Šiluminiai varikliai ir jų žala aplinkai

Šiluminiai varikliai ir jų žala aplinkai

Kažkada žmogus galėjo pasiliauti tik savo raumenų energija. Energijai perduoti, pakeisti sugalvota daug paprasčiausių mechanizmų. Ir palyginti neseniai pradėta plačiai naudoti naftos, anglių, gamtinių dujų energijos atsargas. Išmokus minėtų medžiagų vidinę energiją paversti mechanine, sukurti šiluminiai varikliai.

Šiluminiu varikliu vadinama mašina, kurioje vidinė kuro energija paverčiama mechanine.

Populiariausi šiluminiai varikliai yra garo mašinos, garo ir dujų turbinos, vidaus degimo varikliai, reaktyvieji varikliai.

Iš visų šiluminių variklių labiausiai paplitę vidaus degimo varikliai. Jie veikia naudodami skystą kurą arba deegiąsias dujas.
Automobiliuose dažniausiai įrengiami keturių cilindrų vidaus degimo varikliai. Kiekviename cilindre skirtingu metu iš eilės vyksta darbo taktas. Be automobilių, vidaus degimo varikliai naudojami lėktuvuose, laivuose, traktoriuose, motocikluose ir kitur.

Vidaus degimo varikliai, garo turbinos ir kiti šiluminiai varikliai tik dalį kuro išskiriamos energijos paverčia mechaniniu darbu. Iš variklio išėję garai ar dujos dar turi energijos. Juo didesnė kuro vidinė energijos dalis šiluminiame variklyje paverčiama naudinguoju darbu, tuo ekonomiškesnis variklis – didesnis jo naudingumo koeficientas.

Svarbiausios degimo variklio dalys:

Cilindre 1 slankioja sttūmoklis 2, kuris švaistikliu 3 sujungtas su alkūniniu velenu 4. Cilindro viršuje yra 2 vožtuvai – įsiurbimo 5 ir išmetimo 6. Reikiamais momentais jie atsidaro ir užsidaro. Žvakė 7, uždega į cilindrą patekusį kuro ir oro mišinį. Labiausiai paplitę keturtakčiai degimo varikliai.

Veikimo principai:

Pirmasis variklio taktas – įsiurbimas. Alkūninis velenas iš pr

radžių pasukamas starteriu ar rankena. Sukantis velenui, stūmoklis iš kraštutinio viršutinio taško slenka žemyn, dujos cilindre praretėja, atsidaro įsiurbimo vožtuvas ir pro jį į cilindrą patenka degusis benzino ir oro mišinys. Kai stūmoklis pasiekia apatinį kraštutinį tašką įsiurbimo vožtuvas užsidaro.

Antrasis taktas – suspaudimas. Toliau sukdamasis alkūninis velenas ima kelti stūmoklį į viršų, ir šis suspaudžia degųjį mišinį. Abu vožtuvai tuo metu yra uždaryti. Kai stūmoklis vėl pasiekia kraštutinį viršutinį tašką, degusis mišinys užsidega (nuo žvakės kibirkšties).

Trečiasis taktas – darbas (degimas). Mišinys sudega staiga (sprogsta), labai padidėja degant susidariusių dujų slėgis. Jos spaudžia stūmoklį ir dėl to jis slenka žemyn – atlieka darbą. Leisdamasis stūmoklis verčia judėti su juo sujungtą švaistiklį, o šis – alkūninį veleną. Toliau velenas sukasi iš inercijos ir kilnoja stūmoklį. Šio takto meetu abu vožtuvai yra uždaryti.

Ketvirtasis taktas – išmetimas. Stūmoklis nusileidžia iki apatinio kraštutinio taško, atsidaro išmetimo vožtuvas ir pro jį deginiai išmetami iš cilindro laukan, o stūmoklis kyla į viršų. Baigiantis šiam taktui išmetimo vožtuvas užsidaro.

Kasmet daugėja įvairių automobilių. Jų išmetamosios dujos sudaro trečdalį visų atmosferos teršalų. Pavojingiausias išmetamųjų dujų komponentas – švinas. Ypač kenksmingos kancerogeninės medžiagos – cheminiai junginiai, tam tikromis sąlygomis skatinantys piktybinių auglių susidarymą organizme. Lietuvoje autotransportas išmeta apie 50% visų į atmosferą patenkančių teršalų.

