Поняття фізики та хімії

Давні люди розглядали повітря як простий елемент, позбавлений ваги. У ХVІІ столітті Галілей продемонстрував важкість повітря, зазначивши збільшення ваги контейнера, в який він форсував повітря.

Літр повітря, виміряний при 0 ° C за нормального атмосферного тиску, важить 1 гр. 293.

Повітря - це суміш двох газів: кисню та азоту, властивості яких дуже різні.
100 літрів повітря містять 21 літр кисню і 79 літрів азоту, тобто відношення приблизно 1 літр кисню до 4 літрів азоту.

Кисень, безбарвний газ, необхідний для життя. Він трохи важчий за повітря: 1 літр цього газу важить 1 гр. 429 при 0 ° C за нормального атмосферного тиску.

Азот - це інертний газ. На відміну від кисню, він не підтримує життя: 1 літр азоту важить 1 гр. 250 (при 0 ° C при нормальному атмосферному тиску).

Коли кілька тіл змішуються між собою, наприклад, азот і кисень, кожне з них зберігає свої властивості. У суміші можна, залежно від природи елементів, розпізнати складові за допомогою мікроскопа або розділити їх за різницею в щільності або за допомогою відповідних розчинників або за допомогою випаровування, коротше за допомогою дистиляції.

У поєднанні двох або більше тіл отриманий продукт має зовсім інші властивості, що входять до складу тіл: таким чином, рідина може вийти в результаті комбінації газоподібних елементів.

Коли поєднання є результатом дії кисню на інший організм, це іноді називають окисленням; наприклад, іржа або оксид заліза виникають в результаті дії кисню в повітрі на залізо; це нове тіло, оксид заліза, не є газоподібним і не має стійкості заліза: оксид заліза - це поєднання заліза та кисню.

Окислення завжди відбувається з більшим або меншим виділенням тепла; коли тепло виробляється швидко і у великих кількостях, окислення називається горінням.

Отже, паливо - це тіло, яке, об’єднуючись з киснем у повітрі, виділяє велику кількість тепла, яке може бути використано для різних цілей: деревне вугілля, бензин, деревина, деревне вугілля. Деревина - це паливо.

Вартість палива залежить від кількості тепла, яке воно може забезпечити. Одиницею виміру є калорія-кілограм (кал. Кг) або кількість тепла, яке необхідно подавати на кілограм води, щоб підвищити її температуру на один градус, коли ця вода має температуру близько 15 ° C.

Температура вимірюється термометром і виражається в градусах, а кількість тепла вимірюється калориметром і виражається в калоріях.

Високі температури конфорок газових двигунів вимірюються за допомогою приладів, званих пірометрами.

Ось декілька термометричних орієнтирів (для чистих продуктів, взятих під атмосферним тиском 760 міліметрів ртутного стовпа):

Танення льоду. 0 ° C.
Й кипляча вода. 100 ° C.
Плавлення олова. 232 ° С.
Свинець, що плавиться. 327 ° С.
Плавлення цинку. 419 ° С.
Виплавка алюмінію. 658 ° С.
Злиття грошей. 960 ° С.
Виплавка міді. 1083 ° С.
Виплавка нікелю. 1452 ° С.
Кварцовий синтез. 1600 ° С.
Платиновий синтез. 1753 ° C.
Темно-червона температура. Від 520 до 600 ° C.
Температура червоно-білого. Від 1100 до 1300 ° C.
Середня температура полум’я газу. Від 1600 до 1800 ° C.
Температура ниток розжарювання електричних ламп. 2400 ° C.

Абсолютний нуль, що відповідає -273 ° C, здається, є найнижчою можливою температурою. Найнижча температура, досягнута на сьогоднішній день, становить -272 ° C (плавлення гелію).

Якщо ми підійдемо до гарячого тіла з холодним тілом, тепло переходить від гарячого тіла до холодного. На відміну від того, що можна подумати, холодні тіла не випромінюють холодного випромінювання: якщо ми наближаємо руку до брили льоду, це наша рука випромінює або віддає тепло і відчуття холоду. причина.

