Combustibili utilizati in aviatie

Combustibili utilizati in aviatie

Introducere

Omul a fost mult timp captivat de posibilitatea de a zbura.De la aripile lui Icar,la aparatele de zbor pentru baloane mai usoare decat aerul ale lui Da Vinci, mintea inventiva a lucrat pentru a transforma visul in realitate.

Dar ceea ce lipsea era un mijloc de propulsie.In cele din urma,acestea au devenit disponibile in primii ani ai secolului 20,odata cu dezvoltarea motorului cu combustie interna.Acest motor furniza o sursa compacta si portabila de putere,ce a permis omului sa depaseasca gravitatea.

Motoarele aeronavelor aparute la inceput erau similare cu cele utilizate in automobile si ardeau acelasi tip de combustibil. Nevoia de putere mai mare a dus la dezvoltarea unor motoare specializate si benzine de aviatie AvGas) adaptate la cerintele lor.

In anii 1940,motorul cu turbina a aparut ca raspuns la cautarea de putere cat mai mare.Kerosenul-combustibil utilizat in primele motoare de aeronave cu turbina-a fost in cele din urma inlocuit de combustibili de aviatie de specialitate(combustibili jet).

In ultimii 90 de ani,aviatia a trecut de la o noutate la un element esential.Permite oamenilor si marfurilor sa se mute pe glob dintr-o parte in alta in cateva ore,fata de alte mijlocuri de transporturi care trasporta in cateva saptamani sau chiar luni.

Aviatia este alimentata de combustibili petrolieri.Aceasta nu este un accident,alegerea a fost facuta pe baza unor avantaje recunoscute.Combustibilii lichizi au un continut mai mare de energie pe unitatea de volum decat gazele si sunt mai usor de manevrat si distribuit decat combustibilii solizi.Printre acestea,hidrocarburile lichide ofera cea mai buna combinatie de continut energetic,disponibilitate si pret.

Combustibili de aviatie

*introducere

Motoarele cu reactie pot fi urmarite inca din primul secol i.Hr.,atunci cand un egiptean,Hero,a inventat o jucarie ce folosea jeturi de abur pentru a invarti o sfera.16 secole mai tarziu,Leonardo Da Vinci,a schitat un dispozitiv ce utilizeaza un flux de gaz fierbinte pentru a face lucru mecanic.

Pana in secolul al 17-lea,inventatorii au inceput sa dezvolte sisteme simple de turbine pentru folosirea utilajelor.

Dezvoltarea unui motor cu turbina pentru aeronave a inceput independent in Germania si Marea Britanie,in 1930.In Germania,Hans von Ohain a proiectat motorul care a alimentat zborul primului avion,in 1939. In Marea Britanie, Frank Whittle a obtinut un brevet pentru un motor cu turbina in 1930.Un avion alimentat de un motor al sau a zburat pentru prima oara in 1941.Primul avion britanic, Gloster Meteor,a zburat tarziu in al doilea razboi mondial.

Tipuri de combustibili:

Kerosenul,produs pentru lampile cu fitil,a fost utilizat drept combustibil pentru primele motoare cu turbina.

Deoarece motoarele au fost considerate relativ insensibile la proprietatile combustibilului,kerosenul a fost ales in special din cauza disponibilitatii;razboiul avea nevoie de fiecare picatura de benzina.

Dupa cel de-al doilea razboi mondial, U.S.Air Force a inceput sa utilizeze combustibil ,,larg-taiat",care,in esenta,este un amestec de hidro-carbon ce se intinde pe benzina si variaza punctul de fierbere al kerosenului.

Din nou,alegerea a fost facuta datorita disponibilitatii;s-a considerat ca un combustibil ,,larg-taiat" va fi disponibil in cantitati mai mari decat benzina sau kerosenul singure,mai ales in vreme de razboi.

*performante

Proprietati semnificative de performanta ale combustibilului sunt fluiditatea,volatilitatea,stabilitatea,lubricitatea,non-corozivitatea si curatenia.

Pe langa furnizarea de o sursa de energie,combustibilul este de asemenea utilizat ca fluid hidraulic in sistemele de control ale motorului si ca un lichid de racire pentru anumite componente ale sistemului de combustibil.

