Enteisung - De-icing

Sprühenteisung am Flughafen Salt Lake City , 2010

Enteisung ist das Entfernen von Schnee , Eis oder Reif von einer Oberfläche. Unter Anti-Icing versteht man das Aufbringen von Chemikalien, die nicht nur enteisen, sondern auch auf einer Oberfläche verbleiben und die Neubildung von Eis für eine gewisse Zeit weiter verzögern oder das Anhaften von Eis verhindern, um die mechanische Entfernung zu erleichtern.

Ansätze

Die Enteisung kann durch mechanische Methoden (Schaben, Drücken) erfolgen; durch die Anwendung von Hitze ; durch Verwendung trockener oder flüssiger Chemikalien zur Senkung des Gefrierpunkts von Wasser (verschiedene Salze oder Solen , Alkohole , Glykole ); oder durch eine Kombination dieser verschiedenen Techniken.

Züge und Weichen

Eisbildung in Zugbremsen gefährdet die Bremswirkung.

Züge und Weichen in arktischen Regionen haben große Probleme mit Schnee- und Eisbildung. Sie benötigen an kalten Tagen eine konstante Wärmequelle, um ihre Funktionalität zu gewährleisten. In Zügen sind es vor allem die Bremsen , Federungen und Kupplungen , die Heizgeräte zur Enteisung benötigen. Auf Schienen sind vor allem die Weichen eisempfindlich. Diese leistungsstarken Elektroheizungen verhindern effizient die Eisbildung und schmelzen schnell das sich bildende Eis.

Die Heizungen bestehen vorzugsweise aus PTC-Material, zB PTC-Gummi , um eine Überhitzung und potenzielle Zerstörung der Heizungen zu vermeiden. Diese Heizungen sind selbstbegrenzend und benötigen keine Regelelektronik; sie können nicht überhitzen und benötigen keinen Überhitzungsschutz.

Flugzeug

Eine US Gulfstream G550 wird enteist, bevor sie Alaska im Januar 2012 verlässt
Enteisung einer WestJet 737-700 in Toronto

Am Boden wird bei Frost und Niederschlag das Enteisen eines Flugzeugs häufig praktiziert. Gefrorene Verunreinigungen stören die aerodynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs. Außerdem kann abgelöstes Eis die Motoren beschädigen.

Enteisungsflüssigkeiten bestehen typischerweise aus einer Glykol- Wasser-Lösung, die einen Farbstoff und Mittel zum Schutz der Metalloberfläche enthält. Eine Reihe von Glykolen wird verwendet. Verdickungsmittel werden auch verwendet, um das Anhaften des Enteisungsmittels an der Flugzeugkarosserie zu unterstützen. Ethylenglykol (EG)-Flüssigkeiten werden in einigen Teilen der Welt immer noch für die Flugzeugenteisung verwendet, da sie eine niedrigere Betriebstemperatur (LOUT) als Propylenglykol (PG) haben. PG kommt jedoch häufiger vor, da es weniger toxisch ist als Ethylenglykol.

Beim Auftragen haftet der Großteil der Enteisungsflüssigkeit nicht an den Flugzeugoberflächen und fällt zu Boden. Flughäfen verwenden normalerweise Rückhaltesysteme, um die verbrauchte Flüssigkeit aufzufangen, damit sie nicht in den Boden und in die Wasserläufe sickern kann. Obwohl PG als ungiftig eingestuft ist, verschmutzt es die Wasserwege, da es bei seiner Zersetzung große Mengen an Sauerstoff verbraucht und Wasserlebewesen erstickt. ( Siehe Umweltauswirkungen und Minderung .)

Infrarotheizung Enteisung

Die direkte Infrarotheizung wurde auch als Enteisungstechnik für Flugzeuge entwickelt. Dieser Wärmeübertragungsmechanismus ist aufgrund der Kühlwirkung der Luft auf den Enteisungsfluidspray wesentlich schneller als herkömmliche Wärmeübertragungsmodi, die beim herkömmlichen Enteisen (Konvektion und Leitung) verwendet werden.

