Caitolul 5. Arderea obustibililor Arderea este o reaţie iiă exoteră de oxidare a substaţelor obustibile. Cobustibilii sut substaţe are ri ardere dezvoltă o atitate iortată de ăldură are este folosită î roese idustriale. Î ooziţia obustibililor itră asa orgaiă (arbo, idroge, azot, oxige, sulf), asa ierală ( substaţe eobustibile are dau euşa) şi uiditatea. Proesul de ardere oate fi desris ri euaţiile iie ale arderii î are se osideră eleetele obustibile di obustibil. Arderea oate fi oletă î situaţia î are oxidarea este totală, iar rodusele arderii u ai oţi eergie iiă. Arderea este ioletă âd oxidarea u este totală adiă aar roduse de reaţie are se ai ot oxida, iar roduşii de reaţie ai au eergie iiă. Cooziţia obustibilului se stabileşte ri aaliză iiă eleetară.cooziţia iiă eleetară a obustibililor solizi şi liizi se exriă sub fora artiiaţiilor asie ale eleetelor ooete arbo, idroge, sulf, azot, oxige, uiditate (u ), euşă (a). g ob s o u a Cooziţia iiă a obustibililor gazoşi se exriă sub fora artiiaţiilor voluie a gazelor ooete are forează aesteul obustibil, adiă ooxid de arbo, idroge, idroarburi, idroge sulfurat, oxige, dioxid de arbo, azot şi uiditate. ob o s o o u Eleetele iie are degajează ăldură sut,, s. Arderea se rodue daă obustibilul lus (aer) se adue la teeratura de aridere ri îălzire (u gaze arse), ri oriare sau ri aridere de la o sursă exterioară. e otează aer i - atitatea iiă de aer (are uride oxigeul ii eesar) etru arderea oletă a obustibilului, iar aer - atitatea de aer utilizată etru ardere. Raortul elor două atităţi de aer : atitatea reală de aer are artiiă la ardere şi atitatea iiă de aer se ueşte oiiet de exes de aer. aer aer aer i aer i - oiietul de exes de aer Atui âd etru realizarea arderii olete se utilizează atitatea iiă de oxige, arderea se ueşte oletă, teoretiă sau stoeioetriă. De obiei arderea se rodue u u aort de oxige ai are deât oxigeul ii eesar realizări arderii olete, iar arderea se zie a fi u exes de oxige. 5..Arderea oletă a obustibililor solizi şi liizi Daă se osideră u ilogra de obustibil solid sau liid u ooziţia eleetară uosută:
g ob s o u a, u gc g ob g,, s gob g gob (exelu: ăura 0, 85 0, s 0, 0 o 0, 0) ri arderea oletă a arboului, idrogeului şi sulfului iie ale aestor oxidări etru arbo, idroge şi sulf. Petru arbo C C olc ol ol C Carboul are asa atoiă, iar asa olară este M g/ol gc ol ol C gc ol ol C gc ol ol C Petru idroge ol ol ol idrogeul are asa atoiă, iar asa olară este M g/ol g ol ol g ol ol g ol ol Petru sulf ol ol ol ulful are asa atoiă, iar asa olară este Mg/ol g ol ol g ol ol s s s s g ol ol,... se ot srie euaţiile Petru arderea g de obustibil vo utea alula are este atitatea de eesară (dei iiă) etru arderea oletă: s o ol g ob i
s o g g ob i i aer i s o, 0, i aer gob r 79% r % aer aer aer i gob g ob aloarea oiietului de exes de aer deide de atura obustibilului şi de tiul istalaţiei de ardere. De exelu etru obustibili solizi,...,( le,, ; ărbue,5.. ), iar etru obustibili liizi,5...,. Produsele arderii sut gazele arse are au voluul egal u sua gazelor rezultate di oxidările reedete, g g C C C, g ob i aer ex gaz g ob u, 8 g ob s, g ob i 0, 79 aer i, 8 g ob ex aer aer aer i aer i Masa roduselor de ardere este C aer g C C C i aer ex M aer i aer ex M g, M i aer i aer ex
5..Arderea oletă a obustibililor gazoşi Daă se osideră u etru ub oral de obustibil gazos u ooziţia eleetară uosută: o s o u o C u o,,... î are riialii ooeţi sut ooxidul de arbo ob ob C, idrogeul, idroarburile, idrogeul sulfurat, oxigeul, azotul, uiditatea şi dioxidul de arbo, atui ri arderea oletă a ooxidului de arbo, a idrogeului, a idroarburilor şi a idrogeului sulfurat se ot srie euaţiile iie ale aestor oxidări.(exelu de ooziţie a uui gaz de raare : o 0 0,0 0,8 0, 6 0, 8 0,8 8 0,0 0 0,05 Petru ooxidul de arbo C C C olc ol ol C, C, C C C o o o C o C Petru idroge,,, Petru idroarbura C C C ol C ol olc ol 0,
