III. 1.1.6.1 Tổn thất áp suất
VIII.3 Phương pháp phân tích thành phần khí thải
VIII.3.1 Khái niệm:
Đối với các nghành kĩ thuật động cơ đốt trong việc phân tích khí là vô cùng quan trọng vì nó giúp cho các kỹ sư có thể tính toán nhiệt trị, tính toán lượng hơi oxy hay không khí cho quá trình cháy, tính toán cân bằng nhiệt...
Phân tích khí ở đây không phải là phân tích theo quan điểm hóa học mà là xác định thành phần riêng biệt của một hỗn hợp có nhiều chất khí mang đơn thuần tính lí học không xét đến năng lượng kết hợp của các chất hóa học.
VIII.3.2 Các phương pháp lấy khí để phân tích:
Lượng khí cần thiết cho quá trình phân tích khí là rất nhỏ, thường được lấy từ một khối lượng khí rất lớn cần phân tích.Lượng khí này thực sự đặc trưng cho khí thí nghiệm.
Phương pháp lấy khí phân tích phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố chủ yếu là:
- Khí lấy từ ống dẫn khí phải lưu ý đến hình dạng và kích thước của ống cũng như tốc độ dòng chảy.
- Áp suất và nhiệt độ của ống dẫn hoặc bình chứa khí.
- Thành phần của khí thí nghiệm.
- Chất bẩn chứa trong khí thí nghiệm.
Có 2 phương pháp lấy khí:
a. Lấy khí một phần
Hình 8.10: Sơ đồ kết cấu của thiết bị lấy khí xả một phần ở mỗi xi lanh động cơ 4 kỳ.
1-ống lấy khí; 2 và 3- ecu giữ; 4- mặt bích; 5- nắp xi lanh; 6- nuoc làm mát vào ra; 7- bình trao đổi nhiệt; 8- ống dẫn khí; 9- ống mềm; 10- van; 11 và 14- van bình lấy khí; 12- bình lấy khí; 13- chất lỏng nén; 15- bình bơm.
Ống lấy khí được làm loe ra ở một đầu như như hình vẽ để có khả năng thu được nhiều khí hơn mà tiết diện ống vẫn nhỏ, được làm từ thép chịu nhiệt. Người ta lắp ống vào mặt bích sau đó lắp mặt bích vào nắp xilanh giữa ống xả và nắp. Ống được lắp đúng tâm(nơi có tốc độ dòng chảy lớn nhất) và đưa sâu vào đến gần xupap xả, như vậy đảm bảo khí xả được lấy không bị lẫn lộn với khí xả ở các xilanh bên cạnh. Ống lấy khí vào phải có đệm làm kín để đảm bảo khí xả không bị rò rỉ ra môi trường xung quanh.Khí xả rất nóng nên trước khi dẫn khí xả vào bình lấy khí phải được làm mát tốt sao cho nhiệt độ ra của khí xả bằng nhiệt độ môi trường. Bình lấy khí phải đảm bảo không chứa một chất khí nào khác nên trước khi lấy khí người ta phải đẩy hết không khí ra khỏi bình bằng cách dùng chất lỏng(thường là dung dịch muối ăn vì không gây tác dụng hóa học tới khí xả) để đẩy không khí. Ở ống mềm nối với bình lấy khí phải có van để giữ cho khí xả không xả vào phòng thí nghiệm.Trước mỗi lần lấy khí phải mở van để đảm bảo khí xả cũ tích tụ lại trong ống được thải sạch.Các van ở bình lấy khí để giữ nó luôn ngăn cách với
môi trường xung quanh và thực hiện quá trình điền đầy chất lỏng nén cũng như hút không khí xả.
Khí thử được lấy có thể dùng kiểm tra quá trình cháy trong xilanh động cơ hay tình toán hệ số dư lượng không khí của từng xilanh.
Chú ý: Trong quá trình lấy khí phải đảm bảo động cơ làm việc ổn định.
b. Phương pháp lấy khí toàn phần
Để kiểm tra chất lượng khí xả ô tô gây tác hại đến môi trường sống đặc biệt với các thành phố lớn người ta không chỉ kiểm tra ở một chế độ làm việc ổn định được vì ô tô hoạt động ở nhiều chế độ khác nhau khi hoạt động trong thành phố.Chính vì vậy người ta phải tìm ra đặc trưng cho các chế độ làm việc của động cơ khi ô tô làm việc trong các thành phố. Qua nhiều khảo sát ở nhiều nước khác nhau người ta đưa ra nhiều đặc trưng cho các thành phố khác nhau(số dân, mật độ xe, điều kiện đường xá…).
c. Thiết bị lấy mẫu theo thể tích không đổi (CSV)
Các giá trị kiểm soát khí xả cho ôtô như CO, HC, NOX… được biểu thị bằng g/km hay g/dặm. Để đạt được các giá trị này, thể tích khí xả được đo (một phương pháp tiêu biểu được sử dụng là phương pháp CSV).