Ein Infrarot-Enteisungssystem erfordert, dass der Heizprozess in einem speziell konstruierten Hangar stattfindet. Dieses System hat bei Flughafenbetreibern aufgrund des Platzbedarfs und der damit verbundenen logistischen Anforderungen für den Hangar nur begrenztes Interesse gefunden. In den Vereinigten Staaten wurde diese Art von Infrarot-Enteisungssystem in begrenztem Umfang an zwei großen Drehkreuzflughäfen und einem kleinen Verkehrsflughafen verwendet.

Ein anderes Infrarotsystem verwendet mobile, auf LKW montierte Heizgeräte, die ohne Hangars auskommen. Der Hersteller behauptet, dass das System sowohl für Starrflügler als auch für Hubschrauber verwendet werden kann, obwohl er keine Anwendungsfälle für Verkehrsflugzeuge anführt.

Flughafen Bürgersteig

Enteisungsarbeiten für Flughafenpflaster ( Start- und Landebahnen , Rollbahnen , Vorfelder , Rollbahnbrücken ) können verschiedene Arten flüssiger und fester chemischer Produkte beinhalten, einschließlich Propylenglykol , Ethylenglykol und andere organische Verbindungen. Verbindungen auf Chloridbasis (zB Salz ) werden auf Flughäfen aufgrund ihrer korrosiven Wirkung auf Flugzeuge und andere Geräte nicht verwendet.

Harnstoffmischungen wurden aufgrund ihrer geringen Kosten auch zum Enteisen von Fahrbahnen verwendet. Harnstoff ist jedoch ein bedeutender Schadstoff in Wasserstraßen und Wildtieren, da er nach der Anwendung zu Ammoniak abgebaut wird und auf US-Flughäfen weitgehend abgeschafft wurde. Im Jahr 2012 hat die US-Umweltschutzbehörde EPA die Verwendung von Harnstoff-Enteiser an den meisten Verkehrsflughäfen verboten.

Fahrbahnen

Im Jahr 2013 wurden in Nordamerika schätzungsweise 14 Millionen Tonnen Salz zum Enteisen von Straßen verwendet.

Das Enteisen von Straßen wurde traditionell mit Salz durchgeführt, das mit Schneepflügen oder Muldenkippern verteilt wurde, um es, oft gemischt mit Sand und Kies , auf glatten Straßen zu verteilen . Normalerweise wird Natriumchlorid (Steinsalz) verwendet, da es kostengünstig und in großen Mengen leicht verfügbar ist. Da Salzwasser jedoch bei -18 °C (0 °F) noch gefriert, hilft es nicht, wenn die Temperatur unter diesen Punkt fällt. Es neigt auch stark zur Korrosion und rostet den in den meisten Fahrzeugen verwendeten Stahl und die Bewehrung von Betonbrücken. Je nach Konzentration kann es für einige Pflanzen und Tiere giftig sein, weshalb sich einige städtische Gebiete davon entfernt haben. Neuere Schneeschmelzer verwenden andere Salze wie Calciumchlorid und Magnesiumchlorid , die nicht nur den Gefrierpunkt von Wasser auf eine viel niedrigere Temperatur senken, sondern auch eine exotherme Reaktion hervorrufen . Sie sind für Gehwege etwas sicherer , aber Überschüsse sollten dennoch entfernt werden.

In jüngerer Zeit wurden organische Verbindungen entwickelt, die die mit Salzen verbundenen Umweltbelastungen reduzieren und bei der Ausbringung auf Straßen, meist in Verbindung mit Salzlaken oder Feststoffen, längere Nachwirkungen aufweisen. Diese Verbindungen fallen häufig als Nebenprodukte landwirtschaftlicher Betriebe wie der Zuckerrübenraffination oder des Destillationsprozesses zur Herstellung von Ethanol an . Andere organische Verbindungen sind Holzasche und ein Auftausalz namens Calcium-Magnesium-Acetat, das aus Straßengras oder sogar Küchenabfällen hergestellt wird. Darüber hinaus führt das Mischen von gewöhnlichem Steinsalz mit einigen der organischen Verbindungen und Magnesiumchlorid zu streufähigen Materialien, die sowohl bei viel kälteren Temperaturen (–34 °C oder –29 °F) als auch bei geringeren Gesamtausbreitungsraten pro Flächeneinheit wirksam sind .

