Замерзание воды под давлением: замерзает ли и при какой t°, в зависимости от чего (таблица соотношений)?

замерзает ли и при какой t°, в зависимости от чего (таблица соотношений)?

Замерзает ли?

При атмосферном давлении в 760 мм рт.ст (или 0,1 мПа), вода превращается в лед уже при 0°С, как известно из школьного курса.

Но при уменьшении этого показателя меняется и точка кипения, и t°, при которой происходит превращение в лед – последняя как раз повышается.

В горах, где разреженный воздух, на определенной высоте она может уже составлять +2…+4°С. И наоборот, чем больше среда давит на воду, тем ниже находится точка замерзания на графиках.

Интересно, что при давлении в 611,73 Па совпадают температура кипения воды и плавления льда. Она составляет +0,01°С. Этот показатель называют тройной точкой воды из-за того, что она находится сразу в трех состояниях.

Считается, что при более низком показателе она просто не сможет сохранять жидкое состояние и будет превращаться в водяной пар. Причем температура плавления льда и точка замерзания воды обычно не совпадают, это разные величины.

Хотя для удобства бытовых расчетов их часто отождествляют, поскольку при 760 мм рт.ст. они как раз будут одинаковыми.

Но при этом нет такого давления, при котором бы вода совсем не замерзала. Другое дело, что в лабораторных условиях можно создать такую ситуацию, при которой вода будет замерзать только при -20…-40°С.

Кроме того, возможно получение и нестабильного состояния – переохлажденной жидкости. Но если в ней появится центр кристаллизации, она сразу же превратится в лед.

Температура в зависимости от показателя

Чтобы четко определить температуру замерзания, нужно сначала понять, как связаны эти 2 параметра.

Как они взаимосвязаны?

При увеличении давления, температура замерзания снижается, при уменьшении – t° растет. Существуют специальные формулы, которые помогают рассчитать конкретное значение.

Таблица таких соотношений выглядит следующим образом:

Температура, °СДавление, мПа
00,1
-11
-230
-340
-450
-560
-10110
-22210

Как происходит процесс?

Снижение температуры замерзания при увеличении давления имеет физическое обоснование.

Пресная жидкость при замерзании расширяется примерно на 10%. У соленой морской воды расширение будет меньшим, но оно все равно происходит.

Поэтому, когда внешнее давление растет, то температура замерзания снижается. Суть процесса замерзания состоит в кристаллизации воды.

Но в отличие от других жидкостей, вязкость воды при увеличении давления уменьшается. Что и обусловило более медленные процессы кристаллизации.

Это объясняется структурными особенностями молекул и некоторыми механизмами взаимодействия между ними. Для того, чтобы процесс начался, нужен центр кристаллизации, состоящий из нескольких десятков молекул.

В природных условиях пресная вода всегда содержит примеси – пылинки, молекулы соли и т.д. Все они могут стать центрами кристаллизации, поэтому процесс будет протекать быстрее, чем при тех же условиях, но в очищенной воде в лабораторных условиях.

Каково давление замерзающей жидкости?

Давление замерзающей воды обусловлено тем, что происходит ее расширение. Однако давление она оказывает и в жидком виде, просто при отрицательных температурах оно увеличивается примерно на 10%.

Как влияет тип воды?

Дистиллированная влага в принципе замерзает медленнее даже при нормальном атмосферном давлении. В отличие от других видов пресной воды, она не содержит сторонних примесей.

В ней отсутствуют ядра кристаллизации, и поэтому она замерзает только при очень низких температурах – эксперименты показали, что при -42°С.

Физики называют такую жидкость переохлажденной. Любопытно, что если постучать по сосуду с такой дистиллированной водой, она практически моментально превратится в лед.

В лабораторных условиях проводились эксперименты, при которых давление увеличивали до очень высоких значений, так что дистиллят замерзал только при -70°С.

Наличие любых примесей, в том числе и тех, что находятся в минеральной воде, повышает температуру замерзания, даже, если прочие условия остаются теми же.

Что касается остальных растворов, то здесь, помимо давления, важную роль играет еще и плотность – например, у соленой воды она намного выше.

Но при этом при отрицательных температурах частицы соли как бы выталкиваются. И если растопить многолетний морской лед, то окажется, что он состоит из пресной воды, даже пригодной для питья.

Применение знаний в быту человека

В основном сведения о температуре замерзания воды нужны тем, кто сталкивается с прокладкой водопровода.

Как правило, ее замерзание в таких случаях проходит не на подземном участке трубы, а над поверхностью почвы, и далее идет процесс кристаллизации уже в наземном участке.

Чтобы этого не происходило, поскольку замерзание и расширение воды выводит из строя всю систему и нарушает целостность труб, принимают активные и пассивные меры – от утепления трубы до специально обустроенной системы обогрева.

Но очень важно с самого начала правильно сделать расчеты, подбирая производительность оборудования и диаметр труб таким образом, чтобы создать такое давление, при котором вода не будет замерзать при климатических условиях, характерных для этого региона.

Сведения об этих показателях и их соотношениях также нужны тем, кто занимается прокладкой отопительных систем. Важны они и для автомобилистов, которым приходится часто сталкиваться с замерзанием жидкости в радиаторе.

