Un anticongelante es un aditivo que reduce el punto de congelación de un líquido a base de agua. Se utiliza una mezcla anticongelante para lograr la depresión del punto de congelación en ambientes fríos. Los anticongelantes comunes también aumentan el punto de ebullición del líquido, lo que permite una temperatura más alta del refrigerante. [1] Sin embargo, todos los aditivos anticongelantes comunes también tienen capacidades caloríficas más bajas que el agua y reducen la capacidad del agua para actuar como refrigerante cuando se le agrega. [2]
Debido a que el agua tiene buenas propiedades como refrigerante, se utiliza agua más anticongelante en motores de combustión interna y otras aplicaciones de transferencia de calor, como enfriadores HVAC y calentadores de agua solares . El propósito del anticongelante es evitar que un recinto rígido reviente debido a la expansión cuando el agua se congela . Comercialmente, tanto el aditivo (concentrado puro) como la mezcla (solución diluida) se denominan anticongelante, según el contexto. La selección cuidadosa de un anticongelante puede permitir un amplio rango de temperaturas en el que la mezcla permanece en la fase líquida , lo cual es fundamental para una transferencia de calor eficiente y el funcionamiento adecuado de los intercambiadores de calor . La mayoría, si no todas, las formulaciones anticongelantes comerciales destinadas a su uso en aplicaciones de transferencia de calor incluyen agentes anticorrosión y anticavitación ( que protegen el circuito hidráulico del desgaste progresivo).
El agua fue el refrigerante original de los motores de combustión interna. Es barato, no tóxico y tiene una alta capacidad calorífica. Sin embargo, sólo tiene un rango de líquido de 100 Kelvin y se expande al congelarse. Para abordar 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 reducen los puntos de fusión de las soluciones acuosas. Las sales se utilizan con frecuencia para descongelar , pero las soluciones salinas no se utilizan para los sistemas de refrigeración porque inducen la corrosión de los metales. Los compuestos orgánicos de bajo peso molecular tienden a tener puntos de fusión más bajos que el agua, lo que los hace adecuados para su uso como agentes anticongelantes. Son eficaces las soluciones de compuestos orgánicos, especialmente alcoholes , en agua. Los alcoholes como el metanol, el etanol, el etilenglicol , etc. han sido la base de todos los anticongelantes desde que se comercializaron en los años 1920. [1]
La mayoría de los motores de automóviles están refrigerados por "agua" para eliminar el calor residual , aunque el "agua" utilizada es en realidad una mezcla de agua y anticongelante. El término refrigerante de motor es muy utilizado en la industria automotriz , el cual cubre su función principal de transferencia de calor por convección para motores de combustión interna . Cuando se utilizan en el contexto automotriz, se agregan inhibidores de corrosión para ayudar a proteger los radiadores de los vehículos , que a menudo contienen una variedad de metales electroquímicamente incompatibles ( aluminio , hierro fundido , cobre , latón , soldadura , etc.). También se agrega lubricante para el sello de la bomba de agua.
El anticongelante fue desarrollado para superar las deficiencias del agua como fluido caloportador .
Por otro lado, si el refrigerante del motor se calienta demasiado, podría hervir dentro del motor, lo que provocaría huecos (bolsas de vapor), lo que provocaría puntos calientes localizados y fallos catastróficos del motor. Si se utilizara agua corriente como refrigerante de motor en los climas del norte, se produciría congelación, lo que provocaría importantes daños internos al motor. Además, el agua corriente aumentaría la prevalencia de la corrosión galvánica . Un refrigerante de motor adecuado y un sistema de refrigeración presurizado eliminan estas deficiencias del agua. Con el anticongelante adecuado, el refrigerante del motor puede tolerar un amplio rango de temperatura, como -34 °F (-37 °C) a +265 °F (129 °C) para propilenglicol al 50% (en volumen) diluido con agua destilada. agua y un sistema de refrigeración presurizado de 15 psi .
Los primeros anticongelantes refrigerantes para motores eran metanol (alcohol metílico). El etilenglicol se desarrolló porque su punto de ebullición más alto era más compatible con los sistemas de calefacción.