Тепло може передаватися трьома різними шляхами: конвекцією, провідністю або випромінюванням; ці два останні режими єдині, які слід враховувати в установці газогенератора.
- Провідність відбувається або в самих тілах, або при контакті їх з іншими тілами: кінець старомодного зануреного в камін нагрівається серед червоного вугілля та гарячих газів, але тепло передається по металевому стрижні шляхом провідності і ручка закінчується гарячою.
- Випромінювання складається з випромінювання хвиль, порівнянних із хвилями, що виходять від світяться тіла: камін нагріває повітря в кімнаті як конвекцією, так і випромінюванням.

Не всі тіла проводять тепло: ми називаємо теплоізоляційні тіла, які нелегко пропускають його через: це дерево, азбест, текстиль. Ємність, з якої ми евакуювались, є чудовим ізолятором.

У газових генераторах добре ізолювати певні частини установки, тоді як, навпаки, ми повинні посилити тепловтрати певних камінів або агрегатів, які називаються охолоджувачами.

Вага повітря, що оточує земну кулю товщиною в кілька десятків кілометрів, чинить тиск на всі тіла, що купаються в атмосфері. Цей тиск, який називають атмосферним тиском, змінюється залежно від висоти тіла, на яке він здійснюється: він менший на вершині гори, ніж на рівні моря, який зазвичай приймається за еталонний рівень. Атмосферний тиск все ще залежить від вологості та температури повітря, від погодних умов.

Зміни атмосферного тиску вказує барометр. Манометри, барометр яких є особливим втіленням, є пристроями, призначеними для вимірювання тиску: вони можуть бути з водяною або ртутною колоною, але вони будуть занадто громіздкими; вони загалом складаються із закритої трубки, намотаної по спіралі, що з'єднується відкритим кінцем з резервуаром, що містить рідину, що знаходиться під тиском; тиск викликає деформацію спіралі, яка передається рухомій голці перед градуйованим циферблатом.

Давайте розглянемо газ, заблокований у водоймі, який не взаємодіє з атмосферою; ртутний манометр, укладений у резервуар, давав би "абсолютний" тиск газу, або власний тиск газу. Наприклад, під час вибуху в двигуні абсолютний тиск може зрости до 40 кг/см2; (іноді більше.) Але цей тиск не є цілком спонукальним, оскільки на іншій стороні поршня здійснюється атмосферний тиск: ефективним тиском називають реальну рушійну тягу, рівну тут 40-1 або 39 кіло/см2.

Коли абсолютний тиск в резервуарі менше атмосферного, різниця між атмосферним тиском і тиском всередині резервуара називається вакуумом або депресією. Таким чином, під час удару всмоктування двигуна вакуум у циліндрі, змінний зі швидкістю обертання, може досягати 600 міліметрів води (або 60 гр./См2; або 44 міліметрів ртутного стовпа). Саме ця депресія викликає до двигуна, залежно від обставин, суміш повітря та бензину або повітря та газу; це також змушує надходити в газогенератор повітря, необхідне для згоряння.

У установці газогенератора вакуум не скрізь однаковий. Щоб виміряти його в певній точці, ми можемо з’єднати цю точку кінцем А скляної трубки АВ, зігнутою у формі U та заповненою ртуттю.

Коли двигун зупинений, рівень однаковий в обох гілках; коли двигун працює, рівень підвищується в А і падає в В: різниця в рівні дає депресію в досліджуваній точці. Наприклад, якщо є крапля п’ятнадцять міліметрів ртутного стовпа, то западина складає: (10330 х 15)/760 = 205 міліметрів води або 20 гр. 5 на квадратний сантиметр (оскільки стовпи 760 міліметрів ртутного стовпа або 10.300 міліметрів води вирівнюють атмосферний тиск).

Різниця між западинами в двох точках називається перепадом тиску між цими точками.

Ми можемо навести, як причину перепадів тиску, лікті, зміни секцій і особливо фільтри. Паливний шар і решітка також спричиняють падіння тиску.