Заключение

Температура замерзания воды под давлением – вопрос более сложный, чем могло бы показаться на первый взгляд. Иногда даже в быту для ее расчета нужно применять громоздкие формулы или готовые таблицы соотношений.

минимальные и максимальные показатели в системе водопровода, какие приборы для п и регулировки существуют

В физике и в быту используется одно и то же понятие давления воды, но смысл в него вкладывается разный. Иногда его путают с напором. Однако, это все-таки разные понятия.

Давление воды характеризуется потенциальной энергией. Это та сила, с которой водяной поток действует на препятствие, которое возникло на его пути.

В текущей воде давления нет, но есть напор, который характеризуется кинетической энергией.

Определение

Если же говорить о давлении воды в водопроводной системе, то этот показатель отражает расстояние, на которое можно поднять водяной столб над уровнем грунта до точки водоразбора.

Выражается он в барах (или в атмосферах, на практике они почти идентичны). В общем виде можно сказать, что 1 бар давления означает, что воду можно поднять на высоту, равную 10 м.

Это  будет верно и для водяных насосов, которые поднимают воду с глубины. При этом учитываются потери на преодоление сопротивления труб, по которым течет вода.

От чего зависит?

С точки зрения физики, этот показатель зависит от ее плотности и высоты водяного столба. В целом каждые 10 м высоты соответствуют давлению в 1 кг/кв.см.

Однако, когда речь идет о давлении воды в водопроводной системе, то на этот показатель также влияют:

  • сопротивление, оказываемое стенками трубы;
  • наличие подъемов и уклонов на определенных участках сети;
  • разница в диаметрах труб, использованных для прокладки системы;
  • наличие засоров и возможных отложений, в том числе загрязнение очистных фильтров.

Виды

В технической и научной литературе встречаются такие термины для описания разных типов давления воды:

  1. Гидростатическое. Означает давление водяного столба над условным уровнем – практически над любой частью плоскости.
  2. Абсолютное. Это, по сути, любое давление по отношению к нулевому (его эталоном считается уровень в безвоздушном пространстве).
  3. Дифференциальное. Оно означает разницу между двумя показателями давления, то есть то, что в быту называют перепадами.
  4. Избыточное. Это разница между абсолютным и атмосферным давлением. Его также называют манометрическим.
  5. Осмотическое. Это то избыточное гидростатическое давление, которое вода оказывает на раствор, от которого ее отделяет мембрана (осмос). Показатель описывает явление, при котором давление уравновешивает концентрации по обе стороны мембраны.

Минимальные и максимальные показатели

Для технических целей нужно знать наименьшее и наибольшее значение показателей в системе водоснабжения.

В данном случае минимум для давления составляет 1 атмосферу. Именно такого уровня достаточно для того, чтобы обеспечить «самотек», то есть движение за счет одной только гравитации.

Максимальное давление в водопроводной системе ограничено техническими характеристиками ее компонентов, например, производительностью насосов.

В магистральных водопроводах в городских условиях этот показатель составляет 7-10 атмосфер, но в квартире он будет ниже – 6-7 атмосфер, и примерно столько же – в загородных домах.

Физические свойства

У давления воды есть разные физические свойства. Какие?

На глубине

При погружении на глубину давление воды будет расти. Здесь используется такая формула:

Р = ρ × g × h, причем:

  1. ρ – это плотность воды,
  2. g – средний показатель ускорения для свободного падения, который принимают равным 9,81 с/ кв.с (или даже 10 – для грубых подсчетов),
  3. h – глубина, для которой и выполняются расчеты.

Обо всех показателях давления на глубине наша статья по ссылке.

Температура замерзания воды под давлением

В целом с повышением давления температура замерзания падает, вплоть до отрицательных температур. Например, при показателе в 2 атм вода замерзает уже не при 0°С, а при –2°С, а при давлении 3 атм – при –4°С.

Сила

Из школьного курса известно, что это понятие отражает такое явление, как силу, которое вода, налитая в сосуд, оказывает на его дно. То есть сила считается как вес водяного столба определенной высоты с площадью основания такой же, как у этого сосуда.

Детально о силе давления читайте здесь.

Как зависит расход h3O от напора и диаметра трубы

Формула зависимости достаточно сложна. Но в общих чертах можно сказать, что чем меньше диаметр трубы, тем выше сопротивление ее стенок и тем ниже давление.

Таким образом, при большем диаметре водопроводных труб вода транспортируется быстрее и с меньшей потерей напора, но и расход получается выше.

Приборы и устройства для измерения или регулировки

Для измерения и регулировки давления воды в различных системах и насосных станциях могут использоваться различные приборы.

Манометр

Этот прибор необходим непосредственно для измерения давления воды. Принцип его работы основан на том, что измеряемый показатель уравновешивается специальной мембраной или пружиной.

Полный обзор прибора ищите здесь.

Реле

Это устройство, которое необходимо для автоматического включения/отключения оборудования насосной станции в случаях, когда меняется напор воды.

В реле предусмотрены нижний и верхний пороговый показатель, при котором оно срабатывает.

Если давление воды падает до нижней границы, то реле замыкает контакты и работает для подачи питания к насосу.

Если давление достигает верхнего значения, то контакты реле размыкаются, подача питания отключается.

