Honda excluye específicamente el 2-EHA de sus fórmulas.
Por lo general, el anticongelante OAT contiene un colorante naranja para diferenciarlo de los refrigerantes convencionales a base de glicol (verdes o amarillos), aunque algunos productos OAT pueden contener un colorante rojo o malva. Algunos de los refrigerantes OAT más recientes afirman ser compatibles con todos los tipos de refrigerantes OAT y a base de glicol; estos suelen ser de color verde o amarillo. [ 21 ]
Tecnología de ácidos orgánicos híbridos
Los refrigerantes HOAT suelen mezclar un OAT con un inhibidor tradicional, generalmente silicatos. [ 33 ]
Un ejemplo es Zerex G05, que es una fórmula con bajo contenido de silicatos y libre de fosfatos que incluye el inhibidor de benzoato . [ 24 ]
Un refrigerante HOAT puede tener una vida útil de hasta 10 años / 180 000 millas. [ 33 ]
Tecnología de ácido orgánico híbrido de fosfato
Los refrigerantes P-HOAT mezclan fosfatos con HOAT. [ 33 ] Esta tecnología se usa típicamente en marcas asiáticas y a menudo se tiñe de rojo o azul. [ 33 ]
Tecnología de ácido orgánico híbrido de silicato
Los refrigerantes Si-OAT mezclan silicatos con HOAT. [ 33 ] Esta tecnología se utiliza normalmente en fabricantes europeos y a menudo se tiñe de rosa. [ 33 ]
Aditivos
Todas las formulaciones de anticongelante para automóviles, incluidas las más recientes formulaciones de ácido orgánico (anticongelante OAT), son peligrosas para el medio ambiente debido a la mezcla de aditivos (alrededor del 5 %), incluidos lubricantes, tampones e inhibidores de corrosión. [ 34 ] Dado que los aditivos en el anticongelante son de propiedad exclusiva, las hojas de datos de seguridad (SDS) proporcionadas por el fabricante enumeran solo aquellos compuestos que se consideran riesgos significativos para la seguridad cuando se utilizan de acuerdo con las recomendaciones del fabricante. Los aditivos comunes incluyen silicato de sodio , fosfato disódico , molibdato de sodio , borato de sodio , benzoato de denatonio y dextrina (hidroxietil almidón).
El colorante fluoresceína disódica se añade a las fórmulas convencionales de etilenglicol para distinguir visualmente las cantidades derramadas de otros fluidos del vehículo, y como marcador de tipo para diferenciarlo de tipos incompatibles. [ 21 ] Este colorante emite fluorescencia verde brillante cuando se ilumina con luz azul o ultravioleta procedente de la luz del día o de lámparas de prueba.
El anticongelante para automóviles tiene un olor característico debido al aditivo toliltriazol , un inhibidor de la corrosión. El olor desagradable en el toliltriazol de uso industrial proviene de impurezas en el producto que se forman a partir de los isómeros de la toluidina (orto-, meta- y para-toluidina) y el meta-diaminotolueno, que son subproductos en la fabricación del toliltriazol. [ 35 ] Estos subproductos son altamente reactivos y producen aminas aromáticas volátiles que son responsables del olor desagradable. [ 36 ]
Envenenamiento
El etilenglicol , ingrediente principal de algunos anticongelantes, es tóxico tanto para las personas [ 37 ] como para otros mamíferos. Tras su ingestión, el etilenglicol se metaboliza en el hígado en diversas sustancias intermedias, que luego se transforman en ácido oxálico . [ 38 ] El ácido oxálico es extremadamente peligroso, ya que puede causar, entre otras afecciones, insuficiencia renal , razón por la cual un tratamiento importante para la intoxicación por anticongelante es la diálisis renal . [ 38 ] Los síntomas comunes de intoxicación son vómitos , confusión , dolor abdominal , agitación, ataxia y hematuria . Son frecuentes los daños a largo plazo, como daño renal, daño cerebral , daño al sistema nervioso central y ceguera . [ 39 ] [ 40 ]
El anticongelante puede ser consumido por niños y mascotas debido a su sabor dulce, [ 41 ] y también se consume comúnmente como sustituto del alcohol debido a su alto contenido alcohólico. Muchas formulaciones incluyen aditivos amargos para desalentar su consumo por su sabor; sin embargo, muchos estudios no respaldan la adición de sabor amargo al anticongelante para reducir su ingestión. [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ]
Véase también
Referencias
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