Benzino degimas ir reakcija su deguonimi

Degimas yra elementų cheminė reakcija, kurios metu išsiskiria šiluma ir/arba šviesa. Tai egzoterminė reakcija, kurios metu vyksta degiosios medžiagos oksidacija, lydima šilumos ir dažnai šviesos išsiskyrimo. Prancūzų mokslininkas A. Lavuazjė nustatė, kad degimas yra medžiagų jungimosi su deguonimi reakcija. Visos vieninių ir sudėtinių medžiagų degimo deguonyje arba ore reakcijos yra oksidacijos reakcijos.

Tam, kad vyktų degimas, būtinos tam tikros sąlygos:

• pakankamas deguonies kiekis (daugiau kaip 15%);
• uždegimo impulsas arba šaltinis (cheminės reakcijos, temperatūra, trintis);
• degi medžiaga tam tikroje būsenoje, pavyzdžiui, įkaitusi iki tam tikros temperatūros.

Degios medžiagos gamtoje yra vandenilis (H₂), anglis (C) ir siera. Kiekviena medžiaga turi savo užsiliepsnojimo temperatūrą. Pavyzdžiui, dyzelinio kuro užsiliepsnojimo temperatūra yra 350-400 laipsnių Celsijaus, o popieriaus - apie 250 laipsnių Celsijaus.

Benzino degimo esmė

Benzinas yra degus skystis, priskiriamas lengvajai arba lakiajai naftos distiliacijos frakcijai. Jis daugiausiai susideda iš angliavandenilių mišinio, kurių molekulės turi nuo 6 iki 8 anglies atomų. Kai kuras (įskaitant benziną) yra sudėtinė medžiaga arba mišinys, degdami jie oksiduojasi ir virsta juos sudarančių elementų oksidais.

Kadangi degaluose, pavyzdžiui, valytame skystame kure, nėra mineralinių medžiagų priemaišų, visiškai sudegus benzinui, kietų produktų nelieka. Pagrindiniai benzino (angliavandenilių) degimo produktai yra anglies dioksidas (CO₂) ir vanduo (H₂O).

Reakcijos lygtis

Nors benzinas yra mišinys, jo pagrindinę dalį sudarančių alkanų (pvz., heptano C₇H₁₆ ar oktano C₈H₁₈) degimo reakciją bendrai galima aprašyti šia lygtimi (oktano pavyzdys):

2C₈H₁₈ + 25O₂ → 16CO₂ + 18H₂O

Deguonies vaidmuo cheminėse reakcijose

Deguonis (O₂) yra cheminis elementas, būtinas aerobinių organizmų gyvybinei veiklai ir degimo procesams. Lietuvišką atitikmenį terminui oxygenium sugalvojo Jonas Jablonskis, motyvuodamas tuo, kad esminė šio elemento savybė yra dalyvavimas degimo reakcijoje.

Svarbu atkreipti dėmesį į saugumą: vos keliais procentais atmosferoje padidėjusi deguonies koncentracija sukelia didelę gaisro riziką. Kibirkštys, kurios įprastoje aplinkoje laikomos nepavojingomis, ore, papildytame deguonimi, gali sukelti gaisrus, o medžiagos gali stipriai degti ar net savaime užsiliepsnoti.

Pagrindinės nemetalų oksidacijos reakcijos

Deguonis aktyviai reaguoja su įvairiais nemetalais, sudarydamas oksidus. Pavyzdžiui:

• Anglies dioksidas (CO₂): susidaro degant angliai, susideda iš vieno anglies ir dviejų deguonies atomų.
• Fosforo pentoksidas (P₄O₁₀): fosforo degimo produktas.
• Sieros dioksidas (SO₂): sieros degimo junginys.

