Goriva i Maziva-slajdovi (Goriva Do 410)-1

Naziv predmeta: GORIVA I MAZIVA Broj ECTS kredita: 4

Fond časova: 2 časa predavanja i 2 časa vježbi sedmično. Predmetni nastavnik: Doc. dr Stojan Simić

Oblici provjere znanja i ocjenjivanje: redovno pohađanje nastave redovno pohađanje vježbi urađen i uspješno odbranjen seminarski rad urađena dva kolokvijuma; svaki nosi po 10 bodova završni ispit Ispit je položen kada se osvoji minimalno 50 bodova.

5 bodova 5 bodova 20 bodova 20 bodova 50 bodova

Završni ispit: ☻pismeni dio - pet teoretskih pitanja (predavanja i vježbe)

☻usmeni dio - razgovor studenta sa nastavnikom

↓ Ispit položen

LITERATURA 1. Milan Radovanović: Beogradu, 1994.

Goriva,

Mašinski

fakultet,

Univerzitet

u

2. Aleksandar Rac: Maziva i podmazivanje mašina, Mašinski fakultet, Univerzitet u Beogradu, 2007. 3. Mile Stojilković: Primena maziva, Jugoslovenska asocijacija za naftu i gas-YUNG, Beograd, 2001.

POJAM, ZNAČAJ, KARAKTERISTIKE I VRSTE GORIVA

Pojam goriva Goriva predstavljaju takve supstancije koje sagorijevanjem-procesom burnog sjedinjavanja sa kiseonikom, pored materijalnih produkata procesa (produkata sagorijevanja), oslobađaju određenu količinu toplote. Za razliku od drugih supstancija, koje određenim procesom mogu dati neku količinu toplote, gorivima u užem smislu smatraju se samo one supstancije koje se sagorijevaju u cilju proizvodnje toplote (prema Mendeljejevu).

Goriva danas predstavljaju osnovni izvor za dobijanje toplotne energije i ušla su u sve pore našeg života. Goriva se koriste počev od domaćinstava preko termoenergetskih i termotehničkih postrojenja svih vrsta (kotlovi, industrijske i metalurške peći), klipnih motora sa unutrašnjim sagorijevanjem, do mlaznih i raketnih motora. Definicija koja je data, na današnjem stepenu razvoja, dopunjena je nizom zahtjeva, koje gorivo mora da ispuni.

Da bi jedna goriva supstancija mogla da se koristi kao industrijsko gorivo potrebno je: - da procesom sagorijevanja proizvodi znatnu količinu toplote u kratkom vremenskom periodu; - da se u prirodi nalazi u dovoljnim količinama; - da je eksploatacija relativno laka i ekonomična, ako se radi o prirodnim gorivima, odnosno, da je proizvodni postupak tehnički ostvarljiv i rentabilan, ako je riječ o proizvodnim gorivima;

- da u sebi ne sadrži neprihvatljivo veliku količinu negorivih supstancija-balasta; - da bitno ne mijenja svoj sastav i osobine pri skladištenju, transportu i rukovanju; - da je bezbijedna s obzirom na pojavu požara i eksplozije u uslovima skladištenja, transporta i rukovanja; - da je cijena proizvedene količine toplote ekonomična i prihvatljiva; - da su nastali produkti sagorijevanja bezopasni po čovjekovu životnu i radnu sredinu.

Idealno gorivo, koje bi zadovoljilo sve ove zahtjeve, nažalost, ne postoji: najbolje je ono gorivo koje u specifičnim uslovima primjene daje najbolje rezultate ispunjavajući više ili manje sve navedene uslove.

Vrste goriva Današnji veliki broj vrsta goriva javlja se kao poslijedica činjenice da se prirodna goriva, kakva se dobijaju neposredno po vađenju iz zemlje, prerađuju složenim procesima u cilju dobijanja kvalitetnijih goriva, pogodnijih i efikasnijih za specifične uslove korišćenja. Kao primjer može se navesti nafta. Ona je prvobitno prerađivana i korišćena samo za dobijanje petroleja za osvjetljenje.

Benzin i mazut, dobijeni prilikom prerade, nisu imali primjenu i smatrani su krajnje nepotrebnim i opasnim balastom proizvodnje. Sa konstruisanjem gorionika, mazut je postao cijenjeno i traženo gorivo za industrijske peći i kotlove. Sa pojavom i razvojem klipnih motora, motornih vozila i vazduhoplovstva, počeo je da se koristi i benzin. Petrolej se koristi danas za pogon mlaznih motora.

Iz nafte se dobija niz dragocjenih goriva: gorivi gasovi, gorivo za oto motore (benzin), gorivo za mlazne motore (petrolej), goriva za dizel motore, goriva za raketne motore (specijalne frakcije) i goriva za industrijske peći i kotlove. Obzirom na rastuću nestašicu energetskih izvora, broj danas korišćenih goriva je veći jer doskora zanemarivana goriva mogu biti iskorišćena, naravno uz veću cijenu dobijanja.

Opšta podjela goriva vrši se najčešće prema njihovom agregatnom stanju i prema načinu dobijanja. Prema agregatnom stanju goriva se dijele na: - čvrsta; - tečna;

- gasovita.

Prema načinu dobijanja goriva se dijele na: - prirodna; - prerađena. Pod prirodnim gorivima podrazumijevaju se goriva koja se nalaze u prirodi i koja se mogu koristiti već nakon odstranjivanja grubih primjesa.

Prerađena goriva dobijaju se ili preradom prirodnih ili procesom u kome učestvuju i prirodna i vještačka goriva.

Prirodna čvrsta goriva su: - drvo, - treset, - ugljevi (lignit, mrki, kameni, antracit), - gorivi škriljci,

- uljani pijesak, i dr.

Prerađena čvrsta goriva su: - drveni ugalj, - briketi, - polukoks, - koks, i dr.

Prirodno tečno gorivo je nafta. Prerađena tečna goriva su: - benzini, - petrolej, - dizel-motorno gorivo,

- mazut, - alkoholi, - ter, i dr.

Prirodno gasovito gorivo je prirodni zemni gas. Prerađena gasovita goriva su: - rafinerijski gas, - destilacioni gas, - generatorski gas,

- biogas, i dr.

Kod prerađenih goriva bliža podjela obuhvatila bi primarna i sekundarna prerađena goriva dobijena primarnim, odnosno sekundarnim procesima prerade. Tako bi benzin, dobijen osnovnim procesom prerade nafte, kojim se vrši samo fizičko razdvajanje nafte na niz produkata, bio produkt primarne prerade, a benzin dobijen postupkom krekovanja (razlaganjem težih naftnih derivata na lakše) bi bio produkt sekundarne prerade.

Benzin dobijen iz uglja, postupkom sinteze, bio bi, analogno prethodnom, sintetički benzin.

Tečni gasovi (butan) bi bili produkti primarne prerade, dok bi sintezni gas, nastao djelovanjem vodene pare i užarenog koksa (sastavljen od ugljen-monoksida i vodonika) bio sintetički gas. Pored ove opšte podjele, goriva se mogu razvrstati: - prema postojanosti na toplotu (toplopostojana i toplonepostojana), - prema karakteru korišćenja (energetska i tehnološka goriva),

- prema zapaljivosti (samozapaljiva i nesamozapaljiva), - prema primjeni.

Podjela goriva prema primjeni je svakako najznačajnija. Čak i u području relativno uske primjene razlikuje se po nekoliko vrsta goriva.

Na primjer, ulja za loženje koja se koriste u pećima i kotlovima se dijele na: ekstra lako (EL), lako (L), srednje (S), teško (T), lako specijalno (LS), teško metalurško (TM), i dr. Međutim i ovako izvršena podjela ima relativan značaj jer se neka od ovih goriva mogu koristiti za pogon dizel motora.

Sastav goriva U cilju upoznavanja i ocjene mogućnosti primjene jednog goriva potrebno je ispitati i detaljno upoznati njegov sastav i osobine, kao i količinu toplote koja se njegovim sagorijevanjem oslobodi. Istovremeno, na osnovu poznatog sastava i ostalih karakteristika goriva vrši se provjera i kontrola postrojenja ili uređaja u kome se gorivo koristi.

Ispitivanja goriva vrše se radi istraživanja njegovog elementarnog sastava i određivanja bitnih svojstava za njegovo racionalno korišćenja u odgovarajućem postrojenju. Sastav goriva određuje se tzv. elementarnom analizom, a osobine, važne za primjenu-tehničkom analizom. Sastav čvrstih i tečnih goriva izražava se u masenim, a gasovitih u zapreminskim procentima.

U opštem slučaju goriva se sastoje iz gorivog dijela i balasta-nesagorivog dijela.

Elementarni sastav goriva Elementarni sastav jednog goriva ne omogućava da se o njemu donese konačan zaključak bez ostalih karakteristika-podataka tehničke analize.

Na osnovu poznatog elementarnog sastava može se proračunati niz parametara: - potrebna količina vazduha za potpuno sagorijevanje;

- toplotna moć goriva; - količina i sastav produkata sagorijevanja; - temperatura sagorijevanja.

U sastav bilo kog goriva, u opštem slučaju, ulaze: - tri goriva elementa (ugljenik, vodonik i sumpor);

- primjese (kiseonik i azot); - balast (mineralne primjese i voda). Mineralne primjese i voda nisu elementi, ali se uslovno uzimaju u elementarnoj analizi i čine tzv. spoljni balast.

Ovakav elementarni sastav je opšti i važi za sva goriva. Zavisno od vrste goriva on se mijenja: u gasovitim gorivima ne postoje mineralne primjese, a i u većini tečnih goriva mineralnih primjesa praktično nema, dok ih kod čvrstih goriva uvijek ima.

Osnovne osobine sastojaka goriva ♦ Ugljenik

Ugljenik predstavlja najvažniju komponentu goriva s jedne strane što ga u gorivu ima najviše, a s druge strane što njegovim sagorijevanjem nastaje i najveći dio toplote koju gorivo oslobađa. Ugljenik se u gorivima nalazi i u slobodnom stanju i vezan.

Ugljenik se nalazi u sastavu složenih organskih jedinjenja vezanih sa vodonikom, kiseonikom, azotom i sumporom. Sagorijevanjem 1 kg ugljenika oslobađa se količina toplote od oko 34 MJ. Maksimalna temperatura sagorijevanja ugljenika iz goriva računata bez toplotnih gubitaka iznosi 2240oC.

♦ Vodonik Vodonik predstavlja drugu po važnosti gorivu komponentu. Kao i ugljenik, potiče iz prasupstancije, iz koje je gorivo nastalo. Vodonik se u gorivima javlja vezan kod čvrstih, tečnih i gasovitih, i čist, u mješavini sa drugim gorivim komponentama, u gasovitim gorivima.

Pri sagorijevanju 1 kg vodonika razvija se čak 142 MJ ili 4,2 puta više toplote nego pri sagorijevanju iste količine ugljenika. Zato količina toplote, koja se oslobađa potpunim sagorijevanjem jedinice mase goriva raste sa povećanjem sadržaja vodonika u njemu. Maksimalna temperatura sagorijevanja vodonika, računata bez toplotnih gubitaka, iznosi 2235oC.

♦ Kiseonik Kiseonik nije gorivi element, ali pomaže i omogućava sagorijevanje. U gorivima se javlja vezan sa drugim elementima, sem gasovitim, gdje se u manjim količinama nalazi u slobodnom stanju. Količina kiseonika u gorivu smanjuje potrebnu količinu kiseonika iz vazduha neophodnu za njegovo sagorijevanje.

Ulazi u tzv. unutrašnji balast, jer zauzima mjesto gorivim elementima i u oksidovanom stanju sa ugljenikom i vodonikom smanjuje količinu toplote koja se oslobađa sagorijevanjem. Visok sadržaj kiseonika nalazi se u drvetu, tresetu i mladim mrkim ugljevima, dok je znatno manji kod starijih ugljeva. Kod tečnih goriva ga praktično nema.

♦ Azot Azot se u gorivima javlja u sastavu složenih organskih jedinjenja.

U čvrstim i tečnim gorivima ga ima veoma malo (od 0 do 2%), dok ga kod gasovitih goriva može biti daleko više. U procesu sagorijevanja goriva azot se najvećim dijelom ponaša kao inertan. Zajedno sa kiseonikom čini takozvani unutrašnji balast.

♦ Sumpor Sumpor se u gorivima javlja u vidu gorivog i negorivog sumpora. Negorivi sumpor (u obliku sulfata gvožđa, kalcijuma i dr.) tokom sagorijevanja prelazi u pepeo i ne utiče na svojstva goriva. Gorivi sumpor se javlja kao organski (u okviru složenih organskih jedinjenja, merkaptana) i piritni (sjedinjen sa gvožđem). I pored toga što sagorijevanjem sumpora nastaje određena količina toplote (9,295 MJ/kg) prisustvo sumpora u gorivu je KRAJNJE NEPOŽELJNO.

I u elementarnom stanju i u obliku jedinjenja, sumpor djeluje korodivno, produkti njegovog sagorijevanja su štetni po životnu sredinu. Pri sagorijevanju sumpora sa viškom vazduha (većom količinom vazduha od stvarno potrebne za potpuno sagorijevanje) dolazi do nastajanja sumpor-dioksida (SO2) i sumpor-trioksida (SO3) koji u prisustvu vode obrazuju sumporastu i sumpornu kiselinu (uzrok nastajanja kiselih kiša). Količina sumpora u čvrstim gorivima može biti i preko 8%, dok je njegov sadržaj kod tečnih do 5%. U gasovitim gorivima sumpor se javlja u obliku sumpor-vodonika (H2S) i sumpor-dioksida (SO2).

♦ Mineralne primjese i pepeo Sve vrste goriva, osim gasovitih i najlakših frakcija prerade nafte, sadrže u sebi mineralne primjese. One su štetne iz više razloga: - smanjuju udio gorivih supstancija u gorivu, pa na taj način i količinu toplote koja se dobija sagorijevanjem; - otežavaju sagorijevanje i izazivaju gubitak goriva, pa time i toplote; - povećavaju troškove održavanja postrojenja i smanjuju njegov vijek trajanja; - povećavaju troškove transporata goriva.

Sadržaj mineralnih supstancija u gorivima se mijenja u širokim granicama: od nekoliko procenata kod težih tečnih goriva, do nekoliko desetina procenata kod čvrstih goriva (drvo od 1 do 2%, ugljevi oko 30%, gorivi škriljci do 90%).

Ispitivanjima je utvrđeno da se od 95 do 98% svih mineralnih supstancija kod čvrstih goriva sastoji iz: - silikata, u osnovi iz aluminosilikata (gline i škriljci);

- sulfida, od kojih preovlađuje sulfid gvožđa-pirit (FeS2); - karbonata kalcijuma, magnezijuma i donekle gvožđa.

♦ Vlaga Zajedno sa mineralnim supstancijama vlaga čini tzv. spoljni balast ili balast uopšte, i kao takva je nepoželjna. Ona umanjuje toplotnu moć goriva, jer se na njeno isparavanje troši dio toplote nastao sagorijevanjem gorivih komponenati goriva. Snižava temperaturu produkata sagorijevanja, a povećava troškove transporta.

Ona može biti i poželjna: pri briketiranju omogućava, u određenoj mjeri lakše sljepljivanje komadića uglja. Potiče iz prasupstancije, ali je najvećim dijelom unešena u gorivo kvašenjem.

Vlaga se javlja uglavnom u čvrstim gorivima (do 80% je ima kod treseta, a do 60% kod ugljeva). U tečnim gorivima se javlja samo u težim frakcijama dobijenim preradom nafte-mazutu, gdje se dozvoljava sadržaj, zajedno sa mineralnim primjesama, do 2%. Vlaga se u čvrstim gorivima javlja u tri vida, i to kao: - gruba, - higroskopna, i - konstituciona.

Gruba vlaga (spoljašnja, površinska, slobodna) rezultat je kvašenja goriva vlagom iz spoljne sredine pri dobijanju, transportu i skladištenju goriva.

Higroskopna vlaga (unutrašnja, kapilarna) nalazi se u porama čvrstog goriva. Konstituciona vlaga predstavlja vodu u sastavu samog goriva hemijski vezanu (mineralne supstancije), najčešće u obliku kristalne vode.

Opšta svojstva goriva Osobine goriva, zajedno sa elementarnim sastavom, definišu kvalitet goriva, svrsishodnost i valjanost njegove upotrebe. Neke od ovih osobina su zajedničke za sve vrste goriva i nazivaju se opštim svojstvima ili opštim osobinama, dok su neke od njih specifične za određenu vrstu i namjenu goriva. Specifične osobine, kao i sve ostale mogu se razvrstati na fizičke, hemijske i radne ili eksploatacione. Radne osobine su svakako najvažnije, ali treba voditi računa da sve zajedno uključujući i elementarni sastav, omogućuju upotpunjavanje slike o jednom gorivu.

Opšte osobine čine osobine zastupljene kod svih vrsta goriva. To su gustina, specifična toplota, koeficijent toplotne provodljivosti, količina toplote koja nastaje sagorijevanjem goriva-toplotna moć goriva, i dr. Toplotna moć je daleko najvažnija osobina svih goriva. Količina toplote koja se oslobađa sagorijevanjem nekog goriva i koja predstavlja onu neophodnu polaznu veličinu za niz proračuna, predstavlja jednu od najznačajnijih karakteristika goriva.

Ova veličina, definisana odnosom nastale količine toplote pri potpunom sagorijevanju i jedinice količine goriva, od koje je toplota dobijena, naziva se toplotna moć. S obzirom na uslove u kojima se proces sagorijevanja odvija, razlikuje se: - toplotna moć pri konstantnom pritisku, i - toplotna moć pri konstantnoj zapremini.

Obzirom na toplotni nivo produkata sagorijevanja nastalih prilikom odeđivanja toplotne moći, rezlikuje se : - gornja toplotna moć, i

- donja toplotna moć. Toplotna moć jednog goriva pri konstantnoj zapremini predstavlja onu količinu toplote koju jedinica količine goriva oslobodi potpunim sagorijevanjem pri konstantnoj zapremini u propisanim uslovima ispitivanja, za razliku od količine toplote koja se oslobodi pri nepromijenjenom pritisku i koja se naziva toplotna moć pri konstantnom pritisku.

Kako je razlika između toplotnih moći određenih pri konstantnoj zapremini i pri konstantnom pritisku vrlo mala-manja od greške koja se čini prilikom eksperimentalnih određivanja, u tehničkim proračunima ona se zanemaruje i ne naglašava se pod kojim je uslovima određena.

Striktna definicija gornje i donje toplotne moći glasi. Gornja toplotna moć je količina toplote koja se dobija potpunim sagorijevanjem jedinice mase goriva pri slijedećim uslovima:

- ugljenik i sumpor iz gorive supstancije nalaze se u obliku svojih dioksida u gasovitom stanju, dok do oksidacije azota nije došlo;

- produkti sagorijevanja dovedeni su na temperaturu koju je gorivo imalo na početku (20oC); i - voda, koja u produktima sagorijevanja potiče od vlage iz goriva i od sagorjelog vodonika, prevedena je u tečno stanje, što je uslovljeno i prethodnim uslovom-hlađenjem produkata sagorijevanja do 20oC. Donja toplotna moć predstavlja količinu toplote koja se oslobodi potpunim sagorijevanjem jedinice mase goriva pri slijedećim uslovima: - ugljenik i sumpor iz goriva nalaze se u obliku svojih dioksida (CO2 i SO2), dok do oksidacije azota ne dolazi;

- produkti sagorijevanja dovedeni su na temperaturu koju je gorivo imalo na ulazu u proces sagorijevanja (20oC); i - voda u produktima sagorijevanja ostaje u parnom stanju.

Toplotna moć se obilježava sa “H”: gornja sa Hg, a donja sa Hd. Dimenzija toplotne moći proističe iz njene definicije-odnosa količine toplote i količine supstancije iz koje je sagorijevanjem toplota nastala.

Toplotna moć se izražava u kJ/kg ili MJ/kg za čvrsta i tečna goriva, i u kJ/m3 za gasovita goriva. Toplotna moć se može odrediti eksperimentalno-sgorijevanjem pripremljenog uzorka, i računski-na osnovu podatka elementarne ili tehničke analize goriva.

Tabela-Toplotne moći nekih goriva

Gornja toplotna moć, MJ/kg

Donja toplotna moć, MJ/kg

lignit

13,5-20,0

12,0-18,5

mrki ugalj

18,0-22,0

16,0-20,0

kameni ugalj

20,0-31,0

19,0-30,0

benzin (srednja vrijednost)

46,05

42,7

dizel gorivo (srednja vrijednost)

44,7

41,8

42,3-44,8

39,8-42,7

Gorivo

ulja za loženje

Tehnička analiza čvrstih goriva Pored elementarne analize, za ocjenu mogućnost adekvatne primjene jednog goriva, a naročito čvrstih, koristi se tzv. tehnička analiza.

Tehnička analiza se zasniva na termičkom razlaganju mase goriva pri čemu se dobijaju isparljive i neisparljive stpstancije. Obzirom na složenost supstancije čvrstih goriva, u isparljivom i neisparljivom dijelu nalaze se gorive i negorive komponente.

Osnovni podaci tehničke analize su: - sadržaj grube valage i sadržaj higroskopne vlage (sadržaj negorivih isparljivih supstancija);

- sadržaj gorivih isparljivih supstancija (volatila) u čijem se sastavu nalaze isparljivi ugljenik i vodonik, i uslovno kiseonik i azot; - sadržaj negorivih neisparljivih supstancija (pepela);

- sadržaj koksnog ostatka (gorivih i negorivih neisparljivih supstancija).

Pored ovih karakteristika, podaci tehničke analize su još: - toplotna moć; - ponašanje pepela na povišenim temperaturama (topljivost pepela); - dužina i boja plamena; - izgled i struktura koksnog ostatka, i dr.

PRIRODNA TEČNA GORIVA-NAFTA OSOBINE I PORIJEKLO NAFTE SASTAV NAFTE DOBIJANJE NAFTE

Osobine i porijeklo nafte Jedinstveni predstavnik prirodnih tečnih goriva je nafta. Ime nafta potiče od staropersijske riječi “nafta” što znači-znojiti se. Nafta je tamno-zelena ili crno-smeđa fluorescentna uljasta tečnost. Nafta nije homogena tečnost; ona je složena smješa velikog broja ugljovodonika različite molekulske mase i različite međusobne građe uz prisustvo sumpora, kiseonika i azota u primjesama.

Toplotna moć nafte se kreće od 42 do 43 MJ/kg, ali se kao gorivo ne koristi; nafta se prerađuje u niz dragocjenih goriva, maziva i sirovina za petrohemijsku industriju. Danas postoji više od 3000 supstancija dobijenih preradom nafte, od kojih se pravi preko milion različitih predmeta, počevši od četkice za zube pa do najsofisticiranijih dijelova savremenih brodova.

U sastavu organske mase nafte nalaze se slijedeći elementi:

- ugljenik od 83 do 87%, - vodonik od 11 do 14%, - kiseonik od 0,1 do 1%, - azot od 0,05 do 1,5%, i - sumpor od 0,1 do 5%.

Kiseonik, azot i sumpor se nalaze u nafti u vezanom stanju-u obliku različitih jedinjenja. Saržaj vode (vlage) i mineralnih primjesa je mali: sadržaj vode kreće se do 2%, a rjeđe preko te vrijednosti. Sadržaj mineralnih primjesa je neznatan i iznosi od 0,1 do 0,3%. Gustina nafte kreće se od 820 do 920 kg/m3. Tačka paljenja nafte se kreće od 20 do 200oC.

O postanku nafte postoje dvije teorije: organska i neorganska. Prema organskoj teoriji, koja je danas od većine naučnika i istraživača prihvaćena, nafta je nastala od ostataka živih organizama složenim procesom, koji je manje izučen, nego što je to slučaj kod nastajanja uglja. Uprošćeni mehanizam nastajanja nafte, prema organskoj teoriji, mogao bi se predstaviti na slijedeći način.

Osnovna organska supstancija iz koje je nastala nafta su primitivni biljni i životinjski organizmi (plankton) koji su se razvijali u hidrosferi. Ostaci ovih organizama sakupljali su se na dnu, zaštićeni od mogućih procesa oksidacije. Pod dejstvom anaerobnih bakterija mijenjala se prasupstancija, tako što se smanjivao sadržaj kiseonika, azota i drugih elemenata, a istovremeno rastao sadržaj ugljenika i vodonika u preostaloj masi.

Ova supstancija je bila prekrivena talozima i nanosima, koji su sprečavali dalje razlaganje. Pod uticajem niza faktora, od kojih su najvažniji svakako bili povišeni pritisak i temperatura, ova supstancija je prešla, složenim procesom u naftu i zemni gas.

Sa porastom debljine slojeva, nafta i zemni gas su, sa mjesta gdje su nastali prodirali kroz pore i pukotine, zaustavljajući se u pogodnim šupljinama poroznih stijena, iznad kojih se nalazio nepropustljivi sloj.

Obično prostor, do koga su nafta i gas dospijevali bio je ranije ispunjen vodom ali po specifičnoj težini lakša nafta i gas zauzimali su gornje, a voda donje slojeve.

Sastav nafte Sirova nafta je sastavljena iz velikog broja složenih pretežno ugljovodoničnih, ali i drugih jedinjenja. Ova jedinjenja, pripadaju nekolicini osnovnih ugljovodoničnih grupa, čije su osobine dobro proučene. Ugljovodonici u sirovoj nafti javljaju se u sva tri agregatna stanja, ali najveći udio imaju tečni ugljovodonici u kojima su rastvoreni gasoviti i čvrsti ugljovodonici.

Procjena je da u sirovoj nafti ima više od 3000 različitih ugljovodonika. Ako se ovom broju dodaju i oni koji nastaju prilikom prerade nafte, a to su nezasićeni i aromatični ugljovodonici, onda njihov broj postaje znatno veći. Pojedini ugljovodonici mogu se određenim procesima pretvarati u druge ugljovodonike, pa se na taj način dobijaju proizvodi željenih svojstava.

Ugljovodonici su hemijska jedinjenja ugljenika i vodonika. Ugljenik je četvorovalentan, a vodonik jednovalentan pa se najjednostavnije njihovo jedinjenje-metan (CH4)-sastoji od četiri atoma vodonika i jednog atoma ugljenika. Uobičajeno je da se ugljovodonici, kao i druga organska jedinjenja, prikazuju strukturnim hemijskim formulama, jer hemijska i fizička svojstva ne zavise samo od broja atoma ugljenika i vodonika u molekulu, već i od njihovih međusobnih veza.

Ugljovodonici koji se nalaze u satavu sirove nafte ili nastaju njenom preradom razlikuju se međusobno po broju ugljenikovih atoma, po načinu njihovog vezivanja i po zasićenosti vodonikom. Međusobni raspored ugljenikovih atoma može biti ili u obliku lanca (niza) ili u obliku prstena. Ako su sve valencije povezane sa vodonikom, radi se o zasićenim ugljovodonicima, a ako je ona djelimična, radi se o nezasićenim ugljovodonicima.

Osnovnu strukturu sirove nafte čine tri grupe ugljovodonika: - parafinski ugljovodonici,

- naftenski ugljovodonici, i - aromatski ugljovodonici.

Parafinski ugljovodonici (alkani) čine znatan dio mnogih nafti. Niži članovi ovog reda, sa brojem atoma ugljenika u molekulu od 1 do 4 su gasoviti ugljovodonici (metan, etan, propan i butan).

Tečni ugljovodonici parafinskog reda su sa brojem atoma ugljenika u molekulu od 5 do 15, a iznad 15 atoma ugljenika u molekulu su čvrsti ugljovodonici (pri normalnoj temperaturi). Parafinski ugljovodonici su lančani, zasićeni ugljovodonici (npr. normalni oktan).

Parafinski ugljovodonici, a i neki drugi, posjeduju osobinu da raspored atoma ugljenika nemaju samo u jednom lancu, već i da se bočno nadovezuju jedan na drugi, obrazujući različite lance. Takvi ugljovodonici, koji zadržavaju isti broj atoma ugljenika i vodonika, a imaju drugu strukturu, nazivaju se izomerima, a parafini-izoparafinima (npr. izooktan).

Naftenski ugljovodonici (cikloalkani) su kao i parafinski, zasićeni, ali za razliku od njih imaju prstenasti raspored atoma. U nafti se ova grupa ugljovodonika javlja sa najjednostavnijim predstavnicima-ciklopentanom i cikloheksanom. Naftenski ugljovodonici, kao i parafinski, posjeduju visoku hemijsku stabilnost (npr. cikloheksan).

Aromatski ugljovodonici, kao i naftenski ugljovodonici, imaju prstenastu strukturu. Predstavnik aromatskih ugljovodonika je benzen. Skelet molekula benzena sastoji se od šest atoma ugljenika, koji su međusobno povezani jednogubim i dvogubim vezama.

Pored ove tri grupe ugljovodonika određenu pažnju treba posvetiti i nezasićenim lančanim ugljovodonicima i pored toga što ih u nafti praktično nema. Ovi, tzv. olefinski ugljovodonici (alkeni, alkini) javljaju se u produktima prerade nafte i zavisno od broja dvogubih veza mogu biti monoolefini i diolefini. Praktično sve nafte sadrže u sebi sumpor, odnosno jedinjenja sumpora. Maksimalni sadržaj sumpora u nafti može biti 6%.

Ne ulazeći u podjele nafte prema sadržaju sumpora, u nafti se nalaze: - merkaptani (RSH), - sulfidi (monosulfidi, disulfidi, polisulfidi), - tiofani, - tiofeni,

- elementarni sumpor, - sumpor-vodonik, i - sumpor u drugim oblicima.

Nafte se mogu razvrstati na više načina zavisno od sastava. Ne ulazeći detaljnije u ove podjele, nafte se, prema pretežnom sadržaju odgovarajućih grupa ugljovodonika dijele na:

- parafinske, - naftenske, i - miješane.