Stabilitatea-un combustibil stabil este un combustibil ale carui proprietati raman neschimbate. Factorii care pot duce la schimbari daunatoare in proprietatile combustibilului includ perioada de timp stabilitatea de depozitare) si expunerea la temperaturi ridicate in motor stabilitate termica).

Lubricitatea-este abilitatea de a reduce frecarea intre suprafetele solide in miscare relativa. Jetul de combustibil trebuie sa aiba un anumit grad de lubrifiere, deoarece motoare cu reactie se bazeaza pe combustibil pentru a lubrifia unele parti aflate in miscare,pompele de carburant si unitatile de control ale fluxului.

Vascozitatea-este o masura de rezistenta a unui lichid de curgere sub presiune,generat de gravitate sau de o sursa mecanica.Lichidele subtiri,precum apa sau benzina,au vascozitate scazuta;cele groase,cum ar fi siropul de artar sau uleiul de motor,au vascozitate mai mare.

Volatilitatea-este tendinta unui combustibil de a se evapora. Doua proprietati fizice sunt utilizate pentru a caracteriza volatilitatea de combustibil: presiunea de vapori si profilul distilare.Un combustibil mai volatil are o presiune a vaporilor mai ridicata temperaturi initiale de distilare mai mici.

Non-corozivitatea-Jetul cu combustibil utilizeaza o varietate de materiale in timpul distribuirii.Este important ca jetul de combustibil sa nu corodeze aceste materiale,in special cele din sistemele de combustibil ale aeronavei. De obicei, rezervoarele de combustibil sunt din aluminiu, dar sistemele de combustibil contin, de asemenea,otel si alte metale.

Curatenia-curatenia de combustibil inseamna lipsa de particule solide si apa libera.

Motoare cu turbina de aviatie

Pana la sfarsitul celui de-al doilea razboi mondial,motorul cu piston a fost o centrala electrica pe deplin dezvoltata,ce a fost supusa numai imbunatatirii treptate.

Turbinele sunt conceptual simple:ele transforma energia cinetica a unui fluid in miscare in energie mecanica prin utilizarea miscarii unui fluid de a transforma un rotor.Rotorul,la randul sau,este conectat la un aparat care functioneaza util.

Fluidul in miscare ar putea fi apa,abur,aer sau gaze fierbinti. Turbinele actionate cu abur sunt utilizate pe scara larga pentru generarea de energie electrica.

Motorul cu turbina al unei aeronave genereaza gaz fierbinte, sub presiune,prin arderea combustibilului intr-un spatiu limitat. Gazul, in procesul de a evada din motor, conduce o turbina care, la randul sau, conduce un compresor ce comprima aerul care intra in motor.

Motorul cu turbina este numit,uneori,un motor cu reactie, pentru ca legea a treia a lui Newton spune:,,Pentru fiecare actiune exista o reactie egala,dar opusa."

AvGas

Putina istorie despre AvGas

In trecut,au existat multe grade diferite de benzina de aviatie,de exemplu 80/87, 91/96, 100/130, 108/135 si 115/145,concepute special pentru motoare turbo de mare putere si supraalimentate radial. Cu toate acestea,cu o cerere in scadere toate acestea au fost reduse la un singur tip, AvGas 100/130,cunoscut ,de asemenea,si sub numele de AvGas 100.

Plumbul a fost adaugat pentru a creste rezistenta combustibililor impotriva detonarii in interiorul motorului in timpul combustiei.

AvGas a fost mult timp folosit ca combustibil pentru aeronave cu piston cu reglaj electric,dar cum vom vedea,motoarele diesel de aviatie vor folosi JET sau motorina.

Motoarele de avioane cu piston functioneaza utilizand aceleasi principii de baza ca motoarele cu aprindere prin scanteie de autoturisme,dar au o cerinta de performanta mult mai mare.

Motoarele de aviatie sunt proiectate pentru a rula la puterea de 55% sau mai mult,in cazul in care motoarele de masina ruleaza la o putere medie de 30% sau mai putin.

AvGas este foarte volatil si extrem de inflamabil la temperaturi normale de functionare. Manipularea corecta si sigura a acestui produs este,prin urmare,de cea mai mare importanta.

