Ce este Autogazul (GPL)
GPL înseamnă L.calificat petrol Gca și este un amestec care este gazos la temperatura camerei și constă în esență din propan și butan. În principiu, GPL nu diferă din punct de vedere chimic de „GPL”, pe care mulți îl folosesc pentru încălzire și care este depozitat în rezervoare de gaz relativ mari undeva în grădină. Numai raportul de amestecare poate diferi. Gazul de camping, pe care îl puteți cumpăra fie în cartușe mici, fie în sticle de gaz mai mari, conține amestecuri de propan/butan și, prin urmare, este foarte asemănător cu GPL, la fel ca „gazul mai ușor”. Multe detalii despre GPL și utilizarea acestuia pot fi găsite pe Wikipedia. Nu vreau să repet conținutul acolo, ci mai degrabă să privesc GPL din punct de vedere chimic și energetic. Deci, dacă textul de pe această pagină este prea „chimic” pentru dvs., s-ar putea să găsiți informațiile pe care le căutați pe pagina Wikipedia.
GPL - DIN EN 589
DIN EN 589 specifică proprietățile GPL și astfel definește diferențele dintre gazul de camping și GPL utilizate pentru încălzire, pentru care există standarde separate. Vă sfătuiesc cu tărie orice încercare de a opera o mașină cu gaze lichide care nu sunt conforme cu DIN EN 589, deoarece atât electronica sistemelor de gaz, cât și sistemul în sine sunt proiectate în conformitate cu DIN EN 589. Dacă se utilizează un amestec care nu respectă standardul, presiunea și puterea calorică a gazului pot fi în afara specificațiilor, cu consecințe imprevizibile. Din păcate, la fel ca majoritatea DIN-urilor, DIN EN 589 costă bani. Standardele sunt protejate prin drepturi de autor și nu sunt distribuite gratuit. Se obțin de ex. pe www.din.de, unde DIN EN 589 este în prezent (03.02.2017) disponibil la 73,90 €.
O pompă GPL Westfalen AG a spus că raportul butan: propan a fost 60:40 vara și 40:60 iarna. Când a fost întrebat, Westfalen AG mi-a mai spus că sunt procente de masă. Rapoartele de amestecare sunt probabil similare cu alți furnizori.
Conținutul mai mare de propan în timpul iernii ar trebui să ajusteze presiunea vaporilor la temperaturi mai scăzute ale aerului la cea a gazului de vară, deoarece propanul are o presiune de vapori mai mare decât butanul la aceeași temperatură.
Propan și butan
Din punct de vedere chimic, propanul și butanul sunt foarte asemănătoare. Ambele sunt formate din molecule care conțin doar atomi de carbon și hidrogen, dar molecula de butan este puțin mai mare. O moleculă de propan este formată din 3 atomi de carbon și 8 atomi de hidrogen (C3H8), în timp ce butanul este C4H10.
| Reprezentare în model | ||
| formulă | C3H8 | C4H10 |
| Densitatea lichefiatului Gaz la 20 ° C | 501,8 g/l | 574,2 g/l |
| putere calorică mai mică | 12,87 kWh/kg i | 12,70 kWh/kg i |
| Entalpia de ardere | -2217 kJ/mol 1 | -2874 kJ/mol 1 |
| Punct de topire | -188 ° C ii | -138,3 ° C iii |
| Punct de fierbere | -42 ° C ii | -0,5 ° C iii |
Tabelul rezumă pe scurt proprietățile esențiale ale ambelor substanțe. Densitățile mi-au fost comunicate cu amabilitate de către Westfalen AG. O explicație a valorilor calorifice poate fi găsită pe aceste pagini la „Care este puterea calorică?”.
Fabricarea, alte proprietăți și alte utilizări ale ambelor substanțe nu sunt discutate aici, deoarece acest lucru este descris în Wikipedia atât pentru propan cât și pentru butan.
Pentru utilizarea energică a GPL, adică pentru a conduce o mașină trebuie să arzi GPL. Prin urmare, arderea propanului sau butanului va fi luată în considerare mai întâi.
combustie
propan
Următoarea reacție chimică are loc atunci când propanul este ars:
Deci, dacă doriți să ardeți o moleculă de propan, aveți nevoie de 5 molecule de oxigen și veți obține trei molecule de dioxid de carbon și 4 molecule de apă. Dacă se transformă 1 mol de propan, adică 6,023 · 10 23 molecule, se eliberează 2217 kJ de energie în timpul reacției, dacă are loc în condiții standard (25 ° C, 1013 hPa sau 1013 mbar). Arderea nu are loc în mod natural la temperatura camerei, ci la o temperatură considerabil mai ridicată. Cu toate acestea, eroarea la calcularea cu dimensiuni standard este doar minoră, motiv pentru care voi renunța la o conversie aici.