Dobijanje nafte Nafte se nalaze u dubini zemlje uglavnom do 5000 m. Poslije utvrđivanja nalazišta geološkim, geofizičkim, seizmičkim i drugim metodama nafta se dobija bušenjem, bilo na površini zemlje bilo u podmorju. Komplet uređaja koji se koristi prilikom bušenja na kopnu čine: toranj, dizalica, motori, pumpe, koturače, bušeći stolovi sa alatom i priborom (bušilice, pogonske šipke, cijevi i dr.).

Kada se bušenjem utvrdi da postoji nafta, u količini koja je ekonomski opravdana za korišćenje, prilazi se ojačavanju i učvršćivanju bušotine. Nafta najčešće ističe iz bušotine na površinu pod pritiskom koji vlada na dubini na kojoj je nafta pronađena (prirodna erupcija). Kada se, kasnije, eksploatacijom nalazište do izvjesne mjere iskoristi, protok onda opada pa je potrebno preduzeti odgovarajuće mjere da bi se iskoristila što veća količina nafte.

Danas se u tu svrhu koriste dva moguća načina (postupka): - pomoću pumpi, i - uvođenjem u ležište nafte, gasa ili vode pod pritiskom.

Slika-Šema izvlačenja nafte a-pomoću pumpe, b-pomoću gasa pod pritiskom

Idući prema površini pritisak se stalno smanjuje, pa dolazi do izdvajanja rastvorenog gasa iz nafte, tako da se na izlazu iz bušotine dobija mješavina nafte i gasa.

Ova mješavina se odvodi u sabirnu stanicu, gdje se u tzv. separatorima, odvaja tečna od gasovite faze, a odatle nafta i gas u zasebne rezervoare. Iz rezervoara se zatim nafta trensportuje cisternama, tankerima, naftovodima do postrojenja za preradu nafte-rafinerija.

Nalazišta, rezerve i eksploatacija sirove nafte Nalazišta sirove nafte i prirodnog gasa nisu poput uglja u slojevima, već su to samo slojevi poroznih stijena više ili manje impregnirani sirovom naftom i prirodnim gasom. Geološke studije pokazuju da se nafta nije stvarala na mjestima gdje se danas nalazi, već je pod djelovanjem vode pritiskivana kroz slojeve poroznih stijena, dok nije došla na mjesta “opkoljena” tvrdim nepropusnim stijenama i tu do danas ostala.

Američki institut za geološka mjerenja na temelju studije urađene 2000. godine, zaključuje da nafte ima još najmanje 50% više od dokazanih rezervi, i to najviše na Bliskom Istoku. U ovoj studiji predviđeno je korišćenje novih tehnologija na starim i otkrivanje novih naftnih polja. U zemljama u kojima se očekuje najveće povećanje rezervi, kao što su Irak, Iran i Saudijska Arabija, ne vrše se intenzivnija istraživanja u cilju pronalaska novih naftnih polja. Razlog je relativno jednostavan-ove zemlje trenutno nemaju potrebu tražiti dodatne količine sirove nafte.

Procijenjene rezerve sirove nafte u svijetu su u stalnom porastu, npr. u 2006. godini potvrđene rezerve se kreću oko 1293 milijardi barela i veće su za oko 15 milijardi barela (oko 1%) u odnosu na 2005. godinu. Najveće povećanje potvrđenih rezervi je bilo u Iranu (5%) sa 125,8 milijardi barela u 2005. na 132,5 milijardi barela u 2006. godini. Zatim slijede Saudijska Arabija sa povećanjem od 4,9 milijardi barela (2%), Kuvajt sa povećanjem od 2,5 milijardi barela (3%), Venecuela takođe sa povećanjem od 2,5 milijardi barela (2%). U Čadu su otkrivene nove rezerve od 1,5 milijardi barela.

Opadanje rezervi zabilježeno je u Meksiku za 1,7 milijardi barela, Norveškoj za 0,8 milijardi barela, SAD-u za 0,5 milijardi barela, Velikoj Britaniji za 0,5 milijardi barela, itd.

Ukupne svjetske rezerve nafte ako je godišnja proizvodnja i potrošnja na nivou iz 2002. godine (21.885 milijardi barela) je oko 50 godina. Pojedini analitičari koji su dobri poznavaoci prilika u ovoj oblasti, smatraju da je ova procjena neobjektivna i očekuju da će kraj naftnog doba biti već za 25 do 30 godina.

Slika-Zalihe sirove nafte u svijetu u milijardama barela procjenjene za 2004. godinu

Procijenjene rezerve sirove nafte u BiH su: - na području Posavine oko 50 miliona tona,

- na području zapadne Hercegovine oko 500 miliona tona.

Smatra se da je industrijska proizvodnja sirove nafte započela 1859. godine, kada je pukovnik Edvin L. Dreik u dolini Oil Creek, kraj grada Tutusvila, u ugljem bogatoj Saveznoj Američkoj Državi Pensilvaniji, napravio prvu bušotinu dubine od 23 m, koja je dala nekoliko kubnih metara sirove nafte. Pukovnik Dreik je 1880. godine umro u siromaštvu. Istorija bušenja naftnih izvora ispod mora započela je 1938. godine u Meksičkom zalivu.

Mnogo godina nakon prve naftne bušotine započinje sistematsko istraživanje i to je tzv. era nafte, koja još uvijek traje. U periodu između 1900. i 1972. godine proizvodnja sirove nafte uvećana je za više od 100 puta. Proizvodnja nafte u svijetu 1870. godine iznosila je 5,73 miliona barela, 1913. godine 385 miliona barela, 1938. godine 1.978 miliona barela, u 1950. godini ta količina je 3.783 miliona barela, a 2002. godine dostiže vrijednost od impozantnih 21.885 miliona barela.

Slika-Godišnja proizvodnja sirove nafte u milijardama barela u 2002. godini

Do Prvog svjetskog rata nafta je najviše eksploatisana iz nalazišta u SAD, kao i ruskih izvora u Kaspijskom moru. U Sjevernoj Americi nafta je imala daleko burniju ekspanziju od prosjeka svjetske proizvodnje. Za nagli razvoj proizvodnje nafte najviše su uticali tehnološki razvoj kako u proizvodnji i preradi nafte tako i u razvoju mašina i uređaja, aparata i postrojenja koje ona pokreće.

Potrošnja sirove nafte U 2003. godini potrošnja nafte u svijetu je iznosila oko 80 miliona barela na dan.

Evidentan je stalni rast potražnje nafte u svijetu i procjenjuje se da će na godišnjem nivou iznositi 1,4%. U 2015. godini očekuje se da potrošnja sirove nafte bude oko 98 miliona barela na dan, odnosno 118 miliona barela na dan 2030. godine.

Tabela-Najveći potrošači nafte u svijetu u 2002. godini Zemlja

Potrošnja nafte, (milioni barela)

Potrošnja nafte, (%)

Njemačka

949

7

Rusija

985

8

Kina

1.935

15

Japan

1.935

15

SAD

7.191

25

Ostali

8.890

30

SAD troše oko 25% od ukupne svjetske potrošnje sirove nafte, iako tu živi tek 5% svjetskog stanovništva. Iako je potražnja za naftom porasla u cijelom svijetu, posebno u zemljama Dalekog Istoka (Kina i Indija), SAD ostaju i dalje najveći potrošač nafte i jedina supersila u svijetu za sada, koja već od 1970. godine nije u mogućnosti zadovoljiti potrebe za naftom sa vlastitih naftnih polja. Procjene su da će samo u SAD potrošnja nafte u slijedećih 20 godina porasti za 50%.

Slika-Najveći dobavljači nafte u SAD za 2002. godinu

Kina je jedan od najvećih potrošača nafte u svijetu u poslijednjih par godina. Prije samo desetak godina učešće Kine u ukupnoj svjetskoj potrošnji nafte bilo je zanemarljivo. U to vrijeme ulice su bile zagušene biciklima i bez automobila, ali nedavnim i neočekivanim privrednim reformama standard mnogih kineza znatno je porastao, tako da su oni već 2003. godine kupili dva miliona novih automobila, što je povećanje za 70% samo u odnosu na 2002. godinu.

Procjene su da bi Kina do 2025. godine mogla dnevno trošiti oko 10 miliona barela nafte, s napomenom da će najveći dio biti iz uvoza i to najvećim dijelom iz zemalja Persijskog zaliva i podsaharske Afrike.

Većina analitičara smatra da je Kina već danas pretekla Japan u dnevnoj potrošnji nafte i da zauzima drugo mjesto u svijetu iza SAD.

Procjene su da će Kina vjerovatno imati uvoz sirove nafte iz zemalja OPEC-a u 2030. godini od oko 8,4 miliona barela na dan, od čega će iz Persijskog zaliva biti oko 69%. OPEC-Organisation Petroleum Exporting Countries (osnovan 1959. g.) Zemlje članice OPEC-a su: Alžir, Indonezija, Irak, Iran, Kuvajt, Libija, Nigerija, Katar, Saudijska Arabija, UAE, Trinidad i Tobago, Venecuela i Angola.

TEHNOLOGIJA PRERADE I PRODUKTI PRERADE NAFTE

Priprema sirove nafte za preradu Sirova nafta, u zavisnosti od vrste i mjesta nalazišta, sadrži u većim ili manjim količinama rastvoreni sumpor-vodonik, najlakše gasovite ugljovodonike, razne grube nečistoće, kao što su: mineralne soli, mulj, šljunak i voda. Prije transporta sirove nafte u rafinerije na preradu uobičajeno je da se ona pripremi na mjestu vađenja za siguran transport, kao i da se odstrane grube nečistoće.

Na izlazu iz bušotine rastvorljivost gasova u sirovoj nafti naglo se smanjuje, zbog znatno nižeg pritiska okoline u odnosu na pritiske koji vladaju u bušotinama, pa se gasovi pojavljuju u vidu mjehurova. Gasovi se odvajaju u separatorima sirove nafte procesom gasifikacije. U separatorima se na principu ciklonskog djelovanja izdvaja gas iz tečnosti. Ukoliko sirova nafta sadrži veće količine propana i butana, primjenjuje se postupak stabilizacije-destilacija pod pritiskom.

Nakon ovog procesa dobije se stabilizovana nafta i tečna mješavina propana i butana, namijenjena za industriju i domaćinstva. Gasifikacija i stabilizacija sirove nafte izvode se u neposrednoj blizini bušotine, radi njenog sigurnog transporta. Na ovaj način stabilizuje se gustina sirove nafte i povećava sigurnost od moguće pojave požara pri transportu do rafinerije. Nije rijedak slučaj da se sirova nafta u blizini bušotina, prije transporta u rafinerije, odvodnjava i odsoljava (desalinizacija).

Voda se u nafti pojavljuje u vidu emulzija. Emulzija se satoji od sitnih kapi vode oko kojih se nalazi nafta. Danas je najviše u primjeni električni postupak izdvajanja vode iz nafte. Sirova nafta se vodi kroz naizmjenično električno polje, napona od 10 do 30 kV, koje vibracijama razbija membrane nafte oko kapi vode, pa se voda sakuplja i taloži.

Kod odsoljavanja nafta se zagrijava na temperaturu od 120oC i dodaje joj se od 3 do 15% vode pomoću koje se ispiraju soli. Na ovaj način uklanja se od 90 do 95% soli, a sadržaj vode u nafti je do 15 g/m3.

Prerada nafte Kao što je prethodno rečeno iz sirove nafte se uklone gasovi, voda i mineralne soli, a zatim se vrši frakciona destilacija pri atmosferskom pritisku-to je primarna prerada nafte. Kao proizvod procesa frakcione destilacije pojavljuje se laki ostatak (tzv. ulje za loženje) koji se može upotrebljavati u tom obliku ili se podvrgava vakuum destilaciji.

Sekundarna prerada obuhvata preradu produkata primarne prerade nafte. Sekundarni postupci prerade su, za razliku od frakcionisanja, svi hemijski procesi. Prema suštini procesa, dijele se u četiri osnovne grupe: - postupke razgradnje ugljovodonika; - postupke izgradnje ugljovodonika; - postupke konverzije ugljovodonika; - postupke ugradnje vodonika u ugljovodonik.

Derivati nafte dobijeni primarnim i sekundarnim procesima nisu uvijek i komercijalni proizvodi koji se mogu upotrebljavati. Oni se najčešće moraju doraditi, tj. rafinisati.

Svrha dorade je uklanjanje štetnih primjesa i poboljšavanje hemijske strukture derivata u cilju postizanja odgovarajućeg kvaliteta.

1. Primarna prerada nafte ♦ Frakciona destilacija Osnovni postupak za preradu nafte je fizički postupak njenog razdvajanja na niz frakcija. Ovaj postupak se zasniva na poznatoj činjenici da je nafta sastavljena od velikog broja različitih ugljovodoničnih jedinjenja, određenih osobina.

Svaki od ugljovodonika, koji se nalazi u nafti posjeduje svoju temperaturu na kojoj prelazi u parno stanje (temperatura ključanja).

To znači da cjelokupna nafta koja se zagrijava neće preći istovremeno u parno stanje na jednoj određenoj temperaturi. Postepeno će se izdvajati i prelaziti u parno stanje prvo ugljovodonici sa najnižom temperaturom ključanja, a zatim i ostali. Hlađenjem ugljovodonika koji ispare u određenom temperaturnom intervalu dobijaju se, zavisno od odabranog i podešenog opsega, različiti korisni produkti-tečna goriva i maziva.

Grupa ugljovodonika koja ispari u određenom temperaturnom intervalu naziva se frakcija, a cio postupak frakcionisanje.

Prvobitno korišćeni postupak za preradu nafte je bila frakciona destilacija, koja se zasniva na postepenom zagrijavanju nafte i postepenom njenom isparavanju i kondenzovanju.

Danas se obično koristi postupak frakcione kondenzacije, gdje se najveći dio nafte ispari a potom postepeno kondenzuje. Postupak frakcione kondenzacije se izvodi kao jednofazni i dvofazni.

Proces frakcione destilacije je kontinuiran proces. Nafta se pomoću pumpi dovodi u cijevnu peć gdje se zagrijava na temperaturu od 330 do 350oC. Zagrijana nafta, zajedno sa nastalim parama uvodi se u sredinu rektifikacione kolone. Dovođenjem vodene pare nafta se dalje zagrijava, tako da se u donjem dijelu kolone nalazi mješavina tečne i parne faze. Ova kolona je podijeljena na niz dijelova kroz koje ugljovodonične pare struje naviše.

Intenzivnim suprotnosmjernim strujanjem uz stalnu promjenu faza u pojedinim dijelovima se ostvaruju i održavaju određene temperaturske granice, koje odgovaraju granicama isparavanja pojedinih frakcija. Teži ugljovodonici, više temperature isparavanja, kondenzuju se odmah na ulazu u rektifikacionu kolonu. Lakši ugljovodonici kondenzuju se na većim visinama, dok se najlakši i gasoviti ne kondenzuju uopšte, već izlaze izvan kolone. Sa vrha kolone se odvode lake benzinske frakcije, nešto niže se dobija tzv. petroleumska frakcija, a ispod nje se dobija gasno ulje ili dizelmotorska frakcija.

Slika-Tehnološka šema frakcione destilacije nafte (atmosferske destilacije)

♦ Vakuum destilacija U zavisnosti od sastava, ostatak prerade ove faze se koristi ili direktno kao gorivo ili služi kao sirovina za dalju preradu. Za slučaj kada se ostatak prerade iz ove faze koristi za dalju preradu potrebno ga je dodatno zagrijati na temperaturu od 420 do 430oC i dovesti u rektifikacionu kolonu sa sniženim pritiskom (potpritiskom). Na ovaj način se postiže snižavanje temperature ključanja ugljovodonika, a istovremeno se sprečava razlaganje teških ugljovodonika, koji se nalaze u ostatku.

Preradom ostataka na ovaj način, tzv. vakuum destilacijom, dobijaju se, zavisno od temperaturnog intervala teška dizel motorna goriva, niz frakcija mazivih ulja i ostatak. Svi dobijeni proizvodi na ovaj način (frakcije) ne mogu se odmah koristiti u postrojenjima za koja su namijenjeni, već se moraju prvo prečistiti, a veliki broj i dalje prerađivati u cilju poboljšanja i postizanja željenog kvaliteta.

Slika-Tehnološka šema vakuum destilacije-dvofaznog postupka prerade

2. Sekundarna prerada nafte ☻Postupci razgradnje ugljovodonika ♦ Krekovanje

Osnovni postupak razgradnje ugljovodonika je krekovanje (kracking). Krekovanje je postupak u kome se na povišenim temperaturama i pritisku ugljovodonici višeg reda raspadaju na ugljovodonike nižeg reda. Postupak krekovanja se javio kao poslijedica dobijanja nedovoljne količine benzina tokom prerade nafte frakcionom destilacijom.

Dobijeni benzin posjedovao je bolje karakteristike u odnosu na benzin dobijen frakcionisanjem nafte. Kao sirovina za krekovanje koristi se najčešće ostatak prerade nafte frakcionom destilacijom pri atmosferskom pritisku, a osnovni proizvod ovog procesa je benzinska frakcija (kreking-benzin). U opštem slučaju, postupak krekovanja se izvodi kao termički, termokatalitički i hidrokrekovanje.

Termički postupak krekovanja se danas ne izvodi, jer je sadržaj nezasićenih ugljovodonika velik, pa je dobijeni benzin male hemijske stabilnosti. Danas se najčešće upotrebljava postupak katalitičkog krekovanja, koji se izvodi uz pomoć odgovarajućih supstancija, sposobnih da izazovu, usmjere i ubrzaju proces (katalizatori). Katalizatori istovremeno omogućavaju da se proces izvede pod povoljnijim tehnološkim uslovima (niže temperature i pritisci).

Kvalitet dobijenih proizvoda, prvenstveno benzina je bolji. Kao katalizator se koriste aluminosilikati sa drugim metalnim oksidima.

Proces termičkog krekovanja se izvodi pri temperaturama od 350 do 500oC i pritiscima od 2 do 5 MPa, a postupak katalitičkog krekovanja se odvija pri pritiscima bliskim atmosferskom (od 0,1 do 0,3 MPa) i temperaturama oko 500oC.

U praksi se sreće niz kombinacija termokatalitičkog krekovanja: sa nepokretnim i pokretnim katalizatorima, u parnom i parno-tečnom stanju polazne sirovine, sa sprašenim katalizatorom, i dr. Tokom upotrebe katalizatori gube svoja svojstva uslijed naslaga čađi, koksa, djelovanja sumpora, pa ih je potrebno regenerisati.

♦ Koksovanje Koksovanje je u suštini produžetak procesa krekovanja s ciljem proizvodnje petrolkoksa.

Ostaci destilacije se zagrijavaju u peći do temperature od 400oC, pa se uvode u kolonu za destilaciju da bi se izdvojile lakše frakcije. Kao proizvodi procesa koksovanja dobiju se: petrolkoks i dizel gorivo iz kojeg su izdvojeni benzin i gasovi.

☻Postupci izgradnje ugljovodonika Postupci izgradnje ugljovodonika se mogu predstaviti kao postupci suprotni prethodnim.

Ako su se kod krekovanja od viših ugljovodonika dobijali niži, kod postupaka izgradnje se od nižih dobujaju viši ugljovodonici. Osnovni postupci ove grupe su:

- polimerizacija, i - alkilacija.

♦ Polimerizacija Polimerizacijom se naziva hemijska reakcija spajanja dva ili više molekula u veću molekulu, odnosno, ugljovodonika nižeg reda u ugljovodonike višeg reda. Pri reakciji polimerizacije učestvuju samo nezasićeni ugljovodonici, pa su zato sirovine koje se koriste rafinerijski gasovi, bogati olefinskim ugljovodonicima sa tri ili četiri atoma ugljenika u molekulu (gasovi nastali pri termičkom i katalitičkom krekovanju, koksovanju i pirolizi).

Najčešće korišćeni katalizator u ovom procesu je fosforna kiselina. Ovako dobijeni izoolefini se mogu uvođenjem vodonika u proces prevesti u izoparafinske ugljovodonike, koji su izvanrednih karakteristika što je bitno sa aspekta primjene u oto motoru. Polimerizacija se obično izvodikao katalitička, pri temperaturi od 150 do 205oC i pritisku od 20 do 60 MPa.

Benzinska frakcija dobijena ovim postupkom se naziva polimer benzin.

♦ Alkilacija Proces alkilacije ima izuzetno široku primjenu. U osnovi se sastoji od sjedinjavanja jednog olefinskog ugljovodonika sa parafinskim, formirajući izoparafinske ugljovodonike višeg reda. Obzirom da se ovaj postupak koristi za dobijanje kvalitetnih benzinskih frakcija, i ovdje je polazna sirovina gasovita komponenta sa dva do četiri ugljovodonikova atoma u molekulu.

☻Postupci konverzije ugljovodonika Zahtjevi koji se u današnje vrijeme postavljaju od strane konstruktora oto motora pred proizvođače benzina su toliko visoki da se njihovo zadovoljenje može ostvariti samo pomoću specijalnih procesa prerade. U tim procesima, koji ne daju i povećanje količine benzina, sirovina koja ulazi u proces je benzin niskog kvaliteta, a krajnji proizvod je benzin ali osjetno poboljšan.

Poboljšanje kvaliteta benzina omogućilo je povećanje stepena korisnosti motora, ekonomičnosti i stepena usaglašenosti zahtijeva motora i potrebnog kvaliteta goriva.

♦ Reformisanje Tipičan proizvodni proces, koji zadovoljava navedene uslove, je postupak reformisanje (reforming), kojim se vrši prevođenje ugljovodonika jedne grupe u ugljovodonike druge grupe, poboljšanih osobina za primjenu. Postupak reformisanja se izvodi isključivo kao katalitički, jer se termičkim ne dobija željeno poboljšanje.

Suština postupka reformisanja se sastoji u aromatizaciji i izomerizaciji benzinskih frakcija.

U ovim uslovima, naftenski ugljovodonici gube dio vodonika, prelazeći u aromate, a parafinski ugljovodonici prelaze prvo u naftenske (vrši se ciklizacija) a zatim, kao i naftenski, gube određen broj aromata vodonika i prelaze u aromatske ugljovodonike.

Pored ovih reakcija, molekuli parafinskih prelaze u izoparafinske ugljovodonike. Teži ugljovodonici se mogu razložiti (krekovati).

Nastajanje nezasićenih ugljovodonika sprečava se uvođenjem vodonika u proces, koji se onda naziva hidroforming.

Osnovni industrijski katalizator, koji se koristi u ovom procesu je alumosilikatne osnove (od 0,1 do 1%). On omogućava odvijanje procesa na temperaturi od 460 do 510oC pri pritisku od 4 MPa i kada se platina koristi kao katalizator, naziva se platforming. Benzini proizvedeni ovim postupkom ne sadrže uopšte olefinske ugljovodonike.

Ovaj benzin se sastoji iz aromata i izoparafina, uz veoma malo normalnih parafinskih ugljovodonika.

♦ Izomerizacija Drugi od postupaka konverzije ugljovodonika je postupak izomerizacije koji se sastoji u prevođenju normalnih ugljovodonika u njihove izomere.

Iako do ovih hemijskih reakcija dolazi i pri katalitičkom krekovanju i pri reformisanju, ipak izomerizacija predstavlja osnovni i glavni postupak. Odvija se uvijek u prisustvu katalizatora, a vodonik se uvodi samo da bi nepoželjne, nezasićene frakcije učinio nepovoljnim za upotrebu. Kao katalizatori se koriste plemeniti metali, aluminijumhlorid sa sonom kiselinom.

☻Postupak ugradnje vodonika (npr. hidrokrekovanje) Prvobitno su postupci uvođenja vodonika u proces, korišćeni prilikom dobijanja tečnih goriva i maziva iz čvrstih goriva.

Danas se oni primjenjuju sa ciljem da se iskoriste ostaci prerade niza ranije navedenih postupaka. Tako se ostatak prerade nafte frakcionisanjem izlaže pritisku od 20 MPa i temperaturi od 450oC i uz pomoć katalizatora dobija benzinska frakcija.

Ona se dalje koristi za dobijanje kvalitetnih automobilskih i avionskih goriva. Uvođenje vodonika u sekundarnim procesima prerade je značajno za dobijanje kvalitetnih srednjih frakcija (dizel motorskih frakcija).

3. Dorada goriva Proizvodi dobijeni različitim procesima prerade nafte ili njenih produkata nisu pogodni za korišćenje, pa ih je potrebno usavršiti i poboljšati. Postupci, kojima se niz štetnih sastojaka odstranjuje (organska jedinjenja sumpora, kiseonika, azota i dr.) nazivaju se postupcima dorade.

Oni se prema redoslijedu mogu razvrstati u nekoliko grupa: - redestilacija, tj. ponovna destilacija u cilju postizanja tačnijeg i povoljnijeg opsega isparavanja;

- stabilizacija, kojom se izdvaja zaostala količina gasovitih ugljovodonika; - naknadna dorada gasovitih ugljovodonika bazama u cilju izdvajanja sumpora;

- dodavanje specijalnih supstancija, koje u malim količinama osjetno poboljšavaju određene osobine pojedinim vrstama goriva, sprečavaju korodivno djelovanje goriva ili ga samo boje;

- mješanje istih frakcija nastalih različitim postupcima u cilju dobijanja konačnog sastava goriva, koji će odgovarati postojećim propisima i zahtjevima uređaja u kome se koristi. Pored prethodno navedenih postupaka dorade nafte ili njenih produkata često se koristi i proces rafinacije.

♦ Rafinacija Primarna svrha rafinacije je uklanjanje štetnih primjesa (jedinjenja), kao što su:

- gumaste, smolaste i asfaltaste primjese iz teških destilata i ostataka destilacije; - ugljovodonici i ostala jedinjenja koja čine derivat nepostojanim na vazduhu i pri uslovima korišćenja; - jedinjenja koja izazivaju koroziju; i

- jedinjenja koja prilikom sagorijevanja derivata stvaraju štetne okside sumpora i azota. Izbor postupka rafinacije zavisi od vrste i osobina derivata koji se rafiniše, ali i od zahtijevanih, tj. pretpostavljenih osobina rafinisnog derivata.

Slika-Šema toka proizvodnje naftnih derivata

Produkti prerade nafte Dobro je poznata činjenica da se sirova nafta nikada ne koristi direktno kao gorivo ili sirovina u hemijskoj i drugim industrijama, već se prethodno podvrgava preradi. Preradom se dobijaju derivati, tj. razni proizvodi, koji se u najvećem procentu (oko 85%) koriste kao goriva, zatim kao osnovne sirovine za proizvodnju maziva, te kao pomoćni materijali u raznim granama industrije.

Tehnologija prerade nafte toliko je razvijena da se dobija veliki broj različitih proizvoda (derivata) koji se mogu podijeliti na: - tečne produkte,

- čvrste produkte, i - gasovite produkte.

Tečni produkti prerade nafte su: - benzini, - kerozin (gorivo za mlazne motore vazduhoplova), - specijalni benzini (rastvarači), - petrolej,

- gasno ulje, - dizel goriva, - maziva ulja, - mazut (lož ulja), i dr.

Čvrsti produkti prerade nafte: - parafin,

- bitumen, - petrolkoks, i dr.

Gasoviti produkti prerade nafte: - rafinerijski gasovi (preradom se dobiju tečni gasovi).

Gorivo za mlazne motore vazduhoplova-kerozin Sve uslove koje jedno gorivo za mlazne motore mora da zadovolji, određuju prvenstveno osnovni dijelovi pogonskog agregata vazduhoplova: instalacije za gorivo, komora za sagorijevanje i gasna turbina. Instalacija za gorivo predstavlja jedan od elemenata čiji ispravan rad neprestano obezbjeđuje uspješno dovođenje goriva do komore za sagorijevanje.

Ova instalacija zahtijeva da gorivo ispuni slijedeće uslove: - da se gorivo ne stinjava do -50oC i ne izdvaja kristale ugljovodonika sa visokom temperaturom stinjavanja;

- da u gorivu ne dođe do izdvajanja (stvaranja) leda; - da u gorivu ne dođe do stvaranja para lako isparljivih ugljovodonika;

- da na temperaturama od 120 do 200oC gorivo ne stvara čvrste taloge; - da ne izaziva koroziju instalacije za gorivo.

Sagorijevanje u komori mlaznog motora vrši se neprekidno pri visokim temperaturama, što omogućava brzu reakciju između goriva i kiseonika. Za obezbjeđivanje sigurnog rada motora, gorivo mora: - da se zadovoljavajuće raspršuje pri različitim režimima rada motora, a posebno pri malim brojevima obrtaja; - da sagorijeva u širokom opsegu promjene parametara okolnog vazduha, a takođe i pri različitim vrijednostima koeficijenta viška vazduha;

- da omogući lako startovanje motora; - da obezbijedi brzinu sagorijevanja koja će da osigura završetak sagorijevanja u komori za sagorijevanje; istovremeno gorivo odnosno proizvodi njegovog nepotpunog sagorijevanja ne smiju da izazovu taloženje goriva na zidovima komore za sagorijevanje i drugih elemenata. Što se tiče uslova koje gorivo mora ispuniti u odnosu na gasnu turbinu, potrebno je da ono sadrži minimalnu kolčinu mineralnih primjesa (pepela) kako nebi došlo do erozije lopatica. Pored ovih specifičnih karakteristika koje jedno gorivo za mlazne motore mora da zadovolji, postoje i oni uopšteni zahtjevi koji se traže od bilo kog goriva.

Gasno ulje Gasno ulje je frakcija prerade nafte i ono prema karakteristikama spada u grupu vrlo lakih i lakih dizel goriva. Donja toplotna moć ovog goriva se kreće oko 42,5 MJ/kg. Gasno ulje se obično koristi kao gorivo u industrijskim pećima, mada ima značajnu primjenu i za pogon brzohodnih dizel motora.

Specijalni benzini (rastvarači) i petrolej Danas se najviše koriste u hemijskoj i farmaceutskoj industriji, a takođe su našli solidnu primjenu i u industriji gume. U prošlosti petrolej se koristio kod lampi za osvjetljenje.