Cifra octanica si plumb

Benzina este compusa din hidrocarburi.Una dintre ele este iso-octan cu proprietati antidetonante excelente.Combustibilii cu aceleasi proprietati antidetonante dau un rating de 100%.

Adaugarea de plumb(sau alte inlocuiri)ofera combustibilului posibilitatea de a produce mai multa putere inainte de detonare.

Daca puterea produsa de combustibilul pur este de 100,adaugarea de plumb va permite cresterea puterii pana la 45%, astfel numarul de performanta este de 145.

Contrar credintei populare,doar pentru a schimba un combustibil cu o cifra octanica mai mare,fara a schimba nimic altceva nu va face un motor sa produca mai multa putere.

Tipuri de AvGas

*AvGas 100 plumb mare de culoare verde

Exista doua specificatii pentru AvGas 100:ASTM D 910 si Marea Britanie DEF STAN 91-90.
Acestea sunt aproape identice,dar au unele diferente in continutul de antioxidant,cerintele de stabilitate la oxidare si continutul de plumb.

*AvGas 100LL plumb scazut -de culoare albastru

Continut scazut de plumb din AvGas 100.Totusi contin aproximativ 0,5 gr pe litru de combustibil.Acest grad este listat in aceleasi specificatii ca AvGas 100, ASTM D 910 si Marea Britanie DEF STAN 91-90.

*AvGas 82UL fara plumb de culoare mov

AvGas densitate

AvGas cantareste aproximativ 6 Lbs/SUA galon pentru a fi mai precis: 5.97 lbs galon SUA sau in alte cuvinte: 0.719 g/ml) la temperatura standard 15 ° C).

Unele aeroporturi au conducte permanent la zonele de parcare pentru aeronavele de mare capacitate.Altele au pompe similare de benzinarii.

Indiferent de metoda, combustibilul pentru aviatie este transferat catre o aeronava prin una dintre cele doua metode:overwing si underwing.Alimentarea overwing este folosita pe avioane mai mici,elicoptere,precum si pentru toate aeronavele cu motor cu piston.Ea este similara cu alimentarea masinii-una sau mai multe porturi de combustibil sunt deschise si combustibilul este pompat intr-o pompa conventionala.Alimentarea underwing este folosita pe aeronavele mai mari.

Din cauza pericolului de a confunda tipurile de combustibil,o serie de masuri de precautie sunt luate pentru a distinge AvGas si Jet Fuel.

Continutul energetic al combustibililor depinde de compozitia lor.Unele valori tipice sunt:

- BP AvGas 80, 44.65 MJ kg, densitatea la 15 C este de 690 kg/m3

- Kerosen tip BP Jet A 1, 43.15 MJ kg, densitatea la 15 C este de 804 kg/m3
Kerosen tip BP Jet TS 1, pentru temperaturi mai mici) 43.2 MJ kg, densitatea la 15 C este de 787 kg/m3.

Continutul energetic al AvGas-ului poate fi masurat;este caldura eliberata numita,de asemenea,caldura de ardere),atunci cand o cantitate cunoscuta de combustibil este arsa in conditii specifice. Cantitatea de caldura eliberata depinde daca apa formata in timpul combustiei ramane ca vapori sau este condensata. In cazul in care apa este condensata pentru faza lichida,renuntand la caldura de vaporizare exprimata in proces,energia eliberata poarta numele de continutul brut de energie.Continutul net de energie este mai mic,deoarece apa ramane in faza gazoasa(vapori de apa).

Continutul energetic poate fi exprimat fie gravimetric energie pe unitatea de masa de combustibil) sau volumetric energie pe unitatea de volum de combustibil).

Unitatile internationale de masura sunt megajoule pe kilogram(MJ/kg) si megajoule pe litru MJ/L). In Statele Unite,de obicei,unitatea gravimetrica este reprezentata de unitati termice britanice pe jumatate de kilogram Btu/lb) si unitatea de volum este reprezentata de unitati termice britanice pe galon Btu/gal).

Deoarece continutul de energie al hidrocarburilor individuale poate fi diferit, combustibilii cu compozitii diferite pot avea continut diferit de energie.

Dar continutul energetic gravimetric de AvGas nu variaza mult de obicei, doar cateva procente.

