Sadržaj
- Formula energetske gustoće
- Jedinice gustoće energije
- Izračun sadržaja energije
- Kalorimetar bombe
- Sadržaj energije veće toplinske vrijednosti
- Gustoća energije biodizela
Što benzin i druga goriva čine tako moćnima? Potencijal kemijskih mješavina poput goriva koja pogonska vozila potiču od reakcija koje ovi materijali mogu izazvati.
Možete izmjeriti ovu gustoću energije koristeći jednostavne formule i jednadžbe koje upravljaju ovim kemijskim i fizikalnim svojstvima kada se upotrebljavaju goriva. Jednadžba gustoće energije daje način za mjerenje ove moćne energije u odnosu na samo gorivo.
Formula energetske gustoće
Formula za gustoća energije je Ed = E / V za gustoću energije Ed, energija E i volumen V, Možete i izmjeriti vrijednost specifična energija Ea kao E / M za masu umjesto zapremine. Specifična energija je usko povezana s dostupnom energijom koju goriva koriste za pogonske automobile nego što je gustoća energije. Referentne tablice pokazuju da benzin, kerozin i dizelsko gorivo imaju puno veću gustoću energije od ugljena, metanola i drva.
Bez obzira na to, kemičari, fizičari i inženjeri koriste i gustoću energije i specifičnu energiju prilikom dizajniranja automobila i ispitivanja materijala na fizička svojstva. Možete odrediti koliko energije će gorivo ispuštati na temelju izgaranja ove gusto napunjene energije. To se mjeri kroz sadržaj energije.
Količina energije po jedinici mase ili volumena koju gorivo ispušta prilikom sagorijevanja je energetski sadržaj goriva. Dok gorivo gusto pakirano ima veće vrijednosti energetskog sadržaja u odnosu na volumen, goriva niže gustoće uglavnom proizvode više sadržaja energije po jedinici mase.
Jedinice gustoće energije
Sadržaj energije mora se mjeriti za zadani volumen plina t određenu temperaturu i tlak. U Sjedinjenim Američkim Državama inženjeri i znanstvenici izvještavaju o energetskom sadržaju u međunarodnim britanskim termalnim jedinicama (BtuIT), dok se u Kanadi i Meksiku sadržaj energije izvještava u džulima (J).
Također možete koristiti kalorija izvještavati o energetskom sadržaju. Standardnije metode izračunavanja količine energije u znanosti i inženjerstvu koriste količinu proizvedene topline kada sagorite jedan gram tog materijala u džulima na gram (J / g).
Izračun sadržaja energije
Koristeći ovu jedinicu džula po gramu, možete izračunati koliko se topline ispušta povećanjem temperature određene tvari kada znate specifični toplinski kapacitet Cp tog materijala. Cp vode je 4,18 J / g ° C. Jednadžbu upotrebljavate za toplinu H kao H = ∆T x m x Cp u kojem DT je promjena temperature, a m masa tvari u gramima.
Ako eksperimentalno mjerite početne i krajnje temperature kemijskog materijala, možete odrediti toplinu odašilju reakcijom. Ako biste zagrijali tikvicu goriva kao spremnik i zabilježili promjenu temperature u prostoru neposredno izvan spremnika, možete izmjeriti odašilju toplinu pomoću ove jednadžbe.
Kalorimetar bombe
Kada mjeri temperature, temperaturna sonda može kontinuirano mjeriti temperaturu tijekom vremena. Tako ćete dobiti širok raspon temperatura za koje možete koristiti jednadžbu topline. Takođe biste trebali potražiti mjesta na grafikonu koja pokazuju a linearni odnos između temperature tijekom vremena, jer bi to pokazalo da se temperatura odašilje konstantnom brzinom. To vjerojatno ukazuje na linearni odnos temperature i topline koji koristi jednadžba topline.
Zatim, ako izmjerite koliko se masa goriva promijenila, možete odrediti koliko je energije pohranjeno u toj količini mase goriva. Alternativno, možete izmjeriti kolika je razlika u volumenu za odgovarajuće jedinice gustoće energije.