Parafin Parafin je rafinisani čvrsti produkt dobijen pri proizvodnji baznih ulja. Parafin se javlja kao nusprodukt pri proizvodnji baznih ulja. Temperatura tečenja ovog produkta prerade nafte je oko 50oC Obično je žućkaste boje jer sadrži određenu količinu ulja, ali ukoliko je potrebno može se odgovarajućim tehnološkim postupkom izbijeliti. Koristi se za proizvodnju svijeća, šibica, voštanog parafina, zatim za izolaciju od vlage i za konzerviranje.

Bitumen Bitumen je vrlo gusti ili čvrsti ostatak prerade nafte, koji se upotrebljava u građevinarstvu i industriji.

Najveću primjenu našao je pri izgradnji puteva, zatim za izolaciju od vlage, za razne premaze, i dr.

Petrolkoks Petrolkoks je čvrsti produkt dobijen posebnim postupkom iz ostatka prerade nafte.

Služi za izradu elektroda za lučne peći i elektrolizu aluminijuma, a takođe i za proizvodnju četkica za električne uređaje. Takođe našao je primjenu i kao gorivo u industriji cementa, i dr.

MOTORNI BENZINI - VRSTE I KARAKTERISTIKE DIZEL GORIVA – VRSTE I KARAKTERISTIKE

Motorni benzini Benzin je mješavina oko 150 tečnih ugljovodonika sa brojem ugljenikovih atoma u molekulu od 5 do 12. Temperatura destilacije benzina je između 50 i 240oC, što zavisi od njegove namjene. Specifična težina benzina se kreće u opsegu od 0,650 do 0,825 g/cm3.

Dobija se miješanjem različitih komponenata proizvedenih u rafineriji, ali mu se dodaju i razni aditivi da bi se dobio proizvod zahtijevanih osobina. Benzini se upotrebljavaju kao pogonsko gorivo za putnička motorna vozila, tj. za motore sa unutrašnjim sagorijevanjem. Proces sagorijevanja benzina obuhvata miješanje sa vazduhom, komprimovanje, inicijalno zapaljenje smješe pomoću električne iskre, korišćenje mehaničke energije dobijene eksplozijom i na kraju izduvavanje otpadnih gasova (izduvni gasovi).

Najvažnije karakteristike motornog benzina, koje značajno utiču na rad motora su:

- oktanski broj benzina; - procenat isparljivosti na određenoj temperaturi; - napon para; - čistoća benzina.

♦ Oktanski broj

Otpornost prema detonativnom sagorijevanju benzina predstavlja jednu od njegovih najvažnijih karakteristika.

Sa pojavom nenormalnog sagorijevanja u motorima istraživači su se susreli prvi put 1919. godine, a već u periodu između 1920. i 1927. godine javljaju se i prve metode za ocjenu kvaliteta goriva obzirom na otpornost prema detonativnom sagorijevanju. Korišćeni kriterijumi (kritični stepen sabijanja i dr.) nisu obezbjeđivali dobro poređenje dobijenih rezultata, a i dobijeni rezultati su se loše slagali sa istim karakteristikama u uslovima eksploatacije motora odnosno vozila.

Pojam oktanskog broja uveden je 1927. godine, kada su za etalon goriva predloženi individualni ugljovodonici: izooktan (2,2,4-trimetilpentan) i normalni heptan (n-heptan). Oni su se međusobno mnogo razlikovali obzirom na otpornost prema detonativnom sagorijevanju. Izooktan posjeduje veliku otpornost prema detonativnom sagorijevanju pa je uzeto da ima oktanski broj 100, a n-heptan veoma malu pa mu je oktanski broj jednak nuli (uslovno uzet).

Obrazujući smješe ovih etalon goriva mogu se dobiti oktanski brojevi od 0 do 100. Procenat izooktana u ovim smješama predstavlja njihov oktanski broj.

Suština određivanja oktanskih brojeva sastoji se u ispitivanju benzina nepoznatog ponašanja, obzirom na otpornost prema detonativnom sagorijevanju na specijalnom jednocilindričnom motoru. Ovaj motor ima mogućnost promjene stepena sabijanja i poređenja njegovog sagorijevanja sa opštim mješavinama izooktana i n-heptana.

Osnovni cilj je da se odredi smješa izooktana i n-heptana koja će pod istim uslovima ispitivanja imati ista antidetonativna svojstva, kao i ispitivani uzorak. Otpornost prema detonativnom sagorijevanju karakteriše se pomoći oktanskog broja, koji je brojno jednak procentualnom sadržaju izooktana u smješi n-heptana, koja u propisanim standardnim uslovima ispitivanja na specijalnom laboratorijskom motoru antidetonativno sagorijeva isto kao i ispitivani benzin.

Npr. benzin koji sagorijeva u laboratorijskom motoru na isti način kao smješa sastavljena od 98% izooktana i 2% n-heptana imaće oktanski broj 98.

Osim ove istraživačke metode ispitivanja, koja se po svojim karakteristikama približava uslovima vožnje u gradu odnosno u uslovima relativno manjeg toplotnog opterećenja motora, oktanski broj određuje se i motorskom metodom koja je slična uslovima međugradskih vožnji na otvorenom putu kada je motor toplotno više opterećen. Ispitivanje otpornosti prema detonativnom sagorijevanju benzina po istraživačkoj metodi vrši se u uslovima manje opterećenog režima rada motora, nego što je to slučaj kod motorske metode.

Zato je oktanski broj benzina određen po istraživačkoj metodi obično uvijek viši za nekoliko oktanskih jedinica u odnosu na oktanski broj određen po motorskoj metodi.

Prema tome, može se napisati relacija:

IOB > MOB gdje su: IOB-istraživački oktanski broj, MOB-motorski oktanski broj.

Benzin dobijen isključivo atmosferskom destilacijom nafte u većini slučajeva nije dovoljno kvalitetan (detonira), a dobijena količina benzina je nedovoljna za potrebe tržišta. Zbog toga je potrebno proizvesti nove količine benzina visokih oktanskih brojeva. Ovi se benzini proizvode procesima: krekovanja, reformisanja, hidrokrekovanja, alkilacije, polimerizacije i izomerizacije.

Svrha sekundarne prerade naftnih derivata je povećanje sadržaja ugljovodonika sa većim oktanskim brojem (izoparafini i aromati).

Osim toga, antidetonaciona svojstva benzina zavise i od sadržaja antidetonacionih aditiva. U cilju poboljšanja otpornosti prema detonativnom sagorijevanju motornim benzinima su ranije dodavani tetraetilolovo (TEO) i tetrametilolovo (TMO), iako je bilo poznato da su kancerogeni. Danas se proizvode “bezolovni benzini”, a kao aditiv za povećanje oktanskog broja upotrebljava se metil tercijarni butil eter (MTBE).

♦ Isparljivost benzina Isparavanje se naziva proces prelasaka tečne u parnu fazu. Brzina i potpunost prelaska goriva iz tečnog u parno stanje pri datim uslovima određeni su prvenstveno frakcionim sastavom samog goriva, što se kraće naziva isparljivošću goriva. Uticajne veličine na isparljivost su prvenstveno: temperatura, brzina kretanja struje gasa i dr.

U različitim ložištima kotlova i peći, motorima ove vrijednosti nisu ni jednake ni slične, pa zato potrebne karakteristike isparljivosti ne mogu da budu slične. Zahtjev za potrebnom isparljivošću goriva zavisi direktno od uređaja (postrojenja) u kome se gorivo koristi. Isparavanje sa slobodne površine tečnosti nastaje na bilo kojoj temperaturi, pri čemu je isparavanje brže što je slobodna površina veća.

Povećanjem temperature i isparavanje se povećava. Isparavanje tečnosti sa slobodne površine može biti statičko i dinamičko.

Pod statičkim isparavanjem podrazumijeva se isparavanje kod koga nema međusobnog kretanja između površine goriva i vazduha. Primjer je, isparavanje tečnog goriva u uslovima skladištenja u rezervoarima.

Dinamičkim isparavanjem naziva se isparavanje, u uslovima međusobnog relativnog kretanja površine tečnosti i vazduha. Takvo isparavanje se uočava u oto motorima sa unutrašnjim sagorijevanjem pri isparavanju goriva prilikom obrazovanja smješe. Pri svim ostalim nepromijenjenim uslovima brzina dinamičkog isparavanja je uvijek veća u odnosu na brzinu statičkog isparavanja.

Na osnovu izloženog može se zaključiti da brzina i potpunost isparavanja u postrojenju odnosno uređaju u kome se primjenjuje zavisi sa jedne strane od osobina goriva (frakcionog sastava, toplote isparavanja, koeficijenta difuzije), i s druge strane od spoljašnjih uslova (temperature, pritiska, veličine površine isparavanja, relativne brzine strujanja vazduha u odnosu na površinu goriva). Obzirom da je benzin smješa velikog broja jedinjenja (ugljovodonika), nema određenu temperaturu ključanja, već ključa u određenom intervalu. Kod motornih benzina početak destilacije je između 35 i 60oC, a kraj između 180 i 210oC.

Za primjenu benzina kao goriva u motorima SUS izuzetno su važne temperature kod kojih će ispariti 10, 50 i 90% benzina. Naime, time je određen udio lakih i teških frakcija, koje imaju važnu ulogu pri startovanju motora. Potrebno je da desetpostotna tačka bude što niža (veći sadržaj isparljivih frakcija) i u klimatskim uslovima u regionu trebala bi imati vrijednost oko 50oC.

Od pedesetpostotne i devedesetpostotne tačke zavisi zamrzavanje, zagrijavanje motora, razrjeđivanje ulja, isparavanje u kompresijskom prostoru i temperatursko iskorišćenje.

Određivanje ovih karakterističnih temperatura vrši se postupkom standardne destilacije. Kao što se može uočiti, osnovni problemi vezani za isparljivost benzina su u uslovima hladnog (zimski uslovi) i toplog vremena (ljetnji uslovi).

Isparljivost benzina na niskim temperaturama je ključna u uslovima hladnog rad motora i to prilikom njegovog pokretanja (startovanja) i rada još nedovoljno zagrijanog motora. U uslovima niskih temperatura isparavanje benzina je otežano kako uslijed niske temperature samog benzina i njegovog lošijeg raspršivanja pri malim brzinama u difuzoru, tako i uslijed pada temperature zbog isparavanja dijela benzina. Takođe, dio isparenog benzina se kondenzuje uslijed hladnih zidova usisne grane.

Ispitivanjima je utvrđeno da u ovim uslovima samo 10% od ukupne količine goriva dospije u parnom stanju u cilindar. Količina benzina u parnom stanju bila bi nedovoljna za pokretanje motora, pa se zato, smješa mora obogatiti, da bi se postigla donja koncentraciona granica upaljivosti. Vrijeme zagrijavanja motora definiše se kao vremenski interval od trenutka pokretanja motora do trenutka postizanja mirnog rada (postizanja predviđenih vrijednosti snage, temperature rashladnog fluida, temperature mazivog ulja, broja obrtaja i dr.). Poželjno je da ono bude što kraće, jer za vrijeme zagrijavanja dolazi do lošijeg obrazovanja smješe i lošijeg sagorijevanja pa motor daje i manju snagu. Pored toga, isparljivost benzina utiče na obrazovanje parnih čepova, a u zimskim uslovima na zaleđivanje karburatora.

♦ Napon para Slijedeća važna karakteristika motornih benzina je napon para. Vrijednost napona para daje uvid u pritisak koji vrše pare benzina pri određenoj temperaturi. Napon para zavisi od spoljnjih temperaturskih uslova, tako da zimi ne bi smio biti veći od 0,9, a ljeti od 0,6 kg/cm2.

Pritisak zasićenih para određuje se uređajem po Ridu (Reid). Goriva lakšeg frakcionog sastava po pravilu imaju viši pritisak zasićenih para.

Podešavanjem sadržaja lako isparljivih komponenata u jednom gorivu može se postići lak start motora u zimskim uslovima, a spriječiti pojava isparavanja goriva u ljetnjim uslovim.

♦ Čistoća benzina Uobičajeno je čistoću benzina i ostalih naftnih derivata posmatrati sa dva aspekta.

Jedan je mehanička čistoća koju standard obuhvata terminom “voda i mehaničke primjese”. Može se utvrditi direktnim vizuelnim posmatranjem benzina u prozirnoj posudi. Benzin mora, obzirom na mehaničku čistoću, biti proziran, bez vidljivih nečistoća i bez prisustva vode.

Drugi aspekt je hemijska čistoća, koja se ne može uočiti vizuelnim posmatranjem benzina u prozirnoj posudi. U ovom slučaju se radi o onečišćenjima, koja su u benzinu rastvorena i nevidljiva. Ispoljavaju se tek kod njegove primjene i to u vidu stvaranja želatinoznih taloga, koji zaostaju nakon isparavanja benzina ili pak u vidu korozivnih oštećenja dijelova motora.

Standard za benzin obuhvata hemijsku čistoću kroz pojmove: “smola”, “korozija” i “sadržaj sumpora”.

Uslijed dugog stajanja benzinskh frakcija, pogotovo kada su u kontaktu sa vazduhom i metalima, dolazi do formiranja smolastih taloga “smola”. Brzina formiranja taloga zavisi od sadržaja nezasićenih ugljovodonika (npr. kod neobrađenih benzinskih destilata krekovanja) i izlaganja benzina uticaju svjetlosti. Pretpostavlja se da je to posljedica oksidacije supstituisanih naftena.

Prilikom upotrebe benzina sa većim sadržajem smole, dolazi do taloženja tvrde smole na unutrašnjim površinama motora, ventilima i karburatoru, što dovodi do poremećaja u radu.

Sumpor u benzinu može biti anorganski ili organski. Sadržaj sumpora može izazvati koroziju u izduvnom dijelu motora za vrijeme hladnijeg perioda, jer se tada stvara sumporna kiselina sa kondenzovanom vlagom.

Zato se ova jedinjenja moraju ukloniti u toku proizvodnog procesa i to se postiže postupkom rafinacije. Pored osobina koje su prethodno objašnjene, standardima je predviđeno i ispitivanje niza drugih fizičkih i hemijskih pokazatelja kvaliteta goriva.

Goriva za dizel motore Pod gorivom za dizel motore obično se podrazumijevaja frakcija nafte, koja svojim najvećim dijelom isparava u granicama od 180 do 350oC. Takva vrsta goriva najpogodnija je za primjenu u brzohodnim dizel motorima, koji danas, čine osnovni dio dizel motorskog voznog parka. Pored navedenih frakcija, pod dizel gorivom podrazumijevaju se i teži destilati koji se primjenjuju kod sporohodnih dizel motora.

Rafinerije proizvode više vrsta dizel goriva, što zavisi od konstrukcije motora koje pogone i uslova rada. Sistem sagorijevanja kod dizel motora se značajno razlikuje od sistema sagorijevanja benzinskog motora. Kod benzinskih motora, gorivo se raspršuje u struju vazduha, pri čemu nastaje eksplozivna smješa koja se inicijalno pali pomoći električne struje.

Kod dizel motora gorivo se ubrizgava u vazduh koji je prethodno komprimovan i pri tom zagrijan na temperaturu samopaljenja goriva.

U ovom slučaju nije potrebna električna iskra da bi nastupilo sagorijevanje. U trenutku kada je gorivo ispunilo kompresijski prostor cilindra, mora da sagorijeva pravilnom, ravnomjernom brzinom. U suprotnom uljne pare mogle bi prodrijeti u zonu sagorijevanja i tu se naknadno zapaliti, te na taj način izazvati više centara eksplozije. Rezultat toga bila bi pojava nesimetričnog lupanja i lokalnog pregrijavanja pri porastu pritiska u stublini motora. Dakle, nastupila bi situacija slična onoj kao kod detonacije u benzinskim motorima.

Prema tome, gorivo za dizel motore mora imati sposobnost što lakšeg samopaljenja za razliku od goriva za oto motore koje treba biti što otpornije prema samopaljenju. Sposobnost zapaljivosti kod ova dva goriva je u suprotnosti. Brzina obrazovanja smješe u dizel motoru određena je brzinom isparavanja, koja zavisi od temperature, finoće raspršivanja goriva i njegove isparljivosti odnosno viskoznosti.

Dizel gorivoa lakšeg frakcionog sastava (veće isparljivosti) isparavju brže, pa se period potreban za obrazovanje homogone smješe smanjuje. Srazmjerno povećanje isparljivosti dovodi do tvrđeg rada motora (veća brzina porasta pritisaka), jer se u trenutku paljenja u komori za sagorijevanje nalazi veća količina para goriva spremna za sagorijevanje. Pošto se na isparavanje goriva troši dio toplote, uslijed čega opada temperatura u prostoru za sagorijevanje, otežavaju se uslovi paljenja goriva odnosno startovanja motora, naročito u zimskom periodu.

Viskoznost predstavlja karakteristiku unutrašnjeg trenja tečnih supstancija. To je izraz otpora kojim se supstancija suprostavlja djelovanju spoljnih sila, koje teže da izvrše pomijeranje čestica te supstancije. Izražava se kao dinamička, kinematska i relativna viskoznost. Određuje se eksperimentalno pomoću viskozimetra.

Viskoznost utiče na finoću i homogenost raspršivanja goriva u komori za sagorijevanje.

Što je viskoznost goriva niža, to je manji prečnik kapi nastalih ubrizgavanjem goriva u komprimovan i zagrijan vazduh, ali i bolje formiranje smješe. Suviše velika viskoznost onemogućava raspršivanje goriva na male i fine kapi. Veći srednji prečnik raspršenih kapi, ima za posljedicu nepotpunije sagorijevanje i povećanje specifične potrošnje goriva.

Izbor odgovarajuće viskoznosti goriva nije samo od uticaja na proces sagorijevanja smješe, već i na pravilan rad svih elemenata instalacije za dovod goriva naročito pri niskim temperaturama.

Najvažnija osobina, koja karakteriše radna svojstva dizel goriva je upaljivost. Upaljivost određuje karakter sagorijevanja goriva u dizel motoru, a takođe je i najvažniji pokazatelj za ocjenu pogodnosti goriva.

Upaljivost dizelmotorskog goriva okarakterisana je temperaturom samopaljenja i periodom zakašnjenja paljenja i zavisi od grupnog ugljovodoničnog sastava goriva i uslova u kojima se proces odvija. Kao pokazatelj kojim se izražava upaljivost dizel goriva usvojen je cetanski broj (CB), koji se određuje na specijalnom dizel motoru upoređivanjem ispitivanog goriva sa smješom ugljovodonika: cetana i α-metilnaftalina.

Cetanski broj goriva je jednak procentualnom učešću cetana (zapreminski procenti) u njegovoj smješi sa α-metilnaftalinom, koji je ekvivalentan po upaljivosti sa ispitivanim gorivom pri propisanim uslovima ispitivanja.

Najbolju upaljivost imaju normalni parafinski ugljovodonici, dok se najteže pale aromatski ugljovodonici. Što je lanac ugljenikovih atoma duži to je cetanski broj veći, a period zakašnjenja paljenja manji. Npr. cetanski broj 70 ima dizel gorivo koje sagorijeva na isti način kao smješa pripremljena od 70% cetana i 30% α-metilnaftalina.

Sporohodnim dizel motorima odgovara gorivo sa cetanskim brojem od 25 do 40, pri čemu se moraju uzeti u obzir uslovi rada. Srednjehodni motori zahtijevaju cetanski broj oko 45, a brzohodni od 50 do 65. Goriva većih cetanskih brojeva nisu adekvatna za primjenu kod motora. Cetanski broj dizel goriva dobijenih iz sekundarnih destilata je nešto niži, ali se može korigovati dodavanjem aditiva, najčešće na bazi organskih nitrata.

Ostale bitne karakteristike goriva za dizel motore su: - gustina goriva; - niskotemperaturne karakteristike dizel goriva; - mehaničke primjese i voda; - sklonost ka formiranju koksa;

- sadržaj sumpora; - temperatura paljenja.

Gustina goriva najčešće se ne propisuje tehničkim zahtjevima, ali je tijesno povezana sa nizom drugih pokazatelja kao što su: frakcioni sastav, viskozitet, zapreminska toplotna moć i dr. Gustinu dizel goriva neophodno je poznavati pri projektovanju rezervoara, pri izboru uslova transporta i dr. U praksi, gustina dizel goriva najčešće se kreće od 830 do 860 kg/m3. Snižavanjem temperature ispod nule, u zimskom periodu, dolazi do pojava koje smanjuju predviđeni protok goriva od rezervoara do komore za sagorijevanje.

Uopšteno postepeno sa padom temperature raste viskoznost svih ugljovodonika iz sastava goriva, a parafinski ugljovodonici se izdvajaju u obliku kristala. Kristali parafinskih ugljovodonika rastu i međusobno se povezuju postepeno dovodeći do potpunog prestanka tečenja goriva kroz instalaciju za napajanje motora gorivom. Na poboljšanje niskotemperaturskih svojstava dizel goriva može se uticati: - izborom i proizvodnjom goriva iz neparafinske nafte; - udaljavanjem n-parafina iz nafte (ekstrakcija); - razrjeđenjem goriva dodavnjem lakih frakcija; i - korišćenjem dodataka.

Voda se u gorivu javlja: slobodna, higroskopna i u vidu emulzije. Voda je nepoželjan pratilac goriva jer: smanjuje toplotnu moć, pospješuje koroziju, i dr.

Dospijeva u gorivo najčešće prilikom transporta, manipulacije i pri stajanju goriva u skladištu. Mehaničke primjese (pijesak, korozija, koksni ostatak i dr.) dospijevaju u gorivo ili još u toku procesa prerade nafte ili pri transportu i čuvanju. Štetno djeluju, naročito u instalaciji za dovod goriva.

Sklonost ka obrazovanju koksa je svojstvo goriva da formira koks pri zagrijavanju bez prisustva vazduha. Sklonost ka obrazovanju koksa se povećava ukoliko dizel gorivo posjeduje više težih frakcija. U toku prerade nafte ne mogu se odstraniti sve nepoželjne supstancije i jedan dio sumpora ostaje i u dizel gorivima, koja se pri tom dobijaju. Na koroziju instalacije za dovod goriva i rezervoara ne utiče samo veliki sadržaj sumpora u gorivu, već i prisustvo u njemu agresivnih sumpornih jedinjenja.

Pored ovih sumpornih jedinjenja koroziju u instalacijama za gorivo izazivaju i nihovi oksidi, koji su vezani sa vodom u vidu sumporaste i sumporne kiseline u prostoru gdje se vrši sagorijevanje. Takođe, sumporni oksidi katalitički djeluju na proces polimerizacije ugljovodoničnih goriva i maziva i potpomažu nepoželjno stvaranje taloga. Dozvoljeni sadržaj sumpora u dizel gorivu određuje se standardima EU. Temperatura paljenja predstavlja karakteristiku koja je od interesa za požarnu bezbijednost pri čuvanju goriva na skladištu, transportu i u uslovima eksploatacije. Niska temperatura paljenja kod dizel goriva ukazuje na prisustvo lakih komponenata, koje mogu biti štetne po rad motora.

Ulja za loženje (mazut) U kotlovima različite namjene, kao i u nizu industrijskih peći koristi se tečno gorivo koje predstavlja srednji ili teški ostatak frakcionisanja nafte ili krekovanja. Ponekad se kao kotlovsko gorivo koristi i sirova nafta iz koje su izdvojene lake frakcije. U odnosu na čvrsta goriva tečna goriva ovog tipa posjeduju niz prednosti: - veća je količina toplote koja nastaje pri sagorijevanju, što omogućava veće toplotno opterećenje ložišta u odnosu na isto pri sagorijevanju čvrstih goriva (ugalj);

- postupnije je sagorijevanje sa manjim koeficijentom viška vazduha; - manji sadržaj balasta; - moguća je automatizacija dovoda goriva u ložište; i - lakše je rukovanje pri transportu i uskladištenju. Industrijske peći na tečno gorivo manjih su dimenzija u odnosu na peći koje koriste čvrsto gorivo, pri svim drugim istim karakteristikama. Pored niza podjela (prema porijeklu, sadržaju sumpora, oblasti primjene) najvažnija je podjela prema viskoznosti jer viskoznost određuje mogućnost i uslove primjene.

Sagorijevanje ulja za loženje odvija se u parnom stanju, a cijeli proces se može podijeliti na nekoliko uslovnih faza: - pripreme goriva za sagorijevanje, odnosno njegovog raspršivanja, zagrijavanja i isparavnja i miješanja sa vazduhom;

- paljenja i sagorijevanja. Obezbjeđenje sigurnog i ekonomičnog rada postrojenja ostvariće se ako ulje za loženje (mazut) neprestano prije gorionika posjeduje proračunom predviđene vrijednosti temperature i pritiska. Takođe potrebno je da bude u dovoljnoj mjeri prečišćeno. Zato se kompleksu opreme, u koju spadaju pumpe za mazut, prečistači i grijači, poklanja velika pažnja, kako prilikom projektovanja tako i pri eksploataciji ovog goriva.

Kao i kod dizel goriva za motorna vozila, tako i kod lož ulja na kvalitet goriva nepovoljno utiče prisustvo: vode, mineralnih primjesa, kao i sumpora. Prema standardima koji su prihvaćeni u zemljama u regionu ulja za loženje se dijele na: - ulje za loženje ekstra lako-EL (uglavnom se koristi u pećima za zagrijavanje stambenih prostorija); - ulje za loženje lako-L (koristi se u idustriji i poljoprivredi za centralno grijanje, kao i za sve vrste industrijskih primjena); - ulje za loženje srednje-SR (upotrebljava se kao gorivo u industriji za postrojenja manjeg i srednjeg kapaciteta);

- ulje za loženje teško-T (koristi se kao gorivo u industrijskim pećima i velikim energetskim jedinicama); - ulje za loženje lako specijalno-LS (koristi se u priobalnom morskom saobraćaju, kao i za sve one namjene gdje se traži kvalitetnije gorivo); - teška metalurška ulja-TM1 i TM2 (primijenjuju se, kao što im i samo ime kaže, u metalurgiji i svugdje gdje se zahtijeva manji sadržaj sumpora).

Standardi kvaliteta goriva u zemljama EU U poslijednjoj deceniji prošlog vijeka u Evropi se ozbiljno počelo razmišljati o posljedicama zagađenja vazduha izduvnim gasovima iz motora SUS. Zato su 1993. godine uvedeni tzv. EURO PROPISI, koji se odnose na kvalitet izduvnih gasova.

Tabela-Direktive EU o emisiji izduvnih gasova iz motornih vozila (vrijednosti za motore snage veće od 85 kW)

EURO I

EURO II

1993

1996

EUROIII

2000

EURO V

EURO IV

2005

2008

CO, g/kWh

HC, g/kWh

NOx g/kWh

Čvrste čestice g/kWh

Dimljenje, m-1

Standard

početak primjene

EURO I

1. okt. 1993.

4,5

1,1

8,0

0,36

-

EURO II

1.okt. 1996.

4,0

1,1

7,0

0,15

-

EURO III

1.okt. 2000.

2,1

0,66

5,0

0,10

0,8

EURO IV

1. okt. 2005.

1,5

0,46

3,5

0,02

0,5

EURO V

1. okt. 2008.

1,5

0,46

2,0

0,02

0,5

Da bi se sastav i količina izduvnih gasova držala pod kontrolom neminovne su bile određene izmjene u samoj konstrukciji motora. Te izmjene su se odnosile na tretman sagorijevanja goriva, pa su uvedeni turbopunjači i hladnjaci vazduha, tzv. intercooleri. Ovim izmjenama u konstrukcijama motora smanjenje štetnog uticaja izduvnih gasova sagorijevanja bilo je moguće do određenog nivoa, koji nije bio zadovoljavajući.

Emisija čestica (čađ)

Razvoj motora SUS

regulacija ubrizgavanja goriva

DeNOx

promjene kvaliteta goriva

EGR

Oxi cat

tretman izduvnih gasova

EURO V

EURO I

EURO II

SCR DFP

Turbopunjači i intercooler-i

EURO III EURO IV NO2

Konstrukciona rješenja za ispunjenje zahtjeva o emisiji mot. vozila

Potom se od proizvođača goriva zahtijevalo da izvrše rekonstrukcije postrojenja u cilju poboljšanja kvaliteta goriva. Zbog samog sastava goriva mogućnosti za poboljšanjem kvaliteta su bile ograničene.

Konstruktori su dalje promjene u konstrukcijama motora bazirali na sistemu obrade izduvnih gasova do željenog nivoa. Kako ovi sistemi za naknadnu obradu mogu biti osjetljivi na sastav dizel goriva, neophodno je bilo smanjiti sadržaj sumpora u dizel gorivu.

Tabela-EU specifikacije dizel goriva (EN 590) Godina Jedinica

1993.

2000.

2005.

Poliaromati

vol %, max.

-

11,0

11,0

Sadržaj sumpora

ppm, max.

2000

350

50 / 10

Cetanski broj

-, min.

49

51

51

kg/m3

820 - 860

820 - 845

820 - 845

370

360

360

Gustina na

15OC

Destilacija na 95% (v/v)

OC,

max.

Slika-Smanjenje udjela sumpora u dizel gorivu na 1000 litara goriva

Prema uslovima rada dizel motora, razlikuju se goriva slijedećih viskoznih gradacija: D-1, D-2, D-3 i D-4. Gorivo gradacije D-1 spada u područje isparljivosti petroleja i lakog gasnog ulja. Primjenjuje se kod brzohodnih motora i pri niskim temperaturama okoline. Gradacija D-2 obuhvata destilate gasnog ulja niske isparljivosti. Ova goriva se primjenjuju kod brzohodnih motora sa manjim zahtjevima. Gradacije D-3 i D-4 koriste se za stabilne dizel motore, gdje su mali zahtjevi u pogledu kvaliteta. Ova goriva već ulaze u područje lakih ulja za loženje.

U zemljama EU danas se za putnička vozila koriste slijedeće vrste bezolovnih benzina: - regular bez olova (od 90 do 92 oktana, u zavisnosti od nacionalnog standarda članice);

- premijum bez olova (95 oktana); - super plus bez olova (98 oktana). Jedini kvalitet motornog benzina bez olova koji se može naći u čitavoj EU je premijum bez olova sa IOB 95.

