Pomiar gęstości paliw - Hubert Kuszewski

Pomiar gęstości paliw - Hubert Kuszewski

ZAK AD POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH
I SILNIKÓW SPALINOWYCH
ZPSiSS
WYDZIA BUDOWY MASZYN I LOTNICTWA
POLITECHNIKA RZESZOWSKA im. IGNACEGO UKASIEWICZA
Al. Powsta!ców Warszawy 8, 35-959 Rzeszów, Tel: 854-31-12, Fax: 854-31-12; Tlx: 0632224 prz pl
LABORATORIUM MATERIA ÓW
EKSPLOATACYJNYCH
INSTRUKCJA LABORATORYJNA
Temat wiczenia:
OZNACZANIE G$STO%CI PALIW CIEK YCH
Oznaczanie g:sto;ci paliw ciek=ych
1. WST$P
Operacje magazynowania, transportu i dystrybucji paliw p=ynnych, olejów
i innych cieczy eksploatacyjnych, wymagajE rozlicze! materia=owych
wykonywanych w jednostkach masy (kg, tony, itp.) lub obj:to;ci (litry, m3 itp.).
Obrót paliwami p=ynnymi i rozpuszczalnikami cz:sto jest dokonywany
w jednostkach masy, podczas gdy pomiar ilo;ci produktu do celów formalnych
i finansowych wykonywany w jednostkach obj:to;ci. Przy masowym obrocie
produktami, brak umiej:tno;ci wzajemnego przeliczania jednostek masy
i obj:to;ci moIe byJ Kród=em powaInych strat lub nieuzasadnionych zysków.
W skrajnych przypadkach b=Ed pomiaru moIe dochodziJ do 1,5% warto;ci
rzeczywistej. W przypadku olejów i innych cieczy roboczych najcz:;ciej
stosowanymi w obrocie jednostkami sE litry, podczas gdy pomiar jest
najcz:;ciej wykonywany w kilogramach. Wielko;ciE pozwalajEcE na wzajemne
przeliczanie masy i obj:to;ci jest g:sto;J.
G:sto;J jest takIe wielko;ciE charakteryzujEcE jako;J niektórych cieczy
eksploatacyjnych i pozwalajEcE na odróInienie poszczególnych gatunków tych
cieczy, a niekiedy nawet ustalenie, z jakiego zak=adu produkcyjnego pochodzE.
2. POJ$CIE G$STO%CI
G:sto;J jest jednE z podstawowych cech materii, jest ona definiowana
nast:pujEco:
G sto (masa w a ciwa) – jest to masa jednostki obj to ci cia a, lub
stosunek masy cia a do jego obj to ci.
Z definicji tej wynika, Ie g:sto;J – *, moIe byJ wyraIona jako stosunek
masy cia=a – m, do jego obj:to;ci – V, mierzonych w tej samej temperaturze, co
wyraIa wzór (1).
=
m
V
(1)
ObowiEzujEcE jednostkE g:sto;ci, w uk=adzie SI, jest kilogram na metr
sze;cienny [kg/m3], a takIe tona na metr sze;cienny [t/m3]. W praktyce takIe
jeszcze jest stosowana jednostka CGS [g/cm3] lub [g/ml], a takIe [kg/dm3] lub
[kg/l].
W Polsce obowiEzujEcE jednostkE g:sto;ci jest [kg/m3], a dopuszczalnymi
tona na metr sze;cienny [t/m3] oraz kilogram na litr [kg/l] .
Aktualnie podstawowE temperaturE, dla której podaje si: g:sto;J
produktów naftowych jest 15°C.
G:sto;J cia=a jest zaleIna od ci;nienia i temperatury. Wraz ze wzrostem
ci;nienia g:sto;J cia= wzrasta. ZaleIno;J ta jest szczególnie istotna w przypadku
gazów. W przypadku olejów, paliw p=ynnych i innych cieczy eksploatacyjnych
Laboratorium Materia=ów Eksploatacyjnych
ZAK ADU POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH I SILNIKÓW SPALINOWYCH
-2-
Oznaczanie g:sto;ci paliw ciek=ych
moIe byJ pomini:ta, natomiast moIe mieJ istotne znaczenie w przypadku
cieczy hydraulicznych. Ze wzrostem temperatury przebieg zmian g:sto;ci dla
cieczy i cia= sta=ych staje si: zaleIny od ich budowy chemicznej
i krystalograficznej.
