Descongelación
El deshielo es el proceso de eliminar la nieve , el hielo o la escarcha de una superficie. El antihielo es la aplicación de productos químicos que no solo descongelan, sino que también permanecen en una superficie y continúan retrasando la formación de hielo durante un cierto período de tiempo o impiden la adhesión del hielo para facilitar su eliminación mecánica.
La eliminación del hielo se puede lograr mediante métodos mecánicos (raspado, empuje); mediante la aplicación de calor ; mediante el uso de productos químicos secos o líquidos diseñados para reducir el punto de congelación del agua (diversas sales o salmueras , alcoholes , glicoles ); o mediante una combinación de estas diferentes técnicas.
Áreas de aplicación
Carreteras
Se estima que en 2013 se utilizaron 14 millones de toneladas de sal para descongelar carreteras en América del Norte. [1]
El deshielo de las carreteras se ha realizado tradicionalmente con sal , esparcida por quitanieves o camiones volquete diseñados para esparcirla, a menudo mezclada con arena y grava , sobre carreteras resbaladizas. Normalmente se utiliza cloruro de sodio (sal de roca), ya que es barato y se consigue fácilmente en grandes cantidades. Sin embargo, como el agua salada todavía se congela a -18 °C (0 °F), no es de ninguna ayuda cuando la temperatura cae por debajo de este punto. También tiene una tendencia a causar corrosión , oxidando el acero utilizado en la mayoría de los vehículos y las barras de refuerzo de los puentes de hormigón. Dependiendo de la concentración, puede ser tóxico para algunas plantas y animales, [2] y algunas áreas urbanas se han alejado de él como resultado. Los derretidores de nieve más recientes utilizan otras sales, como el cloruro de calcio y el cloruro de magnesio , que no solo deprimen el punto de congelación del agua a una temperatura mucho más baja, sino que también producen una reacción exotérmica . Son algo más seguros para las aceras , pero el exceso aún debe eliminarse.
Más recientemente, se han desarrollado compuestos orgánicos que reducen los problemas ambientales relacionados con las sales y tienen efectos residuales más prolongados cuando se esparcen en las carreteras, generalmente junto con salmueras o sólidos de sal. Estos compuestos a menudo se generan como subproductos de operaciones agrícolas, como el refinado de remolacha azucarera o el proceso de destilación que produce etanol . [3] [4] Otros compuestos orgánicos son la ceniza de madera y una sal antihielo llamada acetato de calcio y magnesio hecha de hierba de la carretera o incluso de desechos de cocina. [5] Además, la mezcla de sal de roca común con algunos de los compuestos orgánicos y cloruro de magnesio da como resultado materiales untables que son efectivos a temperaturas mucho más frías (−34 °C (−29 °F)) así como a tasas generales más bajas de esparcimiento por unidad de área. [6]
Los sistemas de energía solar para carreteras se han utilizado para mantener la superficie de las carreteras por encima del punto de congelación del agua. Se utiliza una serie de tuberías incrustadas en la superficie de la carretera para recoger energía solar en verano, transferir el calor a bancos térmicos y devolverlo a la carretera en invierno para mantener la superficie por encima de los 0 °C (32 °F). [7] Esta forma automatizada de recolección, almacenamiento y distribución de energía renovable evita los problemas ambientales que supone el uso de contaminantes químicos.
En 2012 se sugirió que las superficies superhidrofóbicas capaces de repeler el agua también pueden utilizarse para evitar la acumulación de hielo que conduce a la icefobicidad . Sin embargo, no todas las superficies superhidrofóbicas son icefobas [8] y el método aún está en desarrollo. [9]
Trenes y cambios de vía
Los trenes y los cambios de vía en las regiones árticas pueden tener problemas importantes con la acumulación de nieve y hielo. Necesitan una fuente de calor constante en los días fríos para garantizar su funcionalidad. En los trenes, son principalmente los frenos , la suspensión y los enganches los que requieren calentadores para descongelar. En los raíles, son principalmente los cambios de vía los que son sensibles al hielo. Los calentadores eléctricos de alta potencia evitan la formación de hielo y derriten rápidamente el hielo que se forma.
Los calentadores están hechos preferiblemente de material PTC, por ejemplo caucho PTC , para evitar el sobrecalentamiento y la posible destrucción de los calentadores. Estos calentadores son autolimitantes y no requieren electrónica de regulación; no pueden sobrecalentarse y no requieren protección contra el sobrecalentamiento. [10]
Aviación
Descongelación de aeronaves en tierra
En tierra, cuando hay condiciones de congelación y precipitaciones , es habitual descongelar un avión. Los contaminantes congelados interfieren en las propiedades aerodinámicas del vehículo. Además, el hielo desprendido puede dañar los motores.