U BiH i zemljama u regionu koriste se slijedeće vrste motornih benzina: - bezolovni motorni benzini: EURO PREMIUM BMB 95, EURO PREMIUM BMB 92, PREMIUM BMB 95 i REGULAR BMB 92.

- motorni benzini: NORMAL MB 86, REGULAR MB 92, PREMIUM MB 95 i SUPER MB 98.

Tabela-EU specifikacije bezolovnog motornog benzina BMB 95 (EN 228)

Godina Jedinica Oktanski broj IOB/MOB

-

Sadržaj sumpora

ppm, max.

Sadržaj olova

g/l

Sadržaj aromata

% v/v, max.

Evaporacija na

100OC

(v/v)

% v/v, min.

1993.

2000.

2005.

95/85

95/85

-

500

150

50

0,013

0,005

-

-

42

35

40

46

-

Sadržaj ugljen-monoksida i sumpor-vodonika u izduvnim gasovima isključivo zavisi od kvaliteta goriva i načina sagorijevanja. Zato se tehnologije za obradu izduvnih gasova odnose na smanjenje sadržaja azotnih oksida i čvrstih čestica u izduvnim gasovima motora. Ove tehnologije su dovele do značajnih promjena konstrukcije motora, poput uvođenja recirkulacije izduvnih gasova (EGR) i korišćenja sistema za naknadnu obradu izduvnih gasova, uključujući selektivnu katalitičku redukciju (SCR) i filtre čvrstih čestica. Kod dizel motora putničkih automobila koriste se dvije vrste katalizatora i to: DeNOx katalizatori ili NOx apsorberi u kojima se odvijaju hemijske reakcije u cilju smanjenja količine azotnih oksida. Kod dizel motora komercijalnih vozila primjenjuje se katalizator za selektivnu katalitičku redukciju kojim se smanjuje sadržaj azotnih oksida.

Smanjenje emisije izduvnih gasova Različite tehnologije obrade izduvnih gasova Smanjenje emisije

Smanjenje čestica

Smanjenje NOX

DeNOX

NOX apsorber

SCR

Oksidacioni katalizator

Filtar čestica

Aktivni Kombinovani

Pasivni

Princip rada EGR-motora

Princio rada SCR-sistema 8NH3 + 6NO2

katalizator za hidrolizu CO(NH2)2 + H2O

2NH3 + CO2

7N2 + 12H2O

4NH3 + 4NO+O2

4N2 +6H2O

2NH3+NO+NO2

2N2 + 3H2O

SCR katalizator (katalizator za selektivnu redukciju)

Ox

2NO + O2

2NO2

2CO + O2

2CO2

4CnHn+2 +5nO2

HY

UREA

SCR

OX

4NH3+3O2 2N2 +6H2O katalizator za oksidaciju

4nCO2 + 2nH2O

katalizator za oksidaciju

SCR - selektivna katalitička redukcija

ALTERNATIVNA GORIVA ZA MOTORNA VOZILA BIODIZEL. ETANOL. METANOL. VODONIK. TELČNI NAFTNI GAS (LPG) KOMPRIMOVANI PRIRODNI GAS (CNG)

Svakodnevno smanjivanje rezervi sirove nafte, kao i neprestani porast troškova njene eksploatacije uslovljava sve intenzivnija istraživanja o mogućim alternativnim izvorima energije. Na ovaj način bi se produžio period eksploatacije sirove nafte, a ujedno bi se doprinijelo smanjenju emisije toksičnih supstancija koje se oslobađaju njenim sagorijevanjem. U poslijednje vrijeme poseban akcenat je dat na istraživanja i povećanje primjene alternativnih ili obnovljivih goriva u oblasti saobraćaja.

Zahtjevi koje jedno alternativno gorivo mora da ispuni da bi imalo primjenu u praksi kod motornih vozila su slijedeći:

- da gorivo potiče iz obnovljivih izvora; - da je izvor goriva, odnosno sirovina, relativno lako dostupna za eksploataciju; - da karakteristike goriva odgovaraju zahtijevanim karakteristikama goriva namijenjenim za pogon motora SUS; - da je postupak prerade sirovine, odnosno goriva, relativno jednostavan i jeftin;

- da je manipulacija gorivom, kao i njegovo skladištenje, jednostavno, bezbijedno i jeftino; - da je gorivo postojano pri skladištenju; - da ekološke karakteristike motora sa pogonom na alternativno gorivo zadovoljavju zakonsku regulativu; - da je modifikacija motora za prelazak na rad na alternativno gorivo jednostavna i jeftina;

- da je alternativno gorivo kompatibilno sa motornim uljem i ostalim mazivima koja se koriste kod vozila, a da pri tome alternativno gorivo ne bi smjelo značajnije da smanjuje vrijeme zamjene motornog ulja;

- da primjena alternativnog goriva ne skraćuje vijek trajanja motora; - da je cijena alternativnog goriva manja ili ista kao cijena konvencionalnog goriva.

Alternativna goriva za motore SUS mogu se podijeliti u dvije grupe i to: - tečna biogoriva, - gasovita goriva.

Biogoriva predstavljaju goriva koja se mogu proizvesti iz obnovljivih sirovina i generalno ona imaju pozitivne efekte na zaštitu životne sredine, odnosno na smanjenje emisije ugljen-dioksida. Kao biogoriva mogu se razmatrati biodizel, bioetanol i biometanol. Biogoriva imaju kiseonik u svom sastavu, pa se još nazivaju i oksigenovana goriva ili oksigenati. Ova goriva imaju dobre karakteristike prilikom primjene u motorima SUS, jer povećavaju oktanski broj goriva ukoliko se dodaju motornim benzinima.

Procjena je da najveće šanse za upotrebu kao tečno biogorivo ima bioetanol. Gasovita goriva su vrlo pogodna za primjenu u motorima SUS.

Kao alternativna goriva za motore SUS najčešeče su u primjeni: tečni naftni gas, tečni prirodni gas, komprimovani prirodni gas, vodonik i dr. Prednosti primjene gasovitih goriva za pogon motora SUS su:

- brzo i lako se miješaju sa vazduhom obrazujući smješu potrebnih karakteristika; - potpuno sagorijevaju pri različitim režimima rada;

- tokom sagorijevanja ne stvaraju se naslage na klipovima i ventilima; - omogućavaju lak start motora pri svim vremenskim uslovima;

- posjeduju visoku otpornost prema detonativnom sagorijevanju, pa dopuštaju rad sa višim stepenima kompresije, što je od značaja za primjenu u oto motoru; - ne dovode do razrjeđivanja ulja za podmazivanje. I pored gotovo idealnih svojstava za primjenu u motorima SUS, gasovita goriva imaju i ozbiljne nedostatke zbog kojih je njihova primjena, za sada, ograničena.

Obzirom da su gasovitom stanju, ova goriva zahtijevaju primjenu posebnih, uglavnom velikih rezervoara na vozilu, a manipulacija gorivom, kao i skladištenje i distribucija prilično su složeni. Najnoviji trendovi pooštrovanja zakonskih propisa u pogledu emisije iz motornih vozila i ostalih izvora, kao i kretanja cijena na tržištu konvencionalnih goriva polako, ali sigurno, nameću gasovita goriva kao jeftinija i ekološki pogodnija. Tome značajno doprinosi i politika razvijenih zemalja kojom se, posebnim poreskim olakšicama, stanovništvo i privreda usmjeravaju ka korišćenju različitih gasovitih goriva.

Evropska komisija je 2003. godine donijela Direktivu 2003/30/EC o povećanju korišćenja biogoriva ili drugih obnovljivih goriva u saobraćaju. Glavni pokretači EU za donošenje ove direktive su:

- traženje veće sigurnosti za obezbjeđenje energije u Evropioslobađanje od dijela uvoza energije iz naftom bogatih zamalja izloženih potencijalnim ratnim sukobima; - briga za razvoj poljoprivrede i zbrinjavanje viškova poljoprivrednih proizvoda, kako bi se sačuvala radna mjesta u poljoprivrednom sektoru; - izuzetna briga za smanjenje emisije gasova koji dovode do stvaranja staklene bašte, kako bi se ublažio intenzitet klimatskih promjena.

Direktiva 2003/30/EC propisuje slijedeće: - Zemlje članice moraju se pobrinuti da minimalni udio biogoriva bude plasiran na domaće tržište u razdoblju između 2005. i 2020. godine. - Referentna vrijednost za navedene ciljeve je 2% izračunata na osnovu sadržaja energije svih benzinskih i dizel goriva do 31.12.2005., te 5,75% izračunato na osnovu sadržaja energije svih benzinskih i dizel goriva do 31.12.2010. godine. - Definisano je šta se podrazumijeva pod biogorivom.

Godine 2003. ukupno 11 od 25 zemalja članica koristilo je biogoriva u saobraćaju prije Direktive 2003/30/EC i to na nivou nižem od prvog zacrtanog cilja. Obzirom na tako polazno stanje zemlje članice EU su 2005. godine dostigle potrošnju biogoriva u saobraćaju od 0,75%, što je znatno manje u odnosu na zacrtani cilj od 2%. Zemlje EU pokušavaju raznim poreskim olakšicama podstaknuti proizvođače da se do 2010. dostigne postavljeni cilj od 5,75% udjela na energetskoj osnovi biogoriva u ukupnoj potrošnji goriva u saobraćaju.

Objavljeni podaci o potrošnji biogoriva za 2005. godinu pokazuju da Švedska (2,3%), Velika Britanija (0,24%), Češka Republika (0,046%), Francuska (manje od 1,2%) i Španija (0,44%) nisu ostvarile zacrtane ciljeve. Nasuprot tome, Njemačka je sa 3,4% poprilično nadmašila vlastiti cilj postavljen za biogoriva.

Biodizel Biodizel je komercijalni naziv za metil-estar koji se koristi kao gorivo za pogon dizel motora.

Metil-estar je hemijsko jedinjenje koje se dobija postupkom koji se naziva esterifikacija, odnosno hemijskom reakcijom viših nezasićenih masnih kiselina i alkohola u prisustvu katalizatora. Više masne kiseline su ulja i masti različitog porijekla, a alkohol je najčešće metanol. Pri katalitičkim reakcijama esterifikacije koriste se: bazični, kiseli ili enzimski katalizatori. Za proizvodnju metil-estra koriste se ulja dobijena iz uljane repice, suncokreta, soje, palme, ricinusa, kikirikija ili drugih uljarica, kao i životinjske masti ili reciklirano jestivo ulje.

Slika-Najčešće korišćene sirovine za proizvodnju biodizela (suncokret i uljana repica)

Slika-Najčešće korišćene sirovine za proizvodnju biodizela (soja i palma)

Izbor osnovne sirovine za dobijanje biodizela zavisi od specifičnih uslova i prilika u pojedinim regionima, kao što su: - klima, - zastupljenost pojedinih poljoprivrednih kultura, - ekonomski razvoj zemlje; - navike stanovništva u pogledu sakupljanja sekundarnih sirovina, i dr. U Evropi se za proizvodnju biodizela najviše koristi ulje uljane repice (oko 83%) i ulje suncokreta (oko 12,5%). U Americi najviše se koristi ulje soje, dok se u azijskim zemljama u značajnoj mjeri koristi i palmino ulje.

Biodizel je prvo alternativno gorivo u EU čije su karakteristike definisane odgovarajućim standardom (EN 14214). U motorima SUS mitil-estar može da se koristi na dva, principijelno različita načina: kao dodatak konvencionalnom dizel gorivu, ili samostalno, kao čisti biodizel. Metiln-estar biljnog ulja je u novije doba po prvi puta bio primijenjen kao zamjena za dizel gorivo 1980. godine. U isto vrijeme metil-estar repičinog ulja (RME) je proizveden i testiran kao dizel gorivo na Tehničkom univerzitetu u Gracu u Austriji. Prvo industrijsko postrojenje za RME je počelo s radom 1991. godine u Austriji, a 1996. dva velika industrijska postrojenja počela su sa radom u Francuskoj i u Njemačkoj.

♦ Tehnološki proces proizvodnje biodizela Prije esterifikacije ulje je potrebno rafinisati kako bi se uklonile nečistoće (fosfati, slobodne masne kiseline, voskovi ili boje). Proces esterifikacije predstavlja osnovnu fazu u cjelokupnom procesu proizvodnje biodizela U osnovi postoje dvije vrste procesa: šaržni i kontinualni. Šaržni proces je prikladniji za manja postrojenja (kapaciteta proizvodnje od 500 do 10.000 tona biodizela godišnje), i zahtijeva jednostavniju, a samim time i jeftiniju procesnu opremu. Za veća postrojenja (do 30.000 tona godišnje) kontinualni proces proizvodnje biodizela se pokazuje ekonomičnijim od šaržnog, unatoč složenijoj i skupljoj procesnoj opremi, kao i dodatnom trošku koji predstavlja sistem za vođenje procesa.

Ako se proces esterifikacije odvija u nekoliko istovjetnih koraka (obično dva ili tri reaktora u nizu), potrebno je nakon svakog od tih koraka odvojiti fazu koja sadrži glicerol i ukloniti je iz reakcijske smješe. Kada se kao reaktant koristi metanol, odvajanje faza se odvija spontano odnosno nakon nekog vremena dolazi do taloženja glicerola i odvajanja faze koja sadrži glicerol od one koja sadrži estre. Brzina razdvajanja se može pospiješiti: mehaničkim, hemijskim i termičkim postupcima, kao i primjenom električne energije.

Šaržni proces proizvodnje biodizela Proces esterifikacije odvija se u reaktoru u koji se prvo uvodi ulje, a zatim metanol i katalizator. U reaktoru se za vrijeme trajanja reakcije mora vršiti miješanje.

Po završetku reakcije, reakcijska smješa se transportuje u taložnik ili u sistem za centrifugiranje, gdje se faza koja sadrži estar odvaja od one koja sadrži glicerol. U nekim procesima se reakcijska smješa po prestanku miješanja ostavlja u reaktoru kako bi se istaložila i kako bi se postigla inicijalna separacija. Slijedeći korak je odvajanje metanola iz obje faze isparavanjem (pri temperaturi od 65oC) u isparivačima ili ravnotežnim odvajačima.

Nakon toga se iz faze koja sadrži estar pranjem blago kiselom toplom vodom (od 50 do 60oC) neutralizuju i uklanjaju preostale nečistoće. Na kraju je još potrebno estar osušiti, odnosno izdvojiti vodu isparavanjem uz grijanje ili molekulskim sitima, silikagelom i sl.

Fazi koja sadrži glicerol dodaje se kiselina kako bi se neutralizovao preostali katalizator. Nakon toga se glicerol odvaja od čvrstih supstancija i nečistoća pa se spaljuje kao gorivo, ili se dalje prečišćava kako bi se dobio čisti glicerol. Kontinualni proces proizvodnje biodizela Smješa sirovine, metanola i katalizatora mora se prvo zagrijati, kako bi u reaktor ušla pri radnoj temperaturi. Proces je sličan šaržnom, pa se može primijetiti da je i ovdje potrebno nakon izlaska iz prethodnog reaktora odvojiti iz reakcijske smješe glicerol prije ulaska u slijedeći reaktor. Na taj način se povećava prinos biodizela i skraćuje vrijeme potrebno za esterifikaciju.

Slika-Tehnološka šema šaržnog procesa proizvodnje biodizela

Slika-Tehnološka šema kontinualnog procesa proizvodnje biodizela

♦ Biodizel druge generacije Biodizel druge generacije je hemijski različit od biodizela dobijenog od biljnih ulja. Pretvaranjem biomase u gas proizvodi se “sintetički gas” koji se sastoji uglavnom od ugljen-monoksida i vodonika. Pod uticajem odgovarajućeg katalizatora pretvara se u ugljovodonike (Fischer-Tropsch sinteza), koji će kasnije proizvesti mješavinu benzina, avionskog goriva i dizela. Zbog visoke cijene avionskog goriva, odličnog kvaliteta dizel frakcije i niskog kvaliteta benzinske frakcije (nizak oktanski broj), proces se obično optimizuje za proizvodnju avionskog goriva i dizela.

Prednost druge generacije biodizela je dijelom u tome da je osnovna operacija sirovinskog materijala (pretvaranje u gas) moguća za svaki organski materijal, a dijelom da se dobije gorivo vrhunskog kvaliteta, koje se može koristiti samostalno ili u mješavini sa mineralnim dizelom.

Prva pilot postrojenja za proizvodnju biodizela druge generacije su puštena u rad u: Kanadi (kapaciteta 4 miliona litara godišnje), Švedskoj (150 hiljada litara godišnje) i Španiji (5 miliona litara godišnje). U Kataru postoji nekoliko velikih postrojenja zasnovanih na sistemu “biomasa u tečnost” (biomass to liquid, BTL), koja će u predstojećem periodu predstavljati značajno iskustvo u ovoj oblasti.

Slika-Bioreaktor za proizvodnju biodizela od algi

Etanol Svjetska proizvodnja etanola je u 2004. godini iznosila preko 40 milijardi litara. Najveći proizvođači etanola su Brazil i SAD, koji zajedno proizvode oko 80% od ukupne svjetske proizvodnje. Etanol se može proizvoditi hemijskom sintezom ili fermentacijom. Od ukupne proizvodnje etanola preko 60% se proizvodi fermentacijom i predstavlja bioetanol, odnosno etanol proizveden od obnovljivih sirovina.

Osnovna namjena etanola se može svrstati u tri oblasti: - za korišćenje u industriji kao sirovina ili rastvarač; - za proizvodnju alkoholnih pića; i - kao gorivo. Korišćenje etanola kao goriva je vezano za početak razvoja automobilske industrije. Međutim, etanol su kasnije potisnula jeftina goriva na bazi nafte koja su imala dominaciju sve do pojave naftne krize krajem sedamdesetih godina prošlog vijeka.

Trend proizvodnje etanola kao goriva u svijetu je rastući. U 2003. godini, broj zemalja u svijetu koje proizvode etanol kao gorivo povećao se na 13. Nakon 2003. godine investirana su značajna sredstva u nova postrojenja u Americi, EU, Indiji, Kini, Tajlandu, Australiji, Japanu tako da je danas znatno veći broj zemalja u kojima se proizvodi etanol kao gorivo. ♦ Sirovine za proizvodnju bioetanola Sirovine za proizvodnju bioetanola su: 1. sirovine bogate šećerom - melasa šećerne repe i šećerne trske - šećerna repa i šećerna trska

2. sirovine bogate skrobom - žitarice (pšenica, kukuruz, ječam, raž i dr.) - krompir - ostale skrobne sirovine (tritikale, sirak, sirak za zrno, manioka, batata i jerusalimska artičoka) 3. sirovine na bazi celuloze-lignocelulozne sirovine Celulozna biomasa koja uključuje biljnu i drvnu biomasu, otpadne poljoprivredne biomase, otpatke pri proizvodnji papira i dr., predstavlja sirovinsku bazu za koju se pretpostavlja da će u bliskoj budućnosti biti najzastupljenija u industrijskoj proizvodnji bioetanola.

Tabela-Prosječna iskorišćenost otpadnih i sporednih proizvoda industrije i poljoprivrede pri proizvodnji etanola Sirovina

Specifično iskorišćenje etanola iz sirovine, (litar/tona)

Melasa šećerne trske

250-330

Melasa šećerne repe

260-310

Surutk (slatka)

oko 20

Sulfitna lužina (četinari)

oko 1

Drvo

oko 200

Slama

oko 170

Kukuruzovina

oko 160

♦ Tehnologija proizvodnje bioetanola Bioetanol se proizvodi fermentacijom šećera prisutnih u biomasi ili šećera dobijenih prethodnom enzimskom konverzijom satojaka biomase. Fermentacija šećera biomase se vrši pomoću mikroorganizama, i to tradicionalno pomoću kvasaca, a u novijim tehnologijama i pomoću određenih bakterija.

Tehnologija proizvodnje etanola se razlikuje u zavisnosti od vrste primijenjene sirovine (supstrata) i globalno se može podijeliti u tri faze: - prethodna obrada supstrata; - fermentacija supstrata; i - izdvajanje proizvoda (destilacija, rektifikacija, prečišćavanje i obezvodnjavanje).

Faza prethodne obrade supstrata ima za cilj da se skrobne ili celulozne komponente iz biomase prevedu u fermentabilne šećere i vrši se tretman sa enzimima i kiselinama. Fermentabilni šećeri su oni šećeri (glukoza, fruktoza, saharoza, i dr.) koje mikroorganizmi mogu metabolisati, odnosno fermentisati do etanola. Supstrati na bazi biomase koja je bogata šećerom, kao npr. šećerna repa, ne zahtijevaju prethodnu enzimsku hidrolizu, već se na njima, može direktno izvoditi mikrobiološka fermentacija do etanola.

Slika-Uprošćena šema dobijanja etanola iz biomase

Metanol Metanol je alkohol najjednostavnije strukture. Skoro da je bez boje, mirisa i ukusa. Koristi se kao rastvarač, ekstrakciono sredstvo, sirovina za organske sinteze ili kao gorivo. Metanol se proizvodio još u XVII vijeku suvom destilacijom drveta. U toku Drugog svjetskog rata masovno je korišćen u Njemačkoj kao motorno gorivo.

Korišćen je kao zamjena za benzin u više naftnih kriza.

Metanol može u principu da zamijeni naftu i gas kao goriva i kao sirovine za hemijsku industriju, ali se postavlja pitanje ekonomičnosti ovog rješenja. Osnovni problem predstavlja optimizacija njegove proizvodnje, posebno iz nefosilnih sirovina. Metanol se može koristiti direktno kao gorivo ili se može prevesti u druge pogodnije oblike. On se može koristiti u gorivim ćelijama u kojima se prevodi u ugljendioksid i vodu uz produkciju električne energije. Razvijena je i tehnologija dehidracije metanola uz pomoć zeolita ili kiselih katalizatora do etilena, iz koga se mogu dobiti sva ostala ugljovodonična goriva, koja se za sada dobijaju iz fosilnih goriva.

Tehnologija koja najviše obećava i u koju se ulažu najveća sredstva na globalnom nivou je primjena metanola za dobijanje vodonika, koji se koristi direktno kao gorivo ili u gorivim ćelijama. Metanol se može koristiti kao gorivo sam ili kao djelimična zamjena za motorni benzin. Ova zamjena nije idealna, a problemi koji nastaju miješanjem benzina i metanola odavno su poznati. Mnogi testovi su potvrdili mogućnost korišćenja od 80 do 100% metanola kao goriva za motore automobila, kamiona i autobusa. U GM, Fordu i Chrysleru se proizvode motori koji mogu da koriste bilo koji odnos metanola, etanola i benzina. Kapaciteti za proizvodnju metanola u 2000. godini u svijetu iznosili su 37,5 miliona tona sa stepenom iskorišćenja kapaciteta od 80%.

♦ Sirovine za proizvodnju metanola Metanol se može proizvoditi polazeći od bilo koje ugljenične sirovine, ali se najčešće dobija iz uglja, prirodnog gasa ili biomase. Za proizvodnju matanola iz uglja razvijeni su savremeni tehnološki postupci. Preradom uglja u metanol smanjuje se emisija sumpora u atmosferu, jer se sumpor rutinski uklanja.

Oko 75% metanola se danas u svijetu proizvodi iz prirodnog gasa prije svega iz ekonomskih razloga. Prirodni gas će još dugo ostati jeftinija sirovina za proizvodnju metanola od uglja.

Biomasa je, takođe, pogodna sirovina za proizvodnju metanola. Jedna tona biomase odgovara proizvodnji od oko 450 litara metanola. Pogodne sirovine su lignocelulozne i to ostaci iz proizvodnje žitarica, hrane, drveta, čvrstog komunalnog otpada, celuloze, papira i dr. Kao sirovina biomasa ima određene prednosti u odnosu na ugalj, jer je reaktivnija pa se brže gasifikuje i u najvećem broju slučajeva ne sadrži sumpor pa se pojeftinjuje proces proizvodnje.

Najpogodnija biomasa za proizvodnju metanola je drvo zbog svog konzistentnog sastava. Druga pogodna sirovina za proizvodnju metanola je crni lug koji nastaje pri procesu sulfitne prerade drveta u celulozu.

♦ Tehnologija proizvodnje metanola Tehnološki postupci za proizvodnju metanola imaju neke zajedničke faze, bez obzira na vrstu sirovine.

Ugalj ili biomasa se najprije gasifikuje zagrijavanjem na temperaturu od 700oC u prisustvu male količine kiseonika ili u njegovom odsustvu. Dobija se sintezni gas koji se sastoji od: vodonika, ugljen-monoksida, ugljen-dioksida i vlage (u nekim slučajevima nastaje metan i male količine drugih ugljovodonika). Ove faze proizvodnje metanola su iste bez obzira na ugljeničnu sirovinu koja se koristi, a razlikuje se samo u primjeni katalizatora i konstrukciji konvertorskih peći.

Uklanjanje jedinjenja sumpora je neophodno, posebno kada se kao osnovna sirovina koristi ugalj. Zatim se sintezni gas podvrgava nizu hemijskih reakcija da bi se dobio željeni proizvod.

Vrši se reforming (krekovanje) vodenom parom, reakcija premiještanja, uklanjanje ugljen-dioksida, sinteza i prečišćavanje metanola. Od faze dobijanja prečišćenog sinteznog gasa pa do dobijanja metanola koristi se ista vrsta opreme bez obzira na primijenjenu sirovinu.

Slika-Proizvodnja metanola gasifikacijom crnog luga

Vodonik Vodonik će u budućnosti sigurno igrati važnu ulogu kao održivo motorno gorivo, jer može da se proizvodi u praktično neograničenim količinama iz obnovljivih izvora. Vodonik je prvorazredno ekološko gorivo, jer su produkti njegovog sagorijevanja izuzetno čisti, a pri upotrebi kao motorno gorivo u smješi s prirodnim gasom emituje se samo mala količina azotnih oksida. Pored toga, vodonik raspolaže najvišim sadržajem energije po jedinici mase, donja toplotna moć iznosi 120 MJ/kg a oktanski broj je veći od 130.

Glavnu prepreku masovnoj upotrebi vodonika predstavlja njegov relativno nizak sadržaj energije po jedinici zapremine, kao i na sobnoj temperaturi. Ovo predstavlja veliki problem pri njegovom transportu i skladištenju i stoga se ulažu izuzetni napori da se ovo prevaziđe. Razvijaju se sistemi za skladištenje (vodonik u stanju kriogene tečnosti ili komprimovanog gasa), kao i fizički i hemijski načini vezivanja vodonika za izvjesne supstancije.

♦ Tehnologija proizvodnje vodonika Vodonik je najjednostavniji element i najrasprostranjeniji gas u svemiru. Iako se u prirodi nikad ne javlja slobodan, već u kombinaciji sa drugim elementima, kao što su kiseonik ili ugljenik. Vodonik se može proizvesti iz različitih izvora (ugalj, nafta, prirodni gas, biomasa i voda) uz pomoć različitih tehnologija: - reformiranje parom prirodnog gasa; - gasifikacija i piroliza; - elektroliza; - fotolitički postupci; - proizvodnja vodonika iz energije vjetra.

Slika-Tehnološka šema procesa reformiranja parom prirodnog gasa

Dosadašnja iskustva u proizvodnji i primjeni vodonika su: - proizvodnja vodonika: vodonik je sa sadašnjom tehnologijom još uvijek tri do četiri puta skuplji od motornog benzina, a od dizela još i više;

- distribucija vodonika: mora se razviti ekonomski isplativa i energetski efikasna infrastruktura, a cijena isporuke od proizvođača do potrošača drastično smanjiti; - smiještanje vodonika: rezervoari za vodonik u automobilima moraju obezbijediti autonomiju od najmanje 500 km, uz zadovoljavajuću cijenu i performanse, a da pri tom ne zauzimaju tovarni i putnički prostor; - praktična i masovna upotreba vodonika kao motornog goriva se ne nazire u bliskoj budućnosti.

Tečni naftni gas (TNG, LPG) Tečni naftni gas predstavlja smješu propana i butana i negova tačka ključanja varira u opsegu od -44 do 0oC. Naziv TNG ukazuje da se ove komponente lako kondenzuju, jer na normalnoj temperaturi već pri pritiscima od 2 do 8 bar prelaze u tečno stanje. TNG se često naziva propan-butan ili butan, a u nekim zemljama se naziva samo propan. Kad je namijenjen za korišćenje u domaćinstvu, naziva se prosto gas ili plin, a kad se koristi kao pogonsko gorivo za automobile upotrebljava se naziv autogas.

Zbog svojih povoljnih karakteristika, TNG ima široku primjenu kao gorivo za domaćinstva, u industriji, u poljoprivredi i kao gorivo za motore SUS. TNG je teži od od vazduha, tako da se pri eventualnom isticanju iz rezervoara taloži u blizini tla. U tečnom stanju TNG je duplo lakši od vode. TNG je bezbojan, i kao gas i kao tečnost, nema mirisa, tako da mu se iz bezbjedonosnih razloga dodaje jako aromatična supstancija koja svojim oštrim i neprijatnim mirisom upozorava na isticanje gasa iz rezervoara.

Donja toplotna moć TNG iznosi oko 25 MJ/dm3, što je za oko 20% niže od odgovarajuće donje toplotne moći motornog benzina. Obzirom da TNG potpunije sagorijeva, povećanje potrošnje TNG u odnosu na motorni benzin, izraženo u litrama na pređenih 100 km, iznosi od 10 do 15%. Jedna od najznačajnijih karakteristika TNG je visok oktanski broj, pa ga to čini posebno pogodnim za primjenu u oto motorima. TNG je sa, ekološkog aspekta, izuzetno prihvatljivo gorivo. Sa vazduhom lako obrazuje smješu, pa TNG skoro potpuno sagorijeva. Zato produkti nepotpunog sagorijevanja (ugljen-monoksid, ugljovodonici, čađ i čestice) nastaju u zanemarljivim količinama.