Vidaus degimo varikliai ir tarša

Vidaus degimo varikliu varoma transporto priemonė yra taršos šaltinis, per išmetimo sistemą su deginiais į aplinką išmetantis nuodingąsias medžiagas: anglies monoksidą (CO), nesudegusius angliavandenilius (CH), azoto oksidus (NOx) ir kietąsias daleles. Transporto priemonių gamintojai turi užtikrinti, kad vidaus degimo varikliai į aplinką išmestų kuo mažiau nuodingųjų medžiagų. Didelė išmetamosiose dujose nuodingųjų medžiagų koncentracija lemia didesnes degalų sąnaudas ir teršia aplinką.

Automobilis į aplinką daugiausia išmeta anglies dvideginio. Tačiau išmetama ir daugiau medžiagų, pavyzdžiui, angliavandenilių (nesudegęs kuras) ir anglies monoksido, azoto oksido.

Išmetamųjų dujų matavimo reikšmė

Dūmingumo patikra yra būtina procedūra atliekant dyzeliniais degalais varomo automobilio techninę apžiūrą. Taip nustatoma, koks yra dyzelinio kuro sudegimo efektyvumas variklyje. Seniems varikliams dūmingumo reikalavimai yra gana žemi, naujesniems - aukštesni, o naujausiems - griežčiausi.

Techninės apžiūros metu, atliekant automobilio dūmingumo bandymą, nėra tikrinama, kiek ir kokių teršalų išmeta automobilis nuvažiavus kilometrą. Tokie duomenys gaunami atliekant laboratorinius tyrimus, kurie yra brangūs ir ilgi. Techninės apžiūros patikros tikslas - įvertinimą atlikti greitai ir pigiai bei įvertinti transporto priemonės bendrą techninę būklę.

Matavimo metu naudojama kolba, į kurią patenka išmetamosios dujos. Viename gale yra šviesos šaltinis, kitame - imtuvas. Šis matavimo būdas aptartas tiek Europos teisės aktuose, tiek Jungtinių Tautų taisyklėse ir perkeltas į nacionalinę teisę. Patikrinimo metu, vadovaujantis gautais duomenimis apie kietųjų dalelių kiekį išmetamosiose dujose, daroma išvada apie bendrą automobilio variklio būklę. Jei kietųjų dalelių kiekis per didelis, tai reiškia, kad variklis yra techniškai netvarkingas. Galiausiai, vertinant kietųjų dalelių kiekį, galima daryti išvadą ir apie taršą.

Skirtingi matavimai benzininiams ir dyzeliniams varikliams

Techninės apžiūros metu tikrinami skirtingi dyzelinių ir benzininių ar dujomis varomų automobilių parametrai. Dyzelis dirba vienokiu režimu, ir kenksmingiausia teršalų dalis yra kietosios dalelės, pagal kurias galima vertinti techninę būklę. Benzininiams varikliams matuojamas anglies monoksido (CO) kiekis ir lambda reikšmė.

Netolimoje ateityje Euro6 taršos standarto lengviesiems dyzelinu varomiems automobiliams techninėje apžiūroje bus pradėtas matuoti kietųjų dalelių kiekis (PM - Particulate Matter).

Išmetamųjų dujų spalvos ir jų priežastys

• Juodas dūmas: Dažniausiai pasitaikanti dyzelinių variklių „išmetimo“ spalva - juoda. Išmetamųjų dujų priežastis yra didelis suodžių kiekis: tai nepilnai sudegęs, apanglėjęs kuras.
• Melsvas, baltas dūmas: Balsvos / baltos spalvos dūmo nevertėtų painioti su vandens kondensato arba AdBlue skysčio garais.

Išmetamųjų dujų neutralizatoriai

Nuodingųjų medžiagų kiekis (CO, CH, NOx) sumažinamas papildoma chemine reakcija, kuri vyksta katalizatoriuje.