Las soluciones anticongelantes a base de agua más comunes que se utilizan en la refrigeración de dispositivos electrónicos son mezclas de agua y etilenglicol (EGW) o propilenglicol (PGW). El uso de etilenglicol tiene una historia más antigua, especialmente en la industria automotriz. Sin embargo, las soluciones EGW formuladas para la industria automotriz a menudo tienen inhibidores de oxidación a base de silicato que pueden cubrir y/u obstruir las superficies del intercambiador de calor. El etilenglicol está catalogado como una sustancia química tóxica que requiere cuidado en su manipulación y eliminación.
El etilenglicol tiene propiedades térmicas deseables, incluido 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. También tiene una baja viscosidad y, por tanto, requisitos de bombeo reducidos. Aunque el EGW tiene propiedades físicas más deseables que el PGW, este último refrigerante se utiliza en aplicaciones donde la toxicidad puede ser motivo de preocupación. Generalmente se reconoce que el PGW es seguro para su uso en alimentos o aplicaciones de procesamiento de alimentos, y también se puede utilizar en espacios cerrados.
Mezclas similares se utilizan comúnmente en sistemas HVAC y de calefacción o refrigeración industriales como medio de transferencia de calor de alta capacidad . Muchas formulaciones tienen inhibidores de corrosión y se espera que estos químicos se repongan (manualmente o bajo control automático) para evitar la corrosión de tuberías y equipos costosos.
Las proteínas anticongelantes se refieren a compuestos químicos producidos por ciertos animales , plantas y otros organismos que previenen la formación de hielo. De esta manera, estos compuestos permiten que su organismo huésped opere a temperaturas muy por debajo del punto de congelación del agua. Las proteínas anticongelantes se unen a pequeños cristales de hielo para inhibir el crecimiento y la recristalización del hielo que de otro modo sería fatal. [3] [4]
Los crioprotectores se usan comúnmente en criobiología para prevenir o inhibir la congelación de esperma, sangre, células madre, semillas de plantas, etc. [5] [6] El etilenglicol, el propilenglicol y el glicerol (todos usados en anticongelantes para automóviles) se usan comúnmente como productos biológicos. crioprotectores. [5] [6]
La mayoría de los anticongelantes se elaboran mezclando agua destilada con aditivos y un producto base, generalmente MEG (mono etilenglicol) o MPG (mono propilenglicol). Las soluciones de etilenglicol estuvieron disponibles por primera vez en 1926 y se comercializaron como "anticongelante permanente", ya que los puntos de ebullición más altos proporcionaban ventajas para el uso en verano y en climas fríos. Se utilizan hoy en día para una variedad de aplicaciones, incluidos los automóviles , pero existen alternativas de menor toxicidad fabricadas con propilenglicol .
Cuando se utiliza etilenglicol en un sistema, puede oxidarse a cinco ácidos orgánicos (ácido fórmico, oxálico, glicólico, glioxálico y acético). Se encuentran disponibles mezclas anticongelantes de etilenglicol inhibido, con aditivos que amortiguan el pH y reservan la alcalinidad de la solución para evitar la oxidación del etilenglicol y la formación de estos ácidos. También se pueden utilizar nitritos , silicatos , boratos y azoles para prevenir el ataque corrosivo al metal.
El etilenglicol tiene un sabor amargo y dulce y provoca embriaguez. Los efectos tóxicos de la ingestión de etilenglicol se producen porque el hígado lo convierte en otras 4 sustancias químicas que son 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 140 libras (64 kg)), pero es mucho menos letal si se trata en el plazo de una hora. [7] (ver Intoxicación por etilenglicol ).
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 puede ser posible una ingestión incidental. 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 los " e- líquido "utilizado en los cigarrillos electrónicos . El propilenglicol se oxida a ácido láctico . [8]
Además de la corrosión del sistema de refrigeración, también se produce contaminación biológica . Una vez que la baba bacteriana comienza a crecer, aumenta la velocidad de corrosión del sistema. El mantenimiento de sistemas que utilizan solución de glicol incluye el monitoreo regular de la protección contra la congelación, el pH , la gravedad específica , el nivel de inhibidor, el color y la contaminación biológica.