Udio vodonika u molekulima jedinjenja koja čine TNG je viši, pa je u produktima sagorijevanja veći sadržaj vode, a smanjuje se sadržaj ugljen-dioksida. Zbog nižih temperatura, znatno je snižena i emisija oksida azota. Pored toga, u sastavu izduvnih gasova nema olovnih i sumpornih jedinjenja, koja takođe štetno utiču na životnu sredinu. U pogledu kvaliteta izduvne emisije, motori sa pogonom na TNG nadmašuju i najmodernije dizel motore sa naknadnim tretmanom izduvnih gasova. Motori sa pogonom na TNG imaju za oko 30% duži vijek trajanja u odnosu kada je pogon na benzin.

Podmazivanje motora je znatno kvalitetnije, jer se motorno ulje sporije degradira u toku eksploatacije. Primjena gasa u motorima SUS ima izuzetno dugu tradiciju.

Razvijene zemlje već dugo sistematski rade na omasovljavanju upotrebe TNG za pogon motornih vozila. Najdužu tradiciju u tom pogledu ima Austrija, jer u Beču skoro svi autobusi gradskog prevoza već 30 godina koriste TNG. Slično je i u ostalim evropskim zemljama, Japanu i SAD. Osim u javnom prevozu, posebnim poreskim olakšicama podstiče se i upotreba TNG u putničkim vozilima.

Među evropskim zemljama prednjači Italija sa preko 1,2 miliona automobila sa pogonom na TNG, zatim slijedi Holandija sa preko 800 hiljada takvih vozila. U svijetu TNG učestvuje sa oko 2% u ukupnoj potrošnji energije. Ukupna godišnja potrošnja u Evropi iznosi iznosi preko 20 miliona tona od čega oko 80% se koristi za potrebe domaćinstava i industrije, a oko 20% kao pogonsko gorivo za automobile.

♦ Proizvodnja TNG TNG se dobija na dva načina.

Iz prirodnog gasa, u postupcima frakcionisanja sirovog prirodnog gasa, tokom kojih se izdvajaju etan, propan, butan i ostali gasovi. Ovi postupci se sprovode u specijalnim postrojenjima za “degazolinažu” u blizini nalazišta prirodnog gasa. Drugi način dobijanja TNG je tokom postupka primarne i sekundarne prerade nafte.

Komprimovani prirodni gas (CNG) Prirodno gasovito gorivo je tzv. prirodni ili zemni gas, koji je redovno prisutan u nalazištima nafte bilo kao izdvojen, bilo kao rastvoren u nafti.

Prirodni gas se može nalaziti i samostalno. Kao i nafta, prirodni gas je organskog porijekla. Glavni sastojak prirodnog gasa je metan, a pored njega, u manjim količinama se nalaze negorivi gasovi: ugljen-dioksid, azot i kiseonik. CNG je uvijek u gasovitom stanju, tako da se pri skladištenju mora sabijati pod pritiskom od 200 bar. Zbog toga rezervoari i instalacije moraju imati posebnu konstrukciju.

Zato takva skladišta i instalacije još uvijek nisu pogodni za ugradnju u motorna vozila, mada se u svijetu uveliko eksperimentiše sa pogonom motornih vozila na prirodni gas. CNG ima široku primjenu kao energent, ali i kao sirovina u industriji. U novije vrijeme, sve veću komercijalnu primjenu nalazi i u motorima SUS. Sa ekološkog aspekta primjena CNG kod motornih vozila je izuzetno prihvatljiva. Mnogobrojnim ispitivanjima utvrđeno je da se može smanjiti emisija reaktivnih ugljovodonika za više od 93%, ugljen-dioksida za 30%, azotnih oksida do 60% i ugljen-monoksida oko 65%.

Prednosti primjene CNG su: - vozila sa CNG imaju niži nivo buke u prosjeku za 10 dB, što je takođe u skladu sa direktivom EU, koje se odnose na dozvoljene nivoe buke za određenu kategoriju vozila; - ekonomska opravdanost korišćenja CNG u motornim vozilima; - niže cijene u odnosu na klasična pogonska goriva;

- vijek trajanja motora se produžava za oko 50%; - vijek trajanja motornog ulja je duži za oko 100%; - moguće je uspješno startovanje motora pri veoma visokim temperaturama.

Gorivi ekvivalent: 1 litar klasičnih tečnih goriva odgovara 1,1 do 1,3 m3 prirodnog gasa. Vozila koja koriste CNG izuzetno su pogodna za urbane sredine gdje su zagađenja životne sredine najveća. Ovaj pogon je pogodan za: - gradski prevoz; - komunalna vozila; - dostavna vozila;

-

hitnu pomoć;

-

taksi vozila;

-

vozila unutrašnjeg transporta (viljuškari i sl.);

-

radna vozila (traktori, utovarivači i sl.);

-

vozila koja se koriste u turističke svrhe (turistički vozovi, i sl.).

ČVRSTA FOSILNA GORIVA UGALJ-PORIJEKLO, SASTAV I KARAKTERISTIKE VRSTE UGLJEVA

Osobine i porijeklo uglja U primarna čvrsta goriva ubrajaju se: drvo, treset, sve vrste ugljeva (lignit, mrki, kameni, poluantracit i antracit), bitumenski pijesak i uljni škriljci. Čvrsta goriva se prerađuju, kao i druga dva fosilna goriva (nafta i prirodni gas), pa se onda govori o vještačkim ili sekundarnim gorivima, kao što su npr. drveni ugalj, koks, polukoks, razni briketi i dr. Ugalj je najznačajnije primarno čvrsto gorivo, koje se već duži vremenski period koristi, a tako će biti i u budućnosti obzirom na značajne rezerve ovog goriva.

Organska supstancija uglja sastoji se od složenih makromolekula.

Najrasprostranjeniji i slabo reaktivni dio ovih makromolekula su prostorni polimeri u vidu razgranatih mreža ugljenika. Struktura organske supstancije uglja je vezana za genezu i metamorfozu supstancija od kojih su ugljevi nastali. Teorija o nastanku uglja (slično teoriji za naftu i prirodni gas) govori o tome da su ugljevi nastali u veoma dugom vremenskom periodu transformacijom organskih supstancija iz viših biljaka, algi, gljiva, planktona i mikroorganizama.

Prema prasupstanciji od koje su nastali ugljevi se dijele na humusne i sapropelne. Humusni ugljevi su nastali transformacijom viših biljaka, a sapropelni pretežno od planktona i mikroorganizama životinjskog porijekla.

Nalazišta, rezerve i proizvodnja uglja

Zemljinu kuglu opasuju dva velika pojasa u kojima se nalazi ugalj. Prvi je na sjevernoj zemljinoj polulopti i polazi iz srednjeg dijela sjevernoameričkog kontinenta, preko srednjeg dijela Evrope i bivšeg SSSR-a do Kine. Drugi pojas je na južnoj zemljinoj polulopti i polazi od južnog Brazila preko južne Afrike do Indije i istočne Australije.

Rezerve uglja određuju se na osnovu geoloških istraživanja, kao i tokom same eksploatacije. U literaturi i izvještajima vladinih i nevladinih agencija za prirodne resurse, rezerve uglja se dijele na:

- sigurne, - vjerovatne, i - moguće.

U sigurne rezerve uglja ubrajaju se količine utvrđene preciznim istražnim radovima, naprimjer gustom mrežom bušotina. Vjerovatne rezerve su određene metodom eksploatacije na osnovu utvrđrnih sigurnih rezervi uglja. Moguće rezerve uglja utvrđene su na osnovu opštih geoloških istraživačkih radova. Ako se poveća opseg istraživačkih radova, moguće rezerve postaju vjerovatne, a vjerovatne sigurne, ali je moguće i obrnuto da tokom nastavka istraživanja vjerovatne rezerve postanu moguće.

Takođe u statistikama vladinih i nevladinih agencija za prirodne resurse rezerve uglja se dijele na: - iskoristive,

- poznate, - dodatne, i - ukupne. Iskoristive rezerve uglja su one količine koje se mogu eksploatisati sa postojećom tehnologijom na ekonomičan način.

Poznate rezerve uglja su one količine za koje se može sa sigurnošću pretpostaviti da su u nalazištima, a u kojima je opsežnim istražnim radovima određen njihov kvalitet i kvantitet. Iz prethodne definicije proizilazi da poznate rezerve obuhvataju iskoristive rezerve. Dodatne rezerve definišu se kao razlika ukupnih i poznatih rezervi.

One se procjenjuju na osnovu opšteg poznavanja geoloških uslova, istražnih radova manjeg opsega i sličnosti geoloških prilika sa onim u poznatim nalazištima.

Naime, dodatnim rezervama se procjenjuju resursi na područjima koja nisu još dovoljno istražena.

Ukupno poznate rezerve uglja u svijetu su procijenjene na oko 908 milijardi tona u 2003. godini, što će biti dovoljno za slijedećih 180 godina ako se potrošnja bude održala na nivou iz 2003. godine. Međutim, predviđa se stalni porast potrošnje uglja u svijetu.

Potrošnja uglja u svijetu u 2003. godini je iznosila 4,9 milijardi tona, dok se potrošnja u 2030. godini predviđa od oko 9,6 milijardi tona. Ako se ostvare prognoze o gotovo dvostruko većoj potrošnji uglja u 2030. u odnosu na 2003. godinu, onda je sasvim jasno da će rezerve uglja u svijetu kraće trajati od navedenih 180 godina.

Ako se uzme u obzir činjenica da su poznate svjetske rezerve uglja opadale od 1065,05 milijardi tona u 1990. godini na 982,5 milijardi tona u 2000. godini i zadržale su se na 908 milijardi tona u 2003. godini, proizilazi da će opadanje rezervi i stalno povećanje potrošnje dovesti do još kraćeg trajanja rezervi uglja u svijetu. Iako su naslage uglja rasprostranjene u više od 80 zemalja, ipak je 67% od ukupnih svjetskih poznatih rezervi locirano u samo četiri zemlje: 27% u SAD-u, 17% u Rusiji, 13% u Kini i 10% u Indiji.

U ove četiri zemlje u 2003. godini proizvedeno je 63% od ukupne svjetske proizvodnje uglja. U strukturi svjetskih poznatih rezervi uglja antracit i kameni ugalj imaju učešće od 53%, mrki ugalj 30% i lignit 17%. U svijetu je 2000. godine ukupno proizvedeno oko 5,26 milijardi tona uglja, a eksperti procjenjuju da će u 2015. godini ona biti oko 7,49 milijardi tona.

Najveći proizvođači uglja u svijetu su Kina i SAD. Kina je 2000. godine proizvela oko 1,17 milijardi tona uglja, a procjenjuje se da će proizvodnja u 2015. godini iznositi oko 3 milijarde tona. SAD su u 2000. godini proizvele oko 0,899 milijardi tona uglja, a procjenjuje se da će proizvodnja u 2015. godini iznositi oko 1,12 milijardi tona.

Vodeći proizvođači uglja u Evropi su: Njemačka sa oko 50 miliona tona kamenog uglja i 170 miliona tona lignita; Ruska Federacija sa oko 150 miliona tona kamenog uglja i 80 miliona tona lignita i mrkog uglja; Poljska sa oko 140 miliona tona kamenog uglja i 60 miliona tona lignita i mrkog uglja; Ukrajina sa oko 70 miliona tona kamenog uglja i Velika Britanija sa oko 50 miliona tona kamenog uglja. Evropske zemlje, uključujući Tursku ali bez zemalja bivšeg SSSR-a, godišnje proizvode površinskom eksploatacijom oko 541 milion tona uglja, što predstavlja oko 57% ukupne svjetske proizvodnje uglja dobijenog površinskom eksploatacijom.

U Kini ugalj se u 2003. godini koristio uglavnom u industrijskom (oko 55%) i elektroenergetskom sektoru (oko 38%), a manje u ostalim sektorima (oko 7%). U periodu od 2003 do 2030. godine u Kini se ovaj trend planira promijeniti u korist elektroenergetskog sektora, tako da se planira da u 2030. godini potrošnja uglja u industrijskom sektoru bude oko 40%, elektroenergetskom 55% i ostalim sektorima oko 5%.

U Indiji najveći rast potrošnje uglja u periodu od 2003. do 2030. godine očekuje se u elektroenergetskom sektoru (oko 70%), a ostatak najvećim dijelom u industrijskom sektoru. Potrošnja uglja u 2003. godini u zemljama Srednjeg Istoka iznosila je oko 14,5 miliona tona. Najveći potrošač uglja bio je Izrael sa 87%, dok se preostala potrošnja uglavnom odnosila na Iran.

Procjene su da će ovaj region u periodu od 2003. do 2030. godine imati blago povećanje potrošnje uglja, tako da će ona u 2030. godini iznositi 17,24 miliona tona. U afričkim zemljama očekuje se povećanje potrošnje uglja u periodu od 2003. do 2030. godine za 106 miliona tona. Trenutno Južna Afrika troši oko 93% ukupne afričke potrošnje uglja, a očekuje se da će tako ostati i u narednom periodu.

Ugalj se u ovom regionu uglavnom koristi u elektroenergetskom i industrijskom sektoru.

Potrošnja uglja u zemljama Centralne i Južne Amerike u 2003. godini iznosila je 31,75 miliona tona. Brazil je 2003. godine potrošio 68% od ukupne potrošnje uglja u zemljama ovog regiona. Potrošnja uglja u Centralnoj i Južnoj Americi u periodu od 2003. do 2030. godine povećaće se za 35,38 miliona tona.

Najveći svjetski izvoznici visokokvalitetnog uglja u 2004. godini bili su: Australija, Indonezija, Kina, Južna Afrika, Kolumbija, SAD, Venecuela i Vijetnam. Međunarodna trgovina uglja ostvarena u 2004. godini iznosila je 693,1 milion tona, a obzirom da ona ima tendenciju stalnog rasta očekuje se da će 2030. godine iznositi 1017,87 miliona tona. Zemlje izvoznice uglja imaju velike rezerve visokokvalitetnog uglja i njihova proizvodnja premašuje domaću potražnju.

Australija je najveći izvoznik uglja u svijetu i ima najveće rezerve visokokvalitetnog uglja, koji je pogodan kako za proizvodnju električne energije tako i za industriju.

Problemi savremene rudarske industrije

U svijetu opredjeljenje na ugalj u oblasti dobijanja primarne energije je veoma stabilno. Ali se ne može zanemariti činjenica da industriju uglja u svim zemljama gdje se ugalj eksploatiše u značajnim količinama potresa velika kriza. Kriza rudarske industrije ima kompleksan karakter, koji se izražava u ekonomskom, tehnološkom, ekološkom i socijalnom smislu.

U ekonomskom smislu se ističu potrebe: - da industrija uglja u potpunosti posluje na tržišnim principima; - da osigurava razvoj cjelokupne državne ekonomije;

- da svojom proizvodnom cijenom bude profitabilna i konkurentna na domaćem i inostranom tržištu; - da bude atraktivna za domaća i inostrana investiciona ulaganja;

- da korišćenje javnih subvencija iz državnih budžeta svede na najmanju moguću mjeru.

U tehnološkom smislu industrija uglja mora brže rješavati vlastite probleme tehnološkog razvoja, što podrazumijeva smanjenje specifičnog utroška energije i repromaterijala u svim fazama eksploatacije, transporta, odlaganja i deponovanja uglja i jalovine, brža primjena informacionih tehnologija i efikasan menadžment, koji će organizaciju rada maksimalno racionalizovati. U ekološkom smislu industrija uglja mora uspostaviti nove proizvodne i tehnološke standarde, koji će potencijalne i evidentne ekološke rizike svesti na najmanju moguću mjeru.

U socijalnom smislu industriju uglja očekuje najveći obim promjena. Naime, zahtjevi za privatizacijom u ovoj oblasti, naročito u zemljama gdje je bilo centralno planiranje, oštro su usmjereni ka smanjenju broja zaposlenih. Svjetska iskustva pokazuju da država ne profitira preko prihoda koje ostvari prodajom rudnika uglja, već mnogo više ako bude raspolagala rudnicima koji mogu funkcionisati na principu tržišne ekonomije, bez državnih intervencija i subvencija.

U industriji uglja u BiH javljaju se isti problemi, kao i uostalim zemljama u tranziciji. Kao i sve grane industrije tako je i industrija uglja doživjela podjelu unutar BiH. Rudnici u BiH 1989. godine proizveli su 17.968.287 tona uglja (lignit i mrki ugalj).

U periodu od 1992. do 1995. godine proizvodnja je iznosila oko 10% proizvodnje iz 1989. godine. Danas se proizvodnja uglja, na nivou BiH, stabilizovala na oko 8,7 miliona tona ili oko 48,6% proizvodnje iz referentne 1989. godine. Rudnici u FBiH 1989. godine proizveli su oko 14 miliona tona uglja (ili 78%), a rudnici u Republici Srpskoj oko 3,9 miliona tona uglja (ili 22%).

U 2003. godini rudnici u FBiH proizveli su oko 5,4 miliona tona uglja (ili 62,5% na nivou BiH iz 1989.), a rudnici u Republici Srpskoj oko 3,25 miliona tona uglja (ili 37,5% na nivou BiH iz 1989.) Navedeni podaci jasno pokazuju da je oporavak proizvodnje uglja u RS bio brži u odnosu na rudnike u FBiH. Naime, u 2003. godini rudnici u RS su ostvarili oko 83% predratne proizvodnje uglja, dok su rudnici u FBiH ostvarili oko 38%.

Ostvarena proizvodnja uglja u BiH u 2003. godini iznosila je samo 48,4% u odnosu na referentnu 1989. godinu (površinska sa 53,9% i podzemna sa 35,7%). Prva istraživanja nalazišta potencijalnih rezervi uglja u BiH izvršena su u periodu od 1900. do 1914. godine. Tada su procijenjene rezerve uglja u BiH iznosile oko 5 milijardi tona.

Druga procjena potencijalnih rezervi uglja u BiH od 5,264 milijardi urađena je 1970. godine. Sadašnje procijenjene ukupnih rezervi uglja ne pokazuju znatniju promjenu u odnosu na prve procjene s početka XX vijeka, mada je stepen istraženosti danas neuporedivo veći. Potencijalne rezerve kamenog uglja u srednjem i istočnom dijelu planine Majevice su oko 30 miliona tona.

Znatne rezerve visokokvalitetnog uglja (kvalitet približan kamenom uglju) mogu se očekivati na podrućju opštine Zenica. Značajne rezerve mrkog uglja nalaze se u više bazena, u kojima se danas nalaze i aktivni rudnici. Najveće rezerve mrkog uglja nalaze se u Srednjebosanskom bazenu (Kakanj, Breza, Zenica i Bila), Banovićima (Banovići i Đurđevik), Ugljeviku i Kamengradu. Potencijalne rezerve mrkog uglja u BiH se kreću oko 2.430 miliona tona.

Najznačajnije rezerve uglja u BiH vezane su za lignit. U Kreki se nalazi 56% ukupnih bilansnih rezervi lignita, odnosno 62% od ukupnih geoloških rezervi ovog uglja u BiH.

Značajne količine kvalitetnog lignita nalaze se u Gacku, Stanarima, Livnu i Tomislavgradu. Procijenjene rezerve lignita u BiH iznose 5.512 miliona tona.

Podjela ugljeva Klasifikacija uglja treba trebala bi omogućiti da se na brz i jednostavan način odredi njegova najbolja primjena, tj. da li je pogodan za sagorijevanje u pećima i ložištima parnih kotlova, zatim za proizvodnju metalurškog koksa, za gasifikaciju, i dr. Klasifikacija ugljeva se vrši: - prema geološkoj starosti (stratigrafski); - prema nastaku i prasupstanciji (genetski), - prema fizičkim osobinama i hemijskom sastavu.

Podjela prema fizičkim osobinama i hemijskom sastavu najpraktičnija je i pokazuje do koje je mjere napredovalo ugljenisanje prasupstancije od koje je nastao odgovarajući ugalj. Prema stepenu ugljenisanja ugljevi se dijele na: - lignit, - mrki ugalj,

- kameni ugalj, - poluantracit i antracit.

Ova podjela najčešće odgovara podjeli prema geološkoj starosti. Međutim, ima ugljeva koji po geološkoj starosti odgovaraju kamenim ugljevima, a prema stepenu ugljenisanja mrkim ugljevima.

Takođe, ima vrlo mladih ugljeva kod kojih je ugljenisanje otišlo mnogo dalje nego što bi odgovaralo njihovoj geološkoj starosti.

Slika-Promjene hemijskog sastava čvrstih goriva u toku procesa ugljenisanja

Hemijska i rendgenografska ispitivanja su pokazala da se ugljevi sastoje od pljosnatih rešetki ciklično polimerizovanog ugljenika, koje su međusobno vezane bočnim lancima ugljenikovih atoma čije slobodne valentne veze mogu biti zauzete atomima kiseonika, vodonika, azota, sumpora, radikalima i grupama. Prilikom zagrijavanja uglja dolazi do cijepanja bočnih veza i do izdvajanja isparljivih komponenata.

Prvi pokušaj klasifikacije uglja napravio je Regnault 1837. godine, a zatim je tu kalsifikaciju 1874. godine modifikovao Gruner. Kasnije su mnogi autori radili na usavršavanju Regnault-Grunerove klasifikacije uglja.

Treba naglasiti da nema opšteprihvaćene klasifikacije uglja, pogotovu za ugljeve niže toplotne moći. Najveći nedostatak ovakve klasifikacije uglja je u tome što se pojedine vrste uglja međusobno preklapaju.

Zapravo, pravi razlog je taj što nije moguće povući oštru granicu između pojedinih vrsta ugljeva. Ako se pomoću toplotnih moći žele klasifikovati ugljevi, onda je u literaturi moguće naići na podatak da je granica između lignita i mrkog uglja toplotna moć od 12,56 MJ/kg, a između mrkog i kamenog uglja 23,87 MJ/kg, s tim da su ove toplotne moći određene tako da ne uzimaju u obzir sadržaj pepela u gorivu. Naravno, ovaj pristup nije jedinstven u literaturi i treba postavljene granice prihvatiti uslovno.

♦ Lignit i mrki ugljevi Ovi ugljevi predstavljaju fazu završetka transformacije biljne supstancije.

Karakteriše ih visok sadržaj mineralnih supstancija, vlage, sumpora i isparljivih sastojaka. Koriste se kao gorivo u sirovom stanju i daju dug plamen, sa mnogo čađi. Donja toplotna moć čiste gorive mase mrkih ugljeva ne prelazi 29,3 MJ/kg.

Donja toplotna moć radne mase je veoma mala uslijed velikog sadržaja balasta (vlaga i mineralne primjese) i iznosi od 6,3 do 16,8 MJ/kg. Mrki ugljevi su toplotno nepostojani, male su tvrdoće i čvrstoće.

Skloni su promjenama ukoliko dugo vremena provedu u skladištu, i vema su skloni oksidaciji i samopaljenju. Mrki ugljevi se pretežno koriste za sagorijevanje u velikim termoenergetskim postrojenjima u sprašenom stanju, a osim toga koriste se i za dalju preradu u plemenitije oblike čvrstih goriva (brikete i polukoks) ili u gasovita goriva.

♦ Kameni ugljevi Ovu grupu ugljeva karakteriše visok sadržaj ugljenika, dok količina isparljivih sastojaka varira u širokom rasponu (od 9 do 50%). Prema sadržaju isparljivih sastojaka i prema osobinama koksnog ostatka, koji može biti praškast, slijepljen i sinterovan kameni ugljevi se dijele na slijedeće podvrste: - gasne,

- masene, - koksne, i - posne kamene ugljeve.

Donja toplotna moć radne mase kamenih ugljeva nalazi se u intervalu od 20,9 do 29,3 MJ/kg. U poređenju sa mrkim ugljevima, kameni ugljevi su hemijski stabilni, neznatno mijenjaju osobine pri skladištenju, neke vrste ovih ugljeva su sklone ka samopaljenju. Kameni ugljevi se neposredno koriste kao gorivo, zatim za gasifikaciju, a samo odgovarajuće vrste za proizvodnju metalurškog koksa.

U zavisnosti od sadržaja isparljivih sastojaka kameni ugljevi sagorijevaju sa dugim ili kratkim plamenom. Posni ugljevi, slični poluantracitu i antracitu, sagorijevaju gotovo bez plamena.

♦ Antracit i poluantracit Osnovna karakteristika ovih ugljeva je visok sadržaj ugljenika (preko 90%).

Kod antracita proces ugljenisanja je potpuno završen. Poluantracit sagorijeva sa kratkim plavičastim plamenom, a antracit gotovo bez plamena.

U poređenju sa kamenim ugljevima antraciti posjeduju još veću gustinu, manje su higroskopni i veoma su stabilni pri skladištenju. Donja toplotna moć antracita kreće se u granicama od 21,1 do 27,2 MJ/kg.

Ovi ugljevi se koriste direktno kao visokokalorična goriva, ali su izuzetno pogodni i koriste se za gasifikaciju, tj. za proizvodnju tzv. sintetičkih gasova.

Sintetički gasovi imaju primjenu kao energenti ili se koriste kao sirovina u hemijskoj industriji.

POSTUPCI PRIPREME I OBLAST PRIMJENE UGLJA GASOVITA GORIVA PRIRODNA GASOVITA GORIVA

Postupci pripreme čvrstih goriva

Da bi se ugalj efikasno i ekonomski opravdano mogao da koristi potrebno ga je, prije upotrebe, na odgovarajući način pripremiti. U toku procesa pripreme ugalj se oslobađa dijela mineralnih primjesa, usitnjava do određene veličine čestica, optimalne za odgovarajuću namjenu, i kada je to moguće oslobađa dijela vlage.

Priprema uglja se vrši: - odstranjivanjem grubih mehaničkih primjesa; - usitnjavanjem; - prosijavanjem i razdvajanjem po veličini; i - djelimičnim oslobađanjem od vlage. Postupci odstranjivanja grubih mehaničkih nečistoća i vlage i grubo drobljenje se obično izvodi nakon vađenja uglja, a ostali postupci, uključujući i kasnije sitnjenje, izvode se u zavisnosti od namjene.

Usitnjavanje uglja Usitnjavanje uglja je proces smanjivanja veličine komada ili čestica uglja djelovanjem spoljnih sila. Usitnjavanje može biti: - pripremno, ako se vrši u cilju pripreme uglja za odstranjivanje mineralnih primjesa (drobljenje velikih komada), ili - konačno (završno), ako su produkti drobljenja spremni za upotrebu u veličini do koje su usitnjeni.

Ostvarivanje ovog procesa može se vršiti na nekoliko principijelno različitih načina ili njihovom kombinacijom: - udarom,

- pritiskom, - gniječenjem, - cijepanjem, i - promjenom unutrašnjih naprezanja.

Slika-Različiti postupci usitnjavanja ugljeva

Pri uslovima kontinualnog procesa usitnjavanja, zbog haotičnosti rasporeda i kretanja komada koji se u uređaju javljaju, mogu biti zastupljeni svi slučajevi usitnjavanja. U eksploataciji se razlikuju slijedeći postupci usitnjavanja: - drobljenja, i - mljevenja.

Drobljenje je dio procesa usitnjavanja u kome se veličina komada, od najvećih (1500 mm) svodi na željenu veličinu. Pri tome se razlikuju:

- krupno drobljenje pri kome se veličina gotovog produkta kreće u granicama od 100 do 200 mm; - srednje, sa veličinom gotovog produkta od 25 do 80 mm; i - sitno, sa veličinom gotovog produkta od 3 do 25 mm.

Uređaji u kojima se vrši drobljenje nazivaju se drobilice. Zavisno od konstrukcionog rješenja, odnosno načina rada drobilice se dijele na:

- čeljustne, - valjkaste, i - udarne. Čeljusne drobilice se koriste uglavnom za krupno i srednje drobljenje, konusne za sve vrste drobljenja, valjkaste za srednje i sitno drobljenje, a udarne za sitno drobljenje pa čak i grubo mljevenje.

Oslobađanje od grubih mehaničkih nečistoća-flotacija Oslobađanje uglja od grubih mehaničkih nečistoća je jedna od osnovnih mjera koje omogućavaju poboljšanje osobina i racionalnije korišćenje uglja. Odstranjivanje grubih primjesa predstavlja složen proces koji dovodi do smanjenja sadržaja mineralnih primjesa i obogaćivanja uglja gorivom masom.

Najviše korišćene metode za ove postupke su metode koje se zasnivaju na razlici gustina uglja i mineralnih primjesa.

Postupcima mokre separacije uglj se u komadima potapa u vodu obogaćenu pijeskom ili drugim “teškim” supstancijama, tako da dobijena suspenzija ima gustinu veću od uglja. Ugalj se izdvaja i pliva po površini, a mineralne primjese padaju na dno. Uređaji kojima se odstranjuju mineralne primjese nazivaju se separatori i prema načinu djelovanja dijele se na gravitacione i centrifugalne.

Prosijavanje i razdvajanje po veličini U cilju dobijanja komada određene veličine, potrebne za odgovarajuću namjenu, vrši se prosijavanje na sitima različitog oblika i veličine. Samo prosijavanje može da se definiše kao mehanički postupak razdvajanja čestica ili komada uglja na grupe (frakcije) određenih veličina. Zavisno od konstrukcionog rješenja, veličine otvora i načina rada uređaji za prosijavanje se dijele na: - rešetke, - rešeta, i - sita.

Slika-Uređaji za prosijavanje

Prolaskom preko jedne površine prosijavanja materijal se razdvaja u dvije klase-gornju i donju, ili nadrešetni i podrešetni proizvod. Gornju klasu čine zrna, odnosno komadi, čija je veličina veća od veličine otvora, a donju ona čija je veličina manja ili jednaka veličini otvora. Ukoliko je potrebno da se materijal izdvoji u više klasa koriste se sita sa većim brojem površina prosijavanja. Ove površine se postavljaju jedna za drugom ili jedna ispod druge, i tada se dobijaju redna odnosno paralelna sita.

Prema načinu rada uređaji za prosijavanje mogu biti statičkog i dinamičkog dejstva. Površina prosijavanja kod uređaja statičkog dejstva postavlja se u odnosu na horizont koso, pod uglom većim od ugla prirodnog klizanja materijala, čime se omogućava gravitaciono kretanje. Uređaji dinamičkog dejstva mogu biti klateći ili vibracioni. Površine prosijavanja sita i rešeta formiraju se od mreža izrađenih od metalnih niti za sita ili perforacijom tankih limova za rešeta.