În principiu, nu contează dacă calculați cu entalpia de reacție sau folosiți în mod direct puterea calorică din tabel - în orice caz, rezultatul este că atunci când se arde 1 kg de propan, 12,87 kWh (46,32 MJ) pentru conducerea unei mașini sunt disponibile energie utilizabilă.
Deoarece 1 mol de propan cântărește 44 g, 1 kg conține propan
1000g: (44 g/mol) = 22,73 mol
Molecule de propan. Deoarece arderea a 1 mol de propan produce 3 mol de dioxid de carbon, se obține arderea a 22,73 mol de propan (1 kg)
3 x 22,73 mol = 68,18 mol
Dioxid de carbon. Deoarece 1 mol de dioxid de carbon cântărește și 44 g, se obține arderea a 1 kg de Porpan
68,18 mol x 44 g/mol = 3000 g = 3 kg
În raport cu 1 kWh de energie utilizabilă, veți obține:
3 kg CO2/kg: 12,87 kWh/kg = 0,233 kg CO2/kWh
Pentru a obține 1 kWh sau 3,6 MJ de energie utilizabilă pentru conducerea prin arderea propanului, se eliberează 233 g de dioxid de carbon.
Când 1 l de propan lichefiat este ars, densitatea din tabelul de mai sus dă 1,505 kg dioxid de carbon și 6,46 kWh de energie la 20 ° C.
butan
Următoarea reacție chimică are loc atunci când butanul este ars:
Deci, dacă arzi o moleculă de butan, ai nevoie de 6,5 molecule de oxigen și primești 4 molecule de dioxid de carbon și 5 molecule de apă. Dacă 1 mol de butan, adică 6,023 · 10 23 molecule, este convertit în acest fel, se eliberează 2874 kJ sau 0,798 kWh de energie termică.
Când se arde 1 kg de butan, se obține un total de 12,70 kWh sau 3,53 MJ de energie utilizabilă pentru conducere. Deoarece arderea a 1 mol de butan produce 4 mol de dioxid de carbon și 1 mol de butan cântărește 58 g, calculul pentru propan are ca rezultat:
1000 g: 58 g/mol = 17,24 mol butan
17,24 mol · 4 = 68,96 mol CO2
68,96 mol CO2 44 g/mol = 3034 g CO2
3,034 kg CO2/kg: 12,7 kWh/kg = 0,239 kg CO2/kWh
Dacă energia necesară pentru conducere este obținută din butan, se eliberează 239 g de dioxid de carbon pe kWh de energie utilizabilă, adică nu cu mult cu 3% mai mult.
Când se arde 1 l butan lichefiat, densitatea din tabelul de mai sus dă 1,742 kg dioxid de carbon și 7,29 kWh energie la 20 ° C.
Compararea propanului/butanului cu benzina/motorina
| Dioxid de carbon per kg de combustibil | 3.000 kg | 3,034 kg | 3,023 kg | 3.183 kg |
| Dioxid de carbon per kWh | 0,233 kg | 0,239 kg | 0,266 kg | 0,270 kg |
| energie utilizabilă pe kg de combustibil | 12,87 kWh | 12,7 kWh | 11,38 kWh | 11,8 kWh |
| energie utilizabilă pe litru la 20 ° C | 6,46 kWh | 7,29 kWh | 8,5 kWh | 9,8 kWh |
| Emisiile de dioxid de carbon pe litru (20 ° C) | 1,505 kg | 1.742 kg | 2,26 kg | 2,65 kg |
| Dioxid de carbon pe km atunci când este consumat din echivalentul a 6 litri de motorină la 100 km | 137 g | 141 g | 156 g | 159 g |
Tabelul rezumă din nou scurt valorile numerice ale secțiunilor de mai sus și le compară cu valorile pentru benzină și motorină, așa cum se poate determina aproximativ din cele două articole Wikipedia iv, v.
Într-o perspectivă superficială, butanul pare a fi un „agent de combatere a climei” mult mai mare decât propanul, deoarece se produce cu aproape 16% mai mult dioxid de carbon per litru. Această primă impresie este greșită, deoarece nu conducem cu „litrii”, ci cu energia și din moment ce butanul conține aproximativ 13% mai multă energie decât propanul în același timp, consumul în litri cu butan pur este teoretic cu 13% mai mic decât cu Utilizarea propanului pur.
