1. Wprowadzenie:

Proces zapłonu charakteryzuje się określonymi stężeniowymi granicami, poza którymi zapłon nie nastąpi w żadnych warunkach. W gazowych mieszaninach paliwo-powietrze nawet, gdy źródło zapłonu jest nieskończenie wielkie, zapłon występuje wtedy, kiedy stężenie składników palnych w mieszaninie z utleniaczem występuje w określonych granicach (tab. 1).

Tab. 1 – Stężeniowe granice zapłonu

Gaz	Granice zapłonu
	% gazu w powietrzu
	dolna
Propan	2,4
Butan	1,9

Granice zapłonu mieszanin składających się z wielu składników palnych, ale nie zawierających składników obojętnych ([CO₂]+[N₂]<5%) można określić ze wzoru Le Chateliera:

$$L_{g,d} = \frac{100}{\frac{a_{1}}{L_{1(g,d)}} + \frac{a_{2}}{L_{2(g,d)}} + \ldots + \frac{a_{i}}{L_{n(g,d)}}}$$

w którym:

L_{g, d} – dolna lub górna granica zapłonu, %;

a_i – zawartość i-tego składnika palnego w paliwie, %.

Stężeniowe granice zapłonu zależą od ciśnienia i dla malejących jego wartości zbliżają się na ogół do siebie. Zawsze też istnieje ciśnienie, z reguły poniżej ciśnienia atmosferycznego, przy którym obie granice zbiegają się. Punkt ten wyznacza minimalne ciśnienie zapłonu, poniżej którego zapłon danej mieszaniny jest niemożliwy.

Wzrost temperatury rozszerza granice zapłonu, natomiast rozcieńczenie mieszaniny palnej obojętnymi składnikami, jak CO₂, N₂, pogarsza warunki zapłonu i znacznie obniża górną granicę zapłonu.

1. Schemat stanowiska:

1. - butla z gazem propan-butan

2. - zbiornik mieszanki palnej

3. - przestrzeń robocza

4. - zapalarka wysokonapięciowa

5. - sprężarka powietrza

6. - pompa próżniowa

1. Tabela pomiarowa:

Tab. 2 – Zestawienie mierzonych wartości

Nr próby	Wartość podciśnienia (pd)	Wartość nadciśnienia (pn)	Wartość ciśnienia wypadkowego (pw)	Wystąpienie zapłonu
	bar	bar	bar	-
1	-	0,101	3,78	tak
2		0,090	3,80	nie
3		0,140	3,36	tak
4		0,130	2,66	tak
5	0,270	-	2,27	nie

1. Przykładowe obliczenia:

   1. Obliczenie granic palności badanego gazu palnego na podstawie wzoru Le Chateliera:

gdzie:

L_{g(d), p} - górna lub dolna granica palności propanu (wzięta z tablic), %

L_{g(d), b} - górna lub dolna granica palności butanu (wzięta z tablic), %

a, b – zawartość kolejno propanu i butanu w paliwie, %

1. Wyznaczenie stężenia gazu w badanych mieszaninach paliwowo powietrznych wg podanego algorytmu:

1bar – 4l

0,101bar – V_g

$$V_{g} = \frac{0,101 \bullet 4}{1} = 0,404\ l$$

V_g - ilość gazu dodanego do butli, l

p_p = p_w – (p_n +p_b) = 3,78 – (0,101+1) = 2, 679 bar

gdzie

p_p – ciśnienie powietrza dopompowanego

p_w – ciśnienie wypadkowe

p_b – ciśnienie bezwględne

1bar – 4l

2,679bar – V_p

$$V_{p} = \frac{2,679 \bullet 4}{1} = 10,7\ l$$

V_p – ilość powietrza dodanego do butli, l

V_m = V_o + V_p + V_g = 4 + 0,404 + 10,716 = 15,12 l

V_m – objętość mieszaniny, l

$$c = \frac{V_{g}}{V_{m}} \bullet 100\% = \frac{0,404}{15,12} \bullet 100\% \cong 2,67\%$$

c - stężenie gazu palnego w badanej mieszaninie

1. Wyniki obliczeń:

Tab. 3 – Określenie zawartości gazu palnego w mieszaninie paliwowo-powietrznej

Lp.	Ilość paliwa	Ilość powietrza	Stężenie paliwa	Zapłon
	dm^3	dm^3	%	-
1.	0,40	10,72	2,67	tak
2.	0,36	10,84	2,37	nie
3.	0,56	8,88	4,17	tak
4.	0,52	6,12	4,89	tak
5.	1,08	12	6,32	nie

1. Wykres:

Rys. 1 – oś stężeń z naniesionymi wynikami obliczeń granic palności

1. Uwagi i wnioski:

W naszym ćwiczeniu zastosowaliśmy metodę ciśnień parcjalnych, polegającą na dopompowywaniu gazu do butli o pojemności 4 dm³. Wpuszczenie gazu powodowało wytworzenie nadciśnienia.

Przeprowadzone badania wykazały, że w trzech mieszaninach o stężeniach zawierających się w przedziale teoretycznych granic palności, zapłon nastąpił. Potwierdzają one doświadczalne granice palności gazu propan-butan.

W próbce, której stężenie paliwa równe jest 2,67% pomimo tego, iż zawiera się w teoretycznych granicach palności, zapłon nie nastąpił. Rozbieżność ta wynikać może z wpływu czynników, takich jak ciśnienie, na środowisko pomiaru.

Mieszanina o stężeniu paliwa równym 6,32% jest przykładem znacznego obniżenia górnej granicy zapłonu na skutek rozcieńczenia mieszaniny palnej obojętnym składnikiem – N₂.