Los métodos de descongelación terrestre incluyen:
- Pulverización de diversos fluidos antihielo para aeronaves para derretir el hielo y evitar su nueva formación.
- Uso de aire forzado sin calentar para quitar la nieve suelta y el hielo
- Uso de calefacción por infrarrojos para derretir la nieve, el hielo y la escarcha sin utilizar productos químicos
- Descongelación mecánica mediante herramientas como escobas, raspadores y cuerdas.
- Colocación de un avión en un hangar cálido
Descongelación en vuelo
El hielo puede acumularse en los aviones durante el vuelo debido a las condiciones atmosféricas, lo que puede provocar una degradación del rendimiento del vuelo. Los aviones comerciales de gran tamaño casi siempre cuentan con sistemas de protección contra el hielo durante el vuelo para eliminar la acumulación de hielo y evitar que se vuelva a formar. Los sistemas de protección contra el hielo también son cada vez más comunes en los aviones de aviación general más pequeños.
Los sistemas de protección contra el hielo normalmente utilizan uno o más de los siguientes enfoques:
- "Botas" de goma neumáticas en los bordes de ataque de las alas y las superficies de control, que se expanden para romper el hielo acumulado
- Tiras calentadas eléctricamente en superficies críticas para evitar la formación de hielo y derretir el hielo acumulado
- Sistemas de purga de aire que toman aire caliente de los motores y lo conducen a lugares donde se puede acumular hielo.
- Sistemas de fluidos que "drena" líquido antihielo sobre las alas y las superficies de control a través de pequeños orificios.
Pavimento del aeropuerto
Las operaciones de deshielo de los pavimentos de los aeropuertos ( pistas , calles de rodaje , plataformas , puentes de las calles de rodaje ) pueden implicar varios tipos de productos químicos líquidos y sólidos, incluidos el propilenglicol , el etilenglicol y otros compuestos orgánicos. Los compuestos a base de cloruro (por ejemplo, la sal ) no se utilizan en los aeropuertos debido a su efecto corrosivo sobre las aeronaves y otros equipos. [11] : 34–35
Las mezclas de urea también se han utilizado para descongelar pavimentos, debido a su bajo costo. Sin embargo, la urea es un contaminante significativo en las vías fluviales y la vida silvestre, ya que se degrada a amoníaco después de su aplicación, y se ha eliminado en gran medida en los aeropuertos estadounidenses. En 2012, la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) prohibió el uso de descongeladores a base de urea en la mayoría de los aeropuertos comerciales. [12]
Descongelador agitador de agua
Los agitadores de agua son motores eléctricos que se colocan debajo del agua y que impulsan agua más caliente hacia arriba y agitan la superficie con ella para descongelar las estructuras acuáticas en ríos y lagos a temperaturas gélidas. También hay burbujeadores agitadores que utilizan aire comprimido , que pasa por una manguera y se libera para agitar el agua. [13]
Productos químicos para descongelar
Todos los descongelantes químicos comparten un mecanismo de acción común: impiden químicamente que las moléculas de agua se unan por encima de una determinada temperatura que depende de la concentración. Esta temperatura es inferior a 0 °C, el punto de congelación del agua pura ( descenso del punto de congelación ). A veces, se produce una reacción de disolución exotérmica que permite un poder de fusión aún mayor. Las siguientes listas contienen los productos químicos descongelantes más utilizados y su fórmula química típica .
Sales
- Cloruro de sodio (NaCl o sal de mesa ; el producto químico anticongelante más común)
- Cloruro de magnesio ( MgCl
2, a menudo añadido a la sal para reducir su temperatura de trabajo) - Cloruro de calcio ( CaCl
2, a menudo añadido a la sal para reducir su temperatura de trabajo, ataca al hormigón) - Cloruro de potasio (KCl)
- Acetato de calcio y magnesio ( CaMg
2(ES
3ARRULLO)
6) - Acetato de potasio ( CH
3COCINAR ) - Formato de potasio ( CHO)
2K ) - Formato de sodio (HCOONa)
- Formato de calcio ( Ca(HCOO)
2)
Orgánicos
- Urea ( CO(NH
2)
2), un fertilizante común - Subproductos agrícolas, generalmente utilizados como aditivos del cloruro de sodio.