El propilenglicol debe sustituirse cuando adquiera un color rojizo. Cuando una solución acuosa de propilenglicol en un sistema de refrigeración o calefacción adquiere 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 oxígeno e iones metálicos, generando diversos compuestos, incluidos ácidos orgánicos (p. ej., fórmico, oxálico, acético). Estos ácidos aceleran la corrosión de los metales en el sistema. [9] [10] [11] [12]
El éter metílico de propilenglicol se utiliza como anticongelante en motores diésel. Es más volátil que el glicol. [1]
Una vez utilizado como anticongelante para automóviles, el glicerol tiene la ventaja de no ser tóxico, soportar temperaturas relativamente altas y no ser corrosivo. Sin embargo, no se utiliza mucho. [1] El glicerol se utilizó históricamente como anticongelante para aplicaciones automotrices antes de ser reemplazado por etilenglicol . [13] [14] Volkswagen introdujo los anticongelantes G13 (TL 774-G) que contienen glicerol en 2008, comercializados como mejores para el medio ambiente debido a su baja toxicidad y sus reducidas emisiones de CO 2 . [15] Sin embargo, desde 2018, han pasado a G12EVO (TL 774-L), que ya no contiene glicerol. [dieciséis]
El uso obligatorio de glicerol como anticongelante en muchos sistemas de rociadores. [ cita necesaria ]
Una vez que el anticongelante se ha mezclado con agua y se ha puesto en uso, es necesario realizarle mantenimiento periódicamente. Si el refrigerante del motor tiene fugas, hierve o si es necesario drenar y rellenar el sistema de enfriamiento, será necesario considerar la protección contra congelación del anticongelante. En otros casos, es posible que sea necesario operar un vehículo en un ambiente más frío, lo que requiere más anticongelante y menos agua. Comúnmente se emplean tres métodos para determinar el punto de congelación de la solución midiendo la concentración: [17]
Tanto la gravedad específica como el índice de refracción se ven afectados por la temperatura, aunque el primero se ve afectado de manera mucho menos catastrófica. No obstante, se recomienda la compensación de temperatura para la medición de RI. [17] Las soluciones de propilenglicol no se pueden probar utilizando la gravedad específica debido a resultados ambiguos (las soluciones al 40 % y al 100 % tienen la misma gravedad específica), [17] aunque los usos típicos rara vez superan la concentración del 60 %.
El punto de ebullición se puede determinar de manera similar mediante una concentración dada por uno de los tres métodos. Las hojas de datos para mezclas de refrigerantes de agua y glicol suelen estar disponibles en los proveedores de productos químicos. [18]
La mayoría de las formulaciones anticongelantes comerciales incluyen compuestos inhibidores de la corrosión y un tinte de color (comúnmente verde, rojo, naranja, amarillo o azul fluorescente ) para ayudar en la identificación. [19] Generalmente se utiliza una dilución 1:1 con agua, lo que da como resultado un punto de congelación de aproximadamente -34 °F (-37 °C), dependiendo de la formulación. En áreas más cálidas o más frías, se utilizan diluciones más débiles o más fuertes, respectivamente, pero con frecuencia se especifica un rango de 40%/60% a 60%/40% para garantizar la protección contra la corrosión, y 70%/30% para una máxima prevención de congelación hasta -84 °F (-64 °C). [20]
En ausencia de fugas, los productos químicos anticongelantes como el etilenglicol o el propilenglicol pueden conservar sus propiedades básicas indefinidamente. Por el contrario, los inhibidores de corrosión se agotan gradualmente y deben reponerse de vez en cuando. Los sistemas más grandes (como los sistemas HVAC ) 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 el reemplazo completo y periódico del refrigerante del motor, para renovar simultáneamente los inhibidores de corrosión y eliminar los contaminantes acumulados.
Tradicionalmente, se utilizaban dos principales inhibidores de la corrosión en los vehículos: silicatos y fosfatos . Los vehículos fabricados en Estados Unidos utilizaban tradicionalmente tanto silicatos como fosfatos. [21] Las marcas europeas contienen silicatos y otros inhibidores, pero no fosfatos. [21] Los fabricantes japoneses utilizan tradicionalmente fosfatos y otros inhibidores, pero no silicatos. [21] [22]
La mayoría de los automóviles modernos se fabrican con anticongelante con tecnología de ácido orgánico (OAT) (por ejemplo, DEX-COOL [23] ), o con una formulación con tecnología de ácido orgánico híbrido (HOAT) (por ejemplo, Zerex G-05), [24] los cuales Se afirma que tienen una vida útil extendida de cinco años o 240.000 km (150.000 mi).
