Ardere
Arderea sau combustia este o reacție chimică exotermă între un combustibil și un agent oxidant, însoțită de degajare de căldură și, uneori și de lumină (flacără).[1][2][3]
C2H5OH(g) + 3O2(g) = 2CO2(g) + 3H2O(g).
În marea majoritate a arderilor din tehnică oxidantul este oxigenul din aer.[4] În acest caz reacția de ardere se produce prin intermediari de reacție radicali reactivi care participă la o reacție în lanț. Condițiile necesare arderii se realizează prin însuși procesul de ardere, degajarea de căldură menținând temperatura înaltă, necesară producerii de radicali liberi.
Reacții de ardere
modificareÎntr-o ardere completă, un compus reacționează cu un oxidant, cum ar fi oxigenul, clorul sau fluorul, rezultând compuși formați din fiecare element al combustibilului cu elementul oxidant.[3] De exemplu:
- CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
- CH2S + 6F2 → CF4 + 2HF + SF6
Un alt exemplu simplu este arderea hidrogenului cu oxigen, din care rezultă doar vapori de apă, reacție folosită la motoarele rachetă:
2H2 + O2 → 2H2O(v) + căldură
În practică, arderea combustibililor se face folosind oxigenul din aer. Deoarece din punct de vedere al arderii doar oxigenul contează, în termodinamică aerul este considerat ca un amestec volumic de 21 % oxigen și 79 % azot, ceea ce face ca pentru fiecare mol de oxigen, în reacția de ardere să intre și 0,79/0,21 = 3,76 moli de azot.[5] Arderea metanului în aer este deci:[6]
- CH4 + 2O2 + 7,52N2 → CO2 + 2H2O + 7,52N2 + căldură
Azotul nu participă la reacțiile chimice de ardere, dar preia din căldura degajată prin ardere, răcind flacăra[7]. De aceea, dacă este nevoie de temperaturi mari, de exemplu în metalurgie, arderea se face în atmosferă îmbogățită în oxigen. Termenul generic pentru produsele rezultate din arderea combustibililor în aer este gaze de ardere.[8]
În realitate, procesele de ardere nu sunt niciodată complete, nici din punct de vedere fizic (în jargon: ardere incompletă), nici din punct de vedere chimic (în jargon: ardere imperfectă). În gazele de ardere rezultate din arderea carbonului (cum ar fi arderea cărbunelui, hidrocarburilor sau a lemnului) apare carbon nears sub formă de funingine sau ars incomplet, până la monoxid de carbon (CO), în loc să fie ars până la dioxid de carbon (CO2).[9][10][11][12] De asemenea, azotul poate forma diverși oxizi de azot (NOx).
Arderea combustibililor
modificareMecanismele arderii combustibililor reali sunt foarte complicate și nu sunt încă bine cunoscute. Tehnica arderilor obține însă rezultate satisfăcătoare luând în considerare doar compușii rezultați din ardere și efectele energetice, aspecte relativ simple.[13]
Arderea combustibililor solizi și lichizi
modificareÎn tehnica arderilor se consideră că compoziția combustibililor solizi și lichizi este, în mod convențional, formată din cinci elemente chimice pure: carbon (C), hidrogen (H), sulf (S), oxigen (O) și azot (N), la care se adaugă două componente care formează balastul: apa (W - notația provine din germană Wasser) și cenușa (A - notația provine din germană Asche). Se consideră că elementele C, S și H ard, conform reacțiilor:[14][15][16]
- C + O2 → CO2
- S + O2 → SO2
- H + 1/4 O2 → 1/2 H2O
Oxigenul se consideră că se adaugă la cel din aerul atmosferic, iar celelalte componente: azotul, apa și cenușa nu reacționează. Erorile introduse de aceste simplificări sunt cu totul neglijabile din punct de vedere energetic.[14][16]
Arderea combustibililor gazoși
modificareÎn tehnica arderilor se consideră că compoziția combustibililor gazoși este formată din hidrocarburi CmHn, hidrogen (H2), oxizi de carbon (CO și CO2), hidrogen sulfurat (H2S), azot (N2), oxigen (O2) și vapori de apă (H2O(v)). Elementele combustibile ard conform reacțiilor:[14][17]
- CmHn + (m + n/4) O2 → m CO2 + n/2 H2O
- H2 + 1/2 O2 → H2O
- CO + 1/2 O2 → CO2
- H2S + 3/2 O2 → SO2 + H2O
Oxigenul se consideră de asemenea că se adaugă la cel din aerul atmosferic, iar celelalte componente nu reacționează.[14]
Vezi și
modificareNote
modificare- ^ Academia Română, Institutul de Lingvistică Iorgu Iordan Dicționarul explicativ al limbii române (DEX), București: Editura Univers Enciclopedic, 1998
- ^ Remus Răduleț și colab. Lexiconul Tehnic Român, Editura Tehnică, București, 1957-1966.
- ^ a b Ungureanu, p. 11
- ^ Ungureanu, p. 12
- ^ Ungureanu, p. 48
- ^ Pănoiu, pp. 91-99
- ^ Raluca Ripan, I. Ceteanu, Manual de lucrări practice de chimie anorganică - vol I Metaloizi, Editura de stat didactică și pedagogică, București, 1961, p. 287
- ^ Pănoiu, p.90
- ^ MIT, p. 686
- ^ Ungureanu, pp. 79-88
- ^ Pănoiu, pp. 141-160
- ^ Neaga, pp. 124-125
- ^ Ungureanu, p. 45
- ^ a b c d Ungureanu, pp. 45-50
- ^ Pănoiu, p. 100
- ^ a b Neaga, pp. 126-127
- ^ Pănoiu, p. 104
Bibliografie
modificare- Bazil Popa și colab. Manualul inginerului termotehnician (MIT), vol. 1, București: Editura Tehnică, 1986
- Cornel Ungureanu Generatoare de abur pentru instalații energetice, clasice și nucleare, București: Editura Didactică și Pedagogică, 1978
- Nicolae A. Pănoiu Cazane de abur, București: Editura Didactică și Pedagogică, 1982
- Constantin C. Neaga Tratat de generatoare de abur, vol I, București: Editura AGIR, 2001, ISBN 973-8130-67-0
Lectură suplimentară
modificare- ***, Termotehnică și mașini termice, Editura Didactică și Pedagogică București, 1978
- Bazil Popa, Constanța Vintilă, Termotehnică și mașini termice, Editura Didactică și Pedagogică București, 1977
- V. Pismner Aeroreactoare, vol I, EDP , 1983