Solarstraßensysteme wurden verwendet, um die Straßenoberfläche über dem Gefrierpunkt von Wasser zu halten. Eine Reihe von in die Straßenoberfläche eingebetteten Rohren wird verwendet, um im Sommer Sonnenenergie zu sammeln, die Wärme an Wärmespeicher zu übertragen und im Winter die Wärme an die Straße zurückzugeben, um die Oberfläche über 0 ° C (32 ° F) zu halten. Diese automatisierte Form der Sammlung, Speicherung und Lieferung erneuerbarer Energie vermeidet die Umweltprobleme der Verwendung chemischer Verunreinigungen.

2012 wurde vorgeschlagen, dass auch superhydrophobe , wasserabweisende Oberflächen verwendet werden können, um Eisansammlungen zu verhindern, die zu Eisphobie führen . Allerdings ist nicht jede superhydrophobe Oberfläche eisphob und das Verfahren befindet sich noch in der Entwicklung.

Chemische Enteiser

Alle chemischen Enteiser haben einen gemeinsamen Wirkmechanismus: Sie verhindern chemisch, dass sich Wassermoleküle ab einer bestimmten konzentrationsabhängigen Temperatur binden. Diese Temperatur liegt unter 0 °C, dem Gefrierpunkt von reinem Wasser ( Gefrierpunktserniedrigung ). Manchmal kommt es zu einer exothermen Auflösungsreaktion , die eine noch stärkere Schmelzleistung ermöglicht. Die folgenden Listen enthalten die am häufigsten verwendeten Enteisungsmittel und ihre typische chemische Formel .

Anorganische Salze
Organische Verbindungen
Alkohole , Diole und Polyole

(dies sind Frostschutzmittel und werden im Straßenverkehr kaum verwendet)

Flüssigkeitstypen

Ein Flugzeug wird am Flughafen Kopenhagen mit einer orangefarbenen Flüssigkeit enteist
Ein Flugzeug wird am Flughafen Birmingham mit einer orangefarbenen Anti-Icing-Flüssigkeit enteist

Es gibt verschiedene Arten von Enteisungsflüssigkeiten für Flugzeuge , die in zwei grundlegende Kategorien eingeteilt werden:

  1. Enteisungsflüssigkeiten: Mit Wasser verdünntes erhitztes Glykol zur Enteisung und Schnee-/Frostbeseitigung, auch Newtonsche Flüssigkeiten genannt (wegen ihrer wasserähnlichen Viskosität)
  2. Anti-Icing-Flüssigkeiten: nicht erhitzte, unverdünnte, verdickte Flüssigkeiten auf Propylenglykol-Basis (stellen Sie sich halbfeste Gelatine vor), auch als nicht-newtonsche Flüssigkeiten bezeichnet (wegen ihrer charakteristischen viskosen Strömung), die angewendet werden, um die zukünftige Entwicklung von Eis zu verzögern oder um zu verhindern, dass sich Schnee oder Graupel ansammelt. Anti-Icing-Flüssigkeiten bieten Überbleibselschutz gegen Eisbildung, während das Flugzeug am Boden steht. Wenn ein Flugzeug jedoch Scherkräften wie dem Luftstrom über die Flüssigkeitsoberfläche ausgesetzt ist, ändert sich die gesamte Rheologie der Flüssigkeit, wenn sie zum Start beschleunigt, und sie wird erheblich dünner, um eine saubere und glatte aerodynamische Oberfläche des Flügels zu hinterlassen.

