GORIVA
1. GUSTOA ESTO PRIMJENJIVIH GORIVAS obzirom na gustou, goriva se
dijele na: (motorni benzini) laka: = 716 do 755 kg/m3 teka: = 755
do 1037 kg/m3 (kerozin, dizelska goriva, loiva ulja i teka
goriva)
E. TIRELI
Goriva dobivena iz sirove nafte s manjom gustoom imaju,
uglavnom, vei postotak vodika, veu ogrjevnu mo i bolju zapaljivost
Kod tekuih i plinovitih goriva koristi se pojam relativna gustoa
(r) Za tekua goriva te plinovita goriva u tekuem stanju relativna
gustoa predstavlja odnos gustoe toga goriva i gustoe vode pri istim
uvjetima, a za plinovita goriva u plinovitom stanju odnos gustoe
tog goriva i gustoe zraka pri normnim uvjetima
GORIVA
2. VISKOZNOT
E. TIRELI
Viskoznost je svojstvo tekuina i plinova, a odnosi se na veliinu
unutarnjeg trenja izmeu estica i drugih meumolekularnih sila. U
definiranju unutarnjeg trenja tekuina i plinova, u primjeni je
nekoliko vrsta viskoznosti: dinamika ili apsolutna viskoznost
kinematska viskoznost i relativna viskoznost
GORIVA
3. DINAMIKA VISKOZNOT1 m2 v=1 m/s uz silu od 1 N profil brzina
medija v=0 m/s
E. TIRELI
1m 1 m2
Dinamika ili apsolutna viskoznost () mjera je otpornosti tekuine
prema teenju ili plina prema gibanju (openito medij). Definira se
kao odnos primijenjenoga sminog naprezanja i gradijenta brzine
smicanja Jedinica za dinamiku viskoznost je pascal sekunda (Pas)
Pascal sekunda je izvedena SI jedinica dinamike viskoznosti
homogenog medija koji laminarno struji (slika) i u kojem izmeu dva
paralelna sloja na udaljenosti od 1 m (dy), s razlikom u brzini od
jednog metra u sekundi (dv), nastaje smino naprezanje od 1 (N/m2)
ili 1 pascala djelovanjem sile smika od 1 N Prema Newtonovu zakonu,
sila smicanja F= A (dv/dy) [N] Smino naprezanje iznosi: 1 Pa = Sila
smicanja F (N)/A povrina (m2) Dinamika ili apsolutna viskoznost
odreenog medija iznosi upravo =1 Pas, kada se koristi sila od 1N za
gibanje dviju povrina veliina po 1 m2 u mediju, razlikom brzina od
1 m/s na udaljenosti 1 m. Jedinica dinamike viskoznosti u c-g-s
sustavu (koji nije vie u uporabi, ali se u mehanici fluida svejedno
esto rabi) je Poisse (P) (poaz), pa su odnosi sljedei: 1 P = 0,1 Pa
s 1 cP = 1 m Pa s
GORIVA
4. KINEMATSKA VISKOZNOT
E. TIRELI
Kinematska viskoznost () definira se kao odnos dinamike
viskoznosti i gustoe Predstavlja mjeru otpornosti medija prema
teenju u ovisnosti o njegovoj gustoi i unutarnjem naprezanju.