Для этого в реле имеется гибкая мембрана, под действием давления она изгибается. А для противодействия давлению есть специальная пружина. Степень ее сжатия регулируется гайкой, которая используется и для регулирования реле в целом.

Более детальная информация представлена в этой статье.

Стабилизатор

Этот прибор похож на регулятор давления, представляет собой перекрывающий кран, управляемый электрическим приводом. Стабилизирует давление в системе.

О стабилизаторе подробно мы рассказали в этой статье.

Ограничитель

Ограничитель – это, в принципе, то же самое, что редуктор, поскольку прибор не только стабилизирует, но и снижает давление.

Полную информация об ограничителях давления воды читайте здесь.

Редуктор/регулятор

Редуктор представляет собой компактное устройство в металлическом корпусе, которое подключается к водопроводной сети для стабилизации и уменьшения давления. Он может быть электронным или автоматическим. Принцип его работы основан на выравнивании усилия пружины и диафрагмы.

Более детально можете почитать здесь.

Насос для повышения уровня

Этот прибор повышает давление воды в квартире или в частном доме.

Это гидравлический прибор, который преобразует энергию мотора в энергию потока h3O и повышает давление.

Бытовые насосы бывают циркуляционными и самовсасывающими. Часто они устанавливаются в систему вместе с гидроаккумулятором.

О видах и принципах работы насосов читайте нашу подробную статью.

Датчик

Это прибор, который измеряет и контролирует давление воды, регулируя работу системы в целом. По сути, описанное выше реле выполняет те же функции.

Клапан

Это устройство, которое повышает безопасность использования водопроводной системы. Оно по принципу работы похоже на описанный выше редуктор.

Полная информация о приборе и его установке читайте в нашей статье по ссылке.

Напор в жилых домах

И в квартире, и в частном доме напор воды регулируется одним и тем же СНиП 2.04.01-85. Только нужно учитывать, что в многоквартирных домах есть еще определенные отклонения от нормы в зависимости от этажа.

В квартире

Для горячей воды, если квартира расположена на первом этаже, нормой считается 4-4,5 бара. Для холодной воды нормой считается показатель в 4,5-5 бар.

Об уровне давления воды в квартире более подробно здесь.

В частном доме

Для горячей воды норматив будет практически таким же, как для квартиры – 4-4,5 бара.

С учетом того, что в домах часто стоят насос относительно небольшой мощности, то для ХВС нормальным считается и значение 2,8-3,5 бара.

Но если водопроводная система используется и для полива участка, то ставят более мощный насос, и тогда уровень напора воды может достигать 6 бар.

Как узнать показатель давления?

Определить показатели в системе можно как с помощью манометра, так и без использования прибора.

При помощи манометра

Существуют два варианта измерения напора в водопроводе. Первый вариант – постоянный контроль. Он предполагает стационарную установку манометра во вводном узле. Для этого устанавливают манометры на трубах горячего и холодного водоснабжения.

Еще один важный момент – манометры подключают после грубого очистного фильтра. Если владелец жилья хочет поставить еще фильтры тонкой очистки, то стоит поискать устройства, уже оснащенные манометрами. И еще – эти приборы устанавливают перед счетчиками расхода.

Второй вариант – это периодический контроль. Для этого нужно:

  1. Приобрести необходимое оборудование. В данном случае — это бытовой манометр, насадка на кран (с одной из сторон она должна быть оснащена штуцером), подходящий по диаметру резиновый шланг.
  2. Насадка устанавливается на кран, шланг подсоединяется к штуцеру одним концом, а второй должен быть подключен к входному отверстию измерительного прибора.
  3. Все соединения, имеющиеся в этой схеме, нужно надежно затянуть с помощью хомутов, чтобы не было прорыва под сильным напором.
  4. Открывают кран на максимум, чтобы измерить напор, и фиксируют полученный показатель.

Можно ограничиться упрощенной схемой. Для этого надо снять лейку с душевой смесителя и подключить к шлангу манометр.

Без манометра

Справиться с измерением можно и без манометра. Для этого понадобиться только шланг из прозрачного ПВХ.

Алгоритм такой:

  • Шланг с одной стороны подключают к интересующей владельца точке водоразбора и фиксируют так, чтобы он был направлен вертикально.
  • Открывают кран, и шланг начинают заполнять водой, пока она не достигнет уровня, соответствующего нижней точке крана. Одновременно верхнее отверстие герметично закрывают.
  • Водопроводный кран открывают на максимум.
  • Измеряют высоту водяного столба от уровня, установленного как нулевой до начала воздушной пробки. Высоту пробки тоже нужно измерить.

Складывают высоту столба с высотой пробки и делят на высоту пробки. Полученное значение нужно умножить на атмосферное давление, но оно в данном случае принимается равным 1 атм.

Подробная статья об измерении давления без прибора здесь.

Что делать в случае снижения напора?

Падение напора воды может быть связано с серьезными поломками, но иногда – все дело в длительном отключении электроэнергии или каких-то бытовых проблемах. Так что начинать нужно с тщательного осмотра системы.

В газовом котле

Падение давления в газовом котле приводит к остановке его работы. Современное оборудование обычно оснащено автоматикой, которая отключает котел при прекращении подачи воды.

