Razlike između izmjena na stranici "Sagorijevanje"

Dodan 31 bajt ,  prije 8 godina
m
robot kozmetičke promjene
m (robot kozmetičke promjene)
Potpuno izgaranje je gotovo nemoguće postići. U stvarnosti, gorenjem dolazi do kemijske ravnoteže, gdje će biti prisutan velik broj različitih kemijskih spojeva, u većem ili manjem udjelu, kao recimo [[ugljikov monoksid]] ili čisti [[ugljik]] (čađa ili pepeo), uz proizvode gorenja. Dodatno, gorenje u [[Zemljina atmosfera|atmosferskom zraku]], koji je 78% [[dušik]], stvoriti će čitav niz [[Dušikovi oksidi|dušikovih oksida]]. <ref> [http://as.wiley.com/WileyCDA/WileyTitle/productCd-3527324496.html] "Handbook of Combustion"</ref>
 
== Vrste gorenja ==
=== Potpuno izgaranje ===
[[Datoteka:Plomin2.JPG|mini|desno|300px||Termoelektrana Plomin]]
Kod potpunog izgaranja, gorivi sastojci izgaraju u kisiku, stvarajući ograničen broj proizvoda. Kada ugljikovodik izgara u kisiku, kemijska reakcija će stvoriti samo [[Ugljikov(IV) oksid|ugljikov dioksid]] i [[voda|vodu]]. Kada kemijski elementi izgaraju, nastaju prije svega oksidi tih elemenata. [[Ugljik]] će stvoriti ugljikov dioksid, [[dušik]] će stvoriti [[dušikov dioksid]], [[sumpor]] stvara [[sumporov dioksid]], a [[željezo]] stvara [[željezov (III) oksid]].
 
Za gorenje nije najpovoljniji uvijek potpuni stupanj oksidacije i ono može ovisiti o temperaturi. Na primjer, sumporov trioksid se neće uvijek stvoriti gorenjem sumpora. Dušikovi oksidi se počinju stvarati iznad 1 540 &nbsp;°C i više dušikovih oksida se stvara sa većom temperaturom. Ispod tih temperatura, dušik ostaje u molekulama (N<sub>2</sub>). Proizvodi gorenja ovise i o višku ili pretičku kisika.
 
Kod većine industrijskih primjena i u [[vatra|vatri]], atmosferski zrak je izvor kisika (O<sub>2</sub>). U zraku, svaki 1 kg kisika je pomiješan sa približno 3,76 kg dušika. Dušik ne sudjeluje uvijek u gorenju, ali kod većih temperatura, dio dušika će se pretvoriti u [[Dušikovi oksidi|dušikove okside]] (NO<sub>x</sub>), obično između 0,002% do 1%. Uz to, gdje je prisutan ugljik, dio ugljika će se pretvoriti u [[ugljikov monoksid]]. Recimo, čitav niz kemijskih reakcija kod gorenja [[metan]]a je slijedeći:
::CH<sub>4</sub> + 2 O<sub>2</sub> → CO<sub>2</sub> + 2 H<sub>2</sub>O
::2 CH<sub>4</sub> + 3 O<sub>2</sub> → 2 CO + 4 H<sub>2</sub>O
::N<sub>2</sub> + O<sub>2</sub> → 2 NO
::N<sub>2</sub> + 2 O<sub>2</sub> → 2 NO<sub>2</sub>
 
=== Nepotpuno izgaranje ===
[[Datoteka:Bunsen burner.jpg|mini|desno|200px|Bunsenov plamenik]]
Nepotpuno izgaranje će se pojaviti samo onda kada nema dovoljno kisika, da omogući gorivu potpunu reakciju pri stvaranju ugljikovog dioksida i vode. Gorenje se može gasiti i sa odvodima topline, kao što su čvrsta površina ili rešetka za gorenje.
Stupanj izgaranja se može mjeriti i proučavati, sa opremom za testiranje. Dobavljači [[Klimatizacija|klimatizacije]], [[vatrogasci]] i [[inženjer]]i, koriste uređaje za provjeru izgaranja, da bi proučili efikasnost plamenika i klipnih motora, za vrijeme izgaranja. Posebno je to važno za prijevozna vozila, da bi se smanjilo [[Zagađenje|zagađivanje]]. <ref> [http://www.northeastchp.org/nac/businesses/emissions.htm] "CHP Emissions", Northeastchp.org., 2010.</ref>
 