C C C C Petru idroge sulfurat ol ol ol ol,,,, oluul de oxige ii eesar oxidării ob o s o i oluul de aer ii eesar este ob aer, i i aer 0 oluul real de aer i aer i aer Produsele arderii sut gazele arse are au voluul egal u sua gazelor rezultate di oxidările reedete, g i aer ex C g ob C o o C ob u ob ob, aer i i 79 0 ob aer aer i ex aer Masa roduselor de ardere este aer ex C g i C C C
i aer ex M aer i aer ex M g, M 5..Puterea aloriă Puterea aloriă este atitatea de ăldură degajată ri arderea oletă (la 760 g ) a uităţii de obustibil (are este ilogra g etru obustibilii 0 solizi şi liizi şi etru ub oral etru obustibilii gazoşi).puterea aloriă se otează u şi se ăsoară î J/g ( J /g) sau al/g (al/g) etru obustibilii solizi sau liizi sau i J/ etru obustibilii gazosi. Puterea aloriă a obustibilului se lasifiă duă starea de agregare a aei di gazele arse î utere aloriă suerioară şi iferioară. Puterea aloriă suerioară rerezită atitatea degajată ri arderea uităţii de obustibil î odiţiile î are vaorii de aă se află î stare liidă (adiă s oţie ăldura latetă de odesare a aei di gazele de evauare ). Puterea aloriă iferioară rerezită atitatea degajată ri arderea uităţii de obustibil î odiţiile î are vaorii de aă se găses î stare gazoasă (adiă i u oţie ăldura latetă de odesare a aei î gazele de evauare). Puterea aloriă se deteriă exerietal sau fuţie de ooziţia eleetară a obustibilului : - la obustibili solizi şi liizi o i 900 9850 070s 500u 8 i - la obustibili gazoşi 6o 0760 985 s 5797 9575 8 67 0 J J g 59955 65 Petru aesteuri de obustibili gi - etru obustibilii raortaţi la asă, u g i artiiaţia asiă a i i obustibilului di aesteul de obustibili ; ri - etru obustibilii raortaţi la voluul oral, u r i artiiaţia i i voluiă a obustibilului di aesteul de obustibili. 6
6.Cilurile teoretie ale aşiilor terie Maşiile terie sut sistee terodiaie are trasforă eergia teriă î luru eai sau lurul eai î eergie teriă. Di ria ategorie fa arte otoarele terie şi turbiele u abur şi gaze, di ea de-a doua oresoarele şi istalaţiile frigorifie. 6..Cilurile teoretie ale otoarelor terie Motoarele terie sut aşii terie are trasforă eergia iiă a obustibilului degajată ri ardere î luru eai. Duă loul î are are lo obustia, otoarele terie se îart î otoare u ardere exteră şi otoare u ardere iteră. Motoarele u ardere iteră se lasifiă duă ai ulte riterii ditre are se desrid uărul de tii ( otoare î atru tii şi otoare î doi tii),, odul de aridere (otoare u aridere ri sâteie - tto, otoare u aridere ri oriare Diesel),tiul obustibilului ( ooobustibil, dual), tiul răirii ( u liid de răire, u aer). Î ilidru se delasează istoul legat de arborele otit ri iterediul bielei. Cilidrul este îis î artea de sus u o iesă uită iulasă 5 î are sut alasate două suae A suaa de adisie ri are se itrodue aesteul aer-obustibil ri aalizaţia 6 şi suaa de evauare E ri are se evauează î exterior gazele arse ri oduta 7. uaele sut oadate de arborele de distribuţie AD. Aesteul itrodus î aera de ardere este aris u bujia 8. Î artea iferioară otorul este îis ritr-o iesă uită arter, suerior 9 şi iferior, şi este fixat e reazeele 0. Î tiul fuţioării istoul se işă ître două ute liită uite ute oarte. Atui âd istoul se află la utul ort suerior deasura istoului răâe u saţiu are rerezită voluul aerei de ardere. Atui âd istoul