Combustibili

Combustibili

Prin combustibil se intelege orice substanta, sau amestecuri de substante, care in urma unei reactii chimice de ardere, produce o mare cantitate de caldura.

Dun categoria combustibililor chimici fac parte:carbuni de pamant ,titeiul si gazelle de sonda, gazelle naturale, lemnul etc. Dupa starea de agregare si dupa provenienta lor, combustibilii chimici se pot grupa in solizi, lichizi si gazosi.

Caracteristicile combusitbililor

Pentru caracterizarea unui combbustibil, in afara de starea fizica si de provenienta trebuie sa i se mai cunoasca compozitia chimica, puterea calorica, cantitatea de aer necesara arderi, temperatura gazelor de ardere etc.

Compozitia combustibililor: Combusitbili solizi contin diferite combinati organice ale elementelor C,H,S(elemente combustibile),O si N,alaturi de umiditate, (Wt) si substante minerale (Al) care dau cenusa.

Carbonul este elementul principal al combustibililor solizi. Acesta se gaseste in proportie de 50-95%, in functie de natura si varsta combustibililui . Prin arderea completa a unui kilogram de carbon se obtine o energie de 33.44o kJ.

Hidrogenul se gaseste in combustibilii solizi intre 2-6 %. Acesta este, de asemenea un element care ridica valoarea termica a combustibililui, intrucat prin ardere se degaja o mare cantitate de caldura .

Sulful participa cu o pondere de 0,1 - 7 %, in compozitia diferitilor combusitbili solizi. In combusitbil , sulful se gaseste sub trei forme: in combinati organice (sulf organic), sub forma de sulfuiri metalice, in combinati anorganice oxigenate (de exemplu,

sulfati). In procesul de ardere intervin numai sulful organic si cel piritic. Cu toate ca la arderea sulfului se degajeaza o mare cantitate de caldura, acest element este daunator in

procesul de ardere a combustibilior, deoarece SO format corodeaza patile metalice ale

focarului si are actiune poluanta (fiind un component al ploilor acide). Pe langa acesta, sulful necesita pentru aprindere o temperatura mare (500 - 600 C).

Azotul se gaseste in general in cantitate mica, nedepasind 2%. El este un element nedorit in masa combustibilului. Acesta nu participa la ardere, dar ia caldur a pentru a se incalzi pana la temperatura cu care gazele arse parasesc instalatia de ardere si prin urmare consuma o parte din caldura degajata la arderea combustibilului.

Oxigenul se gaseste in combusitbili in proportie de 2 % (antracid) pana la 44 % (lemn). Prezenta sa in combusitbil conduce la micsorarea valorii termice a acestuia, deoarece fiind combinat mai ales cu carbonul si hidrogenul, o cantitate din aceste elemente combustibile sunt deja oxidate.

Umiditatea combustibililor constituie de asemenea, un balast, prin faptul ca aceasta consuma o mare cantitate de caldura pentru a trece din starea lichida in starea de vapori. De asemsnea mareste volumul si corozivitatea gazelor de ardere.

Cenusa consituie un balast al combusitbilului, intrucat ii micsoreaza puterea calorica si uneori poate duce la dezorganizarea completa a procesului de ardere, fie prin faptul ca se acumuleaza in focar si impiedica admisia aerului, fie ca se topeste la o temperatura joasa (1150 - 1700 C), si formeaza un conglomerat plastic cu inglobarea unor cantitati de combustibil.

De aceea, in practica industriala,intotdeauna, la alegerea sistemului de ardere a combustibililor solizi se ia in consideratie cantitatea de cenusa si proprietatile ei.

Compozitia combustibilului poate fi determinata prin analiza chimica elementara, si prin analiza tehnica.

