Lo sbrinamento può essere realizzato con metodi meccanici (raschiare, spingere); attraverso l’applicazione di calore; con l’uso di prodotti chimici secchi o liquidi progettati per abbassare il punto di congelamento dell’acqua (vari sali o salamoie, alcoli, glicoli); o con una combinazione di queste diverse tecniche.
Treni e scambi ferroviariModifica
I treni e gli scambi ferroviari nelle regioni artiche hanno grandi problemi di accumulo di neve e ghiaccio. Hanno bisogno di una fonte di calore costante nei giorni freddi per assicurare la funzionalità. Sui treni sono soprattutto i freni, le sospensioni e gli accoppiatori che richiedono riscaldatori per lo sbrinamento. Sulle rotaie sono soprattutto gli scambi ad essere sensibili al ghiaccio. Questi riscaldatori elettrici ad alta potenza prevengono efficacemente la formazione di ghiaccio e sciolgono rapidamente il ghiaccio che si forma.
I riscaldatori sono preferibilmente fatti di materiale PTC, ad esempio gomma PTC, per evitare il surriscaldamento e la potenziale distruzione dei riscaldatori. Questi riscaldatori sono autolimitanti e non richiedono elettronica di regolazione; non possono surriscaldarsi e non richiedono alcuna protezione dal surriscaldamento.
AircraftEdit
A terra, quando ci sono condizioni di gelo e precipitazioni, lo sbrinamento di un aereo è comunemente praticato. I contaminanti congelati interferiscono con le proprietà aerodinamiche del veicolo. Inoltre, il ghiaccio spostato può danneggiare i motori.
I fluidi antighiaccio consistono tipicamente in una soluzione di glicole-acqua contenente un colorante e agenti per proteggere la superficie metallica. Viene impiegata una gamma di glicoli. Si usano anche addensanti per aiutare l’agente sghiacciante ad aderire al corpo dell’aereo.:43 I fluidi a base di glicole etilenico (EG) sono ancora in uso per lo sghiacciamento degli aerei in alcune parti del mondo perché ha una temperatura di utilizzo operativo (LOUT) più bassa del glicole propilenico (PG). Tuttavia, il PG è più comune perché è meno tossico del glicole etilenico.:2-29
Quando viene applicato, la maggior parte del fluido sghiacciante non aderisce alle superfici degli aerei e cade a terra.:101 Gli aeroporti in genere usano sistemi di contenimento per catturare il liquido usato, in modo che non possa infiltrarsi nel terreno e nei corsi d’acqua. Anche se il PG è classificato come non tossico, inquina i corsi d’acqua perché consuma grandi quantità di ossigeno quando si decompone, causando il soffocamento della vita acquatica. (Vedi Impatti ambientali e mitigazione.)
Riscaldamento a infrarossi per lo sbrinamentoModifica
Il riscaldamento diretto a infrarossi è stato sviluppato anche come tecnica di sbrinamento degli aerei. Questo meccanismo di trasferimento del calore è sostanzialmente più veloce delle modalità di trasferimento del calore utilizzate dal de-icing convenzionale (convezione e conduzione) a causa dell’effetto di raffreddamento dell’aria sullo spray del fluido de-icing.
Un sistema di de-icing a infrarossi richiede che il processo di riscaldamento avvenga all’interno di un hangar appositamente costruito. Questo sistema ha avuto un interesse limitato tra gli operatori aeroportuali, a causa dello spazio e dei relativi requisiti logistici dell’hangar. Negli Stati Uniti, questo tipo di sistema di sghiacciamento a infrarossi è stato utilizzato, su base limitata, in due grandi aeroporti hub e in un piccolo aeroporto commerciale.:80-81
Un altro sistema a infrarossi utilizza unità di riscaldamento mobili, montate su camion, che non richiedono l’uso di hangar. Il produttore sostiene che il sistema può essere utilizzato sia per velivoli ad ala fissa che per elicotteri, anche se non ha citato alcun caso di utilizzo su velivoli commerciali.