DEX-COOL específicamente ha causado controversia . El litigio lo ha relacionado con fallas en la junta del colector de admisión en los motores de 3,1 L y 3,4 L de General Motors (GM), y con otras fallas en los motores de 3,8 L y 4,3 L. Uno de los componentes anticorrosivos presentado como 2-etilhexanoato de sodio o potasio y ácido etilhexanoico es incompatible con el nailon 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 [25] para abordar algunas de estas reclamaciones. El primero de ellos en llegar a una decisión fue en Missouri, donde se anunció un acuerdo a principios de diciembre de 2007. [26] A finales de marzo de 2008, GM acordó compensar a los reclamantes en los 49 estados restantes. [27] GM ( Motors Liquidation Company ) se declaró en quiebra en 2009, lo que inmovilizó las reclamaciones pendientes hasta que un tribunal determine quién recibe el pago. [28]
Según el fabricante de DEX-COOL, "mezclar un refrigerante 'verde' [sin OAT] con DEX-COOL reduce el intervalo de cambio del lote a 2 años o 30.000 millas, pero por lo demás no causará daños al motor". [29] El anticongelante DEX-COOL utiliza dos inhibidores: sebacato y 2-EHA ( ácido 2-etilhexanoico ), este último que funciona bien con el agua dura que se encuentra en los Estados Unidos, pero es un plastificante que puede provocar fugas en las juntas. [21]
Según documentos internos de GM, [29] el principal culpable parece ser operar vehículos durante largos períodos de tiempo con niveles bajos de refrigerante. El nivel bajo de refrigerante se debe a que las tapas de presión fallan en la posición abierta. (Las nuevas tapas y botellas de recuperación se introdujeron al mismo tiempo que DEX-COOL). Esto expone los componentes calientes del motor al aire y los vapores, lo que provoca corrosión y contaminación del refrigerante con partículas de óxido de hierro, lo que a su vez puede agravar el problema de las tapas de presión, ya que la contaminación mantiene las tapas abiertas permanentemente. [29]
Los nuevos refrigerantes de larga duración de Honda y Toyota utilizan OAT con sebacato, pero sin 2-EHA. Algunos fosfatos agregados brindan protección mientras se acumula la OAT. [21] Honda excluye específicamente el 2-EHA de sus fórmulas.
Normalmente, el anticongelante OAT contiene un tinte naranja para diferenciarlo de los refrigerantes convencionales a base de glicol (verde o amarillo), aunque algunos productos OAT pueden contener un tinte rojo o malva. Algunos de los refrigerantes OAT más nuevos afirman ser compatibles con todo tipo de refrigerantes OAT y a base de glicol; Estos suelen ser de color verde o amarillo. [19]
Los refrigerantes HOAT suelen mezclar un OAT con un inhibidor tradicional, normalmente silicatos. [30]
Un ejemplo es Zerex G05, que es una fórmula libre de fosfato y baja en silicatos que incluye el inhibidor de benzoato . [21]
Un refrigerante HOAT puede tener una vida útil de hasta 10 años/180 000 millas. [30]
Los refrigerantes P-HOAT mezclan fosfatos con HOAT. [30] Esta tecnología se utiliza normalmente en marcas asiáticas y, a menudo, se tiñe de rojo o azul. [30]
Los refrigerantes Si-OAT mezclan silicatos con HOAT. [30] Esta tecnología se utiliza normalmente en las marcas europeas y, a menudo, se tiñe de rosa. [30]
Todas las formulaciones de anticongelantes para automóviles, incluidas las formulaciones más nuevas 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. [31] Debido a que los aditivos en el anticongelante son patentados, 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 usan 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 tinte de fluoresceína disódica se agrega a las fórmulas convencionales de etilenglicol para distinguir visualmente las cantidades filtradas de otros fluidos de vehículos y como marcador de tipo para distinguirlos de tipos incompatibles. [19] Este tinte emite una fluorescencia de color verde brillante cuando se ilumina con luz azul o ultravioleta de luz diurna o lámparas de prueba.
El anticongelante para automóviles tiene un olor característico debido al aditivo toliltriazol , un inhibidor de la corrosión. El olor desagradable del toliltriazol de uso industrial proviene de las impurezas del producto que se forman a partir de los isómeros de toluidina (orto, meta y paratoluidina) y el metadiamino tolueno, que son subproductos de la fabricación de toliltriazol. [32] Estos subproductos son altamente reactivos y producen aminas aromáticas volátiles que son responsables del olor desagradable. [33]