Владельцу дома нужно:

  1. Осмотреть котел, чтобы убедиться, что нет повреждений.
  2. Проверить всю отопительную систему, чтобы выявить течь.

    Иногда проблемы возникают из-за того, что стыки между трубами не выдерживают давления, возникает протечка, и напор снижается. Выявленную течь нужно устранить.

  3. Зафиксировать показания манометра. Если он показывает значение на уровне 1 атм., можно попробовать открыть кран подпитки и добавить воду в ручном режиме.

    Если это не дало результата, следует вызывать мастера из сервисной службы. Специалист сможет выявить причину поломки и устранить ее, что гораздо безопаснее собственных усилий.

Причины падения давления в газовом котле при включении горячей воды описаны здесь.

В квартире

Если снизился напор в квартире, нужно:

  • Проверить, нет ли засора в трубах.
  • Проверить на предмет загрязнения аэратор. Если будут обнаружены засоры, устранить их.
  • Если после устранения засора ситуация не изменилась, нужно установить дополнительно проточный насос (это разновидность циркуляционного оборудования). Преимуществом такого насоса является то, что он не требует получения дополнительных разрешений. Напор в этом случае можно контролировать вручную или автоматически.
  • Прибор подбирают так, чтобы его мощность и производительность соответствовали потребностям в подаче воды. Например, если есть три точки водоразбора, то 3,5 кубометра/час – это нормальный показатель, напора хватит для работы приборов.

Регулировка

В частных домах для регулирования уровня напора только проточного насоса недостаточно. Требуется насосная станция или гидроаккумулятор. В этих приборах проводят настройку реле давления воды.

В насосной станции

Здесь за регулировку отвечает реле, которое отключает или включает устройство так, как было описано выше.

Главные его элементы – это закрепленные на металлическом основании контакты.

Чаще всего для работы устройства используются две разные по размеру пружины и мембрана.

У реле часто уже бывают выставлены фабричные настройки.

Для включения это показатель в 1,5-1,8 атмосфер,  а для отключения – уровень 2,5-3 атмосферы. И есть максимальный предел в 5 атмосфер, но на практике его не всякое реле выдерживает. В большинстве случаев заводские настройки обеспечивают нормальную работу. Если нет – надо выставить их вручную.

Сначала проверяют работу системы и уровень напора воздуха в гидроаккумуляторе. После запуска станции давление восстанавливается, его измеряют и фиксируют, питание оборудования отключают, воду из системы спускают. Иногда нужно уменьшить давление.

С реле снимают пластиковый корпус, затягивают гайку большой пружины, закручивая ее по направлению движения часовой стрелки, пока пружина не сожмется до соответствующего уровня.

Вращение маленькой гайки в том же направлении увеличивает разрыв между параметрами для включения и выключения. Положение фиксируют, корпус возвращают на место.

В гидроаккумуляторе

Бак, который используется в насосной станции, называется гидроаккумулятором. Помимо всего прочего, он обеспечивает определенный запас воды. Его работа регулируется реле. За уровнем воды в гидроаккумуляторе следит поплавковый датчик.

Реле здесь устроено так же, как в насосной станции. И настраивают его точно так же. То есть сначала проверяют работу системы, измеряют напор с помощью манометра, затем воду сливают, снимают корпус с устройства, с помощью гаек подстраивают показатели.

Вся информация по регулировке здесь.

В стиральной машине

Установка любой техники, потребляющей воду, требует хорошего напора. Но для стиральных машин это особенно важно.

Каждый производитель старается выпускать такую технику, которая может работать и при снижении напора.

Например, для брендов Samsung и Electrolux нормальным считается показатель в 0,3-0,4 бар. Для Atlant и Bosch он гораздо выше – 0,5-0,6 бар. Некоторые модели требуют до 0,8 бар напора.

Более подробно о силе давления, необходимого для стиральных машин, читайте в этой статье.

Как устранить течь в трубе под давлением?

Устранение течи в трубе под давлением – это всегда временная мера, поскольку после нее все равно необходим полноценный ремонт. Существует несколько популярных методов:

  1. Установка металлического хомута. Он используется тогда, когда заварить свищ в трубе не получается. При этом хомут стоит достаточно долго, хватит времени на то, чтобы подготовить замену. На место течи устанавливается резина или медицинский жгут, сверху – хомут, который затягивается с помощью болтов.
  2. Применение аварийного клея на основе эпоксидных смол, содержащих вдобавок металлическую пыль. Клей достаточно надежен, но только если течь небольшая, поскольку иначе будет тяжело подготовить поверхность.
  3. Наложение бинта, каждый слой которого пересыпается солью. В итоге получается довольно плотная «повязка». Соль в ней не растворяется, а как бы каменеет, но ненадолго. Такого ремонта хватит только на несколько дней.
  4. Установка самореза – не лучший вид ремонта. Его не хватает надолго, и он очень ненадежен, подойдет он только в том случае, если другого выхода нет.

Еще более детально об устранении течи ищите по ссылке.

Заключение

Под давлением воды понимают зависимость ее массы от силы тяготения Земли. При помощи определенного оборудования показатель этот можно регулировать, однако подбирается оно в зависимости от технических условий.

когда и при какой температуре происходит, может ли на улице, на морозе замёрзнуть вода в аккумуляторе в машине, должна ли

Может и должна ли замораживаться?