se delasează la utul ort iferior istoul arurge u saţiu uit ursă, iar voluul oresuzător aestei delasări se ueşte voluul ursei. Fuţioal, otoarele u aridere ri sâteie (as) asiră u aeste de aer şi vaori de beziă are este oriat î aera de ardere, fiid arişi u o sâteie rodusă de bujie; aare u frot de flaără are se roagă î toată aera de ardere, arderea fiid raidă. Motoarele u aridere ri oriare (diesel sau a) diferă ri fatul ă u există sursă de sâteie, î aera de ardere fiid itrodus aerul are este oriat de isto ( reşte resiuea şi teeratura) şi aoi este ijetat obustibilul sub resiue fi ulverizat; î otat u aerul ald di aera de ardere riele iături de obustibil ijetat se vaorizează şi se autoarid, are lo o ardere sub fora uei autoarideri exlozive (ardere raidă); obustibilul ijetat î otiuare arde rogresiv e ăsura ijetării (arderea rogresivă). Cilul otor uride o suesiue de roese are se reetă eriodi î ilidrul otor. Proesul are se desfăşoară îtr-o ursă a istoului se ueşte ti. Cilul otor se oare realiza i atru tii ( două rotaţii ale arborelui
otit) sau î doi tii ( o rotaţie a arborelui otit);la otoarele î atru tii, roesele terie oresud u deuirea urselor istoului: adisia, oriarea, destiderea şi evauarea. Fig.9. eţiue ritr-u otor u ardere iteră ardere destidere sâteie oriare evauare. adisie a s Fig.0. Diagraa ilurilor reale di otorul î atru tii.
Paraetrul ostrutiv seifi otoarelor este raortul voluetri de oriare diit a raortul ditre voluul ilidrului î utul ort exterior şi el di utul ort iferior. e ueşte raort voluetri de oriare a a a Î studiul teoreti al fuţioării otoarelor u ardere iteră se itrodu ioteze silifiatoare: a) Agetul teri este gaz erfet. u se ţie seaa de sibarea aturii gazelor î tiul fuţioării. e osideră ă aeeaşi atitate de gaz erfet evoluează otiuu î ilu, eţiâdu-se seaa de roesele de adisie şi evauare. b) Proesele de oriare şi destidere se osideră adiabatie (evetual olitroie). ) Petru îiderea ilului se itrodue o trasforare eivaletă u u roes de răire izoor, are oresude evauării libere a gazelor di roesul real. Cilul teoreti are aeeaşi foră atât la otoarele î atru tii ât şi la ele î doi tii, ăi u se iau î osiderare difereţele de adisie şi evauare. Există ai ulte iluri teoretie ale otoarelor u ardere iteră di are rerezetative sut urătoarele: 6...Cilul teoreti al otorului u ardere la volu ostat Aest ilu odelează u buă aroxiaţie roesele terie di otoarele u aridere ri sâteie (as). Ioteza : roesul real de ardere se îlouieşte u o trasforare izooră de îălzire a agetului teri. 0 s
Fig.. Proesele teoretie ditr-u ilu otor u ardere la volu ostat a - oriare adiabatiă - îălzire la volu ostat-arderea - destiderea gazelor de ardere adiabatiă - răire la t (evauare liberă) J 0 e itrodu doi araetri: ) a raort voluetri de oriare, 9 7 la as atuale ) i f raort de reştere a resiuii î roesul de ardere, 5, a.date iiţiale,, a a, a -resiuea atosferiă, a -teeratura atosferiă Presuue uosute şi R M R R M a b.paraetrii de stare ai utelor ilului - trasforare adiabatiă - trasforare la volu ostat
- trasforare adiabatiă.urul eai al ilului şi uterea otorului ilu J ad [ ] ilu J Puterea teoretiă a otorului i rot ilu J P t 0 i se 60 i τ τ - uăr de tii,, i uăr de ilidri W P P t e id ilu real r idiat r e urul eai al ilului este egal u aria trasforării şi se alulează ri laietrare. urul eai real r este lurul eai deteriat exerietal u ajutorul diagraei idiate. urul eai etiv este lurul eai rodus la arborele otor. d.radaetul terodiai al ilului v 0 0 0 v v v D Radaetul terodiai al ilului u ardere la volu ostat D deide uai de valorile raortului voluetri de oriare.