Odstranjivanje vlage Djelimično odstranjivanje vlage u eksploataciji vrši se na više načina: - prirodnim sušenjem; - dreniranjem, tj. prirodnim odstranjivanjem vode iz uglja pod uticajem sopstvene mase, - centrifugiranjem, i - filtriranjem.

Dreniranje, kao postupak za smanjenje sadržaja vlage u uglju, koristi se u bunkerima za ugalj, na nepomičnim rešetima, u elevatorima i na skladištu. Kod svih postupaka odstranjuje se dobar dio grube vlage.

Vremenski posmatrano, na početku se odstranjuje najveći dio vlage. Odstranjivanje na drenažnim površinama traje utoliko duže ukoliko je debljina sloja veća, a manja veličina komada.

Što se tiče odvajanja vlage u bunkerima, prvo se oslobađa vlaga u gornjim a zatim u donjim slojevima. Veća visina sloja i manji komadi uglja zahtijevaju duže vrijeme za odstranjivanje vlage.

Neophodno vrijeme za komade veće od 13 mm iznosi od 6 do 8 časova, a za komade veličine od 0,5 do 13 mm je od 16 do 24 časa. Dio vode odstranjuje se i prilikom transporta uglja u elevatorima.

Zavisno od namjene uglja odstranjivanje vlage se može ostvariti i sušenjem u sušari.

Oblast primjene uglja

Zavisno od sastava i osobina, ugalj se koristi kako u procesima sagorijevanja, tako i u procesima prerade u kvalitetnija čvrsta, tečna ili gasovita goriva. Pri preradi u druga goriva, razlikuju se procesi kod kojih se samo neznatno ili uopšte ne mijenja sastav početne mase, već samo vid i oblik (procesi primarne, mehaničke prerade), i procesi u kojima se suštinski mijenja sastav, mijenja se i vid i oblik kao i hemijski sastav, uglavnom u cilju dobijanja kvalitetnijih goriva (procesi hemijske, sekundarne prerade).

Primarni procesi prerade uglja su: - briketiranje, i - mljevenje.

Sekundarni procesi prerade uglja su oni procesi kojima se iz prirodnih čvrstih goriva dobijaju prerađena čvrsta, tečna i gasovita goriva. Dalja razmatranja će biti usmjerena na dobijanje i proizvodnju čvrstih goriva iz uglja.

Mljevenje uglja i dobijanje ugljenog praha U postrojenjima za pripremu ugljenog praha vrši se mljevenje uglja i njegovo sušenje, u slučaju povećanog sadržaja vlage.

Prema načinu transporta ugljenog praha i procesu sušenja, postrojenja za pripremu ugljenog praha se dijele na: - centralizovana,

- međubunkerska, i - individualna.

U centralizovanom postrojenju ugalj se najprije suši u zajedničkoj sušari vodenom parom ili produktima sagorijevanja tečnog goriva pri otvorenom procesu, pa se zatim melje u mlinovima. Dobijeni ugljeni prah se smiješta u bunkere, odakle se posebnim uređajima razvodi u gorionike. Kod međubunkerskog sistema se mljevenje i sušenje obavlja u mlinovima smještenim u neposrednoj blizini kotla.

Produkti sušenja se izbacuju u atmosferu, a ugljeni prah transportuje u bunker između mlinova i kotla, odakle se prah transportuje u gorionike.

Individualni sistem pripreme ugljenog praha se od međubunkerskog razlikuje samo zbog odsustva bunkera za ugljeni prah i zatvorenom procesu sušenja. Naime, ugalj se melje i suši u mlinovima zagrijanim vazduhom ili recirkulisanim produktima sagorijevanja, pa se mješavina ugljenog praha, produkata sušenja i primarnog vazduha kroz gorionike direktno uduvava u ložište. Individualni sistem pripreme ugljenog praha ili sistem sa direktnim uduvavanjem, kako se još naziva, danas se isključivo koristi za proizvodnju ugljenog praha u termoenergetskim postrojenjima. Osnovni uređaj za pripremu ugljenog praha je mlin. Konstrukcija mlina zavisi od vrste uglja koji se u njemu melje.

Korišćenja uglja u sprašenom stanju ima svojih prednosti, ali nedostatka. Prednosti korišćenja ugljenog praha kao goriva su što se mogu koristiti ugljevi sa većim sadržajem balasta, što se i do 20% ostvaruje potpuniji proces sagorijevanja u odnosu na klasičan način sagorijevanja na rešeci i što se proizvodi veća količina toplote po jedinici zapremine prostora za sagorijevanje. Istovremeno, proces sagorijevanja odvija se sa manjim koeficijentom viška vazduha, postiže se viša temperatura u ložištu, lakše je opsluživanje i postoji mogućnost automatizacije rada postrojenja, a priprema kotla za rad je brža.

Nedostatke čine: - postojanje većeg broja (2 do 8) postrojenja za pripremu ugljenog praha što povećava cijenu cjelokupnog postrojenja, pa i jedinice proizvedene količine toplote; - potreba za većim prostorom za sagorijevanje; - mogućnost paljenja i eksplozivnog sagorijevanja ugljenog praha kako u mlinu, tako i u bunkerima za smještaj; kao i - povećana koncentracija letećeg pepela, tj. čestica pepela nošenih dimnim gasovima.

Briketiranje Briketiranje predstavlja proces u kome se od sitnijih komadića uglja, uglavnom prašine, slijepljivanjem pod pritiskom dobijaju komadi pravilnog geometrijskog oblika-briketi, mase od 1 do 8 kg. Briketiranje se izvodi u presama. Presovanju prethodi sušenje ugljene prašine na vlažnost od 12 do 16% za mrke, odnosno od 2 do 4% za kamene ugljeve. Ligniti se briketiraju, po pravilu, bez dodataka veziva pod pritiskom od 98 do 120 MPa za razliku od kamenih ugljeva, koji se briketiraju sa vezivom na nižim pritiscima (od 10 do 40 MPa).

U principu, kao veziva mogu se koristiti i organske i neorganske supstancije, pri čemu korišćenje organskih ima prednost, jer povećava toplotnu moć i poboljšava karakteristike gorivosti. Od organskih veziva koriste se ter ugljeva dobijen suvom destilacijom, ostaci prerade nafte i dr. Kao neorganska veziva najčešće se koriste: glina, gips i specijalne vrste cementa.

Korišćenje veziva olakšava izvođenje briketiranja smanjujući radni pritisak.

Postupkom briketiranja omogućava se primjena ugljene prašine, koja se inače ne bi mogla koristiti, ravnomjernija je “vatra” u ložištu, jer su bunkeri iste veličine, lakši je transport i rukovanje, poboljšana je toplotna moć, kao i karakteristike gorivosti.

Dobijeni briketi su postojani na skladištu, jer manje mijenjaju svoje osobine i otporniji su prema samopaljenju.

Proizvodnja čvrstih goriva od uglja Sekundarni procesi prerade koji predstavljaju termohemijske procese prerade čvrstih goriva omogućavaju dobijanje kvalitetnijih proizvoda, boljih osobina u odnosu na početnu supstanciju iz koje su nastali.

Osnovni sekundarni procesi prerade uglja su procesi dubokog sušenja i procesi razlaganja ugljeva bez prisustva vazduha-procesi suve destilacije ugljeva. Postupci suve destilacije zasnivaju se na toplotnoj nepostojanosti čvrstih goriva. Prilikom zagrijavanja čvrste supstancije ugljeva u uslovima nedovoljne količine ili bez vazduha dolazi do njenog raspadanja na niz čvrstih, tečnih i gasovitih proizvoda.

Prema maksimalnoj temperaturi koja se postiže u toku procesa, a od koje zavisi vrsta i kvalitet dobijenih proizvoda, suva destilacija može biti: primarna ili niskotemperaturna, suva destilacija na srednjim temperaturama i visokotemperaturna suva destilacija. Primarna suva destilacija se, prema osnovnom proizvodu, polukoksu, naziva “švelovanje” (polukoksovanje), a visokotemperaturna, prema koksu, koji se javlja kao njen proizvod-koksovanje. U opštem slučaju, pri suvoj destilaciji dobijaju se:

- gasoviti produkti (destilacioni gasovi), - tečni produkti (ter i terna voda), i - čvrsti produkti (koks ili polukoks).

Na proces prerade uglja na ovaj način utiče niz faktora: vrsta goriva, temperatura procesa, brzina zagrijavanja čestica goriva, veličina čestica i pritisak. Postupkom tzv. dubokog sušenja odstranjuje se najveći dio vlage iz goriva, a tokom procesa mijenja se i struktura uglja, tako da se od lignita, na primjer, dobija kvalitetno gorivo slično mrkom uglju. Duboko sušenje se može vršiti posredno i neposredno.

Jedan od najpoznatijih postupaka je Flajsnerov (Fleissner) postupak.

Prema ovom postupku ugalj, koji se suši, nalazi se u autoklavima zapremine od 20 do 40 m3 u kojima se tretira vrelom vodom i vodenom parom. Radni pritisak u autoklavu iznosi od 2 do 30 MPa. Vakuumiranjem se iz autoklava odstranjuju svi fluidi, tako da ostaje sušeni ugalj. Ovaj postupak je naročito pogodan za sušenje lignita, kod kojih je sadržaj vlage od 40 do 60%.

Gasovita goriva Gasovita goriva se danas sve više koriste, u prvom redu zbog svojih povoljnih osobina u odnosu na čvrsta i tečna goriva, jer posjeduju niz prednosti: - potpunije sagorijevanje; - posjeduje manji sadržaj balasta; - sagorijevaju pri veoma malom koeficijentu viška vazduha, bliskom stehiometrijskom; - proces sagorijevanje se može relativno lako i jednostavno regulisati;

- produkti sagorijevanja su čistiji; - lako se transportuju; - proizvode se u centralizovanim postrojenjima velikog kapaciteta, ako se radi o proizvedenim gorivima. Kao i tečna goriva gasovita goriva odlikuju se lakom upaljivošću i eksplozivnošću, pa prilikom rukovanja i transporta na to treba obratiti posebnu pažnju. Biće razmatrana slijedeća gasovita goriva: prirodna gasovita goriva (prirodni zemni gas) i vještačka gasovita goriva (rafinerijski gasovi, generatorski gasovi i biogas).

Prirodna gasovita goriva-prirodni ili zemni gas I pored toga što se prirodnim gasovitim gorivima mogu smatrati jamski ili rudnički gas, koji se javlja u rudnicima uglja, kao i barski i truli gas, prirodnim gasovitim gorivom smatra se samo zemni gas. Prirodni ili zemni gas je mješavina gasovitih ugljovodonika, kao što su: metan oko 90%, etan, propan i butan od 5 do 6% i u manjim procentima težih ugljovodonika, azota, ugljen-dioksida, helijuma i sumporvodonika. Prirodni zemni gas se javlja ili na mjestima gdje ima nafte ili samostalno bez nafte.

Nastao je istim procesima transformisanja od iste prasupstancije kao i nafta. Prirodni gas se nalazi kao slobodan, u tzv. “gasnoj kapi” iznad nafte i kao vezan, rastvoren u nafti. Odnos prirodnog gasa i nafte u nalazištima u prvom redu zavisi od pritiska u bušotini, jer od njega zavisi zapreminski udio prirodnog gasa u nafti.

Uopšte u svijetu, nema mnogo nalazišta sirove nafte bez prirodnog gasa.

U najsiromašnijim nalazištima prirodnog gasa ima nekoliko metara kubnih po toni nafte, dok neka nalazišta uz tonu nafte imaju i po stotinjak metara kubnih prirodnog gasa. U toku cijelog procesa ugljenisanja nastaje od 300 do 400 m3 metana po toni uglja. Metan redovno prati proces eksploatacije uglja iz rudnika. On je izuzetno opasan po radnike u rudniku kada njegova zapreminska koncentracija u vazduhu dostigne vrijednost od 9 do 15%, zato što je tada jako eksplozivan.

Od svih ugljovodonika u prirodnom gasu samo je metan u gasovitom stanju pri atmosferskom i visokim pritiscima. Propan i butan se nalaze u tečnom stanju pri temperaturi okoline i nešto većem pritisku od atmosferskog, dok su teži ugljovodonici već na atmosferskom pritisku u tečnom stanju. Prirodni gasovi se dijele na: - suve, i

- vlažne. Vlažni prirodni gas je onaj gas koji ima više od 60 g kondenzovanih ugljovodonika po 1 m3 gasa. Zbog visoke toplotne moći i relativno niske cijene, prirodni gas je veoma tražen energent na svjetskom tržištu.

Rezerve i proizvodnja prirodnog gasa Iako je prirodni gas prateća pojava na naftnim bušotinama, ipak za neka naftna polja ne može se reći da su proizvođači prirodnog gasa. Najbogatija nalazišta prirodnog gasa, sa oko 10 miliona m3 gas po 1 km2 površine nalaze se u: SAD, Meksiku, Venecueli, Bliskom Istoku, zemljama bivšeg SSSR-a, u Evropi (Holandija, Velika Britanija, Njemačka, Italija, Norveška, i dr.). U brojnim zemljama širom svijeta proizvodi se prirodni gas, uslovno rečeno, u manjim količinama, ali ta proizvodnja ne može čak podmiriti ni vlastite potrebe tih zemalja (Mađarska, Hrvatska, Rumunija, Austrija i dr.).

Istorijski gledano, svjetske rezerve prirodnog gasa, najvećim dijelom, imaju trend rasta. Svjetske potvrđene rezerve prirodnog gasa u 2006. godini, procijenjene su na 173.070 milijardi m3 gasa, što je za 1.980 milijardi m3 odnosno za 1% više nego procijenjene rezerve za 2005. godinu. Skoro tri četvrtine svjetskih rezervi prirodnog gasa locirane su na Srednjem Istoku i Evroaziji.

Rusija, Iran i Katar zajedno posjeduju oko 58% svjetskih rezervi prirodnog gasa.

Svjetske neotkrivene rezerve prirodnog gasa procjenjuju se na 119.524 milijardi m3 gasa. Uprkos velikoj potrošnji prirodnog gasa, posebno u poslijednjoj deceniji prošlog vijeka, odnos rezervi i godišnje potrošnje i dalje ostaje relativno visok. Naime, na svjetskom nivou odnos rezervi i proizvodnje prirodnog gasa procijenjen je na 67 godina, dok je za Centralnu i Južnu Ameriku taj odnos oko 55 godina, za Rusiju 81,5 godina, za Afriku 97 godina, dok za zemlje Srednjeg Istoka on premašuje 100 godina.

Početak iskorišćavanja i industrijske proizvodnje prirodnog gasa smatra se 1821. godina, kada je Viljem Hart (William Hart) iz SAD izbušio 27 stopa duboku bušotinu sa ciljem povećanja protoka prirodnog gasa na površinu zemlje.

Do 1950. godine prirodni gas su proizvodile samo SAD, sa gotovo 95% ukupne svjetske proizvodnje. Međutim, u drugoj polovini XX vijeka naglo je porasla proizvodnja prirodnog gasa i u ostalom dijelu svijeta.

Potrošnja prirodnog gasa Potrošnja prirodnog gasa na svjetskom nivou u 2003. godini bila je 2.690 milijardi m3 gasa.

Procjena je da će potrošnja prirodnog gasa, na svjetskom nivou, porasti i iznositi u 2015. godini oko 3.794,9 milijardi m3, a u 2030. godini 5.153,6 milijardi m3 gasa. Dakle, u periodu od 2003. do 2030. godine predviđa se gotovo udvostručenje potrošnje prirodnog gasa na svjetskom nivou.

Industrijski sektor je najznačajniji krajnji korisnik (potrošač) prirodnog gasa u svijetu, zatim slijedi elektroenergetski, pa rezidencijalni i komercijalno-građevinski sektor. U Meksiku se očekuje nagli rast potrošnje prirodnog gasa u periodu od 2003. do 2030. godine i to: dvostruko veća u industrijskom i više od tri puta veća u elektroenergetskom sektoru. U zemljama EU očekuje se najbrži rast potražnje prirodnog gasa sa prosječnom godišnjom stopom od 2%

Obzirom na opadanje proizvodnje prirodnog gasa u zemljama EU, ovaj region će 2015. godine uvoziti oko ½, a 2030. godine gotovo 2/3 svjih potreba. Trenutno zemlje Evrope iz Rusija uvoze oko 2/3 svojih potreba za prirodnim gasom, ali zbog “nesporazuma oko ugovornih cijena” između Rusije i Ukrajine u januaru 2006., odnosno 2009. godine isporuka gasa je bila prekinuta, pa se sada u Evropi razmatraju alternativne mogućnosti za snabdijevanje prirodnim gasom.

Transport prirodnog gasa Transport prirodnog gasa od nalazišta prema krajnjem potrošaču moguće je obaviti na dva načina: - u gasovitom stanju (gasovodima), i - u tečnom stanju (specijalnim brodovima).

♦ Transport prirodnog gasa gasovodima Ideja da se gas transportuje na velika rastojanja od mjesta proizvodnje do krajnjih potrošača, tzv. magistralnim i distributivnim gasovodima, praktično je dobijena od naftovoda, obzirom da su se oni pojavili mnogo godina ranije i da su ekonomičniji od derugih vidova transporta nafte. Ipak, treba naglasiti da se transport gasa i nafte mnogo razlikuje, zato što se radi o dva različita fluida: stišljivom (gas) i nestišljivom (nafta). Moguće je identifikovati dvije bitne razlike vezano za transport ova dva fluida.

1) Gas se mora podvrgnuti jakoj kompresiji da bi se mogao potiskivati kroz gasovod na velike udaljenosti. Izuzetak su slučajevi kada na bušotinama gasnog polja već vladaju visoki pritisci.

Radni pritisak u gasovodu kreće se od 30 do 75 bar, zavisno od uslova transporta i količine gasa. Ograničeno poboljšanje ekonomskih efekata pri gradnji novih gasovoda može se postići povećanjem radnog pritiska i automatizacijom upravljanja cijelog sistema.

Radikalnije poboljšanje svih ekonomskih pokazatelja može se postići povećanjem prečnika cijevi. Odavno su prečnici cijevi magistralnih gasovoda premašili 1000 mm, odnosno već su dostigli prečnike od 2500 mm. Kada se uporede cijene transporta gasa u gasovodima prečnika 720 mm i 1220 mm, proizilazi da je cijenu transporta gasa moguće smanjiti za oko 40%.

2. Druga veoma bitna razlika ogleda se u nužnosti uspostavljanja jedinstvenog gasnog sistema. Naime, gasna mreža mora se graditi kao jedinstven energetski sistem analogno elektromreži. Mora postojati neprekinuti gasovodni sistem od izvora snabdijevanja pa do krajnjih potrošača. Neophodno je da ovakav gasovodni sistem postoji na nivou jedne zemlje ili na nivou regije u jednoj zemlji ili na nivou regije više zemalja, i sl.

♦ Transport tečnog prirodnog gasa brodovima Da bi prirodni gas, sa najvećim procentom metana, prešao u tečno stanje, potrebno mu je sniziti temperaturu na -161oC pri atmosferskom pritisku.

Ova činjenica je iskorišćena za transport prirodnog gasa u tečnom stanju pomoću specijalno građenih brodova. Za ovaj vid transporta prirodnog gasa potrebno je imati:

- postrojenje za dobijanje tečnog prirodnog gasa; - postrojenja za prihvat tečnog prirodnog gasa i njegov povratak u gasovito stanje;

- uređaje za skladištenje tečnog prirodnog gasa u utovarnoj i istovarnoj luci; - specijalno građene brodove u kojima će se tokom transporta gas održavati u tečnom stanju. Spremnici u utovarnim i istovarnim lukama moraju imati velike kapacitete da bi se brodovi brzo punili i praznili, kao i obezbijedilo potrebno snabdijevanje za vrijeme velike potrošnje u zimskom periodu.

Rezevoari tečnog gasa na brodu i lukama, pored uređja za održavanje niske temperature, moraju biti dobro izolovani da bi se spriječili gubici gasa u životnu sredinu zbog isparavanja. Praktično, glavni nedostatak ovog načina transporta prirodnog gasa je gubitak zbog isparavanja.

VJEŠTAČKA GASOVITA GORIVA RAFINERIJSKI GASOVI GENERATORSKI GASOVI BIOGAS

Vještačka gasovita goriva Gasovi koji se dobijaju pri prerade fosilnih goriva (ugalj, nafta i prirodni zemni gas) kao glavni proizvodi ili kao nusproizvodi nazivaju se vještačka gasovita goriva. Kao i prirodni gas, vještački gasovi se koriste kao energetska goriva ili kao sirovine u hemijskoj industriji. U prvoj polovini XX vijeka gasovi za energetske potrebe dobijani su iz čvrstih fosilnih goriva i eksploatacijom prirodnog zemnog gasa.

Naglim razvojem rafinerijskih kapaciteta u drugoj polovini XX vijeka pojavio se: višak teških produkata destilacije, višak lakog benzina koji se ne može podvrgnuti procesu reformisanja, višak rafinerijskog gasa, pa je postalo neophodno, ali i ekonomski opravdano, razviti postupke za njihovu preradu. Zavisno od procesa kojim se dobijaju vještačka gasovita goriva mogu se, na osnovu polazne supstancije, podijeliti u tri osnovne grupe: - gasove dobijene preradom nafte ili proizvoda prerade nafte; - gasove dobijene iz gasovitih prirodnih goriva; - gasove dobijene iz čvrstih goriva.

Rafinerijski gasovi Rafinerijski gas se dobija pri procesu prerade sirove nafte. Sastoji se od slijedećih lakih ugljovodonika:

- metana, - etena, - etana, - propana, - butana, i - vodonika.

Koriste se kao gorivo u rafinerijama i u drugim granama industrije, zatim kao osnovna sirovina u hemijskoj industriji. Pri atmosferskom pritisku i temperaturi okoline nalazi se u gasovtom stanju. Toplotna moć rafinerijskih gasova se kreće oko 55 MJ/m3. Iz rafinerijskog gasa najčešće se izdvajaju i prevode u tečno stanje propan i butan.

Pri temperaturi okoline i povišenom pritisku u rasponu od 7 do 17 bara, zavisno od sastava, mješavina propana i butana prelazi u tečno stanje. Odnos propana i butana u mješavini obično se podešava prema lokalnim klimatskim uslovima, a ogrevna moć mješavine je oko 45 MJ/kg. Tečna mješavina propana i butana, takođe se dobija preradom prirodnog gasa.

Kada se izdvoje propan i butan iz rafinerijskog ili prirodnog gasa, mješavinu gasova koji ostaju u procesu razdvajanja najvećim procentom čini metan. Postupak razdvajanja gasova iz rafinerijskog gasa je takav da se on prvo apsorbuje u ulju, a zatim zagrijavanjem ulja i frakcionom desorpcijom pri različitim temperaturama. Prvo se počinju izdvajati: metan, zatim etan, propan i butan.

Cijeli proces se odvija pri pritisku od oko 30 bara.

Gasovita goriva iz čvrstih goriva dobijaju se procesom gasifikacije ugljeva, gorivih škriljaca i dr. i procesima suve destilacije. Analogno ovom postupku dobijaju se: generatorski i destilacioni gasovi.

Generatorski gasovi Postupak gasifikacije predstavlja suštinski proces nepotpunog sagorijevanja kojim se iz čvrstih goriva dobijaju gasovita goriva. U dobijenim gasovima nalaze se produkti nepotpunog sagorijevanja, ali i termičkog razlaganja supstancije čvrstog goriva. Proces gasifikacije se izvodi industrijski u posebnim uređajima-gasnim generatorima, pa se dobijeni gasovi nazivaju skraćeno generatorski gasovi.

Primjena ovog postupka konverzije čvrstih goriva u gasovita značajan je kako sa gledišta postojećih rezervi primarnih nosilaca energije, tako i sa gledišta rješavanja aktuelnih problema: - gasifikacijom čvrstih goriva sa većim sadržajem sumpora dobija se gas sa manje sumpora, čime se smanjuje zagađenje životne sredine; - gasifikacijom velikih količina čvrstih goriva proizvode se gasovita, koja mogu da zamijene prirodna gasovita goriva; i

- ovim postupkom može se dobiti takozvani sintezni ili vodeni gas, koji se sastoji od ugljen-monoksida i vodonika, kao i važnih sirovina za hemijsku industriju. U dosadašnjim istraživačkim radovima kao i u praksi osvojen je niz u cilju dobijanja gasova kod kojih je odlučujući uticaj imao njihov sastav, ili gasovitih goriva kod kojih je dominantan uticaj imala odgovarajuća toplotna moć.

Bez obzira na cilj dobijanja gasovitih goriva određene toplotne moći ili dobijanja gasova određenog sastava, postupak gasifikacije se vrši sa količinom vazduha koja je manja od minimalno potrebne za potpuno sagorijevanje sa koeficijentom viška vazduha manjim od jedan.

Zavisno od vrste fluida korišćenog u procesu, dobija se odgovarajući sastav, pa time i odgovarajuća toplotna moć gasa.

U opštem slučaju, pri ovim postupcima koriste se vazduh, mješavina vodene pare i vazduha ili kiseonika i vodena para, pa se tako dobijaju vazdušni, miješani i vodeni generatorski gas. Zavisno od pritiska pri kojem se postupak gasifikacije izvodi razlikuju se procesi sa normalnim i povišenim pritiscima.

Sastav generatorskog gasa zavisi od: vrste goriva, karaktera sloja uglja u generatoru i količine dovedene vodene pare. Naprimjer, sa 0,5 do 0,6 kg dovedene vodene pare po 1 kg ugljenika iz koksa, dobija se gas sastava: oko 22% ugljen-monoksida i oko 18% vodonika (navedene su samo gorive komponente). Ako se dodaje znatna količina vodene pare, dobija se tzv. Mondov gas, čiji je sastav: oko 12% ugljen-monoksida i oko 25% vodonika (takođe su navedene samo gorive komponente).

Toplotna moć generatorskog gasa ima vrijednost od 4,61 do 5,44 MJ/m3. Treba napomenuti da je toplotna moć ovih gasova uglavnom posljedica visokog zapreminskog sadržaja azota (od 52 do 62%), kao negorive komponente. Visok sadržaj azota u vazdušnom i miješanom gasu uzrok je njihove niske toplotne moći.

U cilju dobijanja gasa sa visokom toplotnom moći razvijeni su postupci u kojima je vazduh, kao sredstvo gasifikacije, zamijenjen kiseonikom. U savremenim postrojenjima za proizvodnju gasa iz uglja kao sredstvo za gasifikaciju isključivo se koristi mješavina kiseonika i vodene pare, čiji međusobni odnos zavisi od postupka, vrste i namjene gasa. Prema karakteru sloja uglja savremeni postupci gasifikacije mogu se podijeliti u tri grupe:

- prvu grupu čine postupci sa stabilnim slojem; - drugu grupu čine postupci sa fluidizovanim slojem; - treću grupu čine postupci gasifikacije sa suspendovanom ugljenom prašinom u struji gasa.

Stabilni sloj se još naziva i pokretni, jer se ugalj u njemu uslijed potrošnje u procesu gasifikacije i uslijed izbacivanja šljake polako kreće naniže. Najzastupljeniji postupak gasifikacije uglja u stabilnom sloju je postupak firme Lurgi (Lurgi). Vinklerov (Winkler) generator gasa je jedini predstavnik gasifikacije uglja u fluidizovanom sloju koji je danas u upotrebi. Od postupaka gasifikacije u vidu suspendovane ugljene prašine najpoznatiji je postupak Kopers-Tocek (Koppers-Tozek).

Slika-Postupak gasifikacije po sistemu Lurgi

Slika-Postupak gasifikacije u Vinklerovom generatoru

Slika-Postupak za gasifikaciju Kopers-Tocek

Destilacioni gasovi Destilacione gasovi čine produkti suve destilacije drveta, treseta, mrkih i kamenih ugljeva dobijenih primarnom ili visokotemperaturnom suvom destilacijom. Kvalitet dobijenog gasa zavisi u osnovi od vrste goriva podvrgnutog termičkom razlaganju.

Toplotne moći se, zavisno od goriva, kreću u granicama: - za destilacione gasove mrkog uglja primarne: od 5,8 do 8,8 MJ/m3; visokotemperaturne: od 10,5 do 15,5 MJ/m3; - za destilacione gasove kamenog uglja: primarne: od 12,5 do 30,5 MJ/m3; visokotemperaturne: od 16,7 do 23,8 MJ/m3.

Koksni gas Pri procesu koksovanja od 1000 kg uglja dobijaju se slijedeći proizvodi: 750 do 780 kg metalurškog koksa (glavni proizvod), 300 do 340 m3 koksnog gasa, 30 do 40 kg tera, 8 do 10 kg benzola i oko 10 kg amonijaka. Za koksovanje su pogodni samo kameni ugljevi, koji sadrže od 18 do 28% isparljivih komponenata. Pepela ne smije biti više od 7%, a vlage ne više od 8 do 10%. Proces koksovanja vremenski traje od 18 do 24 časa.

Pri procesu proizvodnje kamenog uglja primarni cilj je dobijanje metalurškog gasa, dok je drugi po važnosti proizvod koksni gas. Topotna moć koksnog gasa se kreće u rasponu od 18,4 do 19,3 MJ/m3. Danas se koksni gas, nakon prečišćavanja i izdvajanja tera, benzola i amonijaka, koristi kao gorivo u industriji a ima i primjenu za široku potrošnju.

Iz kamenog uglja u postrojenjima za proizvodnju gasa za potrebe gradova, na potpuno isti način u hemijskom pogledu, pri procesu koksovanja se proizvodi rasvjetni gas. Ime rasvjetni gas je dobio još početkom XIX vijeka, kada se upotrebljavao za rasvjetu. Danas se rasvjetni gas koristi u mješavini sa drugim gasovima kao gradski gas.