Дистиллированная вода может замерзнуть. Но этот процесс начинает происходить при более низкой температуре.

Если в обычной воде кристаллы льда появляются уже при 00С, то дистиллят замерзает только при твердом минусе.

В неочищенной воде имеются соли с прочими примесями. Из-за них в такой воде много центров кристаллизации. Дистиллированный раствор практически не имеет центров кристаллизации.

В такой среде нет посторонних примесей, за счет которых вода быстрее перейдет в твердую форму. Но при дальнейшем снижении температуры даже идеально очищенная смесь все равно замерзнет.

Справка. Обычный качественный дистиллят может превратиться в лед при -100С. Стерильная лабораторная вода замерзает при более низком значении. Оно составляет -420С. В лабораторных условиях отмечался случай, когда стерильный раствор превратился в лед только при -700С.

Почему существует утверждение, что дистиллят не превращается в лед?

Данное мнение основывается на свойствах такого состава. В нем отсутствуют примеси. Именно из-за них простая вода замерзает уже при 00С. Поскольку в очищенных растворах примесей не имеется, то считается, что они могут оставаться в жидком состоянии даже при минусе.

От каких факторов зависит температура кристаллизации?

Температура замерзания стерильного раствора зависит от следующих факторов:

  • наличие посторонних примесей;
  • концентрация посторонних включений;
  • условия внешней среды, в которых находится очищенная смесь.

Играет роль внешнее воздействие на тару с дистиллированной водой. Даже стерильный раствор при добавлении в него небольшого количества посторонних примесей начнет быстро кристаллизоваться даже при слабом минусе.

Справка. Опыты указывают на чувствительность дистиллированного раствора к механическому воздействию. Охлажденная, но незамерзшая вода моментально покроется льдом, если ударить по емкости с ней или взболтать ее. Это говорит об ее нестабильном состоянии при заморозке.

Отличие в заморозке дистиллята от обычной воды

Замораживание дистиллята отличается от заморозки простой воды более низкой точкой замерзания. Чем состав чище, тем ниже температура потребуется ему для полного превращения в лед. Водопроводная вода превратится в лед уже при 00С.

Отличие также кроется в центрах кристаллизации. В очищенной воде их нет из-за отсутствия в ней примесей. В обычной воде таких центров кристаллизации очень много. По этой причине она быстрее охлаждается.

Замораживание обычной воды происходит быстрее, чем дистиллированной.

Очищенный состав кристаллизуется более длительное время. Фрагменты льда в такой воде формируются постепенно.

Обычная вода покрывается льдом по всей поверхности. Замораживание начинается снизу и движется вверх. В дистилляте этот процесс идет сверху вниз.

Температура превращения в лед

Скорость превращения очищенной воды в лед зависит от условий, в которых она находится. Дистиллированная смесь, находящаяся на улице и внутри аккумулятора машины, замерзает при разной температуре. В двух указанных случаях отмечается разная точка замерзания.

На улице

В уличных условиях очищенный состав кристаллизуется довольно быстро. На открытом воздухе нет факторов, препятствующих быстрому переходу раствора в состояние льда.

Качественный дистиллят на улице может замерзнуть при -100С. Это значение является точкой замерзания. Но часто имеющиеся в продаже составы превращаются в лед при температурном режиме от -1 до -50С.

В аккумуляторе

Поскольку в данном случае очищенная вода находится внутри аккумуляторной батареи, то процесс ее замерзания будет происходить медленнее. Но это касается случаев, если дистиллят заливается в прогретый аккумулятор. Он остывает медленно. При слабом минусе дистиллят внутри него не успеет заморозиться.

Важно. Точкой замерзания качественной дистиллированной воды в аккумуляторной батарее является значение в -70С. Обычные составы среднего качества могут начать кристаллизироваться уже при температуре в -30С.

Как происходит процесс?

Процесс происходит следующим образом:

  1. Состав при снижении температуры охлаждается все больше.
  2. При достижении точки замерзания пространство между молекулами увеличивается.
  3. В верхней части емкости сначала формируется ледяная шапка, которая начинает расти вниз.
  4. Замораживание идет сверху вниз, пока не доходит до дна емкости.

В процессе замораживания объем дистиллированной смеси становится больше почти на 10%.

Что делать, при замерзании?

В обычных условиях заморозка дистиллята не создает проблем. Замерзший состав необходимо поставить в отапливаемое помещение и подождать.

Когда он оттает и достигнет комнатной температуры, его можно продолжить использовать по назначению. Свойства такого раствора не изменятся.

Не следует ускорять размораживание дистиллированной воды. Нельзя ее нагревать. При данном процессе раствор перестанет быть чистым. В него попадут посторонние примеси из тары, в которой он нагревается.

Если дистиллят замерз внутри аккумулятора, то необходимо предварительно снять его с автомобиля и положить в теплое помещение. Батарея должна оттаять сама при комнатной температуре.

Нельзя нагревать ее или включать в процессе размораживания. После обязательно требуется проверить состояние пластин батареи.

Дистиллят в состоянии льда из-за своего расширения может повредить их, приведя в негодность весь аккумулятор.