Pentru influența asupra climei, nu trebuie să se ia în considerare cantitatea de dioxid de carbon pe litru de combustibil, ci cantitatea de dioxid de carbon produsă pe kWh (sau MJ), iar aici butanul, cu emisii de dioxid de carbon cu 3% mai mari, face doar ceva mai rău decât propanul. Benzina și motorina sunt mult mai rele aici. Cu toate acestea, puteți vedea, de asemenea, că conținutul de energie al unui litru de motorină este semnificativ mai mare decât cel al unui litru de benzină și că este încă considerabil mai mare decât cel al propanului sau butanului. Acesta este unul dintre motivele pentru care consumul cu motorină este atât de scăzut și cel cu GPL este relativ ridicat. Cu toate acestea, emisiile de dioxid de carbon cu motorina sunt considerabil mai mari pentru fiecare kilometru decât cele cu GPL. Din punct de vedere ecologic, consumul redus (în litri) al motorinei nu aduce niciun avantaj, așa cum arată ultima linie a tabelului. Dacă ar fi să conduceți o mașină care consumă 6 litri la 100 km cu motorină cu aceeași eficiență energetică cu Popan, emisiile de dioxid de carbon ar crește fiecare Kilometrii scad de la 159 g la 137 g.
GPL - un amestec de propan și butan
Autogazul (GPL) este acum un amestec de propan și butan care conține mai mult butan vara decât iarna. Westfalen-AG specifică o compoziție de 40% propan și 60% butan vara și 60% propan și 40% butan iarna pentru stațiile de alimentare cu gaz pe care le furnizează, prin care este un procent de masă și nu un procent de volum. Deoarece propanul și butanul sunt atât de asemănătoare, nu există efecte ciudate de amestecare, cum ar fi cele care apar atunci când sarea este dizolvată în apă. Majoritatea proprietăților amestecului corespund celor ale substanțelor individuale cu o pondere corespunzătoare. În cele ce urmează, acest lucru va fi demonstrat folosind un calcul al densității.
La 20 ° C, densitatea propanului este de 501,8 g/l, iar cea a butanului este de 574,2 g/l. Cu un raport de amestecare de 40:60 propan: butan, o densitate de:
0,4 x 501,8 g/l + 0,6 x 574,2 g/l = 545,2 g/l
Pentru amestecul de iarnă cu 60% propan, veți obține în consecință:
0,6 x 501,8 g/L + 0,4 x 574,2 g/L = 530,8 g/L
Ambele valori calculate sunt în concordanță exact cu densitățile pe care Westfalen-AG mi le-a pus la dispoziție pentru cele două amestecuri la 20 ° C și astfel dovedesc admisibilitatea acestui calcul.
combustie
Când GPL este ars, un amestec de propan/butan este ars, motiv pentru care arderea din motorul mașinii poate fi privită ca arderea substanțelor individuale. Cifrele de mai sus rezultă în consecință:
| Dioxid de carbon per kg de combustibil | 3,020 kg | 3,014 kg | 3,023 kg | 3.183 kg |
| Dioxid de carbon per kWh | 0,237 kg | 0,235 kg | 0,266 kg | 0,270 kg |
| energie utilizabilă pe kg de combustibil | 12,77 kWh | 12,80 kWh | 11,38 kWh | 11,8 kWh |
| energie utilizabilă pe litru la 20 ° C | 6,96 kWh | 6,79 kWh | 8,5 kWh | 9,8 kWh |
| Emisiile de dioxid de carbon pe litru (20 ° C) | 1,65 kg | 1,60 kg | 2,26 kg | 2,65 kg |
| Dioxid de carbon pe km atunci când este consumat din echivalentul a 6 litri de motorină la 100 km | 139,4 g | 138,6 g | 156 g | 159 g |
Puteți vedea că GPL de vară și de iarnă diferă cu greu, dar că ambele conduc la emisii de dioxid de carbon semnificativ mai mici decât la benzină sau chiar la motorină, presupunând aceeași eficiență energetică, adică aceeași cantitate de kWh se consumă la 100 km. Un calcul cu același număr de litri ar fi greșit, întrucât un litru de GPL conține mult mai puțină energie decât un litru de motorină.
Influența temperaturii exterioare
Zvonurile
Practic, toate motoarele funcționează puțin mai puțin eficient la temperaturi exterioare mai scăzute, adică provoacă un consum ușor mai mare decât la temperaturi mai ridicate. Acest lucru se datorează faptului că motorul atinge eficiența optimă doar la o temperatură de funcționare mai ridicată și iarna durează mai mult pentru a atinge această temperatură și, prin urmare, o perioadă mai lungă de timp cu o eficiență fizică și tehnic mai slabă, adică consum mai mare, este pe drum. Desigur, acest lucru este deosebit de important atunci când conduceți pe distanțe scurte. Nu acesta este singurul motiv pentru care ar trebui să folosiți bicicleta sau picioarele în loc de mașină pe distanțe scurte. Cu toate acestea, eficiența energetică la temperaturi diferite nu ar trebui luată în considerare aici. În schimb, mă voi îndrepta spre schimbarea GPL la temperaturi diferite, întrucât citiți lucruri foarte ciudate despre aceasta în diferite forumuri.