Prin analiza elementara se determina continutul procentual de C, H, N, O, S din masa organica a combustibilului, iar prin analiza tehnica se determina umiditatea, materiile volaitle, cenusa si carbunele fix

Combustibili lichizi, cu cateva exceptii, provin din titei si sunt de trei tipuri:

      gaze lichefiate,

      combusitbili distilati,

      combustibili reziduali

Combustibilii lichizi distilati sunt:

      benzina,

      petrolul lampant

      motorina

Acestia contin in principal hidrocarburile C - C C - C si respectiv C - C

Combustibilii reziduali: sunt formati, in general, din reziduul obtinut la distilarea primara a titeiului si din reziduurile obtinute la craacarea termica a pacurilor sau a motorinelor.Acestia au o compozitie foarte complexa.

Combustibilii gazosi : au o compozitie foarte variata, ce depinde de originea acestora.Astfel, gazele naturale din tara noastra contin peste 99 % CH , iar gazele combustibile artificiale constau dintr-un amestec de gaze combustibile si necombustibile.

Compozitia combustibililor gazosi: se exprima obisnuit in procente volumetrice. Principalele componente combustibile ale acestora sunt:CO, H CH alte hidrocarburi si H S,iar componentele necombustibile insotitoare sunt: CO O si N

Puterea calorica

Puterea calorica exprima cantitatea de caldura care rezulta prin arderea completa a unei unitati de combustibil.

Puterea calorica a combustibililor solizi si lichizi se exprima in kj/kg sau kcal/kg,iar a celor gazosi in kj/m3N.

Majoritatea combustibililor contin in compozitia lor hidrogen, component care prin ardere se transforma in apa.In afara de acestea, inainte de ardere, combustibilii contin o cantitate mai mare sau mai mica de apa, care exprimata procentual reprezinta umiditatea initiala a acestora.Apa rezulta prin arderea hidrogenului si apa sub forma de umiditate poate sa se gaseasca in produsele de ardere sub forma de vapori sau sub forma lichida.

Intrucat calitatea de caldura determinata de arderea combustibililor depinde de starea de agregare a apei din produsele de ardere, in practica se deosebeste puterea calorica superioara si puterea calorica inferioara.

Puterea calorica inferioara (Qi reprezinta cantitatea de caldura obtinuta prin arderea

unei cantitati de combustibil, in cazul cand produsele de ardere au temperatura de 20 C;

in acest caz, apa din produsele de ardere fiind lichida, in puterea calorica determinata se include si caldura lanenta de condensare a vaporilor de apa .

Puterea calorica inferioara (Qi reprezinta cantitatea de caldura determinata la arderea unei unitati de combustibil in conditiile in care produsele finale sunt evacuate la o temperatura mai mare de decat temperatura de condensare a vaporilor de apa.

In practica se ia in considerare numai puterea calorica inferioara, intrucat din instalatiile industriale se elimina produsele de ardere continand apa sub forma de vapori.

Arderea combustibililor

In vederea arderii unui combustibil, trebuie sa se asigure mai intai, prezenta simultana si a oxigenului si apoi sa se produca aprinderea.

Arderea oricarui combustibil este precedata de aprindere. Pentru aprinderea unui combustibil trebuie se existe o anumita proportie locala intre combustibil si oxigen si sa existe o sursa de energie pentru incalzirea combustibilului pana la temperatura de aprindere. Temperatura de aprindere de natura combustibilului si reprezinta cea mai joasa temperatura la care incepe arderea interna. Aprinderea combustibilului este precedata intotdeauna de o perioada de timp, numita perioada de inductie, pe durata careia, sub influenta temperaturii inalte si a altor factori, combustibilul sufera procese de descompunere si oxidare, cu formare de combinatii mai simple, produse intermediare active ca radicali, atomi sau molecule semi-stabile, cu o energie de activare mica, care participa la propagarea reactiilor de ardere.

Aprinderea si arderea combustibililor gazosi: are loc prin reactii inlantuite,initiate termic.

Combustibili gazosi: oferind cea mai mare suprafata de contact intreei si oxigen, se aprind foarte usor; arderea are loc in intreg volumul amestecului de combustibil - aer.

Arderea combustibililor lichizi: se realizeaza marindu-se suprafata de contact cu oxigenul sau aerul, in care scop, acestia se pulverizeaza.