Cantitatea de energie generata de un motor specific depinde mai mult de design-ul sau,decat de combustibilul folosit.In general,cu cat un motor proceseaza mai mult aer,cu atat poate produce mai multa putere. Prin urmare, consideratiile majore de proiectare pentru putere includ dimensiunea cilindrica deplasare), motorul de compresie si daca aerul este presurizat supraalimentat sau turbo).

Utilizarea anuala a AvGas-ului in S.U.A. a fost de 186 milioane galoane(704 milioane/litri) in 2008 si a fost de aproximativ 0,14% din consumul de benzina auto.Din 1983 pana in 2008, SUA a scazut in mod constant folosirea AvGas-ului cu aproximativ 7,5 milioane de galoane (28 milioane de litri) in fiecare an.

In Europa,preturile AvGas sunt atat de mari,incat a existat o serie de eforturi pentru a transforma industria la diesel care este comuna,ieftina si are o serie de avantaje.Cu toate acestea,AvGas ramane combustibilul cel mai frecvent in Europa.

In unele comunitati indepartate in Australia,benzina auto a fost inlocuita cu benzina de aviatie pentru utilizarea in toate automobilele.

Kerosen

Kerosen,cunoscut drept asparaffin in Marea Britanie si Africa de Sud,este un combustibil din hidrocarburi lichide.

Numele este derivat din grecescul Keros κηρός ceara).

Cuvantul Kerosen a fost inregistrat ca marca de Abraham Gesner in anul 1854.

Acesta este de obicei numit parafina uneori uleiul de parafina) in Marea Britanie, Asia de Sud-Est si Africa de Sud a nu se confunda cu uleiul de parafina,mult mai vascos folosit ca un laxativ).Este utilizat pe scara larga pentru aeronave jet motor cu jet de combustibil) si unele rachete.Kerosenul este de obicei stocat intr-un recipient in albastru pentru a se evita confundarea cu benzina mult mai inflamabila,care este de obicei pastrat intr-un recipient rosu. Motorina este in general pastrata in recipient galben pentru acelasi motiv.

Kerosenul este un lichid subtire,limpede,format din hidrocarburi,cu o densitate de 0.78 - 0.81 g/cm3.Acesta este obtinut din distilarea fractionata a petrolului intre 150 ° C si 275 ° C. Punctul de aprindere a kerosenului este intre 37 si 65 ° C 100 si 150 ° F) si temperatura sa de autoaprindere este de 220 ° C (428 ° F).

Caldura de ardere a kerosenului este similara cu cea a dieselului:valoarea cea mai mica de incalzire este de aproximativ 18500 Btu/lb sau 43.1 MJ/kg,iar valoarea sa cea mai mare este de 46.2 MJ/kg.

Din proprietati rezulta ca kerosenul este un combustibil putin mai usor ca petrolul lampant,insa diferenta este mica.Principala utilizare a kerosenului este drept combustibil pentru motoarele reactoare din aviatie^.

Istorie

In 1846,geologul canadian Abraham Gesner a dat o demonstratie publica in Charlottetown.
El a incalzit carbune intr-o retorta si a distilat din ea un lichid limpede,subtire.
El a inventat numele de kerosen' pentru combustibil lui,o contractie de keroselaion,sensul ceara de ulei.

Costul de extragere a kerosenului din carbune a fost,totusi,mare. El a fost insa blocat de la utilizarea acestuia de catre conglomeratul de carbune New Brunswick, deoarece aveau drepturi de extractie de carbune pentru provincie si a pierdut un caz instanta atunci cand expertii acestuia au sustinut ca Albertite a fost,de fapt,o forma de carbune Gesner.Ulterior s-a mutat la Newton Creek, Long Island, Statele Unite ale Americii,in 1854.A format in America de Nord Gas Light Company.Fabricarea de kerosen a inceput in New York in anul 1854 si mai tarziu,in Boston.

In 1851,Samuel Martin Kier a inceput sa vanda petrol lampant la mineriade locale, sub numele de ulei de carbon'.El a inventat,de asemenea,o lampa noua pentru a arde produsul sau.A fost numit bunicul industriei americane de petrol de catre istorici.