Gasni koks je manje čvrst i ima veći sadržaj isparljivih sastojaka i pepela od metalurškog. Koristi se u hemijskoj industriji, u pećima za centralno grijanje i metalurškim niskim pećima.

Biogas Suština nastajanja biogasa svodi se na transformaciju organske supstancije (organskih otpadaka) u procesu koji se odvija bez prisustva vazduha djelovanjem anaerobnih bakterija. U ovom višestepenom biohemijskom i biološkom procesu nastaje gas bogat metanom. U nedostatku kiseonika organska supstancija se razlaže pod dejstvom anaerobnih bakterija.

Proces se odvija u tri faze djelovanjem dvije različite grupe bakterija. U prvoj fazi kompleksna organska jedinjenja kao što su masti, proteini i ugljeni hidrati se enzimskom hidrolizom pretvaraju u jednostavna organska jedinjenja. Drugu fazu čini fermentacija ovih jednostavnih komponenata u isparljive masne kiseline pomoću grupe anaerobnih bakterija, zvanih “graditelji kiselina”.

U trećoj fazi se organske kiseline transformišu u ugljen-dioksid i metan pomoću grupe anaerobnih bakterija, zvanih “graditelji metana”. Na taj način u poslijednjoj fazi nastaje gas (biogas) bogat metanom toplotne moći od 22 do 26 MJ/m3.

Količina i kvalitet biogasa zavisi od: - vrste organske supstancije i njene usitnjenosti;

- temperature procesa; - vremena trajanja procesa; i - načina odvijanja procesa.

Sastavni dijelovi postrojenja za proizvodnju biogasa, u opštem slučaju su: - prijemni rezervoar sa ili bez dodatnog uređaja za miješanje i sitnjenje; - digestor (reaktor) u kome se obavlja fermentacija (po mogućnosti) izolovan i sa uređajem za zagrijavanje i miješanje; - rezervoar za gas, po mogućnosti sa prethodnim prečišćavanjem gasa; - rezervoar za ostatke iz procesa fermentacije; i - kontrolno-mjerni instrumenti.

Kao sirovina za proizvodnju biogasa može se koristiti u principu bilo koja organska supstancija. Tačnije, svaka vlažna organska supstancija: stajnjak i otpaci, svi zeleni ostaci posle žetve, kao i ostaci hrane. Tokom anaerobne fermentacije minimalni sadržaj vlage u organskoj supstanciji je esencijalan za život (održanje) bakterija.

To znači da bi bilo krajnje nepoželjno vlažiti organsku masu koja je već suva i onda je izlagati anaerobnom tretmanu. Slama se, naprimjer, može bolje iskoristiti direktnim sagorijevanjem, uz manja ulaganja i sa boljim učinkom. Proizvodnja biogasa uslovljena je prisustvom rezervoara za gas, koji treba da ujednači: - varijacije u potrošnji (dnevne, nedjeljne, sezonske);

- razliku u kvalitetu gasa; i - fluktuacije u količini prirodnog gasa. Karakteristike biogasa su nešto lošije nego prirodnog gasa. Biogas se može koristiti u dizel motorima u obliku dvogorivog pogona; 75% dizel goriva može se zamijeniti biogasom, dok se 25% dizel goriva koristi za obezbjeđivanje nesmetanog rada (paljenje).

Korišćenjem biogasa u stacionarnim dizel motorma može se postići i osamdesetpostotno iskorišćenje kombinovanom proizvodnjom električne energije i toplote.

Biogas se može koristiti i za zagrijavanje stanova, štala, proizvodnju tople vode i dr.

Slika-Postrojenje za proizvodnju biogasa u Danskoj

Slika-Postrojenje za proizvodnju biogasa u Švedskoj

TRENJE, HABANJE, DEFINICIJA I VRSTE PODMAZIVANJA. VRSTE MAZIVA FORMIRANJE MAZIVOG FILMA

Trenje, habanje i vrste podmazivanja Trenje, kao fizička pojava, predstavlja mehanički otpor koji nastaje na površini dva tijela kada se jedno tijelo kreće ili teži da se relativno kreće po površini drugog. Kod klizanja, rotacija, kotrljanja i ostalih vidova međusobnih kretanja dijelova, istovremeno se vrši i prenošenje opterećenja koja pojačavaju intenzitet trenja. Trenje se, generalno, može podijeliti na unutrašnje i spoljašnje.

Unutrašnje trenje karakteriše interaktivno djelovanje molekula fluida, pri čemu dolazi do međusobnog suprostavljanja relativnom kretanju slojeva i to se naziva viskoznost. Spoljašnjim trenjem naziva se međudjelovanje tijela pri njihovom relativnom kretanju. U zavisnosti od vrste kretanja, razlikuje se: - trenje klizanja, - trenje kotrljanja.

Trenje klizanja Trenje klizanja zavisi od: - stepena hrapavosti, - stvarne dodirne površine, - međumolekularnog privlačenja na mjestima neposrednog dodira, - tvrdoće materijala, i - po najnovijim istraživanjim, od normalnog opterećenja. Kod površina koje se dodiruju, a nisu mazivom potpuno odvojene, dolazi do direktnog kontakta površinskih mikro neravnina na kojima se, u kratkim vremenskim intervalima, ostvaruje hladno i toplo zavarivanje.

Hladnim zavarivanjem stvaraju se jake međuatomske veze (adhezivno privlačenje) koje se obično javlja pri malim brzinama kretanja. Toplo zavarivanje pojavljuje se pri velikim brzinama kretanja, pa su na vrhovima mikro neravnina visoki pritisci i temperature. Usljed tih pojava može doći do trenutnog zavarivanja na mjestima dodira. Da bi se takva ekvivalentnost izbjegla, potrebno je te površine razdvojiti i to se primjenom adekvatnog maziva.

Trenje kotrljanja Trenjem kotrljanja naziva se otpor relativnom tangencijalnom kretanju. On se javlja pri kotrljanju nekog predmeta po površini. Ako je dodirivanje u tački ili liniji, što je slučaj za kotrljanje idealne kugle ili valjka po idealnoj površini, sila trenja je direktno proporcionalna opterećenju a obrnuto proporcionalna poluprečniku kotrljajućeg tijela i u funkciji je koeficijenta trenja. Habanje

Elementima koji su u kontaktu, pojavom trenja mijenja se geometrija, veličina, struktura i svojstva površinskih slojeva. Te promjene zavise od uslova opterećenja, količine kretanja, prirode odnosno karakteristika materijala, svojstava okoline i karaktera maziva.

Sva habanja se, uglavnom, mogu podijeliti na: - mehanička, - hemijska. Pod mehaničkim habanjem podrazumijevaju se: adhezija, abrazija, zamor materijala, erozija, aeraciono i vibraciono habanje, utiskivanje i kavitacija. Pod hemijskim se podrazumijeva: habanje uslijed oksidacije površine materijala i habanje uslijed procesa korozije.

Formiranje mazivog filma Tanak sloj maziva, koji se nalazi između dvije ravne metalne površine, pokazuje veliki otpor odvajanju tih tijela jednog od drugog. Sloj maziva čvrsto se lijepi za glatku površinu pod dejstvom molekularnih sila, koje mogu da budu i veće od čvrstoće samih metalnih dijelova. Ako između kliznih površina ne postoji mazivo, tada se javlja tzv. suvo trenje. Kod suvog trenja, koeficijent trenja je rezultat djelovanja međumolekularnih sila u dodirnim tačkama i suprostavljanja smicanju zavarenih dijelova površine.

Polusuvo trenje (granično podmazivanje) određeno je, takođe, fizičkim procesom adsorpcije maziva na kliznim površinama. Molekuli maziva obrazuju adsorpcioni sloj debljine nekoliko molekula ili, čak, jednog molekula (tzv. granični sloj) koji se velikom silom spaja za metalne površine koje su u relativnom kretanju. Sistem sa graničnim podmazivanjem ima slijedeće opšte karakteristike:

- spregnute površine su u direktnom dodiru, tako da se ostvaruje znatan kontakt neravnina;

- debljina sloja maziva teži nuli; - hidromehanički efekti i veličina viskoznosti maziva nisu od uticaja na tribološke karakteristike sistema; - tribološke karakteristike sistema su određene međusobnom interakcijom veoma tankih slojeva (filmova) maziva i materijala čvrstih površina.

Slika-Šematski prikaz slojeva pri graničnom podmazivanju

Načini stvaranja graničnih slojeva Granični sloj se obrazuje na površinama kao rezultat međudejstva čvrstog tijela i atoma, molekula, a ponekad i mikročestica dodatih u mazivo. Danas se koristi veliki broj aditiva za smanjenje trenja i habanja. Najčešće se razlikuju aditivi modifikatori trenja, antihabajući aditivi i aditivi za visoke pritiske. Veliki broj aditiva ima multifunkcionalna svojstva.

Mehanizam i kinetika formiranja graničnih slojeva nisu u potpunosti razjašnjeni, ali je utvrđeno da postoje dva osnovna načina stvaranja slojeva: - adsorpcijom aktivnih molekula maziva na metalne površine; - hemijskom reakcijom između aditiva koje sadrži mazivo i materijala površina.

Fizička adsorpcija se javlja kada se aktivni molekuli iz maziva vezuju za površine Van der Valsovim (Van der Waals) silama. Polarni aditivi, kao npr. masna ulja, formiraju na površinama metala čvrsti sloj koji ima sposobnost da se odupre prodiranju spregnutih neravnina i na taj način se sprečava dodir čistih metala. Ovako nastali slojevi su osjetljivi na povišene temperature koje dovode do desorpcije ili topljenja sloja. Zbog toga su slojevi formirani fizičkom adsorpcijom pogodni samo za mala opterećenja i male brzine.

Kod hemijske adsorpcije aktivni molekuli maziva vezani su za metalne površine hemijskim vezama. Tipičan primjer hemijske adsorpcije je vezivanje masnih kiselina za metale i njegove okside, pri čemu nastaju metalni sapuni veoma dobrih triboloških karakterisika. Ovakvi slojevi su pogodni za srednja opterećenja, temperature i brzine.

Hemijskom reakcijom između aktivnih molekula maziva i metala ili oksida metala stvaraju se nova hemijska jedinjenja na površinama odnosno slojevi niskog napona smicanja i visoke temperature topljenja.

Ovaj proces je ireverzibilan, za razliku od fizičke, a djelimično i od hemijske adsorpcije. Većina hemijski reaktivnih maziva sadrži u svom sastavu: fosfor, hlor i sumpor u obliku različitih jedinjenja. Sumpor, hlor i njihova jedinjenja predstavljaju aditive za visoke pritiske.

Vrste podmazivanja U zavisnosti od debljine uljnog sloja, njegovog međupovršinskog rasporeda, stepena geometrijske sličnosti spregnutih površina i radnih uslova, moguće je ostvariti slijedeće vidove podmazivanja: - granično, - hidrodinamičko, - hidrostatičko, - elastohidrodinamičko,

- mješovito.

Granično podmazivanje (GP) Granično podmazivnje nastaje kada sloj maziva nema dovoljnu debljinu da spriječi kontakt površine čvrstih tijela, pa se opterećenje prenosi, sa jedne na drugu površinu, preko dodirnih mikro neravnina. Mazivo se nalazi između kontaktnih površina u obliku monomolekularnog sloja koji, putem fizičko-hemijskih veza, reaguje sa metalnom površinom.

U oblasti graničnog podmazivanja dominantno je trenje između dodirnih površina koje zavise od hrapavosti, tvrdoće, elastičnosti, smicajne čvrstoće, toplotne provodljivosti i karakteristika maziva.

Hidrodinamičko podmazivanje (HDP) Ovaj tip podmazivanja nastaje između dvije konvergirajuće površine koje se kreću relativno velikim brzinama, jedna u odnosu na drugu.

Površine koje se podmazuju razdvojene su, u toku kretanja, kontinualnim slojem maziva odnosno trenje površinskih mikro vrhova obrađene površine u potpunosti se zamjenjuje unutrašnjim trenjem čestica maziva. U toku mirovanja, pokretanja ili zaustavljanja, površine se nalaze u direktnom kontaktu.

Elementi kod kojih se ostvaruje HDP karakterišu se slijedećim tribološkim osobinama: - površine koje se podmazuju razdvojene su kontinualnim slojem maziva dovoljne debljine, tako da ne dolazi do njihovog direktnog kontakta, osim pri pokretanju, zaustavljanju i mirovanju; - opterećenje se prenosi sa jedne na drugu površinu preko sloja maziva koji posjeduju određenu moć nošenja nastalu kao rezultat relativnog kretanja površina; - hidrodinamički način podmazivanja se koristi kod različitih vrsta i konstrukcija kliznih i kotrljajućih ležaja;

- otpor uslijed trenja između površina je određen veličinom unutrašnjeg trenja u mazivu;

- da bi se ostvarilo HDP, debljina uljnog sloja mora biti veća od zbira visina mikro vrhova kliznih površina.

Hidrodinamičko podmazivanje (HSP)

Kod sistema kod kojih je neophodno obezbijediti da pritisak u mazivom sloju bude viši od pritiska opterećenja, koriste se posebni hidraulični sistemi. Obično se koriste tamo gdje je neophodno da se otklone nedostaci hidrodinamičkog podmazivanja odnosno stvaranje hidrodinamičkih slojeva kod malih brzina, kao i pri pokretanju i zaustavljanju sistema.

Za ovaj tip podmazivanja koriste se posebne vrste radijalnih i aksijalnih ležajeva, stalnim dodavanjem ulja pod pritiskom iz nekog posebnog rezervoara za ulje, omogućavaju povećanje moći nošenja mazivog filma.

Elektrohidrodinamičko podmazivanje (EHDP) Karakteriše ga prenošenje opterećenja preko velike dodirne površine.

Ovo podmazivanje karakteristično je za sisteme kod kojih se prenos opterećenja vrši po liniji ili nekoj maloj, ali konačnoj površini. Npr. kod zupčanika, kotrljajućih ležajeva i bregastih mehanizama. Mala dodirna površina uzrokuje visoka specifična opterećenja, što izaziva elastične deformacije površinskih slojeva i promjenu geometrije površine dodira.

Ove uslove je definisao Herc, pa važe njegovi zakoni na osnovu kojih se određuje veličina pritiska i veličina dodirne površine. Izvan Hecove oblasti, vladaju zakoni hidrodinamičkog podmativanja. Na ulazu u Hercovu oblast, pritisak u mazivu je manji od Hercovog pritiska, ali je dovoljno visok da razdvoji površine.

Mješovito podmazivanje (MP) Mješovito podmazivanje predstavlja prelazni oblik između potpunog i graničnog podmazivanja. Kada je debljina sloja maziva nedovoljna za potpuno razdvajanje površina, javlja se mjestimični direktni kontakt površina. Ova vrsta podmazivanja javlja se i u slučaju razaranja mazivog filma pod dejstvom opterećenja. Taj slučaj je karakterističan pri većoj hrapavosti i manjim opterećenjima.

Pojedine vrste podmazivanja mogu se prikazati Stribekovim (Stribeck) dijagramom u zavisnosti od koeficijenta trenja i bezdimenzionalne karakteristike trenja. Debljina mazivog filma pri kojoj se prelazi iz jednog oblika podmazivanja u drugi zavisi od: - mikro i makro oblika dodirnih površina; - stepena kontaminacije maziva; - temperature maziva; - načina podmazivanja.

Podjela maziva Za podmazivanje mehaničkih sistema i njihovih elemenata danas se koriste maziva različitiih karakteristika, što je uslovljeno zadacima koje ona moraju da ispune u određenim konstrukcijama pri različitim uslovima okoline. Pravilno izabrano mazivo i odgovarajući postupak podmazivanja povećavaju vijek mašinama, smanjuju troškove njihovog rada i održavanja. Ovi efekti se iskazuju smanjenjem potrošnje energije, nižim radnim temperaturama i manjim brojem zastoja.

Svako podmazivačko mjesto mora se pravilno podmazati, a to znači: - adekvatnim mazivom; - određenom količinom maziva; - u propisanim vremenskim intervalima; - na propisan način uz korišćenje odgovarajućih uređaja za podmazivanje.

Podjela maziva može da se izvrši na osnovu više kriterijuma. Uobičajeno se maziva dijele prema: - funkciji; - agregatnom stanju; - porijeklu i sastavu;

- namjeni.

Prema funkciji razlikuju se dvije osnovne grupe: 1. Konstrukciona maziva koja se posmatraju kao elementi konstrukcije mašine. Izbor maziva se vrši prilikom projektovanja mašine ili uređaja istovremeno sa izborom ostalih materijala i drugih parametara dijelova izloženih trenju i habanju. 2. Tehnološka maziva koja se primjenjuju pri obradi metala rezanjem i deformisanjem sa ciljem podmazivanja i hlađenja alata i materijala koji se obrađuje. Pri tome se tehnološka maziva posmatraju kao element usvojenog tehnološkog procesa i njihov izbor se vrši pri definisanju samog procesa.

Prema agregatnom stanju maziva se dijele na: - tečna, - polutečna, - čvrsta, - gasovita.

Tabela-Opšta podjela maziva prema agregatnom stanju i sastavu

Gasovita maziva

Tečna maziva

Polutečna maziva

Čvrsta maziva

vazduh

mineralna ulja

masti sapunske osnove

lamelarne strukture

azot

sintetička ulja i tečnosti

masti nesapunske osnove

polimerni materijali

helijum

ulja biljnog i životinjskog porijekla

masti bez zgušćivača

meki metali

ugljen-dioksid

-

bitumenska maziva, vazelini

keramički materijali

Tečna maziva Tečna maziva predstavljaju najviše i najšire korišćenu grupu maziva i čine preko 90% svih maziva u upotrebi.

Ona obuhvataju različite tečnosti, pretežno ulja, pa se zbog toga nazivaju i ulja za podmazivanje. Primjenjuju se za podmazivanje elemenata i mehanizama kod motornih vozila, pumpi, turbina, generatora, zupčastih prenosnika, hidrauličnih sistema, kompresora, pri obradi metala rezanjem i deformisanjem i kod drugih mehaničkih sistema.

Ulja za podmazivanje sastoje se od osnovnog ili baznog ulja i različitih dodataka koje jednim imenom nazivamo-aditivi. U odnosu na porijeklo i način dobijanja, danas se koriste tri vrste osnovnih (baznih) ulja: - mineralana bazna ulja, - sintetička bazna ulja i tečnosti,

- bazna ulja biljnog porijekla.

Mineralna bazna ulja dobijaju se iz nafte i sastoje se od različitih parafinskih i naftenskih ugljovodonika sa manjim udjelom aromata. Sastav nafte i postupci prerade određuju svojstva mineralnih baznih ulja. Sintetička bazna ulja i tečnosti dobijaju se postupcima sinteze iz različitih sirovina. Za razliku od mineralnih ulja, koja predstavljaju kompleksne mješavine prirodnih ugljovodonika, bazna ulja sintetičke osnove su proizvod ljudskog uma i sastavljena su tako da imaju kontrolisanu strukturu sa predviđenim i zahtijevanim svojstvima.

Biljna bazna ulja su proizvodi čija primjena poprima sve veće razmjere zbog zahtijeva biorazgradljivosti radi zaštite voda i zemljišta od zagađenja. Dobijaju se iz različitih vrsta biljaka. Kako bazna ulja predstavljaju primarnu komponentu kod tečnih maziva, njihova svojstva su često odlučujuća za postignute karakteristike i performanse proizvoda. Imajući u vidu tendenciju povećanja performansi maziva, u prvom redu zbog sve oštrijih zahtjeva proizvođača opreme i mašina, razvoj novih tehnologija za dobijanje baznih ulja je stalno aktuelan.

Aditivi su hemijska jedinjenja kojima se poboljšavaju fizička i hemijska svojstva baznih ulja u cilju dobijanja tečnih maziva određenih karakteristika. Učešće aditiva kod savremenih ulja za podmazivanje je i do 40%.

Osnovna fizičko-hemijska svojstva tečnih maziva Osnovna fizička svojstva koja se razmatraju pri izboru ulja za podmazivanje su: viskoznost, indeks viskoznosti, gustina, temperatura paljenja, temperatura tečenja, specifični toplotni kapacitet, toplotna provodljivost, stišljivost, rastvorljivost gasova i pjenjenje.

Najvažnije hemijske karakteristike su: hemijska i termička stabilnost, korozivnost, sadržaj pepela, koksni ostatak, kiselinski broj, bazni broj i saponifikacioni broj. Kao ostala važna svojstva najčešće se navode: kompatibilnost, toksičnost i biorazgradljivost.

Polutečna maziva-tehničke masti Najzastupljenija polutečna maziva su tehničke masti za podmazivanje.

Po obimu i rasprostranjenosti korišćenja, tehničke masti dolaze odmah iza mineralnih ulja. U manjem obimu se koriste i druga polutečna maziva, kao što su: bitumenska maziva, parafini i vazelini.

Veliki broj vrsta tehničkih masti koje se danas proizvode i njihova pogodna svojstva omogućavaju upotrebu ovih maziva za različite namjene: za podmazivanje svih tipova kotrljajnih ležajeva, zglobova, lanaca, užadi, osovina, kliznih ležajeva, sporohodnih i otvorenih zupčastih prenosnika.

Prednosti tehničkih masti sa stanovišta izvršenja funkcija: - ako se zahtijeva stalno prisustvo maziva na mjestu podmazivanja, naročito pri pokretanju i zaustavljanju mašina;

- na mjestima gdje se zbog konstrukcionog rješenja ne može koristiti tečno mazivo; - ako se pored podmazivanja zahtijeva i odgovarajuće zaptivanje i sprečavanje prodora nečistoća iz okoline.

U onosu na ulja za podmazivanje, tehničke masti pokazuju povećane otpore pri strujanju, imaju manju sposobnost hlađenja, lošiju oksidacionu stabilnost pri skladištenju. Po definiciji, tehničke masti su polutečni proizvodi disperzije zgušćivača u ulju za podmazivanje. To ukazuje da se masti sastoje iz tečnog maziva i supstancije koja služi kao zgušćivač, kao i aditiva. Svojstva tehničkih masti zavise od karakteristika ulja i zgušćivača, upotrebljenih aditiva, kao i tehnologije proizvodnje.

Najvažnije fizičko-hemijske karakteristike su: konzistencija, prividna viskoznost, temperatura kapanja i oksidaciona stabilnost. Pored njih, sve tehničke masti, bez obzirana vrstu zgušćivača i ulja od kojih su proizvedene, treba da posjeduju i određene funkcionalne karakteristike od kojih su najznačajnije: mehanička stabilnost, otpornost na vodu, izdvajanje ulja i sposobnost podmazivanja.

Čvrsta maziva Pod čvrstim mazivima se podrazumijevaju supstancije u čvrstom stanju koje imaju sposobnost da smanjuju trenje i habanje.

Ove supstancije se nanose na površine dijelova mašina u vidu prevlaka ili se dodaju tečnim i polutečnim mazivima, ili se od tih materijala izrađuju dijelovi koji su izloženi trenju i habanju. Osnovna svojstva koja moraju da posjeduju čvrsta maziva su: - da obezbijede nisko trenje, - da su hemijski stabilna u zahtjevanom temperaturskom intervalu,

- da su kompatibilna sa materijalima od kojih su izrađeni dijelovi koji se podmazuju, - da se čvrsto vezuju za površine odnosno pokazuju zadovoljavajuću prionljivost,

- da su jednostavna za upotrebu, - da su netoksična i dr.

Od mnogobrojnih čvrstih supstancija koje mogu da preuzmu ulogu maziva najčešće se koriste: - supstancije lamelarne strukture (grafit, molibdensulfid);

- meki materijali-metali (kalaj, olovo, srebro, zlato, indijum, i dr.); - polimerni materijali (politetrafluoretilen-PTFE, poliacetali); - keramički materijali (aluminijum-trioksid, cirkonijum oksid, volfram karbid, silicijum karbid).

Gasovita maziva Različite vrste gasova mogu da se koriste kao maziva. Primjenjuju se pretežno pri podmazivanju kliznih ležajeva.

Kao mazivo kod pomenutih ležajeva najviše se koristi vazduh. Pored njega zastupljeni su i drugi gasovi kao što je: azot, kiseonik, vodonik, ugljen-dioksid i helijum. Upotreba gasa kao maziva moguća je u širokom temperaturnkom intervalu za razliku od tečnih i polutečnih maziva, kod kojih u tom pogledu postoje znatna ograničenja.

Pored toga, gasovi posjeduju visoku hemijsku i termičku stabilnost i ne mijenjaju agregatno stanje u širokom temperaturnom intervalu. Gasovi se ralikuju od tečnosti i po svojoj kompresibilnosti, nižoj viskoznosti i u činjenici da vrijednost viskoznosti raste sa porastom temperature. Gasovi kao maziva imaju i slijedeće prednosti: daju mali koeficijent trenja, konsekventno malo zagrijavanje, povoljne su im niskotemperaturne karakteristike, pogodni su za velike brzine, čistoća uređaja u kojima se koriste je izuzetna, pokazuju imunitete prema radijaciji i dr.

Kao nedostaci najčešće se navode: uopšteno mala moć nošenja, složenost konstrukcije u kojoj se gas primjenjuje kao mazivo, neophodnost visoke tačnosti izrade dijelova i osjetljivost na nečistoće.

Podjela maziva prema namjeni Ova podjela je vezana za elemente i sisteme za koje se određena maziva koriste u procesu podmazivanja. U većini slučajeva maziva podijeljena prema namjeni nose nazive koji odgovaraju nazivima mašina i uređaja za čije se dijelove i mehanizme koriste. Međunarodna organizacija ISO izvršila je podjelu svih maziva na osmnaest familija (grupa).

Klasifikacija maziva prema namjeni (ISO 6743-99/03) Slovna oznaka familije maziva

Oblast primjene maziva

A...........................................protočno podmazivanje B...........................................odvajanje kalupa C...........................................zupčasti prenosnici D...........................................kompresori E...........................................motori SUS F...........................................ležajevi vretena, ležajevi i spojnice G...........................................vođice, klizne staze H...........................................hidraulički sistemi M..........................................mehanička obrada metala

Klasifikacija maziva prema namjeni (ISO 6743-99/03) Slovna oznaka familije maziva

Oblast primjene maziva

N..........................................električne instalacije P...........................................pneumatski alati Q..........................................prenos toplote R..........................................privremena zaštita od korozije T..........................................turbine U.........................................termička obrada X.........................................oblast primjene tehničkih masti Y.........................................druge oblasti primjene maziva Z.........................................cilindri parnih mašina

BAZNA ULJA TEHNOLOGIJA PROIZVODNJE BAZNIH ULJA ADITIVI I NJIHOVA ULOGA

Bazna ulja Bazna ulja čine osnovu i daju osnovne osobine koje bitno utiču na kvalitet maziva. Najčešće su u primjeni slijedeće vrste baznih ulja: - bazna ulja mineralne osnove: - konvencionalna-solvent neutral (SN ulja), - nekonvencionalna-hidrokrekovana (HC ulja), - bazna ulja i tečnosti sintetičke osnove, - bazna ulja biljne osnove.

Slika- Uprošćena šema tehnologije proizvodnje baznih ulja

Tehnologija proizvodnje baznih ulja 1. Bazna ulja mineralne osnove Od svih tečnih maziva više od 85% su ulja mineralne osnove.

Dobijaju se složenim postupcima prerade nafte. Nafta se sastoji od različitih jedinjenja: parafinskih, naftenskih i aromatskih ugljovodonika. Izbor postupka prerade zavisi od vrste jedinjenja u sastavu nafte i karakteristika ulja koje se za određene namjene moraju postići.

Ovo je posebno važno kod konvencionalnih postupaka koji se sastoje iz slijedećih procesa: - vakuum destilacije,

- deasfaltizacije, - solventne ekstrakcije, - deparafinacije, i - završne dorade.

Slika-Opšta šema postupka proizvodnje mineralnih baznih ulja

Vakuum destilacija

Kao sirovina za dobijanje baznih ili osnovnih mineralnih ulja koristi se ostatak primarne (atmosferske) destilacije nafte. Pošto se taj ostatak termički razlaže na temperaturi od oko 370oC, njegova destilacija mora da se vrši u vakuumu. Cilj je razdvajanje sirovine na produkte koji ključaju u zadatom temperaturskom području.

Osnovna svojstva koja se kontrolišu vakuum destilacijom su: - viskoznost, - temperatura paljenja, i

- koksni ostatak. Dobijeni proizvodi se nazivaju destilati. Oni obično nemaju odgovarajuća svojstva koja zahtijevaju savremena maziva, pa se podvrgavaju daljoj preradi procesom rafinacije koja ima zadatak da iz destilata ukloni supstancije koje pogoršavaju kvalitet ulja.

Slika-Postrojenje za vakuum destilaciju

Deasfaltizacija

To je proces izdvajanja asfalta iz ostatka vakuum destilacije, prije nego što se podvrgne daljoj obradi u cilju dobijanja teškog baznog ulja tzv. brajtstoka (bright stocks). Kao rastvarač u ovom procesu najčešće se koristi propan zbog čega se proces naziva i propandeasfaltizacija.

Solventna ekstrakcija Ovo je danas široko korišćen proces rafinacije uljnih destilata i produkata deasfaltizacije kojim se povećava oksidaciona stabilnost ulja separacijom aromatskih jedinjenja od nearomatskih. Ovim procesom se dodatno poboljšavaju viskozno-temperaturske karakteristike, tj. povećava indeks viskoznosti baznog ulja. Kao rastvarač veoma se često koristi furfurol.

Deparafinacija Deparafinacija je slijedeći korak u proizvodnji baznih mineralnih ulja.

Zadatak ovog procesa je odstranjivanje parafinoznih supstancija (posebno n-parafina), da bi se poboljšale niskotemperaturne karakteristike baznih ulja. U te svrhe se najčešće koriste: - metil-etil-keton (MEK); - dihloretan-metilen hlorid (DI-ME), i dr.

Slika-Postrojenje za deparafinaciju

Završna obrada Nakon procesa deparafinacije dobijeni rafinati imaju određene zahtijevane karakteristike, tj. odgovarajuću viskoznost, indeks viskoznosti i temperaturu tečenja.