Išmetimo sistemos priežiūra

Automobilio išmetimo sistema yra viena svarbiausių transporto priemonės dalių, kurios užduotis - saugiai pašalinti variklio veikimo metu susidarančias išmetamąsias dujas ir sumažinti jų poveikį aplinkai. Automobilio išmetimo sistema susideda iš kelių tarpusavyje susijusių dalių, kurios veikia kaip vieninga sistema. Ji saugiai nukreipia variklio darbo metu susidarančias dujas, sumažina jų kenksmingumą ir triukšmą.

Išmetamųjų dujų kvapas salone yra pavojingas ir gali reikšti pažeistą ar nutekėjusią vamzdžio dalį. Pastebėjus gedimus, būtina nedelsiant kreiptis į specialistą. Kai kuriuos paprastesnius darbus, tokius kaip duslintuvo laikiklių keitimas ar vamzdyno sandarinimas, galima atlikti namų sąlygomis. Tačiau sudėtingesniems darbams, tokiems kaip katalizatoriaus ar DPF filtro keitimas, reikalingi specialūs įrankiai ir žinios.

Dekarbonizacijos procedūra

Dekarbonizacija, arba vidinis variklio valymas vandenilio dujomis, yra procedūra, padedanti sumažinti automobilio dūmingumą ir pagerinti variklio darbą. Šios procedūros metu transporto priemonė dirba įprastu režimu, tačiau tam tikrais laiko intervalais variklio apsukos sukeliamos, o per išmetimo sistemos vamzdį iškeliauja susikaupusios apnašos. Tam, kad variklis, išmetimo sistema ir kiti komponentai išsivalytų, pagal automobilio variklio darbinį tūrį apskaičiuojama, kiek valymui reikia vandenilio dujų, kurios į jį leidžiamos per oro įsiurbimo angą. Šios procedūros metu pravalomi transporto priemonės „kvėpavimo takai“.

Jei šie „kvėpavimo takai“ užsikimšę, automobilis ne tik, pavyzdžiui, gali bandyti užgesti, kai variklis veikia laisvais sūkiais, bet ir naudoti daugiau degalų, būti vangesnis ir pan. Poveikį labiausiai pajunta tie vairuotojai, kurie turi dyzelinius automobilius ir dažnai važinėja labai trumpais atstumais. Nors 7 iš 10 atvažiuojančių transporto priemonių yra dyzelinės, dekarbonizuoti galima iš esmės bet kurį vidaus degimo variklį.

Didžioji dalis vairuotojų, kurių automobiliams reikia „pravalyti kvėpavimo takus“, atkeliauja prieš ruošdamiesi į techninės apžiūros centrą, arba tada, kai techninės apžiūros neįveikia. Beveik visais atvejais sumažinti dūmingumą pavyksta ganėtinai nesunkiai. Tačiau pasitaiko, kad automobilis dūmina ne dėl susikaupusių suodžių, o dėl to, kad yra techniškai netvarkingas. Tokiu atveju jokia procedūra nepadeda.

Simptomai, išduodantys užsikimšusią išmetimo sistemą

Kad automobilio „kvėpavimo sistema“ užsikimšusi ir pilna suodžių, gali išduoti ne vienas signalas. Pavyzdžiui, mašina gali naudoti daugiau degalų, vangiau reaguoti į akceleratoriaus nuspaudimą. Žinoma, vienas iš pačių aiškiausių signalų - dūmai, matomi tada, vos vairuotojas prisiliečia prie akceleratoriaus, o kartais net ir nuolat, kol veikia transporto priemonės variklis.

Savaiminis užsiliepsnojimas ir sprogimas

Savaiminis užsiliepsnojimas įvyksta, kai medžiaga užsidega savaime, pakilus jos temperatūrai, be papildomo uždegimo šaltinio. Tai gali nutikti dėl:

• vidinių cheminių, fizikinių ar biologinių procesų;
• sąveikos su oru (pvz., durpės, augalinės medžiagos, akmens anglis);
• sąveikos su vandeniu (pvz., šarminiai metalai Na, K);
• cheminių reakcijų tarp skirtingų medžiagų.