На наведеній вище схемі показано, як ми можемо виміряти перепад тиску між двома точками, наприклад, однією перед фільтром, іншою за течією. Перепад тиску на 50 гр./См2. є загальним при проходженні фільтра. Вакуум від 20 до 30 гр./См2 у соплі газогену забезпечує нормальну роботу каміна (Гохін).

Після калібрування (тобто порівняння з аналогічним пристроєм, який вже знаходиться в експлуатації) пристрою, наведеного на схемі, ми можемо легко виявити точну точку, де виникає ненормальний опір: потім виправити установку, замінити форсунку, змінити фільтр тощо...

Ми також можемо виміряти поглиблення в точці трубопроводу наступним чином: візьміть скляну трубку діаметром 10 м/м довжиною близько одного метра і встановіть її у зв'язку з точкою спорудження за допомогою гумового шланга та невеликого крана, прикріпленого до це. При запущеному двигуні занурте скляну трубку в ємність з водою і відкрийте кран: ми відразу бачимо, як вода піднімається в трубці, і, прискорюючи двигун, щоб довести його до звичайної швидкості, ми можемо виміряти максимальну висоту вода в трубці; таким чином ми отримуємо точне значення депресії.

Щоб газоген працював нормально, він повинен демонструвати якнайменший перепад тиску.

Калорійність палива - це кількість теплоти, що виділяється при згорянні одного кілограма, одного літра або одного кубічного метра цього палива; це виражається в калоріях, кілограмах на кілограм (кал. кг/кг) для твердого або рідкого палива (кал. кг/літр) та (кал. кг/м3) для газоподібного палива. Для останнього завжди передбачається, що кубічний метр газу береться при 0 ° С і під атмосферним тиском.

Ось теплотворна здатність деяких видів палива:

Аморфний вуглець. 8,080 кал. Кг/кг.
Вугілля. Від 7000 до 8500 кал.кг/кг. Залежно від якості.
Бензин. 10500 кал.кг/кг. Або 7600 кал.кг/літр.
Чистий етиловий спирт. 7,080 кал.кг/кг.
Денатурований етиловий спирт. 5900 кал.кг/кг.
Чистий метиловий спирт. 5,330 кал. Кг/кг.
Освітлювальний газ. 4500 кал.кр/м3.

Мінеральне або рослинне паливо містить вуглець (або чисте вугілля), водень, кисень, азот, воду та мінеральні продукти, які після згоряння утворюють попіл.

Щоб почати згоряння певної маси вугілля, необхідно запалити, тобто нагріти до червоної точки маси і змусити повітря надходити в цю точку; якщо повітря надходить у достатній кількості, вся маса стає потроху лампою розжарювання, температура підвищується, тоді, якщо вугілля не додається, вогнище згасає, залишається лише одна невелика купа золи: більша частина палива перетворилася в газ.

На даний момент ми розглядаємо лише газифікацію вуглецю або чисте вугілля.

Спалювання або газифікація вуглецю може призвести до двох дуже різних продуктів, про які слід подбати, щоб не заплутати:
- вуглекислий газ;
- окис вуглецю.

Коли при даній масі вуглецю повітря подається в достатній кількості, згоряння закінчується, і утворюється газ - УГЛЕВОДОВИЙ ГАЗ або АНГІДРИД УГЛЕРДУ, інертний газ, не здатний спалювати і, отже, оживляти двигун. Виробляючи його, ми витягуємо з вуглецю все тепло, яке він здатний віддавати: тому саме цей газ ми прагнемо отримати в побутових вогнищах, в локомотивних вогнищах і який ми знаходимо в відпрацьованих газах двигунів внутрішнього згоряння.

Двоокис вуглецю безбарвний, з різким запахом, злегка кислуватим смаком, важчим за повітря: літр цього газу, взятого при 0 ° C під атмосферним тиском, важить 1 гр. 977.