- Metanol ( CH
4O ), poco utilizado en carreteras - Etilenglicol ( C
2yo
6Oh
2), poco utilizado en carreteras - Propilenglicol ( C
3yo
8Oh
2), poco utilizado en carreteras - Glicerol ( C
3yo
8Oh
3), poco utilizado en carreteras
Impacto ambiental y mitigación
Las sales antihielo, como el cloruro de sodio o el cloruro de calcio, se filtran en las aguas naturales, lo que afecta gravemente su salinidad. [1]
Se sabe que el etilenglicol y el propilenglicol ejercen altos niveles de demanda bioquímica de oxígeno (DBO) durante la degradación en aguas superficiales. Este proceso puede afectar negativamente a la vida acuática al consumir el oxígeno que necesitan los organismos acuáticos para sobrevivir. Se consumen grandes cantidades de oxígeno disuelto (OD) en la columna de agua cuando las poblaciones microbianas descomponen el propilenglicol. [14] : 2–23
Algunos aeropuertos reciclan el líquido antihielo usado, separando el agua de los contaminantes sólidos, lo que permite reutilizarlo en otras aplicaciones. Otros aeropuertos cuentan con una planta de tratamiento de aguas residuales in situ y/o envían el líquido recolectado a una planta de tratamiento de aguas residuales municipal o a una instalación de tratamiento de aguas residuales comercial. [11] : 68–80 [15]
Véase también
Referencias
- ^ ab Miguel Cañedo-Argüelles, Ben J. Kefford, Christophe Piscart, Narcís Prata, Ralf B.Schäferd, Claus-Jürgen Schulze (2013). "Salinización de los ríos: una cuestión ecológica urgente". Contaminación Ambiental . 173 : 157–67. doi :10.1016/j.envpol.2012.10.011. PMID 23202646.
{{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace ) - ^ Fischel, Marion (2001). Evaluación de descongeladores seleccionados basada en una revisión de la literatura. Departamento de Transporte de Colorado. OCLC 173668609.
- ^ Amanda Rabinowitz (25 de febrero de 2008). "Las remolachas forman parte de una nueva receta para tratar las carreteras heladas". Radio Pública Nacional .
- ^ Richard J. Brennan (21 de enero de 2012). "El jugo de remolacha derrite el hielo de las carreteras en invierno". Toronto Star .
- ^ Post, Rachael (3 de marzo de 2014). "Las alternativas a la sal para combatir el hielo: queso, remolacha y ceniza". The Guardian .
- ^ "Acerca de la sal mágica". 2007. Archivado desde el original el 5 de junio de 2009.
- ^ "Almacenamiento de energía térmica en bancos térmicos para calefacción bajo pista". ICAX Ltd, Londres . Consultado el 24 de noviembre de 2011 .
- ^ Nosonovsky, M.; Hejazi, V. (2012). "Por qué las superficies superhidrofóbicas no siempre son icefóbicas". ACS Nano . 6 (10): 8488–8913. doi :10.1021/nn302138r. PMID 23009385.
- ^ Hejazi, V.; Sobolev, K.; Nosonovsky, MI (2013). "De la superhidrofobicidad a la hielofobicidad: análisis de fuerzas e interacción". Scientific Reports . 3 : 2194. Bibcode :2013NatSR...3E2194H. doi :10.1038/srep02194. PMC 3709168 . PMID 23846773.
- ^ Temporada de otoño e invierno de 2012 (reunión informativa para conductores). Londres, Reino Unido: First Capital Connect. Septiembre de 2012.
- ^ ab Documento de desarrollo técnico para las directrices finales de limitación de efluentes y estándares de desempeño de nuevas fuentes para la categoría de deshielo de aeropuertos (informe). Washington, DC: Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA). Abril de 2012. EPA-821-R-12-005.
- ^ "Directrices para el tratamiento de efluentes en aeropuertos". EPA. 10 de febrero de 2021.
- ^ "Qué tener en cuenta al comprar un descongelador de muelle".
- ^ Evaluación de impacto y beneficios ambientales para las pautas y estándares finales de limitación de efluentes para la categoría de deshielo de aeropuertos (informe). EPA. Abril de 2012. EPA-821-R-12-003.
- ^ Tom Gibson (septiembre de 2002). "Dejad que los bichos hagan el trabajo". Ingeniero progresivo . Archivado desde el original el 8 de febrero de 2011. Consultado el 21 de febrero de 2011 .
Enlaces externos
