Proč kapalina do ostřikovačů tuhne už při -5 °C?

Na českém trhu se ročně prodá téměř 40 milionů litrů nemrznoucích směsí do ostřikovačů v koncentrované formě. Přesto aby člověk odborné informace o jejich používání pohledal.

Kromě tradičních reklamních sloganů o jejich úžasné vůni (s alergenními složkami), výjimečné čisticí schopnosti, nenapadání reflektorů skel nebo funkci tekutých stěračů se v současnosti zákazník už jen dozví, zda je tekutina Methanol "free". My si však povíme o jednom jejich specifickém chování, které je navíc nezávislé na tom, od kterého výrobce kapalina je.

Namrzání předního skla

Často v zimě dojde k tomu, že u vozidla parkovaného přes noc na ulici se po prvotním rozmrazení skel a vyjetí vozidla námraza objeví znovu. A to i přesto (nebo spíše právě proto), že přední sklo úpěnlivě ostřikujeme zimní kapalinou do ostřikovačů, kterou máme v nádržce. Pokud pomineme vnější vlivy jako nekvalitní (slabá) zimní kapalina do ostřikovačů, pak může být příčina dvojího druhu. Oba negativní procesy jsou fyzikálního původu, závislé na teplotě a čím rychleji s vozidlem jedeme, tím více je podporujeme. V prvním případě se bavíme o odpařování nemrznoucí složky (lihu) z kapaliny do ostřikovačů, kterou jsme právě ostříkli přední sklo. A v druhém o tzv. efektivní teplotě nemrznoucích směsí.

Odpařování nemrznoucí složky

Vysoká těkavost lihu je obecně známý jev, který se využívá ve spoustě procesů. Ethanol je například nosič vonných silic u tělových parfémů, přísada do paliva nebo dezinfekce. Díky těkavosti je líh také snadno zapalitelný a je cítit jeho specifické aroma. U zimních kapalin do ostřikovačů je tato fyzikální vlastnost lihu spíše nevýhodou. Nemrznoucí chování kapaliny do ostřikovačů určuje její koncentrace s vodou. Čím více lihu, tím nižší bod tuhnutí, ale vyšší odpařivost, a naopak. Míru těkavosti látek popisuje zejména její schopnost tvořit páry. Rychlost, s jakou je tvoří, a množství (kapacita), kolik jich vytvoří, je pro odpařivost rozhodující. Zjednodušeně toto popisuje fyzikální parametr nazývaný tlak nasycených par neboli tenze par. Čím vyšší hodnota, tím rychlejší odpařování, resp. větší množství par nad hladinou kapaliny. Voda má při normální teplotě tenzi par 2330 Pa, zatímco ethanol 5600 Pa (podobné hodnoty dosahuje isopropanol, methanol dokonce hodnoty dvojnásobné). Z toho vyplývá, že líh si vytváří přibližně trojnásobné množství par než voda, a tudíž rychleji zmizí z povrchu předního skla. Odpařování se zvyšuje tím více, čím rychleji vozidlem jedeme.

Zahušťování kapalin do ostřikovačů

Důsledkem výše popsaného jevu je, že sice podchlazené sklo může být čerstvou kapalinou ze zásobní nádržky rozmraženo, ale krátce po uvolnění par ethanolu dojde k opětovnému zamrznutí zbylé vody, zvláště pokud je koncentrace lihu nebo vnější teplota nízká. Popsaná vlastnost se obvykle potlačuje přidáváním glykolů do nemrznoucích směsí. Ty jsou sice téměř netěkavé, ale některé jsou zdraví škodlivé, mají trochu vyšší cenu a hlavně jsou husté - viskózní. Abychom neměli mastné a dočasně neprůhledné sklo, mohou jich výrobci nemrznoucích směsí použít maximálně 10 % v koncentrátu. Subjektivní pocit, že kapalina do ostřikovačů je slabá výhradně v důsledku vysoké těkavosti lihu, však popírá druhý fyzikální jev a to tzv. efektivní teplotu.

Efektivní teplota

Každý jistě zažil na vlastní kůži, že i když byla venku teplota slabě nad nulou, měl při silném větru pocit, jako by mu namrzala nechráněná tvář, zejména nos. Pokud přímo mrzne a ještě fouká vítr, je vnímání chladu velmi intenzivní. Stupeň ochlazení, způsobený kombinací větru a nízkých teplot, se nazývá "Wind Chill" - česky často "efektivní teplota", která určuje, za jak dlouho může kůže omrznout na nechráněném místě. Stejně to platí pro náš případ - jízdu automobilem, kde silný vítr a rychlá jízda mohou tento efekt ještě znásobit. Protože zde není prostor publikovat tabulku v plném rozsahu, uvedeme v tomto časopise asi historicky první fyzikální rovnici. Přibližně platí, že:

WCT = 131,13 + 0,62*T - 13,95V^0,16 + 0,486*T*V^0,16 (WCT = efektivní teplota, T = reálná teplota, V = rychlost větru nebo vozidla)

Z rovnice například vyplývá, že při venkovní teplotě -5 °C a jízdě vozidla nejvyšší povolenou rychlostí po dálnici (130 km/h) je kapalina do ostřikovačů s mrazuvzdorností -20 °C v podstatě nepoužitelná.

Méně není více

Zkušenosti s realitou "Wind Chill" mají zejména ve skandinávských zemích a v Kanadě, kde je na toto téma publikováno několik odborných článků. V našich zeměpisných podmínkách a velkých městech, kde teplota poklesne pod -20 °C jen na několik dnů v roce, stačí, když budeme mít v nádržce kapaliny do ostřikovačů takovou koncentraci lihu, že jeho bod tuhnutí bude přibližně 20 °C pod nejnižší očekávanou venkovní teplotou. Pokud ne, nezbývá nám než vyjet s čerstvě rozmraženým vozidlem nižší rychlostí než obvykle, zejména dokud nedojde k ohřátí předního skla teplým vzduchem z topení automobilu. Poněkud překvapivé je proti tomu zjištění, že nemrznoucí směsi do ostřikovačů privátních značek velkých obchodních řetězců každý rok pomalu polevují z původně deklarované hodnoty nezámrznosti. Zatímco na přelomu tisíciletí byla běžná koncentrace lihu na bod tuhnutí -20 °C, dnes jsme u hodnoty -18 °C nebo -19 °C na etiketě. Že by nám tak rychle postupovalo globální oteplování?!

Zdroj: Environment Canada Wind Chill Programme

Ing Jan Skolil