ZaleIno;J g:sto;ci od temperatury dla przetworów naftowych o róInej
g:sto;ci przedstawiono na rys. 1.
Rys. 1. ZaleIno;J g:sto;ci niektórych zwiEzków chemicznych i produktów naftowych od
temperatury: 1 – glikol etylenowy, 2 – woda, 3 – eter monoetylowy glikolu
etylenowego, 4 – benzen, 5 – metanol, 6 – etanol, 7 – cykloheksan, 8 – izooktan
(2,2,4 - trimetylopentan), 9 – n-heksan, 10 – n-pentan, 11 – n-butan, 12 – n-propan
Wzajemne przeliczanie masy na obj:to;J oraz g:sto;ci w róInych
temperaturach, dla celów formalnych i finansowych powinno byJ wykonywane
metodami znormalizowanymi, zgodnie z PN-ISO 91-11 oraz PN-ISO 91-22 wg
specjalnych tabel ASTM D 12503. IstniejE równieI odpowiednie komputerowe
programy przeliczeniowe.
3. POMIAR G$STO%CI
Pomiar g:sto;ci moIe byJ wykonywany wieloma przyrzEdami.
Najprostszym sposobem jest pomiar przy uIyciu areometru, z jednoczesnym
pomiarem temperatury lub cz:;ciej odmianE areometru z wbudowanym
termometrem tzw. termoareometrem. Budow: areometru i termoareometru
1
PN-ISO 91-1: 1999 Tablice przeliczeniowe dla przetworów naftowych – Tablice oparte na temperaturach odniesienia 15°C i 60°F.
PN-ISO 91-2: 1999 Tablice przeliczeniowe dla przetworów naftowych – Tablice oparte na temperaturze odniesienia 20°C.
3
ASTM D 1250- Petroleum Measurement Tables.
2
Laboratorium Materia=ów Eksploatacyjnych
ZAK ADU POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH I SILNIKÓW SPALINOWYCH
-3-
Oznaczanie g:sto;ci paliw ciek=ych
przedstawia rys. 2. Najcz:;ciej sE stosowane termoareometry o najmniejszej
podzia=ce 0,0005 lub 0,001 g/ml.
Zasada pomiaru g:sto;ci areometrem polega na wlaniu badanej cieczy do
szklanego cylindra, w=oIeniu do cieczy areometru i odczytaniu, do jakiego
poziomu zanurzy si: jego nóIka. G:sto;J p=ynu eksploatacyjnego odczytuje si:
na skali termoareometru; dla produktów jasnych (np. paliwa p=ynne) na
poziomie cieczy (rys. 3A), dla produktów ciemnych (np. oleje) na wysoko;ci, do
której ciecz zwilIa nóIk: areometru (rys. 3B).
Rys. 2. Termoareometr (A) i areometr (B) 1 – skala g:sto;ci, 2 – skala temperatury,
3 – obciEInik, 4 – zbiornik rt:ci termometru
Rys. 3. Sposób odczytu g:sto;ci produktów przy uIyciu areometru A – dla produktów
jasnych, B – dla produktów ciemnych
Laboratorium Materia=ów Eksploatacyjnych
ZAK ADU POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH I SILNIKÓW SPALINOWYCH
-4-
Oznaczanie g:sto;ci paliw ciek=ych
Jak wynika z wzoru (1), g:sto;J produktu (*) moIna obliczyJ gdy znamy
jego mas: (m) i obj:to;J (V). UmieszczajEc produkt w naczyniu o znanej
obj:to;ci moIna wyznaczyJ jego mas:, waIEc naczynie z produktem,
a nast:pnie odejmujEc mas: naczynia.
Wi:kszo;J wymaga! na przetwory naftowe, przy pomiarze g:sto;ci
wymienia norm: EN-ISO 3675 (PN-EN ISO 3675) lub EN-ISO 12185 (PN-EN
ISO 12185). Wed=ug tych norm jako standardowe temperatury odniesienia
przyjmuje si: 15°C lub 20°C, natomiast pomiary sE dokonywane w dowolnej
temperaturze. W zaleIno;ci od tego, w jakiej temperaturze by= kalibrowany
areometr, odczyty jego moIna przeliczyJ odpowiednio na g:sto;J w 15°C lub
20°C. W tym celu norma PN-ISO 3675 wymaga stosowania tabel
przeliczeniowych, ISO 91-1 (PN-ISO 91-1) dla temperatury 15°C i ISO 91-2
(PN-ISO 91-2) dla temperatury 20°C.