In einigen Fällen werden beide Arten von Flüssigkeiten auf Flugzeuge aufgebracht, zuerst die erhitzte Glykol/Wasser-Mischung, um Verunreinigungen zu entfernen, gefolgt von der nicht erhitzten, verdickten Flüssigkeit, um die Neubildung von Eis vor dem Abheben des Flugzeugs zu verhindern. Dies wird als "zweistufiges Verfahren" bezeichnet.

Methanol-Enteisungsflüssigkeit wird seit Jahren zum Enteisen kleiner Trag- und Heckflächen von kleinen bis mittelgroßen Flugzeugen der allgemeinen Luftfahrt verwendet und wird normalerweise mit einem kleinen Handsprühgerät aufgetragen. Methanol kann nur vor dem Flug Frost und leichtes Grundeis entfernen.

Monoethylen, Diethylen und Propylenglykol sind nicht brennbare Erdölprodukte und ähnliche Produkte finden sich am häufigsten in Kühlsystemen von Kraftfahrzeugen. Glykol hat sehr gute Enteisungseigenschaften und die Luftfahrtqualität wird als SAE/ISO/AEA Typ I (AMS 1424 oder ISO 11075) bezeichnet. Es wird normalerweise auf kontaminierte Oberflächen aufgetragen, die mit Wasser bei 35 °C verdünnt sind, indem eine Hubarbeitsbühne auf einem LKW mit 1.500 bis 2.000  US gal (5.680 bis 7.570  l ; 1.250 bis 1.670  imp gal ) zur Auffahrt oder Abfahrt verwendet wird Start- und Landebahneinstiegspunktanwendung Farbgefärbte Flüssigkeit wird bevorzugt, da durch visuelle Beobachtung leicht bestätigt werden kann, dass ein Flugzeug eine Enteisungsanwendung erhalten hat. Der Abfluss von Typ I-Flüssigkeit scheint den Schneematsch in einen rosa Schimmer zu verwandeln, daher der Begriff "rosa Schnee". Ansonsten sind alle Flüssigkeiten vom Typ I orange.

1992 begannen die Dead Sea Works mit der Vermarktung eines Enteisers auf Basis von Salzen und Mineralien aus dem Toten Meer .

Flugzeugenteisung an Bord

Pneumatische Systeme

Boeing B-17 Fliegende Festung . Die schwarzen Streifen an den Vorderkanten von Leitwerk, Stabilisatoren und Flügel sind Enteisungsstiefel aus Gummi.

Eisbildung während des Fluges tritt am häufigsten an den Vorderkanten der Flügel, des Hecks und der Triebwerke (einschließlich der Propeller oder Lüfterblätter) auf. Flugzeuge mit niedrigerer Geschwindigkeit verwenden häufig pneumatische Enteisungsstiefel an den Vorderkanten der Tragflächen und des Hecks zum Enteisen im Flug. Die Gummibeläge werden regelmäßig aufgeblasen, wodurch das Eis knackt und abblättert. Sobald das System vom Piloten aktiviert wurde, wird der Aufblas-/Entleerungszyklus automatisch gesteuert. In der Vergangenheit dachte man, solche Systeme könnten besiegt werden, wenn sie vorzeitig aufgeblasen werden; Wenn der Pilot vor dem Aufblasen der Stiefel nicht zulassen würde, dass sich eine ziemlich dicke Eisschicht bildet, würden die Stiefel lediglich eine Lücke zwischen der Vorderkante und dem gebildeten Eis erzeugen. Jüngste Untersuchungen zeigen, dass bei modernen Stiefeln keine „Brückenbildung“ auftritt.