- araetrul ostrutiv rerezită ua di ăriile iortate ostruţiei otorului ăi odiţioează eooiitatea otorului. t Fig.. ariaţia radaetului terodiai u raortul de oriare reştere sesibilă a radaetului se obţie âă la 0. Prati ( 7,9).Aeastă liitare se datorează obustibilului folosit bezia, are la ărirea este 9 0 rodue arderea u detoaţie feoe erturbat exloziv are trebuie evitat fiidă sade uterea otorului şi deteriă distrugerea ieselor. e. Radaetul etiv al otorului Radaetul etiv exriă eooia reală a otorului. ost 7...9 0 r Did e real Î faza atuală de ostruţie 0, 0, 0 di ăldura degajată î aera de ardere otribuie la obţierea de luru eai, restul se disiă ătre ediul îojurător. 6...Cilul teoreti al otorului u ardere ixtă Aest ilu odelează u buă aroxiaţie roesele terie di otoarele u aridere ri oriare (a sau diesel).proesul real de ardere se îlouieşte u două roese de îălzire. - trasforarea izooră oresuzătoare arderii raide autoaridere exlozivă; - îălzire izobară la t oresuzătoare arderii rogresive.
v s 0 Fig.. Proesele teoretie ditr-u ilu otor u ardere ixtă a - oriarea adiabatiă - îălzire, ardere la volu ostat ( raida) - îălzire, ardere la resiue ostata ( rogresiva) - destidere adiabatiă (gaze de ardere) - răire izooră (evauarea liberă) 0 v tudiul a foloseşte trei araetri: ) 6 0 a Diesel, î ursa de adisie se itrodue î ilidru uai aer î ursa de oriare, se oriă uai aerul iar obustibilul se ijetează la sfârşitul oriării. u există ardere u detoaţie. ) ),,5.. (, ), 7 raort de reştere a resiuii î roesul de ardere raida raort de reştere a voluului î arderea rogresivă (grad de ijeţie) a. Date iiţiale Petru studiul ilului a -resiuea atosferiă, a -teeratura atosferiă a a A,,,, R
b. Paraetrii de stare ai utelor ilului - oriare adiabatiă - trasforarea izobară - destiderea adiabatiă.uru eai al ilului ilu J ude
J rot ilu i Pt i τ se 60 0 i P ( W ) τ - uăr de tii i uăr de ilidri P ( W ) idiat e id r e r t real - lurul eai al diagraelor reale id radaetul idiat exriă gradul de erfeţiue al diagraei teoretie. Ca şi la as, lurul eai al ilului este egal u aria trasforării şi se alulează ri laietrare. urul eai real r este lurul eai deteriat exerietal u ajutorul diagraei idiate. urul eai etiv este lurul eai rodus la arborele otor. d.radaetul terodiai al ilului 0 t v v 0 ( ) ( ) 0 v ( ) 0 0 se ia 0 valoare absolută ( ) D v v ( ) ( ) e osideră ăldurile seifie edii la volu şi resiue ostată aroiate a valoare e itervalele de teeratură osiderate, de aeea se silifiă ţiâdu-se seaa de relaţia ditre ele: [ ] t ( ) ( ) [ ] t ( ) ( ) Aalizâd t se ostată ă radaetul terodiai reşte u reşterea raortului de oriare.e ostată ă radaetul terodiai reşte âd raortul de reştere a resiuilor sade, resetiv âd raortul de reştere a voluelor r sade. e. Radaetul etiv r r t id e Petru a valorile urete ale radaetului etiv sut 0,6 0,
bservaţii: A. Pri silifiarea ilului teoreti u ardere ixtă se oate obţie ilul teoreti u arderea la volu ostat, etru - disare arderea izobară. t B. Daă se oară t etru ilul u ardere a) etru aelaşi t( v t ) t( ixt ) (seulaţie teoretiă) b) î realitate as 7 9 a 6 0 t şi el u ardere ixtă se ostată: Datorită valorii ridiate a lui, t ( ixt ) t( v t ) Dei radaetul etiv la a este ai are deât la as uai datorită fuţioării la valori ai ari ale lui.