Ignacy Lukasiewicz,un farmacist polonez,cu resedinta in Lvov a facut experimente cu diferite tehnici de distilare a kerosenului,incercand sa imbunatateasca procesul lui Gesner.Multi oameni stiau de munca sa,dar putini ii acordau atentie.

Utilizari

-Kerosenul este adesea folosit in industria de divertisment pentru spectacole de foc, cum ar fi respiratie de foc,jonglerie incendiu sau puncte de interes si dans foc

Kerosenul a fost folosit pentru a trata bazine de apa,pentru a preveni tantarii din reproducere,in special in cazul febrei galbene izbucniya in 1905 in New Orleans;

-acesta poate fi utilizat pentru a elimina paduchi de par,dar aceasta practica este dureroasa si foarte periculoasa.De asemenea,aceasta practica elimina toate uleiurile si grasimile naturale de pe scalp;

-este utilizat in ambalarea si depozitarea de fosfor alb pentru a evita contactul cu oxigenul,ceea ce ar duce la ardere imediata;

-in X-ray cristalografie,kerosenul poate fi folosit pentru a stoca cristale;

-este uneori folosit ca un solvent;

-este folosit ca un lubrifiant pentru taiere de sticla.

In 2008,costul kerosenului a fost de 39.92 dolari per milion BTU ($ 37.84/GJ) pentru incalzire.

In mijlocul secolului 20,kerosenul sau TVO vaporizare ulei tractor) a fost folosit ca si combustibil ieftin pentru tractoare.Kerosenul este utilizat drept combustibil pentru motoarele construite de Motors Yamaha,Suzuki Marine si Tohatsu. Astazi kerosenul este utilizat in principal drept combustibil pentru motoarele cu reactie (Jet A, Jet A-1, Jet B, JP 4, JP 5, JP 7 sau JP 8).

Reactia de combustie poate fi aproximata,dupa cum urmeaza,cu formula molecular C12H26 dodecane):

C₁₂H₂₆(l) + ³⁷/₂ O₂(g) --> 12 CO₂(g) + 13 H₂O(g); ∆H˚= -7513 kJ.

Ingestia de kerosen este daunatoare sau chiar fatala.
Kerosenul nu ar trebui sa fie folosie pentru a scapa de paduchi,deoarece poate provoca arsuri si boli grave.Un sampon kerosen poate fi chiar fatal daca fumul este inhalat.

Hidrocarburi

Hidrocarburile sunt compusi organici compusi in intregime din atomi de carbon si hidrogen.
Exista patru clase majore de hidrocarburi: parafine,olefine,naftene si aromatice. Membrii din fiecare clasa contin numere diferite de atomi de carbon.

Parafine-au formula generala CnH2n +2, unde n' este numarul de atomi de carbon numar de carbon).Atomii de carbon din parafina sunt legati prin legaturi simple.Atomii de carbon care formeaza coloana vertebrala' a moleculei sunt aranjati intr-un model zig-zag,dar de obicei sunt reprezentati printr-o structura liniara prescurtata.

CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3   (C8H18)

Olefine-numite si alchene,sunt similare cu parafinele.Sunt hidrocarburi nesaturate cu dubla legatura.

CH2=CH-CH2-CH3

1-butena   C4H8

Naftene-numite si cicloparafine,sunt hidrocarburi ciclice saturate.

C6H12

Aromatice-capul de serie al acestor substante este benzenul C6H6, cunoscut de multa vreme si obtinut mai tarziu in cantitati industriale,impreuna cu alte hidrocarburi asemanatoare,din gudroanele care rezulta din distilarea carbunelui de pamant, procesul curent de obtinere a cocsului.
Aceste substante au fost numite si 'aromatice',intrucat benzenul a fost preparat pentru prima oara prin distilarea unei rasini aromatice,smirna.Importanta benzenului si a hidrocarburilor asemanatoare este cu totul remarcabila,deoarece o foarte mare parte a produsilor organici cunoscuti au la baza un schelet aromatic.Meritul de a fi indicat pentru prima oara ( 1865) formula probabila a benzenului ii revine lui Fr. Aug. Keku1e,care i-a atribuit structurile urmatoare, bine cunoscute in chimie,structuri care s-au pastrat si se utilizeaza curent,cu anumite limitari de interpretare si in prezent.