Izraava se odnosom: = / m2/s
Jedinica kinematske viskoznosti m2/s (metar kvadratni u sekundi)
izvedena je SI jedinica koja je jednaka kinematskoj viskoznosti
homogenog medija kojemu je dinamika viskoznost 1 Pas, a gustoa 1
kg/m3 Jedinica za kinematsku viskoznost u c-g-s sustavu je Stockes
(St); vrlo esto se upotrebljava, a iznosi: 1 St = 10-4 1 cSt = 1 m2
/s mm2 /s = 10-6 m2 /s
Za brodska goriva uobiajene vrijednosti kinematske viskoznosti
iznose: brodsko plinsko ulje (MGO) brodsko dizelsko gorivo (MDO)
brodsko teko gorivo (MFO): mijeano gorivo (IF) ostatno gorivo (RM)
od 2 do 7 od 4 do 17 do 600 do 700 cSt pri 40 0C cSt pri 40 0C cSt
pri 50 0C cSt pri 50 0C (55 cSt pri 100 0C)
GORIVA
5. RELATIVNA VISKOZNOT TEKUINA I PLINOVA
E. TIRELI
U praksi i za bolje razumijevanje, upotrebljava se i relativna
viskoznost, to znai da se viskoznost (pogotovo tekuina) usporeuje s
nekom standardnom vrijednosti Relativna viskoznost se mjeri
Englerovim viskozimetrom, a izraava u 0E Ureaj za mjerenje
relativne viskoznosti se sastoji od standardizirane cilindrine
posude volumena 200 cm, koja na dnu ima otvor za isputanje tekuine
iju viskoznost mjerimo Odnos vremena istjecanja 200 cm3 tekuine (u
ovom sluaju goriva) i vode, predstavlja 0E Za preraunavanje
viskoznosti izraene u Englerovim stupnjevima u kinematsku
viskoznost u SI jedinicama, slui empirijska formula: = ( 7,31 0E -
6,31/ 0E ) 10-6 m2/s
GORIVA
6. VRELITE I ISHLAPLJIVANJE
E. TIRELI
Temperaturu na kojoj neka tvar prelazi iz tekueg u plinovito
agregatno stanje nazivamo vrelitem tekuine Vrelite tekuine je na
temperaturi pri kojoj tlak pare tekuine dostigne vrijednost tlaka
okoline, a standardno vrelite je pri tlaku okoline od 101 325 Pa U
smjesama (kao to su goriva) ima mnogo razliitih spojeva, a svaki od
njih za dani tlak ima razliitu temperaturu vrelita Ishlapljivanje
ili isparavanje nastaje pri temperaturama (u ovom sluaju goriva)
ispod temperature vrelita. Iz tekuega goriva djelomino se ishlape
(ispare) lake komponente. Benzin je gorivo koje najvie ishlapljuje
pri temperaturama niim od temperatura vrelita i zato nije pogodan
kao pogonsko gorivo na plovilima.
GORIVA
7. STINITE GORIVA
E. TIRELI
Temperatura pri kojoj gorivo gubi sposobnost teenja, naziva se
temperatura stinjavanja ili stinite. Gorivo na temperaturi ispod
temperature stinita ne moe se pretakati pumpanjem ni sisanjem.
Opisana pojava nastaje kada se u gorivu poinju izluivati parafinski
ugljikovodici, a gorivo postaje neprozirno. eli li se temperatura
teenja goriva sniziti, treba sniavati udio parafinskih
ugljikovodika pri mijeanju goriva jer parafinski ugljikovodici
imaju visoke temperature stinjavanja u odnosu prema drugim
ugljikovodicima iste toke vrelita. Drugi nain sniavanja temperature
teenja provodi se upotrebom aditiva, depresanata stinita. Zna se da
parafini imaju visok cetanski broj, a za brodska goriva poeljan je
cetanski broj vei od 32. Metoda sniavanja stinita uklanjanjem
parafina rezultira smanjenjem cetanskog broja, stoga u ovakvim
sluajevima treba odluiti o vanosti temperature teenja i cetanskog
broja. Sniavanje temperature teenja na tetu cetanskog broja obino
se obavlja mijeanjem frakcija koje sadre preteno naftenske
ugljikovodike, olefine i aromate. Temperatura stininjavanja (Pour
point) brodskog dizelskoga goriva iznosi -6 0C za DMX i DMA, te +6
0C za DMB i DMC goriva. Temperatura stininjavanja (Pour point)
brodskog tekog goriva iznosi od +24 0C do +30 0C Za dizelska goriva
na kopnu temperatura stininjavanja iznosi od -15 0C do -18 0C
GORIVA
8. PLAMITE GORIVA
E. TIRELI
Temperatura plamita (Flash Point) ili plamite (goriva i maziva)
najnia je temperatura pri kojoj se smjesa osloboenih gorivih para i
zraka u dodiru s otvorenim plamenom zapali Temperatura plamita svih
tekuih pogonskih goriva na brodu mora biti iznad 60 0C jer se takva
goriva koriste u zatvorenom prostoru Temperatura plamita
nepogonskih goriva na brodu (amci za spaavanje) moe biti i ispod 60
0C (lako dizelsko gorivo DMX ima temperaturu plamita najmanje na
+43 0C) jer se takva goriva koriste na otvorenom prostoru Brodska
goriva za koritenje u zatvorenoj prostoriji (strojarnici) moraju
imati vrelite na temperaturi veoj od 60 0C Radi usporedbe
temperatura plamita ulja za podmazivanje znatno je via i obino je
kod novog ulja iznad 230 0C do 254 0C. Ako gorivo dospije u ulje za
podmazivanje, plamite ulja moe pasti do 170 0C, to se smatra
krajnjom granicom, kada postoji opasnost od zapaljenja uljnih para
u karterima motora. Iskustvo je pokazalo da udio od 1% goriva u
ulju za podmazivanje snizuje temperaturu plamita ulja priblino za
10 0C.