Cấu tạo và hoạt động ( hình 8.11)
CSV là một loại thiết bị được dùng để đo lượng CO, HC, NOX trong khí xả ôtô. Thiết bị này hoạt động như sau: tất cả các khí xả từ ống xả được pha loãng với không khí hút vào trong buồng trộn bởi một quạt Roost. Lượng khí xả đã hòa trộn với không khí hút vào được đo bằng máy đo. Sau đó phần lớn hỗn hợp khí xả không khí được xả ra khỏi bộ lấy mẫu. Tuy nhiên một phần nhỏ của hỗn hợp này được chứa trong túi 1 bằng với tỷ trọng khí và bằng với thể tích khí đã xả ra bởi quạt (đo bởi máy đo):
W = C x D x V Trong đó W: khối lượng không khí
C: nồng độ khí D: tỷ trọng khí
V: thể tích khí xả ra bởi quạt.
Kết quả sau đó còn phải được điều chỉnh để tính đến nhiệt độ và áp suất xung quanh.
Lượng CO, HC, NOX trong môi trường xung quanh được hút vào túi 2 trước khi chúng được trộn với khí xả (túi 2 đóng vai trò kiểm tra khí trong túi 1, lượng CO, HC, NOX
trong túi 2 trừ đi lượng CO, HC, NOX trong túi 1).
Hình 8.11: Thiết bị lấy mẫu theo thể tích không đổi (CSV).
VIII.3.3 Phương pháp phân tích khí
Trong quá trình phân tích khí phải chú ý đến đặc điểm của phương pháp đo.
- Trang thái của khí phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ.
- Khí phân tích có thể chứa rất nhiều tạp chất như khói, bụi, chất kết tủa và chất gây ăn mòn…
- Khó tách biệt giữa khí chưa đo và khí đã đo rồi, dễ gây nhằm lẫn ảnh hưởng đến kết quả cuối cùng.
- Kết quả đo phụ thuộc vào nhiệt độ.
Trong quá trình phát triển đã hình thành và tồn tại rất nhiều phương pháp và thiết bị phân tích khác nhau.Ở đây ta chỉ trình bày một số phương pháp và thiết bị phân tích khí điển hình nhất hiện nay đang được áp dụng rộng rãi.
Các phương pháp và thiết bị được phân chia làm 3 nhóm chính như sơ đồ sau:
Quá trình phân tích khí bằng phương pháp hóa học được thực hiện bằng tay hiện nay cũng đóng vai trò rất quan trọng.
Quá trình phân tích khí bằng phương pháp lí học hay lí hóa ngày càng phát triển và được sử dụng nhiều ở các nhà máy vì nó tiến hành phân tích nhanh chóng hơn. Nó dựa vào tính chất lí học đặc biệt của thành phần khí muốn đo so với các chất khí có trong hỗn hợp.
PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHÍ
Phương pháp hóa học:
Phương pháp hấp thụ.
Phương pháp cháy và hấp thụ.
Phương pháp vật lý:
Dẫn nhiệt Phát nhiệt Từ trường Quang phổ Phóng xạ
Phương pháp hóa lý:
Điện phân Hấp thụ nhiệt Chỉ thị màu Điện hóa
VIII.3.3.1 Phương pháp lí học
Phương pháp này dựa vào tính chất lí học có rất nhiều ưu điểm. Nó cho phép thực hiện phép đo một cách liên tục và nhanh chóng, có độ chính xác cao. Kết quả đo có thể ghi lại được hoặc báo bằng các tín hiệu. Có nhiều tính chất của các chất khí được lợi dụng để phân tích khí. Ví dụ: dẫn nhiệt, hấp thụ ánh sáng,…ở đây chỉ xét một vài loại thiết bị điển hình.
1. Phân tích khí theo phương pháp hấp thụ ánh sáng:
Nguyên lí của phương pháp này dựa vào định luật là: các chất khí không phải là một thành phần tức là các chất khí mà các phần tử của nó bao gồm các thành phần riêng biệt (các hợp chất) thì hấp thụ ánh sáng tia hồng ngoại trong một phạm vi nhất định. Phạm vi này bao gồm nhiều bước song nhất định có một khoảng độ dài nhất định nên gọi là một dải. Hình 8.12 giới thiệu dải sóng ánh sáng cực đỏ bị một số chất hấp thụ.
CH4 C2H5
Hình 8.12: Dải hấp thụ của một số khí trong phạm vi bước sóng từ 2 đến 6 m Dựa vào tính chất này người ta chế tạo ra nhiều thiết bị hấp thụ khác nhau.