Pavimentazione aeroportualeModifica
Le operazioni di sghiacciamento per la pavimentazione aeroportuale (piste, vie di rullaggio, piazzali, ponti di taxiway) possono coinvolgere diversi tipi di prodotti chimici liquidi e solidi, tra cui glicole propilenico, glicole etilenico e altri composti organici. I composti a base di cloruro (per esempio il sale) non sono usati negli aeroporti, a causa del loro effetto corrosivo sugli aerei e altre attrezzature.:34-35
Miscele di urea sono state usate anche per lo sbrinamento della pavimentazione, a causa del loro basso costo. Tuttavia, l’urea è un inquinante significativo nei corsi d’acqua e nella fauna selvatica, poiché si degrada in ammoniaca dopo l’applicazione, ed è stata in gran parte eliminata negli aeroporti degli Stati Uniti. Nel 2012 la U.S. Environmental Protection Agency (EPA) ha proibito l’uso di deicers a base di urea nella maggior parte degli aeroporti commerciali.
StradeModifica
Nel 2013, si stima che 14 milioni di tonnellate di sale siano state usate per sghiacciare le strade del Nord America.
Il de-icing delle strade è stato tradizionalmente fatto con il sale, sparso da spazzaneve o camion progettati per spargerlo, spesso mescolato con sabbia e ghiaia, su strade scivolose. Il cloruro di sodio (salgemma) è normalmente usato, poiché è poco costoso e facilmente disponibile in grandi quantità. Tuttavia, poiché l’acqua salata congela ancora a -18 °C (0 °F), non è di alcun aiuto quando la temperatura scende sotto questo punto. Ha anche una forte tendenza a causare corrosione, arrugginendo l’acciaio usato nella maggior parte dei veicoli e l’armatura dei ponti di cemento. A seconda della concentrazione, può essere tossico per alcune piante e animali, e alcune aree urbane se ne sono allontanate di conseguenza. Gli spazzaneve più recenti usano altri sali, come il cloruro di calcio e il cloruro di magnesio, che non solo abbassano il punto di congelamento dell’acqua a una temperatura molto più bassa, ma producono anche una reazione esotermica. Sono un po’ più sicuri per i marciapiedi, ma l’eccesso dovrebbe comunque essere rimosso.
Più recentemente, sono stati sviluppati composti organici che riducono i problemi ambientali legati ai sali e hanno effetti residui più lunghi quando vengono sparsi sulle strade, di solito in combinazione con salamoie di sale o solidi. Questi composti sono spesso generati come sottoprodotti di operazioni agricole come la raffinazione della barbabietola da zucchero o il processo di distillazione che produce etanolo. Altri composti organici sono la cenere di legno e un sale antighiaccio chiamato acetato di calcio e magnesio ricavato dall’erba delle strade o anche dai rifiuti di cucina. Inoltre, mescolando il sale comune con alcuni dei composti organici e il cloruro di magnesio si ottengono materiali spalmabili che sono efficaci sia a temperature molto più fredde (-34 °C o -29 °F) sia a tassi complessivi inferiori di spargimento per unità di superficie.
I sistemi stradali solari sono stati usati per mantenere la superficie delle strade al di sopra del punto di congelamento dell’acqua. Una serie di tubi incorporati nella superficie stradale è usata per raccogliere l’energia solare in estate, trasferire il calore alle banche termiche e restituire il calore alla strada in inverno per mantenere la superficie sopra 0 °C (32 °F). Questa forma automatizzata di raccolta, immagazzinamento e consegna dell’energia rinnovabile evita i problemi ambientali dell’uso di contaminanti chimici.
E’ stato suggerito nel 2012 che le superfici superidrofobiche in grado di respingere l’acqua possono anche essere utilizzate per prevenire l’accumulo di ghiaccio che porta all’icephobicity. Tuttavia, non tutte le superfici superidrofobiche sono icephobic e il metodo è ancora in fase di sviluppo.
De-icersEdit
Tutti i de-icers chimici hanno un meccanismo di lavoro comune: impediscono chimicamente alle molecole d’acqua di legarsi oltre una certa temperatura che dipende dalla concentrazione. Questa temperatura è inferiore a 0 °C, il punto di congelamento dell’acqua pura (depressione del punto di congelamento). A volte, c’è una reazione di dissoluzione esotermica che permette un potere di fusione ancora più forte. I seguenti elenchi contengono i prodotti chimici antighiaccio più comunemente usati e la loro formula chimica tipica.