GORIVA
9. SAMOZAPALJENJE GORIVA
E. TIRELI
Temperatura ili toka samozapaljenja goriva (SIT spontaneous
ignition temperature) najnia je temperatura na kojoj se gorivo
zapali uz prisutnost zraka i pri odsutnosti izvora paljenja, kao to
je iskra ili plamen. Za benzin motornih vozila, temperatura
samozapaljenja iznosi oko 260 0C (eurosuper 95 i 98). Za dizelska
goriva motornih vozila, temperatura samozapaljenja iznosi oko 343
0C (eurodizel i D-2). Brodska dizelska i teka goriva imaju
temperaturu samozapaljenja viu od one za motorna vozila, a kree se
od 400 0C do 500 0C. Goriva s viim temperaturama samozapaljenja
imaju za posljedicu oteano poetno paljenje motora i naginju
nepotpunom izgaranju (poveani CO u plinovima izgaranja). Pri
povienim tlakovima, temperatura samozapaljenja opada. Rad dizelskih
motora, u kojima se paljenje goriva obvalja samozapaljenjem
utrcanoga goriva u komprimirani zrak u cilindru, ovisi o
samozapaljivosti koritenoga goriva.
GORIVA
10. OGRJEVNA MO GORIVA
E. TIRELI
Ogrjevna je mo goriva koliina topline koja se oslobaa izgaranjem
jedinice mase goriva, a sadrana je u plinovima izgaranja.
Referentna temperatura pri kojoj se odreuju ogrjevne moi iznosi 25
0C. Pri referentnoj temperaturi, koja je ujedno i prosjena okolna
temperatura, plinovi izgaranja kondenzacijom se oslobaaju vodene
pare koja je nastala izgaranjem vodika i iz udjela vlage u gorivu.
Prema nazivu i vrijednosti, postoji donja i gornja ogrjevna mo
goriva. Toplina osloboena izgaranjem, a sadrana u plinovima
izgaranja, naziva se gornja ogrjevna mo i oznaava se sa (Hg).