Sprogimas yra degimo rūšis, kai degimo greitis smarkiai padidėja ir išsiskiria didelis kiekis besiplečiančių dujų. Degti arba sprogti gali degių dulkių, degių dujų, degių skysčių garų ar oro mišiniai. Tai, ar mišinys degs, ar sprogs, priklauso nuo degiojo komponento ir oro koncentracijos. Kiekviena medžiaga turi tam tikras koncentracijos ribas, kuriose mišinys yra sprogus. Šios ribos apibrėžiamos žemutine ribine koncentracija (ŽRK) ir aukštutine (viršutine) ribine koncentracija (ARK/VRK).

Benzino garų ir oro mišiniui sprogiosios ribos yra nuo 0,8% iki 5,5%. Tai reiškia, kad tik esant tokiai koncentracijai benzino garų ore mišinys gali sprogti. Pavojingiausios dujos, pavyzdžiui, acetilenas (C₂H₂), turi žemutinę koncentracijos ribą 2,5% ir viršutinę 80%. Propano (C₃H₈) ribos yra 2,1% - 9,5%.

Pagrindinės gaisrų priežastys dažnai susijusios su žmogaus netinkamu požiūriu ir elgesiu, netinkamu elektros įrenginių naudojimu, šildymo prietaisų ar krosnių eksploatavimu, neatsargiu rūkymu ar elgesiu su ugnimi.

Svarbu žinoti apie degias medžiagas

Degių skysčių ar degių dujų ir oro mišinio užsidegimas nuo atviros liepsnos šaltinio, kuris trunka ne ilgiau kaip 5 sekundes, vadinamas pliūpsniu. Pliūpsnio temperatūra yra pati žemiausia temperatūra, kuri charakterizuoja degių medžiagų pavojingumą gaisro požiūriu. Tai vadinamieji lengvai užsiliepsnojantys skysčiai, kurių pliūpsnio temperatūra yra žemesnė nei 27°C.

Susidūrus su degiomis medžiagomis, svarbu suprasti jų savybes. Pavyzdžiui, suskystintos dujos (LPG), sudarytos iš propano ir butano, yra greitai užsiliepsnojamos. Jų garai ore gali sudaryti sunkiai pastebimus užsiliepsnojančius mišinius. Skysčio fazėje LPG sukuria charakteringą, greitai užsiliepsnojantį "rūką", kuris nusėda ant žemės. Dėl šių priežasčių labai svarbu nenaudoti LPG šalia atviros ugnies arba labai įkaitusių daiktų.

LPG garų įkvėpti nepatartina dėl jų anestezinių savybių, nors jos nėra tiesiogiai nuodingos. Dėl to, kad LPG dujų fazėje turi didesnį tankį negu oras, bet koks nutekėjimas kaupsis žemiausiose vietose, o tai didina sprogimo riziką.

Benzino laikymas ir saugumas

Netinkamai laikomas benzinas garaže kelia rimtą gaisro, sprogimo ir sveikatos pavojų. Benzinas yra itin degi ir garuojanti medžiaga, kurios garai kaupiasi žemai ir gali užsidegti nuo menkiausios kibirkšties.

Benzino laikymas garaže, nors ir atrodo patogus, reikalauja ypatingo dėmesio. Ne visi indai tinka benzino saugojimui. Saugiausia vieta yra atskiras, gerai vėdinamas sandėliukas ar garažas, nesujungtas su gyvenamosiomis patalpomis. Lietuvoje leidžiama laikyti iki 40 litrų degalų nešiojamuosiuose, sertifikuotuose kanistruose. Benzinas turi ribotą galiojimo laiką, optimaliai laikomas kanistre, apsaugotame nuo šviesos ir šilumos, jis tinkamas naudoti iki 12 mėnesių.