Ova metoda poznata i kao kalorimetar bombe metoda, daje vam eksperimentalnu metodu korištenja formule gustoće energije za izračunavanje ove gustoće. Poboljšane metode mogu uzeti u obzir toplinu izgubljenu na zidovima samog spremnika ili provođenje topline kroz materijal iz spremnika.
Sadržaj energije veće toplinske vrijednosti
Sadržaj energije možete izraziti i kao varijacija veće vrijednosti grijanja (HHV). Ovo je količina topline oslobođene na sobnoj temperaturi (25 ° C) masom ili volumenom gorivom nakon izgaranja, a proizvodi se vraćaju na sobnu temperaturu. Ova metoda objašnjava latentnu toplinu, entalpijsku toplinu koja se pojavljuje kad se stvrdnjavaju i fazne transformacije u čvrstom stanju tijekom hlađenja materijala.
Ovom metodom udio energije se daje većom vrijednošću zagrijavanja u osnovnim uvjetima volumena (HHVb). U standardnim ili osnovnim uvjetima, protok energije qpolupansion jednaka je proizvodu volumena protoka qvb a veća vrijednost zagrijavanja u osnovnim uvjetima volumena u jednadžbi qpolupansion = qvb x HHVb.
Znanstvenici i inženjeri su eksperimentalnim metodama proučavali HHVb za različita goriva kako bi se utvrdilo kako se može odrediti u funkciji drugih varijabli koje su važne za ekonomičnost goriva. Standardni uvjeti su definirani kao 10 ° C (273,15 K ili 32 oF) i 105 paskala (1 bar).
Ovi empirijski rezultati su to pokazali HHVb ovisi o tlaku i temperaturi u osnovnim uvjetima, kao io sastavu goriva ili plina. Suprotno tome, niža vrijednost zagrijavanja LHV isto je mjerenje, ali na mjestu na kojem voda u konačnim produktima izgaranja ostaje kao para ili para.
Ostala su istraživanja pokazala da možete izračunati HHV iz sastava samog goriva. Ovo bi vam trebalo dati HHV = .35XC + 1,18XH + 0,10XS + - 0,02XN - 0,10XO - 0,02Xpepeo sa svakim x kao frakcijska masa za ugljik (C), vodik (H), sumpor (S), dušik (N), kisik (O) i preostali udio pepela. Dušik i kisik štetno djeluju na HHV kao što ne doprinose oslobađanju topline kao i drugi elementi i molekule.
Gustoća energije biodizela
Biodizel goriva nude ekološki prihvatljivu metodu proizvodnje goriva kao alternativu drugim, štetnijim gorivima. Stvorene su od prirodnih ulja, ekstrakta soje i algi. Ovaj obnovljivi izvor goriva rezultira sa manje zagađenja okoliša, a obično se miješaju s naftnim gorivima (benzin i dizelsko gorivo). To ih čini idealnim kandidatima za proučavanje koliko energije gorivo koristi koristeći količine poput gustoće energije i energetskog sadržaja.
Nažalost, iz perspektive sadržaja energije, biodizel goriva imaju veliku količinu kisika, tako da proizvode niže energetske vrijednosti u odnosu na njihovu masu (u jedinicama MJ / kg). Biodizel goriva imaju oko 10 posto niži udio energije u masi. Primjerice, B100 ima energetski sadržaj 119,550 Btu / gal.
Drugi način mjerenja koliko energije koristi gorivo je energetska bilanca, koja za biodizel iznosi 4,56. To znači da biodizelska goriva proizvode 4,56 jedinica energije za svaku jedinicu fosilne energije koju koriste. Druga goriva spajaju više energije, poput B20, mješavine dizela i goriva iz biomase. Ovo gorivo ima oko 99 posto energije jednog galona dizela ili 109 posto energije jednog galona benzina.
Postoje alternativne metode za određivanje učinkovitosti topline koja se daje biomasom općenito. Znanstvenici i inženjeri koji proučavaju biomasu koriste metodu kalorimetra bombe za mjerenje topline oslobođene izgaranjem koja se prenosi u zrak ili vodu koja okružuje spremnik. Iz ovoga možete odrediti HHV za biomasu.