Gornja ogrjevna mo vea je za toplinu koju vodena para iz plinova
izgaranja kondenzacijom predaje okolini i nije korisna za toplinski
proces. Zbog tog se razloga za toplinske proraune upotrebljava
donja ogrjevna mo (Hd). Razlika izmeu donje i gornje ogrjevne moi
ovisi o udjelu vlage u gorivu (w) i vodika u gorivu (h), a iznosi
po jedinici mase vodene pare 2,5 MJ/kg, to je toplina isparavanja
vode pri okolnom tlaku. Hg = Hd + 2,5 W MJ/kgg gdje je: 2,5 MJ/kgw
toplina isparavanja vode h kgH2/kgg maseni udio vodika u gorivu
maseni udio vode u gorivu w kgH2O/kgg kg H2O/kgg nastala vodena
para izgaranjem goriva
W = 18(h/2 + w/18)
GORIVA
11. IZRAUN OGRJEVNE MOI GORIVA
E. TIRELI
Mnogi proizvoai goriva (Shell, BP, Exxon, Chevron) ispitivanjima
i statistikom ustanovili su donju ogrjevnu mo prema poznatom
sastavu goriva, udjelu vode, pepela i sumpora u gorivu te gustoi. U
nastavku je prikazana jednadba koju proizvoai goriva najee
upotrebljavaju, a glasi: Hd
(47,704-8,80210-62+3,16710-3)[1-0,01(w+a+s)]+0,01(9,42s-2) gdje je:
- kg/m3 w-% a-% s-% gustoa goriva pri 15,5 0C maseni udio vode u
gorivu maseni udio pepela u gorivu maseni udio sumpora u gorivu
Brodska goriva koja imaju donju ogrjevnu mo (engl.: Hdnett) od
39,5 od 43 MJ/kg, smatraju se vrlo dobrim gorivima, a goriva sa 39
MJ/kg smatraju se loim gorivima. Pri usporedbi performansi motora,
specifina potronja goriva preraunava se za referentno gorivo sa
42,7 MJ/kg. Ako nema sigurnijih podataka o ogrjevnoj moi goriva,
gustoa goriva moe posluiti kao osnova za priblian izraun gornje
ogrjevne moi goriva. Tako je Ameriki Bureau of Mines ustanovio
priblinu gornju ogrjevnu mo goriva u MJ/kg iz poznate gustoe
goriva: Hg51,916 - 8,792 2 gdje je: - kg/m3 (gustoa goriva pri 15,5
0C).
GORIVA
12. POJEDINANI IZRAUN OGRJEVNE MOI LAKIH GORIVA
E. TIRELI
Budui da donja ogrjevna mo ovisi o elementima i sadrajima u
gorivu, Sherman&Kropff-u i Faragher, Morrell&Essex razvili
su jednadbu kojom se ti utjecaji uzimaju u obzir za pojedine vrste
goriva. Za benzin: Hd = 0,0023244[18.320+40(0API-10)]-2,518(0,5h+w)
Vrijedi za podruje: od 48 do 66 0API-gradacije, to odgovara gustoi
0,788 do 0,716 kg/dm3 gdje je: prosjena gustoa prosjena ogrjevna mo
0,735 kg/dm3 (61 0API) Hd=43,9 MJ/kg MJ/kg MJ/kg
Za avionska goriva (kerozin): Hd =
0,0023244[18.440+40(0API-10)]-2,518(0,5h+w) Vrijedi za podruje: od
38 do 56 0API-gradacije, to odgovara gustoi 0,835 do 0,755 kg/dm3
gdje je: prosjena gustoa prosjena ogrjevna mo 0,797 kg/dm3 (46
0API) Hd=43,2 MJ/kg
Za dizelska goriva i ulja za loenje na plamenicima: Hd =
0,0023244[18.650+40(0API-10)]-2,518(0,5h+w) Vrijedi za podruje: od
23 do 48 0API-gradacije, to odgovara gustoi 0,916 do 0,788 kg/dm3
gdje je: prosjena gustoa prosjena ogrjevna mo 0,893kg/dm3 (27 0API)
Hd=41,9 MJ/kg
MJ/kg
GORIVA
13. POJEDINANI IZRAUN OGRJEVNE MOI TEKIH GORIVAZa teka goriva:
Hd = 0,0023244[17.645+540API]-2,518(0,5h+w)
E. TIRELI
MJ/kg
Vrijedi za podruje: od 5 do 29 0API-gradacije, to odgovara
gustoi 1,037 do 0,882 kg/dm3 gdje je: prosjena gustoa prosjena
ogrjevna mo 0,993 kg/dm3 (11 0API) Hd=39,4 MJ/kg MJ/kg
Za teko gorivo Bunker C (IF380): Hd =
0,0023244[17.685+57,90API]-2,518(0,5h+w)
Vrijedi za podruje: od 11 do15 0API-gradacije, to odgovara
gustoi 0,993 do 0,966 kg/dm3 gdje je: prosjena gustoa prosjena
ogrjevna mo gdje je: h w0API-gradacija
0,979 kg/dm3 (13 0API) Hd=39,6 MJ/kg goriva pri 15,5 0C (kg/kg)
udio vodika u gorivu (kg/kg) udio vode u gorivu.