Только после тщательной проверки батареи можно устанавливать ее обратно на автомобиль и продолжать им пользоваться. Часто замерзшая дистиллированная вода в аккумуляторе является причиной его поломки. В таких ситуациях дистиллят сливается, а батарея либо отдается в ремонт, либо заменяется на новую.

Заключение

Дистиллированная вода способна к замораживанию, но при более низких температурных показателях, чем обычная вода. Это обусловлено отсутствием в ней примесей и центров кристаллизации.

Качественный дистиллят замерзает при -100С. Очищенные растворы могут начать замерзать и при более низких температурных режимах. В лабораторных условиях такие составы могут превратиться в лед только при -420С.

На улице раствор замерзает быстрее, чем внутри аккумуляторной батареи. Но если аккумулятор в машине не прогрет, то внутри него очищенная вода может замерзнуть даже при -30С. Замерзшую дистиллированную воду можно разморозить и продолжить использовать.

незамерзающий водопровод на даче — domovoi111 — LiveJournal

Решил сделать так чтобы водопроводом на даче можно было пользоваться и зимой.

С точки зрения  стойкости к замерзанию водопровод условно делится на 3 участка. И везде свои способы борьбы за незамерзаемость.

1.Источник водоснабжения (колодец или скважина)

2 Трубопровод до дома

3 Ввод в дом

У меня скважина с погружным насосом на глубине около 20м. Замерзания здесь нет по определению.

На втором участке либо прокладывают трубу  в траншею с глубиной не менее глубины промерзания грунта(1.5 м в подмосковье) или прокладывают неглубоко или даже по верху, но с возможностью после закачки воды в дом, сливаться воде из труб обратно в источник.

Для этого нужно прокладывать трубы с небольшим уклоном в сторону источника, ну и принять меры, чтобы обратный клапан(у кого есть) не мешал этому процессу.

Еще один способ фигурирует на многих сайтах. Никто его никогда не использовал, но почему то пропагандируют, переписывая друг у друга. Вот он.

«Если врезать в водопровод небольшой ресивер и до отъезда с дачи нагнетать в него давление, равное 3-5 атмосферам, то вода в трубах не будет замерзать. Чтобы привести систему в рабочее состояние, требуется только стравить данное давление».   

 Да, точка замерзания воды понижается с увеличением давления. Но насколько?  Оказывается, только на 1 град. при возрастании давления на 300атм. При таком давлении водопровод не замерзнет от холода потому, что он не выдержит подобного давления и взорвется.

При давлении же 5-10атм вода как замерзала так и будет замерзать при 0ºC сколько бы об этом не писали в инете. В чем то эти заклинания напоминают Чумака заряжавшего воду в программах телевидения. Но человеку можно что то внушить, вода же будет замерзать как обычно сколько бы её не заклинать.

Третий участок заслуживает более подробного описания. Трубопровод проложен на достаточной глубине и не промерзает там,  но  при входе в подвал  имеется проблемный участок  водопровода, который проходит через зону отрицательных температур.

  Труба водопровода поднимается здесь из траншеи (1.5м), проходит холодный подвал
(еще 2-3м) и попадает в жилую зону. Длина этого проблемного участка водопровода составляет 3-5 М. 
Этот участок даже при очень хорошей теплоизоляции, но сильных морозах и при отсутствии регулярного во дозабора может замерзнуть.  Значит, для этого участка нужна  теплоизоляция и небольшой подогрев для гарантии. Надо понимать, что теплоизоляция просто увеличивает время промерзания, но не предотвращает его.

Кроме того, в доме могут быть водоводы  и накопительные емкости для воды, расположенные в неотапливаемом помещении, которые тоже требуют теплоизоляции и подогрева.

Как предохранить эти проблемные участки  водопровода от промерзания?

Рассмотрим  случай, когда водопровод постоянно заполнен водой и часть его находится в зоне отрицательных температур.

Вода в трубе на проблемном участке отдаёт свое тепло окружающему пространству. Температура её при этом понижается и при достижении 0 ºC она замерзает. Чтобы этого не случилось надо :

1. Создать хорошую теплоизоляцию вокруг трубы (только на проблемном участке), чтобы свести теплоотдачу к минимуму и уменьшить расход энергии на подогрев. Но при любой теплоизоляции энергопотери останутся, просто величина их снизится до приемлемого уровня.

2. Подвести к этому участку трубы (или к воде в трубе) тепловую энергию не меньшую по величине, чем величина энергопотерь. Это достаточное условия незамерзания.

Если бы по трубе постоянно протекала вода из источника, то она с собой приносила бы тепловую энергию, которая в принципе, могла бы компенсировать теплопотери.

Но на практике не бывает постоянного водоразбора в течение суток.  Ночью краны закрыты и вода в трубе стоит. Так что зимние ночи самое опасное время с т.з. замерзания водопровода.

Какую же мощность требуется подвести к трубе диаметром 20-25мм, чтобы исключить замерзание воды. Считается что при хорошей теплоизоляции в средней полосе России достаточно подвести 7-10вт на каждый метр трубы. Если участок трубы, склонный к замерзанию составляет 5 м, то требуется всего 50вт.

  Для расчета величины теплопотерь можно использовать калькулятор  http://www.promizol.com/calculator/

Замерзание воды, его свойства значение для человека.