Arderea combustibililor solizi: este un proces eterogen si se compune din urmatoarele etape:

      incalzirea si uscarea combustibililor;

      descompunerea pirogenica a combustibilului cu formare de materii volatile si a cocsului;

      arderea materiilor volatile;

      arderea cocsului

Combustibili pentru motoare cu ardere interna

Motoarele termice utilizeaza drept sursa de energie un combustibil care arzand in anumite conditii in prezenta aerului furnizeaza o cantitate de caldura ce se transforma in energie mecanica.

Combustibili cei mai des folositi pentru motoarele cu ardere interna prvin din titei, care este supus unui ansamblu de tratamente chimice si fizice.Acesti combustibili datorita caracteristicilor functionale ale motoarelor in care se folosesc, sunt diferentiati in

      benzine - pentru motoarele cu aprindere prin scanteie

      motorine - pentru motoarele cu aprindere prin compresie

      petroluri in amestecuri pentru turbomotoare

Benzinele: din punct de vedere chimic sunt un amestec de hidrocarburi C - C din clasa alcanilor (parafinice),cicloalcanilor (naftenice) aromatice si nesaturate liniare (olefinice). In benzina procentul de carbon este de 80 - 82% iar cel ce hidrogen de

Motorinele(combustibili Diesel): sunt fractiuni petroliere cu densitate cuprinsa intre

850 - 890 kg/cm3 si cu temperatura de fierbere cuprinsa intre 200 - 370 C.

Ele provin, in general, de la distilarea atmosferica a titeiului si constau din amestecuri de hidrocarburi ce au in moleculele lor de la 12 pana la 18 atomi de carbon.

Combustibilii pentru motoarele Diesel se caracterizeaza prin proprietati opuse benzinei, respectiv, hidrocarburile componente trebuie sa se oxideze cu usurinta cu

formare de peroxizi si alte produse de oxidare incompleta, pentru ca autoaprinderea

sa se produca usor.

Petrolurile turbo (combustibilii pentru turbomotoare): intrebuintate in industrie, transporturi terestre, aeriene, navale, cuprind o mare varietate de produse: produse petroliere, suspensii de pulberi metalice in fractiuni de titei, combustibili gazosi etc.

In cazul turbomotoarelor de aviatie se utilizeaza fractiuni de titei cu intervalul de distilare cuprins intre 163 si 302 C, kerosen si petrol lampant, precum si fractiunea larga in intervalul temperaturilor de distilare cuprins intre 52 si 302 C.

Cifra octanica

Principalul criteriu pentru determinarea calitatii antidetonante a benzinelor este cifra octanica (CO). Cu cat valoarea cifrei octanice este mai mare, cu atat benzina are o rezistenta mai mare la detonatie.Cifra octanica se determina prin compararea benzinei cu un combustibil etalon cu o cifra octanica cunoscuta.

Caracteristici ale motorinelor:

Motorinele trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii:

      rezistenta mica la autoaprindere;

      vaporizare usoara;

      punct de congelare scazut.

Aditivi pentru combustibili

Aditivii sunt substante introduse in carburanti in vederea imbunatatiri acestora.

Aditivi pentru benzine:

      aditivi antidetonanti (impiedica autoaprinderea, maresc cifra octanica)

      aditivi anticorozivi (reduc coroziunea pieselor metalice ce intra in contact cu benzinele)

      aditivi degivranti (au rolul de a impiedica formarea ghetii pe carburator,

produsa de evaporarea benzinei).

Aditivi pentru motorine:

      aditivi acceleratori (maresc cifra cetanica,micsoreaza temperatura de autoaprindere si favorizeaza procesul de ardere).

      aditivi anticongelanti (impiedica formarea si dezvoltarea procesului de cristalizare a hidrocarburilor parafinice).

      aditivi contra fumului (fac ca emisia de fum sa fie mult mai redusa iar consumul de combustibil sa se reduca si el)

SURSA DE INSPIRATIE: CHIMIE AUTOR: Conf.dr.ING.OVIDIU HOREA OPREA