=== Dimljenje ===
Dimljenje je sporiji oblik gorenja, sa nižim temperaturama i bez plamena, koji održava toplinu time što kisik direktno udara površine zgusnutog goriva. To je tipični oblik nepotpunog izgaranja. Krute tvari koje mogu održavati dimljenje su [[ugljen]], [[celuloza]], [[drvo]], [[pamuk]], [[duhan]], [[treset]], sintetičke pjene, prašina. Tipičan primjer dimljenja je gorenje [[cigarete|cigarete]] ili gorenje [[biomasa]].
 
=== Brzo izgaranje ===
Brzo izgaranje je oblik gorenja, a to znamo kao vatru, u kojoj velike količine toplinske i svjetlosne energije se oslobađa, a često nastaje i [[plamen]]. Primjenjuje se kod motora s unutrašnjim izgaranjem ili kod termobarnog oružja. Ponekad, velika količina plina stvara pretjeran [[tlak]], koji stvara buku. Takvo izgaranje nazivamo [[eksplozija]]. Za izgaranje nije uvijek neophodan kisik, recimo vodik izgara s [[klor]]om, stvarajući vodikov klorid, uz oslobađanje topline i svjetla, svojstvenih izgaranju.
[[Datoteka:Water cooler bottle ignition.jpg|mini|desno|200px|Spremnik para [[etanol]]a se miješa sa zrakom i nastaje brzo izgaranje]]
[[Datoteka:Dieselmotor vs.jpg|mini|desno|200px|Dizelski motor proizveden 1906. godine u firmi [[MAN AG]]]]
=== Turbulentno izgaranje ===
Izgaranje kojim se stvara turbulentni plamen, koristi se uglavnom za industrijske primjene ([[plinska turbina|plinske turbine]], [[Benzinski motor|benzinski motori]] itd.), zato što [[turbulencija]] pomaže mješanju goriva i oksidansa.
 
=== Plamen bez gravitacije ===
Godine 2000. pokusi koje je provela [[NASA]], pokazali su da [[gravitacija]] igra dodatnu ulogu u oblikovanju plamena. Normalni raspored plamena kod normalne gravitacije ovisi o prijenosu topline. Kod male ili nulte gravitacije, kao u [[svemir]]u, prirodnog odvoda topline nema, plamen postaje kuglast, dobija više plavu boju i izgaranje je bolje. <ref> [http://spaceflight.nasa.gov/history/shuttle-mir/science/mg/nm21460011.htm] "Shuttle-Mir History - Candle Flame in Microgravity", Spaceflight.nasa.gov., 1999.</ref>
 
=== Mikro izgaranje ===
Postupak gorenja koji se odvija u malom [[obujam|obujmu]], naziva se mikro izgaranje. Brzo hlađenje igra važnu ulogu u ravnoteži gorenja, u komorama za izgaranje.
 
== Kemijske jednadžbe ==
Općenito, kemijska jednadžba za [[Stehiometrija|stohiometrijsko]] gorenje [[Ugljikovodici|ugljikovodika]] je: <ref> [http://www25.brinkster.com/denshade/hydro.html Hydrocarbon combustion] "Simple applet that illustrates the Chemical equation"</ref>
 
:<math>\textrm{gorivo} + \textrm{zrak} \rightarrow \; \textrm{toplina} + \textrm{voda} + \textrm{dusik} + \textrm{ugljikov\ dioksid}</math>
 
[[Dušik]] može izgoriti i kada postoji višak kisika. Za tu termodinamičku reakciju pogoduju visoke temperature. [[Dizelski motor|Dizelski motor]] radi sa pretičkom kisika da izgori i male čestice, pa kao rezultat stvara i dušikove okside. Da bi se smanjilo stvaranje [[Dušikovi oksidi|dušikovih oksida]], zakonski je obavezno imati na automobilima [[katalitički pretvornik]] ili katalizator, ili dodavati ispušnim plinovima [[urea|ureu]].
 