Elektrische Systeme

Einige Flugzeuge können auch elektrisch beheizte Widerstandselemente verwenden, die in eine Gummiplatte eingebettet sind, die an die Vorderkanten von Flügeln und Heckflächen, Propeller- Vorderkanten und Hubschrauber- Rotorblatt-Vorderkanten angeklebt ist. Dieses Enteisungssystem wurde 1943 von der United States Rubber Company entwickelt. Solche Systeme arbeiten normalerweise kontinuierlich. Wenn Eis erkannt wird, fungieren sie zuerst als Enteisungssysteme, dann als Anti-Vereisungssysteme für den Weiterflug bei Vereisungsbedingungen. Einige Flugzeuge verwenden chemische Enteisungssysteme, die Frostschutzmittel wie Alkohol oder Propylenglykol durch kleine Löcher in den Flügeloberflächen und an den Wurzeln der Propellerblätter pumpen, das Eis schmelzen und die Oberfläche für Eisbildung unwirtlich machen. Ein viertes System, das von der NASA entwickelt wurde , erkennt Eis auf der Oberfläche, indem es eine Änderung der Resonanzfrequenz erfasst. Sobald ein elektronisches Steuermodul festgestellt hat, dass sich Eis gebildet hat, wird eine große Stromspitze in die Wandler gepumpt, um einen scharfen mechanischen Stoß zu erzeugen, der die Eisschicht aufreißt und bewirkt, dass sie vom Windschatten abgelöst wird.

Entlüftungssysteme

Viele moderne zivile Starrflügel-Transportflugzeuge verwenden Anti-Eis-Systeme an der Vorderkante von Tragflächen, Triebwerkseinlässen und Luftdatensonden, die warme Luft verwenden. Dieses wird von Triebwerken abgelassen und in einen Hohlraum unter der zu enteisenden Oberfläche geleitet. Die warme Luft erwärmt die Oberfläche bis auf wenige Grad über 0 °C (32 °F) und verhindert so die Eisbildung. Das System kann autonom arbeiten und sich ein- und ausschalten, wenn das Flugzeug in Vereisungsbedingungen eintritt und diese verlässt.

Umweltauswirkungen und Minderung

Auftausalze wie Natriumchlorid oder Calciumchlorid gelangen in natürliche Gewässer und beeinflussen deren Salzgehalt stark.

Es ist bekannt, dass Ethylenglykol und Propylenglykol beim Abbau in Oberflächengewässern einen hohen biochemischen Sauerstoffbedarf (BSB) ausüben . Dieser Prozess kann sich nachteilig auf das Leben im Wasser auswirken, indem er Sauerstoff verbraucht, der von Wasserorganismen zum Überleben benötigt wird. Große Mengen an gelöstem Sauerstoff (DO) in der Wassersäule werden verbraucht, wenn mikrobielle Populationen Propylenglykol zersetzen.

Ein ausreichender Gehalt an gelöstem Sauerstoff in Oberflächengewässern ist entscheidend für das Überleben von Fischen, Makroinvertebraten und anderen Wasserorganismen. Sinkt die Sauerstoffkonzentration unter ein Mindestmaß, wandern Organismen, wenn möglich und möglich, in Gebiete mit höherem Sauerstoffgehalt aus oder sterben schließlich ab. Dieser Effekt kann die Menge des nutzbaren aquatischen Lebensraums drastisch reduzieren. Verringerungen der DO Ebenen können verringern oder beseitigen Bodenzuführer Populationen, Bedingungen schaffen , die eine Änderung in einer Gemeinschaft Spezies Profil bevorzugen, oder kritische verändern Nahrungsnetz - Interaktionen.

In einem Fall verursachte ein erheblicher Schneefall in Atlanta Anfang Januar 2002 einen Überlauf eines solchen Systems, wodurch der Flint River stromabwärts des Flughafens von Atlanta kurzzeitig kontaminiert wurde .

Einige Flughäfen recyceln gebrauchte Enteisungsflüssigkeit, trennen Wasser und feste Verunreinigungen und ermöglichen die Wiederverwendung der Flüssigkeit in anderen Anwendungen. Andere Flughäfen verfügen über eine eigene Abwasseraufbereitungsanlage und/oder leiten gesammelte Flüssigkeit an eine kommunale Kläranlage oder eine gewerbliche Abwasseraufbereitungsanlage.

Die Toxizität von Enteisungsflüssigkeiten ist ein weiteres Umweltproblem, und es wird daran geforscht, weniger toxische (dh nicht auf Glykol basierende) Alternativen zu finden.

Siehe auch

Verweise