Вода – одно из самых необходимых веществ на нашей планете. Она имеет массу свойств, которые делают её, в какой-то степени уникальной. Одно из самых известных свойств, о котором знает даже маленький ребёнок, это замерзание воды. Известно, что 0 градусов Цельсия температура кристаллизации воды. Но не всё так просто. Некоторые тонкости этого процесса рассмотрим дальше.

Как замерзает вода

Кристаллизация воды – сам по себе очень интересный и многогранный процесс. Давайте разберемся, как это происходит. Как известно вода состоит из молекул, которые немного связаны между собой и стремятся к воссоединению. Всё довольно просо, при высоких температурах начинается отдаление молекул, а при низких температурах сближение. Под влиянием низких температур их движение замедляется и они, соединяясь, образовывают кристаллическую структуру. Кристаллизация, или же замерзание это превращение воды в лёд, переход в твёрдое состояние.

Температура замерзания воды

Процесс замерзания происходит при охлаждении её до ноля градусов по шкале Цельсия. Это касается не всей воды. Молекулы присоединяются к примесям, которыми являются частички пыли, соли и т.д. Поэтому чистая либо же дистиллированная вода, без присутствия этих самых примесей под воздействием низких температур по столбику Цельсия, дольше, чем обычная может оставаться в жидком состоянии.

Так же интересно, что при том, как другие вещества при замерзании уменьшаются в объеме, вода наоборот увеличивается. Все потому, что при переходе в твёрдое состояние, расстояние между молекулами расширяется. При том,что объём увеличивается, масса при замерзании не увеличивается, и весит столько же, сколько тёплая вода.

Многие задаются вопросом, почему вода не замерзает под толстым слоем льда. Любой физик ответит, что под слоем льда, вода не замерзает,так как поверхность льда служит теплоизолятором.

Отчего горячая вода замерзает быстрее холодной

Известен такой факт, что горячая или тёплая вода замерзает быстрее холодной воды. Невероятно, но факт. Это открытие сделал Эрасто Мпемба. Он проводил эксперименты с использованием мороженой массы,причём обнаружил, что если масса тёплая, то она быстрее замёрзнет. Причиной этого, как показали исследования, является высокая теплоотдача горячей и тёплой воды.

Взаимосвязаны ли температура замерзания воды и высота

Как известно, на высоте происходит изменение давления,поэтому температура перехода в твёрдое состояние всех водных растворов на высоте отличается от температуры на обычной поверхности.

Примеры изменения температурных показателей на высоте:

  • высота 500 м – температура замерзания воды, является не ноль °C, как при обычных условиях, а при наличии уже одного °C;
  • высота 1500 м – кристаллизация происходит при наличии около трёх° C и т.д.

Как давление влияет на процесс кристаллизации воды

Если разобраться о взаимосвязи давления и кристаллизации воды, то всё довольно просто.

Интересно! Чем выше давление, тем скорость преобразования воды в кристаллы льда ниже, а температура кипения выше!

Вот и весь секрет, а если логически подумать, то при понижении давления, все показатели идут в обратные стороны. Поэтому в горах сложно что — то сварить, так как температура, при которой кипит вода, не доходит до ста градусов Цельсия. И наоборот лёд плавится даже при низких температурах.

Температура кристаллизации водных растворов

Вода служит хорошим растворителем и поэтому легко соединяется с другими веществами. Полученные растворы, конечно же, будут замерзать при разных условиях. Рассмотрим пару вариантов температурных критериев для замерзания разных растворов на основе воды.

Вода и спирт. При большом количестве спирта в воде,процесс замерзания начнётся при наличии очень низких температур. К примеру, при соотношении 60% воды на 40% спирта, кристаллизация начнётся при наличии минус 22,5°C.

Вода и соль. Температура, при которой произойдёт замерзание напрямую связано со степенью солёности воды. Принцип таков, чем больше соли в воде, тем ниже температура кристаллизации. С показателями содержания соли напрямую связано как замерзает морская вода.

Вода и сода. Температура кристаллизации раствора 44 процентов, составляет плюс 7°C.

Вода и глицерин, при соотношении 80% на 20%, где 80 – это глицерин, а 20 – это вода, для замерзания раствора нужно наличие — 20°C.

Все температурные значения колеблются в зависимости от степени концентрации чужеродных растворов или иного вещества в воде.

Когда замерзает водопровод? Расчет в Excel.

Опубликовано 19 Авг 2019
Рубрика: Теплотехника | 10 комментариев

Однажды довелось наблюдать успешный опыт эксплуатации технического водопровода, проложенного по воздуху от скважины до административного здания. В условиях сибирской зимы при температуре воздуха временами до -37 ˚С поставленный на постоянный…

…минимальный проток водопровод ни разу не перемерз, успешно обеспечивая водой санузлы. Несмотря на некоторую странность темы статьи, попробуем разобраться.

Для ответа на вопрос «Когда замерзает водопровод?» нет необходимости составлять очередной алгоритм и писать программу. В предыдущих публикациях на этом сайте в категории «Теплотехника» есть для этого все необходимые расчеты!

Пример. Расчет в Excel.