Ca și în cazul tuturor substanțelor, cu excepția apei, volumul crește continuu odată cu creșterea temperaturii și scade odată cu scăderea temperaturii. Acest lucru se aplică atât benzinei și motorinei, cât și GPL. Rezultatul este că la temperaturi scăzute obțineți o cantitate mai mare de combustibil cu fiecare litru decât la temperaturi mai ridicate, deoarece fiecare litru este puțin mai greu - astfel densitatea a crescut. Deci, iarna, veți obține mai multă energie pentru aceiași bani cu același volum și, prin urmare, mai puțin vara. Se presupune că acest efect este atât de grozav cu GPL, încât ar trebui să treci la benzină vara din motive financiare - acest lucru a fost recomandat în unele forumuri. Emisiile de dioxid de carbon pe kilometru nu sunt influențate de modificarea densității și nici consumul de energie. Cu toate acestea, sentimentul meu subiectiv mă face să cred în consumul mai mare de gaze vara (măsurat în litri!). Detalii despre experimentul meu de consum pot fi găsite în „Economisiți energie prin conversia în GPL?” descrise și nu trebuie repetate aici.
Datorită sprijinului amabil al Westfalen AG, care ne-a furnizat tabele de densitate pentru GPL de vară și de iarnă pentru temperaturi cuprinse între -30 ° C și +40 ° C, acum suntem în măsură să facem lumină asupra acestui întuneric.
Dependența de temperatură a densității GPL
După cum se poate observa din diagramă, densitatea GPL scade aproape uniform odată cu creșterea temperaturii, în timp ce cea a GPL de vară cu 60% propan este întotdeauna cu aproximativ 12-16 g/l mai mare. La aceeași temperatură, un litru de GPL cântărește puțin mai mult vara decât iarna. Cu toate acestea, deoarece temperaturile sunt ușor mai scăzute când se vinde GPL de iarnă, obțineți întotdeauna aproximativ aceeași masă de GPL în fiecare sezon
Emisiile de dioxid de carbon per litru de GPL la diferite temperaturi
După cum puteți vedea din diagrama privind emisiile de dioxid de carbon, emisiile de dioxid de carbon pe litru de GPL pentru GPL de vară sunt întotdeauna cu 40 - 50 g pe litru de GPL mai mari decât pentru GPL de iarnă, dar chiar și la -40 ° C nici măcar nu se apropie de valorile benzinei sau diesel.
Conținutul de energie al GPL la diferite temperaturi
Conținutul de energie al unui litru de GPL de vară este cu aproximativ 0,2 kWh mai mare decât cel al GPL de iarnă la orice temperatură și scade odată cu creșterea temperaturii, la fel ca densitatea și emisiile de dioxid de carbon per litru. Prin urmare, consumul ar trebui să crească odată cu creșterea temperaturii, deoarece fiecare litru furnizează mai puțină energie. În același timp, totuși, fiecare litru produce și mai puțin dioxid de carbon, astfel încât emisiile de dioxid de carbon să rămână constante. Cu toate acestea, consumul în litri și, astfel, costurile combustibilului pe kilometru cresc odată cu creșterea temperaturii, deoarece fiecare litru furnizează o cantitate din ce în ce mai mică de energie și, astfel, permite o autonomie tot mai redusă. Cu fiecare grad de creștere a temperaturii pierdeți aproximativ 0,016 kWh sau aproximativ 0,2% energie pe litru datorită creșterii volumului. O creștere a temperaturii de 5 ° C duce la costuri de combustibil cu aproximativ 1% mai mari pentru același combustibil, temperaturile cu 25 ° C mai ridicate duc la costuri de aproximativ 5% mai mari - doar un efect mic în comparație cu consumul suplimentar datorită climatizării pornite acum în siguranță.
Rezultat
Modificarea densității GPL cu o modificare a temperaturii nu are niciun efect asupra emisiilor de dioxid de carbon și are doar o influență neglijabil de mică asupra costurilor combustibilului dacă se presupune o eficiență energetică comparabilă a motorului. Ambii factori sunt influențați de comportamentul de conducere și de funcționarea sistemului de aer condiționat vara într-o măsură mult mai mare decât de schimbarea densității. În comparație cu utilizarea vehiculului cu Benin sau motorină, avantajele și dezavantajele funcționării GPL vara și iarna sunt aceleași, deoarece densitatea benzinei și motorinei se schimbă în mod similar cu cea a GPL, iar efectul este oricum foarte mic este.