İçerik
- Enerji Yoğunluğu Formülü
- Enerji Yoğunluğu Birimleri
- Enerji İçeriğinin Hesaplanması
- Bomba Kalorimetresi
- Daha Yüksek Isıtma Değeri Enerji İçeriği
- Biyodizelin Enerji Yoğunluğu
Benzini ve diğer yakıtları bu kadar güçlü yapan nedir? Otomobillere güç veren yakıtlar gibi kimyasal karışımların potansiyeli, bu malzemelerin neden olabileceği reaksiyonlardan kaynaklanmaktadır.
Bu enerji yoğunluğunu, yakıtlar kullanıldığında bu kimyasal ve fiziksel özellikleri yöneten basit formüller ve denklemler kullanarak ölçebilirsiniz. Enerji yoğunluğu denklemi, bu güçlü enerjiyi yakıtın kendisine göre ölçmenin bir yolunu verir.
Enerji Yoğunluğu Formülü
İçin formül enerji yoğunluğu dır-dir Ed = E / V enerji yoğunluğu için Ed, enerji E ve hacim V. Ayrıca ölçebilirsiniz spesifik enerji Es gibi E / M hacim yerine kütle için. Spesifik enerji, arabalara enerji verirken kullanılan enerji yoğunluğundan daha fazla yakıt kullanan enerji ile daha yakından ilişkilidir. Referans tabloları, benzin, kerosen ve dizel yakıtların kömür, metanol ve odundan çok daha fazla enerji yoğunluğuna sahip olduğunu göstermektedir.
Ne olursa olsun, kimyagerler, fizikçiler ve mühendisler, otomobil tasarlarken ve fiziksel özellikler için malzeme test ederken hem enerji yoğunluğunu hem de spesifik enerjiyi kullanırlar. Bu yoğun dolu enerjinin yanmasına bağlı olarak bir yakıtın ne kadar enerji vereceğini belirleyebilirsiniz. Bu enerji içeriği ile ölçülür.
Bir yakıtın yandığında ortaya çıkardığı birim kütle veya hacim başına enerji miktarı, yakıtın enerji içeriğidir. Daha yoğun paketlenmiş yakıtlar hacim olarak daha yüksek enerji içeriğine sahipken, düşük yoğunluklu yakıtlar genellikle birim kütle başına daha fazla enerji içeriği üretir.
Enerji Yoğunluğu Birimleri
Enerji içeriği belirli bir sıcaklık ve basınç için belirli bir gaz hacmi için ölçülmelidir. Amerika Birleşik Devletleri'nde mühendisler ve bilim insanları enerji içeriğini uluslararası İngiliz ısı birimlerinde (BtuIT) bildirirken, Kanada ve Meksika'da enerji içeriği joule (J) cinsinden bildirilmektedir.
Ayrıca kullanabilirsin kalori enerji içeriğini bildirmek. Bilim ve mühendislikteki enerji içeriğini hesaplamanın daha standart yöntemleri, o malzemenin bir gramını gram başına joule (J / g) yaktığınızda üretilen ısı miktarını kullanır.
Enerji İçeriğinin Hesaplanması
Bu gram cinsinden jogram birimini kullanarak, belirli bir ısı kapasitesini bildiğiniz zaman, belirli bir maddenin sıcaklığını artırarak ne kadar ısı verildiğini hesaplayabilirsiniz. Cp bu malzemeden. Cp su miktarı 4.18 J / g ° C'dir. Denklemi ısı için kullanıyorsunuz 'H gibi H = ∆T x m x Cp içinde AT sıcaklıktaki bir değişikliktir ve m, maddenin gram cinsinden kütlesidir.
Bir kimyasal maddenin başlangıçtaki ve son sıcaklıklarını deneysel olarak ölçerseniz, reaksiyon tarafından verilen ısıyı belirleyebilirsiniz. Bir yakıt kabını bir kap olarak ısıtmanız ve sıcaklıktaki değişimleri doğrudan kabın dışındaki boşluğa kaydetmeniz gerekiyorsa, bu denklemi kullanarak verilen ısıyı ölçebilirsiniz.
Bomba Kalorimetresi
Sıcaklıkları ölçerken, bir sıcaklık probu zaman içinde sıcaklığı sürekli olarak ölçebilir. Bu, size ısı denklemini kullanabileceğiniz geniş bir sıcaklık aralığı sunar. Ayrıca grafikte yer alan yerleri aramak gerekir. Doğrusal ilişki zamanla sıcaklık arasında, bu sıcaklığın sabit bir oranda verildiğini gösterecektir. Bu muhtemelen sıcaklık ve ısı denkleminin kullandığı ısı arasındaki doğrusal ilişkiyi gösterir.
Ardından, yakıt kütlesinin ne kadar değiştiğini ölçerseniz, enerjinin o yakıt için o kütle miktarında nasıl depolandığını belirleyebilirsiniz. Alternatif olarak, bunun uygun enerji yoğunluğu birimleri için hacim farkının ne kadar olduğunu ölçebilirsiniz.