== Goriva ==
=== Tekuća goriva ===
Gorenje tekućeg goriva u atmosferi kisika se u ustvari događa sa [[plin]]skim stanjem goriva. [[Para|Pare]] su te koje gore, a ne tekućina. Zbog toga, tekućina će se zapaliti samo iznad određene temperature, koja se zove '''temperatura zapaljenja'''. Temperatura zapaljenja je najniža temperatura, na kojoj para tekućine ili hlapljive čvrste tvari, stvara zapaljivu smjesu sa zrakom. Pri temperaturi zapaljenja, pare blizu površine tekućine se zapale kada se izlože [[plamen]]u.
 
=== Kruta goriva ===
Izgaranje krutih goriva se sastoji od 3 procesa, koja se i preklapaju:
* Faza predgrijavanja, kada se gorivo zagrijava do temperatura zapaljenja, a zatim i do '''temperature gorenja'''. Zapaljive pare se uključuju u proces, sličnom kao suha [[destilacija]].
* Faza destilacije ili plinska faza, kada se mješavina zapaljivih para i kisika zapali. Stvorena [[energija]] se oslobađa u obliku topline i svjetlosti. Često je vidljiv i plamen. Prijenos topline od mjesta izgaranja na čvrste tvari omogućuje da se razvijaju opet zapaljive pare.
* Faza ugljena ili kruta faza, kada izlazni zapaljivi plinovi sa materijala, imaju prenisku temperaturu da održavaju stalan plamen, pa gorivo pougljeni. Gorivo ne gori dovoljno brzo, samo žari, a kasnije i dimi.
 
== Način reakcije ==
Izgaranje s kisikom uključuje čitav niz reakcija sa radikalima, a to su atomi, molekule i kemijski spojevi sa neparnim brojem elektrona u zadnjoj otvorenoj ljusci.
 
Kruta goriva prije izgaranja, prolaze prvo čitav niz [[piroliza|pirolitičkih reakcija]], koje daju oksidirano i plinovito gorivo. Ako nema dovoljno kisika, javljaju se štetni i [[kancerogen]]i pirolitički proizvodi, koje prepoznajemo po jakom i crnom dimu.
 
== Temperatura ==
U slučaju [[fosilna goriva|fosilnih goriva]] koja izgaraju sa [[zrak]]om, temperatura izgaranja ovisi o slijedećem:
* [[ogrjevna vrijednost]]
* [[Stehiometrija|stehiometrijski]] odnos zraka i goriva λ
* specifični [[toplinski kapacitet]]
* ulazne [[temperatura|temperature]] zraka i goriva
[[Adijabatska temperatura izgaranja]] se povećava sa većim ogrjevnim vrijednostima, većim ulaznim temperaturama zraka i goriva i ako stehiometrijski odnos zraka i goriva teži 1. Adijabatska temperatura izgaranja za [[ugljen]] je oko 2 200 &nbsp;°C (temperaturama zraka i goriva je sobna temperatura i λ = 1), oko 2 150 &nbsp;°C za [[nafta|naftu]] i 2 000 &nbsp;°C za [[Prirodni plin|zemni plin]].
 
Kod industrijskih grijača sa [[plamenik]]om, parnih i plinskih [[Termoelektrane|termoelektrana]], obično se radi sa pretičkom ili viškom zraka, najčešće 15% u odnosu na stehiometrijsku vrijednost.
 
== Nestabilnosti ==
Nestabilnosti kod izgaranja su obično snažne oscilacije tlaka u komori za izgaranje. One mogu biti velike i do 180 [[Bel (jedinica)|dB]], što znatno smanjuje vijek trajanja dijelova strojeva. <ref> A. A. Putnam, W. C. Dennis (1953) "Organ-pipe oscillations in a flame-filled tube," ''Fourth Symposium (International) on Combustion'', The Combustion Institute, pp. 566–574.</ref> <ref>E. C. Fernandes and M. V. Heitor, [http://books.google.com/books?id=Je_hG6UfnogC&printsec=copyright&dq=rayleigh+thermoacoustic+&ie=ISO-8859-1&source=gbs_toc_s&cad=1#PPA4,M1 “Unsteady flames and the Rayleigh criterion”] in F. Culick, M. V. Heitor, and J. H. Whitelaw: ''Unsteady Combustion'' (Dordrecht, the Netherlands: Kluwer Academic Publishers, 1996), p. 4</ref>
 
== Brzina izgaranja ==
Brzina izgaranja je količina materijala koja izgara u jedinici vremena, a izražava se u jedinicama: kg/s ili g/s.