Deginant kurą, jame esanti siera virsta sieros di
ioksidu. Labai aukštoje temperatūroje azotas N2 jungiasi su deguonimi O2 ir sudaro azoto oksidus. Degant kurui susidaro dar vienas nepageidaujamas junginys- anglies dioksidas, kuris, kaip manoma, yra vienas iš šiltnamio efekto (Žemės klimato šiltėjimo) kaltininkų. Nors anglies dioksidas yra nenuodingas, jį galima priskirti prie atmosferą teršiančių medžiagų. CO2 kiekio padidėjimas atmosferoje gali sutrikdyti šiluminę pusiausvyrą žemėje. Manoma, kad kaupiantis anglies dioksidui daugiau šiluminės energijos liks atmosferoje, todėl keisis Žemės klimatas, prasidės visuotinis atšilimas. Klimato atšilimas gali paspartinti garavimą, tuo pačiu ir debesų susidarymą, padidėjęs debesuotumas gali sumažinti energijos, patenkančios iš Saulės, kiekį ir sukelti klimato atšilimą. Nors dabartinis mūsų supratimas apie pasaulinį atšilimą yra tik spėlionės, kai kurie faktai jas patvirtina.
Jeigu degant kurui susidaro labai aukšta temperatūra, gali pasigaminti ypatingai kenksmingos cheminės medžiagos, tokia yra, pavyzdžiui NO susidarymo reakcija, vykstanti automobilių varikliuose. Išmetamosiose automobilių dujose yra tik NO, bet ir nesudegusio, beveik nevisiškai sudegusio benzino (angliavandenilių). Užterštame miestų ore yra NO, NO2, ozono (tai viena iš deguonies vieninių medžiagų, kurios molekules sudaro trys deguonies atomai), įvairiausių organinių medžiagų, susidarančių iš benzine esančių angliavandenilių. Šioms medžiagoms reaguojant su saulės šviesa, susidaro fotocheminis smogas. Fotocheminiame smoge gali susidaryti ašarojimą sukeliančios. Kai kurie žmonės dėl užterštame ore esančios ozono pradeda dusti. Kad au
utomobilių išmetamosios dujos mažiau terštų orą, juose įrengiami išmetamųjų dujų katalizatoriai. Kai kuriuose automobiliuose yra įrengta abiejų rūšių katalizatorių sistema. Kituose automobiliuose yra tik oksiduojamieji katalizatoriai, todėl jų degimo sistema sureguliuojama taip, kad susidarytų tam tikras kiekis CO ir nesudegusių angliavandenilių.

Per pastaruosius kelis dešimtmečius svarbiausia ekologine problema tapo rūgštūs lietūs, susidarantys iš nuolat į orą patenkančių sieros ir azoto junginių. Patekę į orą sieros ir azoto oksidai, būdami joje keletą parų ir keliaudami šimtus kilometrų nuo emisijos šaltinio, veikiant saulės radiacijai, kitoms ore sančioms cheminėms priemaišoms (oksidatoriams, katalizatoriams) ir drėgmei, virsta sieros ir azoto rūgštimis. Grįžtant šioms rūgštims su atmosferos krituliais į žemės ekosistemas, prasideda jų rūgštėjimas ir destrukcija, kurios intensyvumas priklauso ne tik nuo patenkančio rūgščių kiekio, bet ir nuo ekosistemos buferinio pajėgumo, t.y. nuo joje esančių cheminių medžiagų, galinčių neutralizuoti rūgštis.

Iš automobilių išmetamas anglies dioksidas sukelia ozono sluoksnio retėjimą. Apie stratosferos ozono sluoksnio nykimą, kaip apie vieną iš svarbiausių pastarojo laikotarpio ekologinių problemų, pradėta kalbėti beveik prieš 10 metų. 1985 metais buvo konstatuotas ozono sluoksnio nykimas virš Antarkties. Gana ilgą laiką buvo manoma, kad ozono sluoksnio plonėjimas būdingas tik Antarkties regionui, tačiau 1991 metais vadinamosios ozono “skylės” buvo pastebėtos ir Šiaurės pusrutulyje, virš Vakarų Europos ir Norvegijos Šiaurėje. 1992 m. sausio mėnesį nustatyta, kad oz
zono sluoksnis virš Lenkijos sumažėjo 40%. Panašūs duomenys užfiksuoti virš Archangelsko ir Rygos.

Ozono sluoksnio storio svyravimai lemia ir kai kurių kitų globalinių procesų pobūdį. Planktono nykimas gali paspartinti klimato šiltėjimą, nes planktonas, asimiliuodamas į atmosferą patenkantį anglies dioksidą, mažina “šiltnamio” efektą. Be to, šie jūrų organizmai išskiria daug dimetilsulfido, sudarančio debesų lašelių formavimosi centrus. Taigi planktono nykimas gali atsiliepti kritulių pasiskirstymui bei šiluminiam atmosferos balansui. Antra vertus, ozonas reguliuoja temperatūrinį stratosferos režimą. Ozono sluoksnis stratosferoje sugeria 10 kartų daugiau energijos nei išspinduliuoja. Todėl 40-45 km aukštyje temperatūra siekia 35 laipsnius šilumos. Ozono kiekiui čia sumažėjus 50%, temperatūra sumažėtų 20 laipsnių Celsijaus, 18-40 km aukščiuose – 6-8laipsniais Celsijaus, o 7-18 km -2-3 laipsniais Celsijaus. Akivaizdu, kad tokie pokyčiai gali negrįžtamai pakeisti stambaus masto atmosferos cirkuliacinius procesus bei planetos klimatines ir ekologines sąlygas.

Išvada:
Kad automobiliai mažiau terštų reikia tobulinti vidaus degimo variklių konstrukciją.

Leave a Comment