Bu yöntem, bilinen bomba kalorimetresi yöntemi, bu yoğunluğu hesaplamak için enerji yoğunluğu formülünü kullanarak deneysel bir yöntem verir. Daha rafine usuller, kabın kendisinin duvarlarına kaybedilen ısıyı veya ısının kaplar malzemesi içinden iletimini hesaba katabilir.
Daha Yüksek Isıtma Değeri Enerji İçeriği
Enerji içeriğini, daha yüksek ısıtma değerinin bir değişkeni olarak da ifade edebilirsiniz (HHV). Bu, oda sıcaklığında (25 ° C) yandıktan sonra bir kütle veya yakıt hacmi tarafından salınan ısı miktarıdır ve ürünler oda sıcaklığına geri dönmüştür. Bu yöntem gizli ısı, katılaşma ve katı hal faz dönüşümleri bir malzemenin soğutulması sırasında meydana geldiğinde ortaya çıkan entalpi ısıyı oluşturur.
Bu yöntem sayesinde, enerji içeriği baz hacim koşullarında daha yüksek ısıtma değeri ile verilmektedir (HHVb). Standart veya baz şartlarda, enerji akış hızı qHb hacimsel akış hızının ürününe eşittir qfi ve denklemdeki baz hacim koşullarında daha yüksek ısıtma değeri qHb = qfi x HHVb.
Deneysel yöntemlerle, bilim adamları ve mühendisler HHVb Çeşitli yakıtlar için yakıt verimliliğine ilişkin diğer değişkenlerin fonksiyonu olarak nasıl belirlenebileceğini belirlemesi için. Standart koşullar 10 ° C (273.15 K veya 32 oF) ve 105 pascal (1 bar) olarak tanımlanmıştır.
Bu ampirik sonuçlar göstermiştir HHVb Baz koşullardaki basınç ve sıcaklığa ve ayrıca yakıt veya gazın bileşimine bağlıdır. Buna karşılık, daha düşük ısıtma değeri LHV aynı ölçümdür, ancak nihai yanma ürünlerindeki suyun buhar veya buhar olarak kaldığı noktada.
Diğer araştırmalar hesaplayabileceğinizi göstermiştir HHV yakıtın kendisinin bileşiminden. Bu sana vermeli HHV = .35XC + 1.18X'H + 0.10XS + - 0,02XN- - 0,10XÖ - 0.02Xkül her biriyle X karbon (C), hidrojen (H), kükürt (S), azot (N), oksijen (O) ve kalan kül içeriği için fraksiyonel kütle olarak. Azot ve oksijenin HHV Diğer elementler ve moleküller gibi ısının salınımına katkıda bulunmadıkları gibi.
Biyodizelin Enerji Yoğunluğu
Biyodizel yakıtları, diğer, daha zararlı yakıtlara alternatif olarak yakıt üretme konusunda çevre dostu bir yöntem sunar. Doğal yağlardan, soya fasulyesi özlerinden ve alglerden üretilirler. Bu yenilenebilir yakıt kaynağı çevreye daha az kirlilikle sonuçlanır ve genellikle petrol yakıtlarıyla (benzin ve dizel yakıtlarla) karıştırılır. Bu, bir yakıtın enerji yoğunluğu ve enerji içeriği gibi miktarları kullanarak ne kadar enerji kullandığını incelemek için ideal adaylar yapar.
Ne yazık ki, enerji içeriği açısından bakıldığında, biyodizel yakıtları büyük miktarda oksijene sahiptir, bu nedenle kütlelerine göre daha düşük enerji değerleri üretirler (MJ / kg cinsinden). Biyodizel yakıtlar yaklaşık yüzde 10 daha düşük kütle enerji içeriğine sahiptir. Örneğin B100, 119,550 Btu / gal enerji içeriğine sahiptir.
Bir yakıtın ne kadar enerji kullandığını ölçmenin bir başka yolu, biyodizel için 4.56 olan enerji dengesidir. Bu, biyodizel yakıtların kullandıkları her fosil enerji birimi için 4.56 birim enerji ürettiği anlamına gelir. Diğer yakıtlar, biyokütle yakıtlı bir dizel karışımı olan B20 gibi daha fazla enerji harcar. Bu yakıt, bir galon dizel enerjisinin yaklaşık yüzde 99'una veya bir galon benzin enerjisinin yüzde 109'una sahiptir.
Genel olarak biyokütle tarafından verilen ısının verimliliğini belirlemek için alternatif yöntemler mevcuttur. Biyokütle üzerinde çalışan bilim adamları ve mühendisler, kabı çevreleyen hava veya suya aktarılan yanmadan kaynaklanan ısının ölçülmesi için bomba kalorimetresi yöntemini kullanır. Bundan, belirleyebilirsiniz HHV Biyokütle için.