Коли, навпаки, вуглець, що розжарюється, перевищує повітря, він добре перетворюється на газ, але горіння є неповним і газ, що утворився, все одно може згоріти. Цей новий газ називається Оксидом вуглецю і здатний живити двигун; це газ, який прагне виробляти в газогені.

Він безбарвний, без запаху, смаку і трохи легший за повітря: 1 літр окису вуглецю, взятий при 0 ° C під атмосферним тиском, важить 1 гр. 250.

Він бере свій початок у побутових вогнищах, коли тяга або протяг дефектні, і будь-яка витік небезпечна, оскільки чадний газ - жорстока отрута, яка утворює стабільну комбінацію з гемоглобіном крові. Клітини крові, відповідальні за розподіл кисню в організмі, більше не можуть виконувати свою функцію: це справжнє задушення. Атмосфера смертельна, якщо вона містить від 1 до 2% окису вуглецю.

У газогені чадний газ, так би мовити, одомашнюється і робиться нешкідливим. Однак слід вжити певних запобіжних заходів, які ми вкажемо. Не слід вважати, що при згорянні вуглецю завжди виходить виключно той чи інший з цих двох газів: загалом вони обидва виробляються одночасно. Однак вуглекислий газ має цікаву властивість: якщо його пропускати, за відсутності повітря, над розжареним вугіллям, він об'єднується з певною часткою вуглецю, утворюючи окис вуглецю і стаючи таким чином горючим: кажуть, що вуглекислий газ зменшується на вугілля.

Це відновлення відіграє дуже важливу роль у роботі газогену. Щоб воно відбулося правильно і швидко, вугілля повинно мати дуже високу температуру (від 1100 ° C до 1200 ° C, принаймні). Вважається, що регулярність цього зменшення, метою якого є перетворення інертного газу в активний, забезпечує постійну швидкість обертання двигуна і що його швидкість полегшує перезапуск.

Тому для отримання газу з високою теплотворною здатністю джерело бензину завжди повинно залишатися дуже жвавим.

Калорійність окису вуглецю становить 3,030 кал. Кг./М3 (кубічний метр, виміряний при 0 ° C під атмосферним тиском).

Водень при згорянні віддає велику кількість тепла і віддає водяну пару. І навпаки, якщо водяна пара проходить через світяться вугілля, вона дисоціює або розкладається: водень виділяється, тоді як кисень об’єднується з вуглецем, утворюючи оксид вуглецю. Дисоціація водяної пари поглинає тепло: це може статися, лише якщо вогнище дуже гаряче (принаймні від 1100 ° C до 1200 ° C).

Газоген - це пристрій, призначений для перетворення твердого палива в газоподібне. Знання принципів, які щойно були викриті, дасть змогу краще зрозуміти процес цієї трансформації.

Газоген повинен прагнути:

1 - Виробляти якомога більше окису вуглецю, отже, зменшити вуглекислий газ, який міг утворитися, до окису вуглецю.

2 - Від’єднати більшу частину води, яку може містити паливо.
Газ, що виробляється природним шляхом, містить багато азоту, оскільки бере участь не чистий кисень, а повітря, яке містить лише 21% за обсягом.
Якби паливо було чистим і сухим вуглецем, якби повітря було також сухим і, нарешті, газоген був ідеальним, отриманий газ утворювався б з 1/3 окису вуглецю та 2/3 азоту, і теплотворна здатність бути 3,030/3 = 1,010 кал. кг/м3.
Цей простий розрахунок підкреслює шкідливий вплив азоту. Але паливо, деревина або деревне вугілля та повітря завжди містять воду, і дисоціація відбувається без введення азоту, так що насправді теплотворна здатність газоподібного газу становить близько 1200 кал. Кг/м3.

Ця назва обумовлена професором КУПАНОМ, членом Сільськогосподарської академії, який запропонував його Конгресу Блуа в 1925 році. Таким чином називається газ, що отримується з деревини або деревного вугілля. Складається по суті з окису вуглецю, водню та азоту, він горючий і може використовуватися в двигунах після додавання повітря, необхідного для його згоряння.