Normy ISO 91-1 i 91-2 powo=ujE tabele zawarte w ASTM D 1250. Tabele
te zosta=y opracowane przez API, ASTM oraz IP (dalej tabele API-ASTM-IP).
PozwalajE one na przeliczenia g:sto;ci, obj:to;ci i masy ropy naftowej oraz
przetworów naftowych, z róInych temperatur na temperatury standardowe.
Tabele te powinny byJ stosowane do legalizowanych pomiarów paliw, ropy
naftowej oraz innych produktów naftowych. Dok=adne oznaczenie g:sto;ci lub
g:sto;ci wzgl:dnej ropy naftowej i jej przetworów jest konieczne do przelicze!
obj:to;ci zmierzonej, na obj:to;J w temperaturze 15°C lub 20°C, a takIe do
przeliczania obj:to;ci na mas: i odwrotnie.
4. WIELKO%CI MIERZONE I WYZNACZANE
S [g/cm3],
S m [g],
S V [cm3],
S T[°C].
Tabela pomiarowa dla g8sto:ci oleju nap8dowego
Lp.
Masa ON
m [g]
1.
…
2.
…
Obj to ' ON
V[cm3]
Temperatura ON
T[° C]
G sto ' ON
[g/cm3]
.
.
Laboratorium Materia=ów Eksploatacyjnych
ZAK ADU POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH I SILNIKÓW SPALINOWYCH
-5-
Oznaczanie g:sto;ci paliw ciek=ych
5. PRZEBIEG >WICZENIA
1) PomierzyJ g:sto;J oleju nap:dowego i benzyny ekstrakcyjnej przy
pomocy areometru:
• wlaJ badanE ciecz do szklanego cylindra,
• w=oIyJ do cieczy areometr,
• odczytaJ do jakiego poziomu zanurzy si: jego nóIka.
2) DokonaJ pomiaru g:sto;ci oleju nap:dowego w funkcji temperatury.
• zwaIyJ naczynie o znanej obj:to;ci w celu wytarowania wagi,
• wlaJ badany olej nap:dowy do naczynia i zmierzyJ jego
temperatur: i zapisaJ w tabeli,
• waIEc ca=o;J na wytarowanej wadze otrzymamy samE mas: oleju
nap:dowego,
• naczynie z olejem nap:dowym umieszczamy na grza=ce,
podgrzewamy o zadanE warto;J UT ,
• po osiEgni:ciu IEdanej temperatury usuwamy nadmiar cieczy
w celu uzyskania sta=ej obj:to;ci, a nast:pnie waIymy i mierzymy
temperatur: cieczy,
• w/w czynno;ci wykonujemy kilka razy, a wyniki zapisujemy
w tabeli.
6. SPRAWOZDANIE
Sprawozdanie powinno zawieraJ:
• wst:p teoretyczny,
• krótki opis pomiarów,
• schemat stanowiska pomiarowego,
• wyniki pomiarów g:sto;ci oleju nap:dowego i benzyny
ekstrakcyjnej mierzonej przy pomocy areometru,
• tabel: pomiarowE dla g:sto;ci oleju nap:dowego,
• wykres g:sto;ci oleju nap:dowego w funkcji temperatury.
• Wnioski.
LITERATURA
[1] Golec K., St:pie! Z.: Paliwa i oleje silnikowe. Wydawnictwo Politechniki
Krakowskiej, Kraków 1993.
[2] Podnia=o A.: Paliwa, oleje i smary w ekologicznej eksploatacji. Poradnik,
WNT, Warszawa 2002.
Opracowa=: dr inI. Hubert KUSZEWSKI, dr inI. Pawe= WOJEWODA
Rzeszów 2009. Instrukcja zaktualizowana 15.12.2011
Laboratorium Materia=ów Eksploatacyjnych
ZAK ADU POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH I SILNIKÓW SPALINOWYCH
-6-