Условия задачи:

Проложенный по воздуху в неотапливаемом помещении участок стального водопровода без теплоизоляции длиной L=20 м выполнен из круглой трубы с наружным диаметром D=33,5 мм и с толщиной стенки s=2,8 мм. Температура окружающего воздуха (среды) tс=-10 °С. Скорость движения воздуха v=1 м/с. Температура воды на входе в трубопровод t1=+5 °С. Давление воды в трубопроводе P=0,1 МПа. Коэффициент температуропроводности воды а=0,000000143 м2/с. Температура замерзания воды t3=0 °С.

Требуется:

1. Найти время начала замерзания воды в трубе при отсутствии расхода.

2. Вычислить минимальный расход воды, при котором водопровод не замерзает.

Решение:

1. Для вычисления плотности, теплоемкости и теплопроводности воды воспользуемся программой из статьи «Теплофизические свойства воды». В исходные данные введем среднюю температуру воды из интересующего нас диапазона +5…0 °С.

Время остывания воды (труба полностью заполнена) до критической температуры замерзания при отсутствии расхода рассчитаем по программе из статьи «Время охлаждения (нагрева)». Все исходные данные для этого у нас есть из условий задачи и предыдущего первого расчета.

Первая часть задачи решена. Время охлаждения неподвижной воды в трубопроводе до 0 °С — около 21 минуты.

Обращаю внимание и напоминаю, что выполненный расчет носит оценочный характер! В частности, теплоемкость оболочки – стенки стальной трубы – этот расчет не учитывает.

Если бы скорость ветра в задаче была не 1 м/с, а, например, 10 м/с, то резко бы увеличился коэффициент теплоотдачи на границе «труба-воздух» α=45,6 Вт/(м2*К). И время до начала замерзания водопровода составило бы всего 4…5 минут! (В примечании к ячейке D3 программы приведены справочные данные, формулы и рекомендации по определению α.)

2. Минимальный теоретический расход воды, при котором водопровод не должен замерзать, рассчитаем с помощью программы из статьи «Расчет теплоотдачи трубы». Примем температуру воды на выходе из трубопровода t2=+1 °С. Это означает, что падение температуры воды на двадцати метрах не должно превысить |dtтрГГ|=4 °С.

Сравнительно небольшой проток 0,015 кг/с (или примерно 0,92 л/мин) воды с температурой t1=+5 °С на входе обеспечит мощность притока тепловой энергии PтрГГ=256,6 Вт, которой достаточно для поддержания системы в стационарном равновесном состоянии. При этом температура воды на выходе двадцатиметровой трубы будет равна t2=+1 °С.

Проверка:

Проверим выполненные расчеты по еще одной программе из статьи «Регистры отопления из труб».

Рассчитанная мощность Q=262 Вт приближенно равна теплоотдаче из предыдущего третьего расчета PтрГГ=256,6 Вт, а вычисленный коэффициент теплоотдачи α=9,6 Вт/(м2*К) равен коэффициенту теплоотдачи из второго расчета, где его в исходных данных мы определили по скорости движения воздуха.

Ответ:

1. Замерзает водопровод при отсутствии движения воды уже через 21 минуту.

2. При расходе воды около 1 л/мин (при средней скорости движения воды ~ 25 мм/с) водопровод из условий задачи в спокойном воздухе с температурой -10 °С не должен замерзнуть никогда.

Заключение.

Конечно, в реальных условиях температуру воды +1 °С на выходе из трубопровода поддерживать нельзя. Желательно иметь запас подальше от точки кристаллизации с учетом возможных колебаний скорости и температуры, как воздуха, так и воды. Также необходимо учитывать наличие сужений и массивных теплоотводов-холодильников в виде опор трубопровода, корпусов и других деталей запорной арматуры.

Все четыре использованные в статье теплотехнические программы в Excel доступны на сайте для свободного скачивания.

Прошу уважающих труд автора  скачивать файлы с программами расчетов после подписки на анонсы статей!

P. S. (25.11.2019)

Проверил в программе Agros2D результаты расчетов, выполненных в статье.

Результат: при всех тех же исходных данных и коэффициенте теплоотдачи на наружной поверхности трубы α=9,6 Вт(м2*К) процесс замерзания воды в трубе при отсутствии движения начнется через ~23 минуты (1380 секунд).  Расчет в Agros2D выполнен без учета конвективного перемешивания воды в трубе, но с учетом теплоемкости стенки трубы, которая «добавила» к предыдущему результату пару минут.

Другие статьи автора блога

На главную

Статьи с близкой тематикой

Отзывы

Предотвращение и оттаивание замерзших труб

Предотвращение и размораживание замерзших труб | Американский Красный Крест

Тип почвы Макс. Пористость (%) Мин. Пористость (%)
илистый песок 47 29
От мелкого до крупного песка 49 17
Песчаный или илистый песок 64 20
Глина 71 33

Тип почвы Макс. Коэффициент пустоты, e Мин.Коэффициент пустоты, e
илистый песок 0,90 0,30
От мелкого до крупного песка 0,95 0,20
Песчаный или илистый песок 1,80 0,25
Глина 2,40 0,50

Тип почвы ~ Макс. плотность ρ (кг / м 3 ) ~ Мин. плотность ρ (кг / м 3 )
илистый песок 2034 1394
От мелкого до крупного песка 2210 1362
Песчаный или илистый песок 2162 961
Глина 1794 801