GORIVA
14. GRAFIKI PRIKAZ OGRJEVNE MOI GORIVA45 kerozin benzin dizelska
goriva i ulja za loenje donja ogrjevna mo MJ/kg 43
E. TIRELI
47 ogrjevne moi brodskih goriva (MJ/kg) 46 45 44 43 42 41 40 39
38 37 36 35 DMX DMA DMB RMG35 RMA10 RMB10 RME25 RMK35 RMK45 RML35
RML45 RMC10 RMD15 RMH35 RMF25 RMH45 RMH45 RML55 DMC Hd Hg
44
42
41
teka goriva
40
39
38 11 14 17 20 23 26 29 32 35 38 41 44 47 50 53 56 59 62 65 API
gradacija goriva 68 5 8
brodska goriva
GORIVA
15. UDIO SUMPORA U GORIVU
E. TIRELI
Udio sumpora u gorivima kree se od 0% (alkoholi) do 5% (brodska
ostatna goriva). Standardi brodskih goriva jo uvijek omoguavaju
znaajno vei postotak sumpora u gorivu (do 5%) od standarda za
goriva na kopnu za motorna vozila (do 0,03%) i stacionarna
postrojenja (do 0,5%). Standardi za destilatna brodska goriva koja
koriste brzohodni brodski dizelski motori, ograniavaju vrijednost
udjela sumpora na najvie 2%. Za teka brodska goriva ogranienja koja
se odnose na sumpor jo su uvijek u granici do 5%, pa se taj skupi
proces ne provodi u praksi, a goriva su zbog toga osjetno
jeftinija. Sumpor izgara (oksidira) te nastaje sumporni dioksid
SO2, a zbog vika kisika, izgaranjem u dizelskom motoru, nastaje
djelomino i sumporni trioksid SO3. Izgaranjem vodika iz goriva
nastaje vodena para, pa postoji uvjet za stvaranje sumporne
kiseline H2SO4. Sumporna kiselina djeluje agresivno na prisutne
metale u podruju temperatura kondenzacije (roenja) plinova.1
bartemp. roenja plinova izgaranja C 200 180 160 140 120 100 80 60
40 20 0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 % sumpora u
gorivu
10 bara
100 bara
Temperature kondenzacije ili roenja plinova izgaranja ovisno o
udjelu sumpora i tlaka plinova izgaranja
GORIVA
16. UDIO VANADIJA U GORIVU
E. TIRELI
Sastav pepela mnogo je vaniji nego njegova ukupna koliina. U
destilatnom gorivu doputa se 0,010,05% pepela, a u tekom gorivu
najvie 0,100,20% U tekim gorivima osobito je tetan utjecaj
vanadija, a ima ga 150600 ppm. Vanadija ima najmanje u nafti
podrijetlom iz Teksasa, a najvie u nafti iz Venezuele. Pri
izgaranju goriva nastali vanadij oksidira u vanadijev pentoksid
V2O5 i izluuje se na okolne povrine na kojima jako korozivno
djeluje pri temperaturama od 420 0C do 690 0C jer se pri tim
temperaturama vanadijev pentoksid nalazi u rastaljenom stanju.
Rastaljeni pepeo stvara koroziju s metalnom povrinom prema formuli:
4 Fe + 3 V2O5 3 V2O3 + 2 Fe2O3 Vrlo korozivni vanadijev pentoksid
(V2O5) djeluje na eljezo i nastaje vanadijev trioksid (V2O3) uza
stvaranje eljeznog oksida (Fe2O3) na metalnoj povrini. Proces se
nastavlja tako da se nastali vanadijev trioksid, vikom kisika iz
plinova izgaranja, pretvara u vanadijev pentoksid. V2O3 + O2 V2O5
Toka skruivanja tih spojeva u pepelu, a time i samoga pepela, nia
je za oko 20 0C od temperature taljenja i znatno varira s obzirom
na podrijetlo goriva.