Sali inorganici
- Cloruro di sodio (NaCl o sale da cucina; il prodotto chimico di sbrinamento più comune)
- Cloruro di magnesio (MgCl
2, spesso aggiunto al sale per abbassare la sua temperatura di lavoro) - Cloruro di calcio (CaCl
2, spesso aggiunto al sale per abbassare la sua temperatura di lavoro) - Cloruro di potassio (KCl)
Composti organici
- Acetato di calcio e magnesio (CaMg
2(CH
3COO)
6) - Acetato di potassio (CH
3COOK) - Formiato di potassio (CHO
2K) - Formiato di sodio (HCOONa)
- Formiato di calcio (Ca(HCOO)
2) - Urea (CO(NH
2)
2), un fertilizzante comune - Sottoprodotti agricoli (generalmente usati come additivi al cloruro di sodio)
Alcoli, dioli e polioli
(sono agenti antigelo e poco usati sulle strade)
- Metanolo (CH
4O) - Glicole etilenico (C
2H
6O
2) - Glicole propilenico (C
3H
😯
2) - Glicerolo (C
3H
😯
3)
Tipi di fluidoModifica
Ci sono diversi tipi di fluido antighiaccio per aerei, che rientrano in due categorie di base:
- Fluidi antighiaccio: glicole riscaldato diluito con acqua per lo sbrinamento e la rimozione della neve e del ghiaccio, chiamati anche fluidi newtoniani (a causa del loro flusso viscoso simile all’acqua)
- Fluidi antighiaccio: fluidi non riscaldati e non diluiti a base di glicole propilenico che è stato addensato (immaginate la gelatina a metà), chiamati anche fluidi non newtoniani (a causa del loro caratteristico flusso viscoso), applicati per ritardare lo sviluppo futuro del ghiaccio o per prevenire l’accumulo di neve o nevischio. I fluidi antighiaccio forniscono una protezione contro la formazione di ghiaccio mentre l’aereo è fermo a terra. Tuttavia, quando è sottoposto alla forza di taglio come il flusso d’aria sulla superficie del fluido, quando un aereo sta accelerando per il decollo, l’intera reologia del fluido cambia e diventa significativamente più sottile, scorrendo via per lasciare una superficie aerodinamica pulita e liscia all’ala.
In alcuni casi entrambi i tipi di fluido sono applicati agli aerei, prima la miscela glicole/acqua riscaldata per rimuovere i contaminanti, seguita dal fluido addensato non riscaldato per impedire al ghiaccio di riformarsi prima che l’aereo decolli. Questa è chiamata “una procedura a due fasi”.
Il fluido antighiaccio al metanolo è stato impiegato per anni per sghiacciare le piccole ali e le superfici di coda degli aerei dell’aviazione generale di piccole e medie dimensioni e viene solitamente applicato con un piccolo spruzzatore manuale. Il metanolo può rimuovere solo la brina e il ghiaccio leggero prima del volo.
Il mono-etilene, il di-etilene e il glicole propilenico sono prodotti petroliferi non infiammabili e prodotti simili si trovano più comunemente nei sistemi di raffreddamento delle automobili. Il glicole ha ottime proprietà sghiaccianti e il grado per l’aviazione è indicato come SAE/ISO/AEA Tipo I (AMS 1424 o ISO 11075). di solito viene applicato alle superfici contaminate diluito con acqua a 95 gradi Fahrenheit (35 °C) usando una gru su un camion contenente da 1.500 a 2.000 US gal (da 5.680 a 7.570 L; da 1.250 a 1.670 imp gal) per l’applicazione sulla rampa o sul punto di ingresso della pista di partenza. Il fluido colorato è preferito in quanto può essere confermato facilmente dall’osservazione visiva che un aereo ha ricevuto un’applicazione antighiaccio. Il deflusso del fluido di tipo I sembra dare al fango una sfumatura rosa, da cui il termine “neve rosa”. Altrimenti, tutti i fluidi di tipo I sono arancioni.
Nel 1992, la Dead Sea Works ha iniziato a commercializzare uno sghiacciante a base di sali e minerali del Mar Morto.