Koncentracijos ribos ir saugumas

Sprogimo ribos, dar vadinamos apatine ir viršutine degumo riba, yra kritinės koncentracijos, kuriose degių medžiagų ir oro mišinys gali sprogti. Šios ribos yra specifinės kiekvienai degiai medžiagai ir priklauso nuo daugelio veiksnių, įskaitant temperatūrą ir slėgį. Svarbu suprasti, kad net ir mažas degios medžiagos kiekis ore gali sudaryti sprogų mišinį, jei jo koncentracija patenka į šias ribas.

Degiųjų dujų sprogumo ribos ore

Nurodoma, kad LEL/UEL (Lower Explosive Limit / Upper Explosive Limit) vertės gali skirtis priklausomai nuo bandymo metodo ir sąlygų. Daugelyje informacinių lentelių aiškiai nurodoma, kad sprogstamumo ribos galioja tik tomis sąlygomis, kuriomis jos buvo nustatytos, ir kad degumo diapazonas dažnai plečiasi. Tikrose svetainėse dažnai yra mišiniai, pavyzdžiui, metano, propano ir tirpiklio garų mišiniai, kurie gali turėti skirtingas sprogumo ribas.

Dėl šių priežasčių, ypač pramoninėse patalpose, kur naudojamos ar laikomos degios medžiagos, būtina naudoti specialius dujų jutiklius ir laikytis griežtų saugos reikalavimų.

Naujo tipo vandenilinis variklis

Magdeburgo Otto von Guericke universiteto atstovai pristatė naujo tipo vandenilinį variklį, kurio efektyvumas viršija 60 procentų, o į aplinką neišmetama jokių tradicinių išmetamųjų dujų. Vokietija pasirinko naujovišką požiūrį į patį degimo procesą. Vietoj klasikinės sistemos, kurioje kuras maišosi su oru ir po reakcijos degimo produktai išmetami į išorę, naujasis variklis veikia beveik uždaru ciklu. Jo viduje cirkuliuoja kruopščiai parinktas vandenilio, deguonies ir argono mišinys.

Būtent argono naudojimas yra vienas svarbiausių visos koncepcijos elementų. Dėl savo fizinių savybių jis pagerina ciklo termodinaminius parametrus, o tai tiesiogiai lemia didesnį efektyvumą. Praktiškai tai reiškia, kad didesnė kure esančios energijos dalis paverčiama naudingu darbu, o ne prarandama šilumos pavidalu. Ne mažiau svarbi ir uždaro ciklo konstrukcija. Po kiekvieno degimo ciklo dujos nėra išmetamos, o atvėsinamos, išgryninamos ir naudojamos pakartotinai. Pašalinamas daugiausia tik vanduo - pagrindinis vandenilio ir deguonies reakcijos produktas. Likusi mišinio dalis grįžta į sistemą.

Pasiektas didesnis nei 60 procentų efektyvumas dera su didele galia. Kūrėjų teigimu, naujasis variklis gali užtikrinti parametrus, prilygstančius dyzeliniams agregatams, todėl jis tampa patraukliu sprendimu sudėtingiausioms sritims. Ypatingą susidomėjimą šia technologija rodo jūrų pramonė, kurioje spaudimas mažinti emisijas auga labai sparčiai. Šiame sektoriuje baterijos dažnai yra per sunkios arba pasižymi per mažu energijos tankiu, kad taptų realia alternatyva.

Vis dėlto, technologija susiduria su tam tikrais apribojimais, pavyzdžiui, santykinai mažu galios tankiu dėl vandenilio kiekio, kurį galima įpurkšti į cilindrą per vieną ciklą. Kita problema gali būti laipsniškas teršalų kaupimasis, pavyzdžiui, anglies dioksido, atsirandančio degant tepimo priemonėms, kas ilgalaikėje perspektyvoje gali turėti įtakos sistemos našumui.

tags: #degant #benzinui #jis #jungiasi #su #deguonimi