Neka druga svojstva, kao što su boja i oksidaciona stabilnost i dalje su nepovoljna. Zbog toga se koristi završna dorada kojom se poboljšavaju i ova svojstva. Stariji proces je dorada aktivnom zemljom (glinom), dok se danas koristi proces obrade vodonikom uz prisustvo katalizatora (hidroproces) nazvan hidrofinišing.

Hidroprocesi Povećani zahtjevi u pogledu kvaliteta baznih ulja zbog tehničkih i ekoloških razloga, uslovili su uvođenje novih proizvodnih tehnologija koje proširuju ili zamjenjuju postojeće.

Većina tih tehnologija se zasniva na hidroprocesima. Ovi procesi se odvijaju u prisustvu katalizatora uz uvođenje vodonika pri definisanoj temperaturi i pritisku.

Pored hidrofinišinga, često se koristi i proces hidrotritinga prije solventne ekstrakcije. Cilj je da se poveća prinos iz procesa ekstrakcije prevođenjem aromatskih u nearomatska jedinjenja koja će ostati u rafinatu.

Potpuno različit prilaz u proizvodnji baznih ulja uključuje mnogo oštriji proces obrade vodonikom, a naziva se hidrokrekovanje. Zbog dejstva vodonika, visoke temperature i pritiska u prisustvu katalizatora, sumpor, azot i kiseonik se izdvajaju, a ugljovodonici se transformišu u supstancije koje obezbjeđuju odgovarajuća i zahtijevana svojstva baznim uljima. Glavne karakteristike hidrokrekovanih baznih ulja (HC ulja) su:

- izuzetno visok indeks viskoznosti; - veoma dobra termo-oksidaciona stabilnost;

- veoma niska isparljivost; - izuzetno dobra niskotemperaturna svojstva;

- mali sadržaj sumpora, azota i kiseonika. HC bazna ulja imaju nisku isparljivost, sličnu polialfaolefinima (PAO).

Pojedinačni procesi hidrokrekovanja koji se danas koriste u proizvodnji visokokvalitetnih baznih ulja razlikuju se jedan od drugog kako po uslovima izvođenja, tako i po korišćenoj tehnologiji, korišćenom katalizatoru i mjestu u sveukupnom procesu proizvodnje. Tabela-Uporedni prikaz karakteristika hidroprocesa Hidrofinišing

Hidrotriting

Hidrokreking

Namjena procesa

zasićenje olefina, uklanjanje sumpora i azota

transformacija aromata, uklanjanje sumpora i azota

transformacija aromata, uklanjanje sumpora i azota

Sirovina

solventno rafinisano ulje

solventno rafinisana bazna ulja

destilati, parafini

povećanje oksidacione stabilnosti

značajno povećanje oksidacione stabilnosti

Performansne karakteristike

poboljšanje boje, oksidaciona stabilnost

Slika-Šema postupka dobijanja hidrokrekovanih baznih ulja

Vrste i svojstva mineralnih baznih ulja Prema hemijskom sastavu, a u zavisnosti od učešća parafinskih i naftenskih ugljovodonika razlikuju se dvije vrste baznog ulja:

- parafinsko; - naftensko. Parafinska mineralna ulja se pretežno sastoje od parafinskih ugljovodonika sa manjim udjelom naftenskih. Ova mineralna ulja posjeduju visok indeks viskoznosti, dobru hemijsku stabilnost, dok su im niskotemperaturne karakteristike lošije od naftenskih.

Naftenska mineralna ulja sadrže veći udio naftenskih ugljovodonika nego parafinskih. Odlikuju se srednjim do malim indeksom viskoznosti, slabijom hemijskom postojanošću od parafinskih, ali je temperatura tečenja mnogo povoljnija. U odnosu na fizička svojstva, a posebno prema veličini viskoznosti, mineralna ulja se dijele u grupe i označavaju se, npr. kao SAE 5, SAE 10, SAE 30, SAE 40 i teško ulje brajtstok, ili kao 100 SN, 150 SN, 500 SN, 600 SN i 150 BS, što je slučaj u SAD gdje SN znači solvent neutral a BS brajtstok.

Prema postupku dobijanja mineralna bazna ulja se dijele na: - konvencionalna;

- nekonvencionalna. Kao što je prethodno rečeno, konvencionalna bazna ulja dobijaju se postupkom solventne rafinacije (SN-solvent neutrali spadaju u API grupu I), dok u nekonvencionalna spadaju ona ulja koja su dobijena procesom hidrokrekovanja (HC-1 spadaju u API grupu II, a HC-2, HC-3 i HC-4 spadaju u API grupu III).

2. Bazna ulja sintetičke osnove U javnosti vlada mišljenje da su sintetička maziva proizvodi novijeg datuma. Sintetička tečna maziva nisu proizvodi novijeg datuma, mada je njihovo učešće u ukupnoj potrošnji maziva malo. Ona su u prošlosti imala značajnu primjenu u nekim oblastima tehnike, posebno u vazduhoplovstvu, kosmičkoj tehnici i kod nuklearnih elektrana.

Sintetička tečna maziva obuhvataju različita ulja i tečnosti koja se proizvode hemijskom reakcijom od različitih organskih supstancija, često i produkata dobijenih iz nafte.

Za te namjene koriste se različiti procesi kao što su alkilacija, kondenzacija, esterifikacija, polimerizacija i dr. Polazna sirovina može biti jedno ili više organskih jedinjenja.

Struktura kod sintetičkih tečnih maziva je strogo kontrolisana i može da se mijenja zavisno od željenih svojstava krajnjeg proizvoda.

Pored ugljenika, vodonika i kiseonika, u takvim jedinjenjima su prisutni sumpor, fosfor, azot, fluor, bor i drugi elementi.

Mogućnost za proizvodnju sintetičkih tečnih maziva su mnogobrojne, pa je to i razlog što postoji veliki broj različitih struktura, a time i karakteristika.

Vrste i svojstva sintetičkih tečnih maziva Sintetička tečna maziva se dijele u slijedeće grupe: - sintetički ugljovodonici, - organski estri, - fosfatni estri,

- poliglikoli, i - ostala sintetička tečna maziva.

Sintetički ugljovodonici To su čisti ugljovodonici dobijeni iz sirovina proizvedenih iz nafte. Najčešće su u upotrebi polialfaolefini (PAO), alkil aromati i polibuteni. Prva dva bazna ulja koriste se pri proizvodnji motornih ulja, zatim kao ulja za hidraulične sisteme, ulja za podmazivanje rashladnih kompresora i gasnih turbina, zupčastih prnosnika, i dr.

Polibuteni se upotrebljavaju kao izolaciona ulja i za proizvodnju maziva koja se koriste pri obradi metala deformisanjem (valjanje, izvlačenje).

Po potrošnji, PAO zauzimaju najznačajnije mjesto u proizvodnji sintetičkih tečnih maziva za različite namjene zahvaljujući: - dobrim niskotemperaturnim svojstvima;

- visokom indeksu viskoznosti; - maloj isparljivosti; - zadovoljavajućoj hidrolitičkoj stabilnosti. Pošto su kompatibilna sa mineralnim uljima, često se koriste u proizvodnji polisintetičkih motornih ulja.

Organski estri Sirovina za proizvodnju sintetičkih estra su alkoholi i masne kiseline. Sintetički estri su razvijeni prvo kao diestri, a zatim poliolestri i predstavljaju bazna ulja za široku upotrebu. Danas se koriste pri formulacijama potpuno sintetičkih i polusintetičkih maziva, a zbog izuzetne biorazgradljivosti i niske ekotoksičnosti smatraju se “zelenim” mazivima. Organski estri predstavljaju osnov za proizvodnju ulja za podmazivanje mlaznih i turbo elisnih motora, kompresora, kao i za proizvodnju hidrauličnih tečnosti.

Fosfatni estri Osnovne karakteristike fosfatnih estra su: - otpornost na plamen,

- dobra svojstva podmazivanja, - dobra niskotemperaturna svojstva, - imaju mali indeks viskoznosti. Najvažnija namjena fosilnih estra je pri proizvodnji teško zapaljivih tečnosti koje se pretežno koriste u hidrauličnim sistemima u industriji, kao i kod saobraćajnih sredstva gdje postoji opasnost od požara.

Poliglikoli Oni predstavljaju najšire korišćenu vrstu maziva sintetičke osnove. Mogu da se proizvode kao rastvorljivi i nerastvorljivi u vodi. Osnovna prednost poliglikola je da se pod uticajem visoke temperature razlažu na potpuno isparljiva jedinjenja. Zbog toga ova maziva ne ostavljaju talog.

Poliglikoli rastvoreni u vodi najčešće se koriste kao hidraulične tečnosti za kočione sisteme. Druga oblast upotrebe je; kao sredstvo za obradu metala i medijum za hidrauličke sisteme u industriji. U vodi nerastvorljivi poliglikoli imaju primjenu kao tečnosti za prenos toplote i kao mazivo za podmazivanje kompresora za hlađenje.

Ostala sintetička maziva U ovu grupu spadaju sintetička tečna maziva različitih svojstava i namjene kao što su:

- silikoni, - silikatni estri, - polifenil-etri, - halogenisani ugljovodonici, i dr.

3. Bazna ulja biljne osnove Biljna ulja i životinjske masti su vjerovatno bila prva maziva koje je čovjek koristio.

Prvobitno su u upotrebi bila maslinovo, palmino i ricinusovo ulje, a kasnije i mnoga druga. Ta ulja su imala nepovoljnu stabilnost na niskim i visokim temperaturama i zato su, sa pojavom mineralnih ulja, bila potisnuta, što je bilo uslovljeno i tehničkim zahtjevima koji su sa industrijalizacijom postajali sve oštriji.

Današnji zahtjevi za netoksičnim i brzo biorazgradljivim mazivima, koja se koriste prije svega na mjestima gdje je velika opasnost od zagađenja životne sredine, uslovila su povratak biljnih ulja u svijet maziva. Novi kvaliteti biljnih baznih ulja dobijenih iz modifikovanih biljaka obezbjeđuju dobru hemijsku i termičku stabilnost pri zadovoljavajućim niskotemperaturnim karakteristikama.

Industrijska proizvodnja biljnih ulja obuhvata veći broj procesa koji se grubo mogu podijeliti u slijedeće grupe: pripremu sirovine, proces izdvajanja ulja presovanjem i esterfikacijom i proces rafinacije.

Osnovne i najvažnije vrste biljnih baznih ulja koje se danas koriste u proizvodnji tečnih maziva dobijaju se iz plodova uljane repice, soje i suncokreta. Prednosti upotrebe biljnih ulja kao maziva su: - netoksičnost, - biorazgradljivost,

- obnovljiva sirovina, - dobra mazivost, - visok indeks viskoznosti.

Nedostaci biljnih baznih ulja su: - loša oksidaciona stabilnost, - nepovoljne niskotemperaturne karakteristike, - loša hidrolitička stabilnost. Kao osnovni nedostatak ovih maziva često se navodi visoka cijena koja je 1,5 do 2 puta veća od cijene mineralnih ulja. Svojstva biljnih ulja značajna za podmazivanje zavise u velikoj mjeri od vrste masnih kiselina u njihovom sastavu (oleinska, linolna i linolenska kiselina).

Aditivi Većina savremenih ulja za podmazivanje i polutečnih maziva sadrže u sebi dodatke u vidu različitih hemijskih jedinjenja, koja se jednim imenom nazivaju aditivi. Osnovna uloga aditiva je poboljšanje pojedinih svojstava maziva u cilju zadovoljenja sve težih uslova podmazivanja kod današnjih mašina, za koje je karakteristično da rade pri velikim brzinama, opterećenjima i radnim temperaturama.

Prva upotreba aditiva u mazivima vezuje se za dvadesete godine prošlog vijeka. Danas skoro sve vrste tečnih i polutečnih maziva sadrže najmanje jednu vrstu, a često i više različitih vrsta aditiva. Aditivi treba da posjeduju određena opšta svojstva koja omogućavaju efikasno legiranje baznih ulja, kao što su rastvorljivost u baznom ulju, kompatibilnost, hemijska stabilnost, mala isparljivost, netoksičnost i dr.

Po svom načinu djelovanja razlikuju se aditivi koji mijenjaju pojedine fizičke karakteristike maziva. Npr. snižavaju temperaturu tečenja, sprečavaju pjenjenje i sl.

Aditivi koji imaju hemijski uticaj, poboljšavaju oksidacionu stabilnost, deterdžentna, antihabajuća i druga svojstva tečnih i polutečnih maziva. Količina aditiva u mazivima varira od nekoliko, pa do 40, a ponekad i više procenata.

Aditivi za povećanje viskoznosti To su najčešće polimerna jedinjenja dugih lanaca, velike molekulske mase.

Ova jedinjenja djeluju tako što na povišenim temperaturama povećavaju znatno više viskoznost nego na niskim temperaturama. Na taj način se ostvaruje manja promjena viskoznosti ulja sa promjenom temperature i ta se promjena može svesti u željene granice. Ovi aditivi se uspješno koriste kod ulja za motore SUS, ulja za prenosnike (zupčaste i automatske), ulja za hidrauličke sisteme i dr.

Aditivi za sniženje temperature tečenja

Ovi aditivi se nazivaju depresanti. Osnovna im je funkcija da spriječe formiranje kristala parafina, odnosno imobilizaciju ulja na niskim temperaturama.

Aditivi za spriječavanje pjenjenja ulja Koriste se kod tečnih maziva namijenjenih najčešće cirkulacionim sistemima podmazivanja. Uspješno se u te svrhe koriste silikonska jedinjenja, koja se dodaju tečnim mazivima u relativno malim količinama.

Aditivi inhibitori oksidacije Djeluju na usporavanje procesa oksidacije ulja i time produžavaju vijek upotrebe maziva.

Posebno je značajna upotreba ovih aditiva kod maziva izloženih povišenim temperaturama (npr. kod ulja za motore SUS) i kod onih kod kojih se zahtijeva dug vijek upotrebe (turbinska i hidraulična ulja). Kao rezultat oksidacije, viskoznost ulja i koncentracija organskih kiselina raste, formiraju se talozi na metalnim površinama koje se podmazuju.

Do radnih temperatura od 90oC proces oksidacije se sporo odvija i primijenjeni inhibitori imaju zadatak da prekinu proces, prevodeći produkte oksidacije u neutralna jedinjenja. Kada su radne temperature iznad 90oC katalitički efekat prisutnih metala postaje važan faktor postaje u promociji oksidacije. Pod tim uslovima treba koristiti inhibitore koji smanjuju katalitički efekat.

Aditivi ihibitori korozije Imaju zadatak da štite metalne površine od hemijskog uticaja različitih supstancija, prije svega zbog promjena koje nastaju u ulju tokom eksploatacije ili kao rezultat rada uređaja (npr. kod motora SUS sagorijevanjem goriva). Prisustvo ovih aditiva u ulju omogućava neutralizaciju kiselina i sprečava pojavu korozije i korozionog habanja.

Aditivi za sprečavanje korozije

Predstavljaju jedinjenja koja imaju izuzetna svojstva prionljivosti za metalne površine.

Oni štite metalne materijale, sprečavajući njihov kontakt sa vodom ili vlagom kao osnovnim uzročnikom pojave korozije.

Aditivi deterdženti i disperzanti

Prvenstveno se primjenjuju kod motornih ulja. Osnovna uloga ovih aditiva je da rastvaraju, ispiraju i održavaju u suspenziji taloge i smole koje nastaju tokom rada motora.

Aditivi modifikatori trenja Koriste se u cilju povećanja sposobnosti maziva da smanji trenje, a u određenoj mjeri i habanje u uslovima nepotpunog podmazivanja. To su polarne supstancije (masna ulja i kiseline) koje se vezuju za metalne površine adsorpcijom ili hemsorpcijom, gradeći slojeve sa povoljnim tribološkim karakteristikama.

Aditivi za visoke pritiske i udarna opterećenja (EP aditivi) Dodaju se tečnim i polutečnim mazivima u slučajevima kada se ona koriste u uslovima izrazito visokih pritisaka ili srednjih opterećenja, ali visokih brzina smicanja. EP aditivi hemijski reaguju sa metalom ili njegovim oksidom i stvaraju slojeve otporne na habanje.

Emulgatori Ovi aditivi se koriste u emulzijama sa ciljem da se ostvari i održi njena stabilnost.

Zbog velikog površinskog napona ulje i voda se slabo međusobno miješaju. Emulgatori smanjuju površinski napon i tako obezbjeđuju stabilnost emulzije.

BAZNA ULJA + ADITIVI = MAZIVA ULJA

ULJA ZA MOTORNA VOZILA MOTORNA ULJA ZA PUTNIČKA I KOMERCIJALNA VOZILA

Motori sa unutrašnjim sagorijevanjem Motori sa unutrašnjim sagorijevanjem (motori SUS) su toplotne klipne mašine pomoću kojih se dobija mehanička energija koja se koristi u različitim oblastima ljudske djelatnosti za pogon drugih mašina i uređaja. Njihova osnovna karakteristika po kojoj su i dobili naziv je u tome što se razvoj toplotne energije (nastale sagorijevanjem goriva) i njeno prevođenje u mehanički rad odvija u jedinstvenom prostoru.

Široka primjena motora SUS dovela je do razvoja više vrsta motora kako po konstrukciji, tako i po načinu rada. Kada se razmatra podmazivanje SUS motora slijedeće podjele su od značaja. Prema načinu izvođenja radnog ciklusa dijele se na: - četvorotaktne motore, - dvotaktne motore.

Po principu rada, tj. po načinu obrazovanja smješe mogu biti: - oto motori,

- dizel motori. Najširu primjenu imaju četvorotaktni oto-benzinski i dizel motori. Sa stanovišta podmazivanja važna je i podjela motora SUS prema namjeni, koja često određuje karakteristike ulja, postupak podmazivanja i vijek trajanja uljnog punjenja.

Prema namjeni dijele se na motore za pogon vozila i radnih mašina, za pogon brodova i željezničkih sredstava i na stacionarne motore. Najmasovnija upotreba motora SUS je za pogon drumskih, putničkih i komercijalnih vozila, kao i kod radnih mašina u oblasti poljoprivrede, rudarstva i građevinarstva. Nezavisno od vrste i namjene, svi motori SUS zahtijevaju podmazivanje vitalnih dijelova. Pri tome se u osnovi može razlikovati podmazivanje cirkulacionim sistemom pri čemu je ulje pod pritiskom. Ovaj sistem podmazivanja se koristi kod većine četvorotaktnih i dvotaktnih motora.

Drugu, značajno manju grupu čine dvotaktni motori koji se podmazuju pomoću mješavine goriva i maziva. Ovaj postupak se primjenjuje najčešće kod malih vanbrodskih motora, motora za motocikle, motokultivatora i motornih sanki. Maziva koja se koriste kod transportnih sredstava i mehanizacije predstavljaju najveću grupu sa potrošnjom od oko 60% svih maziva.

U okviru njih dominantna su ulja za podmazivanje motora.

Ulja za podmazivanje motora Ulja za podmazivanje motora ili motorna ulja koriste se danas kao osnovna sredstva pomoću kojih se rješavaju tribološki problemi motora i zbog toga su predmet stalnih istraživanja. Razvoj motornih ulja je direktno povezan sa razvojem motora. Kako su tehnički, ekološki i ekonomski zahtjevi uslovljavali nova rješenja u konstrukciji motora, tako su se mijenjala i prilagođavala i svojstva motornih ulja.

Karakteristike savremenih ulja za podmazivanje motora SUS diktirane su: - konstrukcijom motora, - uslovima eksploatacije, - ekološkim razlozima, - neophodnim smanjenjem potrošnje goriva koja se postavlja kao imperativ pred proizvođače motora.

Razvoj motornih ulja

Emisija Produženi interval

Ušteda goriva

Smanjnje potrošnje goriva i emisije štetnih produkata kod motora SUS, sa gledišta podmazivanja moguće je postići smanjenjem trenja u motoru i smanjenjem potrošnje ulja. Najveći mehanički gubici u motoru SUS nastaju kod klipne grupe zbog čega se poslijednjih godina razmatraju konstrukcione i tribološke karakteristike klipa i klipnih prstenova.

Rješenja idu u slijedećim pravcima: - smanjenje mase dijelova, - uvođenje novih materijala, - modifikacija površina izloženih trenju, - nanošenje prevlaka otpornih na habanje.

Nove konstrukcije, materijala i maziva omogućavaju i bolje zaptivanje, što daje manju potrošnju ulja i povoljniji sastav emisije gasova.

Zakonski propisi o dozvoljenoj emisiji kod motora SUS prisutni su u EU od 1993. godine i poznati su pod nazivom-EURO.

Na emisiju čestica kod dizel motora koje definišu EURO propisi utiču svojstva ulja obzirom da se procjene o učešću ulja u formiranju čestica kreću od 18 do 30%, pa čak i do 40-50% od ukupne emisije, zavisno od konstrukcije motora.

Tabela-Direktive EU o emisiji izduvnih gasova iz motornih vozila Čvrste čestice,

Početak primjene

CO, g/kWh

HC, g/KWh

NOx, g/kWh

EURO I

01.okt.1993.

4,5

1,1

8,0

0,36

-

EURO II

01.okt. 1996.

4,0

1,1

7,0

0,15

-

EURO III

01.okt. 2000.

2,1

0,66

5,0

0,10

0,8

EURO IV

01.okt. 2005.

1,5

0,46

3,5

0,02

0,5

EURO V

01.okt. 2008.

1,5

0,46

2,0

0,02

0,5

Direktiva

g/kWh

Dimljenje, m-1

Emisija čestica (čađ)

Razvoj motora

regulacija ubrizgavanja goriva DeNOx SCR DFP Oxi cat

promjene kvaliteta goriva

EGR tretman izduvnih gasova

EURO V

Turbopunjači i intercooler-i

EURO I

EURO II EURO III EURO IV NO2

Konstrukciona rješenja za ispunjenje zahtjeva o emisiji mot. vozila

Trend za višim kvalitetom ulja koje obezbjeđuje duže intervale zamjene, bolju ekonomičnost, poboljšanu zaštitu od habanja i smanjenje zagađenja životne sredine već je prisutan kako kod proizvođača baznih ulja, tako i kod proizvođača gotovih proizvoda. Pored oštrijih zahtjeva za malu isparljivost ulja, uvode se i ograničenja za sadržaj sumpora, sulfatnog pepela i fosfora (low SAPS) da bi se redukovala emisija, zaštitio katalizator i senzorski sistem.

Period zamjene motornih ulja stalno se produžava i danas je kod putničkih vozila u prosjeku između 15 i 20 hiljada pređenih kilometara, a najveći period dostiže čak i 40 hiljada kilometara. Prosječni period zamjene ulja kod komercijalnih vozila je oko 30 hiljada pređenih kilometara, a najveći oko 80 hiljada sa stalnom tendencijom da se još više produži.

Za korektan izbor motornog ulja potrebno je poštovati: - preporuke proizvođača motora i motornih vozila; - klasifikaciju ulja po viskoznosti-viskozne gradacije ulja; - klasifikacije po oblastima primjene; - klasifikacije po kvalitetnom nivou;

- klasifikacije po radnim osobinama.

Informacija o viskoznoj gradaciji je potrebna, ali nije dovoljna. Podjednako je važna informacija koja govori o radnim karakteristikama, odnosno kvalitetnom nivou ulja. Dva ulja iste namjene i iste viskozne gradacije mogu biti veoma različita po kvalitetnom nivou.

Najvažnije funkcije koje treba da ispune motorna ulja su: - podmazivanje mašinskih elemenata; - hlađenje sklopova i ležajeva; - zaptivanje motora radi održavanja kompresije; - zaštita od korozije; - pranje-održavanje čistoće unutrašnjih dijelova.

Pored toga zahtijeva se još i: - kompatibilnost sa zaptivkama (da ne utiče na otvrdnjavanje ili nekontrolisano omekšavanje); - kompatibilnost sa katalitičkim konvertorom; - optimalni odnos između viskoziteta i različitih radnih temperatura; - visoka oksidaciona i termička stabilnost;

- što niža isparljivost, i dr.

Podjela motornih ulja Motorna ulja se mogu podijeliti prema: - vrsti motora,

- namjeni, - sastavu. Prema vrsti motora razlikuju se motorna ulja za benzinske-oto i dizel motore. Motorna ulja se prema namjeni dijele na ulja namijenjena za: podmazivanje motora putničkih vozila, komercijalnih vozila i radnih mašina, za brodske, željezničke i avio motore.

U odnosu na sastav razlikuju se slijedeća motorna ulja: - mineralna, - polusintetička, - sintetička. Nezavisno od pomenutih podijela, zajedničke karakteristike pomoću kojih se vrši karakterizacija motornih ulja su podjele prema reološkim karakteristikama i prema uslovima rada motora, tj. performansnom potencijalu motornog ulja.

Klasifikacija motornih ulja prema viskoznosti Klasifikaciju ulja prema viskoznosti, tzv. SAE viskozne gradacije, uvelo je Društvo američkih automobilskih inženjera (Society of Automotive Engineers). Standard SAE J300 obuhvata podjelu motornih ulja prema reološkim svojstvima, tj. prema viskoznosti određenoj pri različitim uslovima ispitivanja.

Druga svojstva motornih ulja nisu obuhvaćena ovom klasifikacijom.

Prema navedenoj klasifikaciji definiše se 12 osnovnih gradacija motornih ulja. Prvih šest (SAE 0W, SAE 5W, SAE 10W, SAE 15W, SAE 20W, SAE 25W) se odnosi na mogućnost primjene motornih ulja u zimskim uslovima (nose oznaku “W”). Kod njih se viskoznost definiše maksimalno dozvoljenom dinamičkom viskoznošću na niskim temperaturama i minimalno dozvoljenom kinematskom viskoznošću na visokoj temperaturi (100oC).

Preostalih šest gradacija (bez oznake “W”) odnose se na motorna ulja koja se koriste u ljetnim uslovima (SAE 20, SAE 30 do SAE 60). Kod njih se viskoznost definiše maksimalno i minimalno dozvoljenom kinematskom viskoznošću na 100oC, odnosno dinamičkom viskoznošću pri visokim temperaturama (150oC) i velikom brzinom smicanja (106 s-1).

Ako ulje ispunjava zahtjeve samo jedne SAE klasifikacije, to je monogradno ulje koje može da se koristi samo u zimskim uslovima (niske temperature), npr. SAE 10W, SAE 20W ili samo u ljetnim uslovima (SAE 30, SAE 40, SAE 50). Ulja koja obuhvataju više viskoznih grupa nazivaju se multigradna motorna ulja, ona se definišu preko kinematske viskoznosti na 100oC, prividne viskoznosti na niskoj temperaturi i viskoznosti pri velikoj brzini smicanja na visokoj temperaturi.

Prednost multigradnih motornih ulja je što u pogledu vrijednosti viskoznosti ispunjavaju zahtjeve kako pri visokim tako i pri niskim temperaturama okoline. Multigradno motorno ulje npr. viskozne gradacije SAE 15W-40 na niskim temperaturama ima vrijednost viskoznosti propisanu za gradacije sa oznakom W (npr. SAE 15W, dok će pri radnim ili povišenim temperaturama okoline ono imati viskoznost viših gradacija npr. viskoznost na 100oC biće u granicama definisanim za grupe SAE 40).

Ovako ponašanje multigradnih ulja se postiže korišćenjem modifikatora viskoznosti, aditiva polimernog tipa koji omogućavaju da se reguliše promjena viskoznosti temperaturom u skladu sa zahtjevima i potrebama.

Multigradna ulja omogućavaju lak start motora pri niskim temperaturama okoline, doprinose smanjenju potrošnje ulja kao i odgovarajuće podmazivanje u svim uslovima rada.

Slika-Prikaz odnosa viskozne gradacije motornih ulja i temperature okoline

Danas se posebno izdvajaju multigradna ulja koja doprinose smanjenju potrošnje goriva kod motora SUS, a poznata su pod nazivom “ulja koja štede gorivo”. Da bi se smanjila potrošnja goriva neophodno je da se smanje mehanički gubici u motoru, a to se postiže uljima niže viskozne gradacije (SAE 0W-30, SAE 5W-30).

Ovi zahtjevi su doveli do proizvodnje sintetičkih motornih ulja čije su prednosti: - izuzetno dobre reološke karakteristike kako na niskim, tako i na visokim temperaturama; - nizak viskozitet i mala isparljivost; - izuzetno velika otpornost na prekid mazivog filma, bolje antihabajuće i antikorozivne osobine; - dobre disperzantske osobine;

-

smanjenje potrošbnje goriva i samih ulja;

-

produženje perioda zamjene;

-

visoka otpornost na oksidaciju;

-

dobra biorazgradljivost (sintetička ulja koja sadrže ester su 75% biorazgradljiva);

-

niska toksičnost i manja količina produkata sagorijevanja.

Vrste motornih ulja u odnosu na kvalitet Motorna ulja iste viskozne grupe proizvode se u različitim kvalitetima i obrnuto, znači jedan kvalitet ulja proizvodi se sa različitim vrijednostima viskoznosti. Vrste ulja prema kvalitetu definisane su od strane različitih organizacija i udruženja, među kojima su najprihvaćenije dvije podjele: - od strane Udruženja evropskih konstruktora motornih vozila ACEA (Association des Constructeurs Europeans d’Automobiles); - koju je dao Američki institut za naftu API (American Petroleum Institute).

Klasifikacija ACEA iz 2004. godine obuhvata ulja za servisna punjenja motora koja su razvrstana u tri klase koje sadrže određene kategorije motornih ulja.

Klasa generalno označava namjenu ulja za određenu vrstu motora SUS, dok kategorija definiše ulje za određenu namjenu u okviru klase i ukazuje na performansni nivo ulja.

Osnovne klase su: A/B-ulje za benzinske i dizel motore putničkih i lakih komercijalnih vozila;

C-ulja za benzinske i dizel motore SUS kompatibilna sa uređajem za tretman izduvnih gasova (katalizator, filtar za čestice, i dr.); E-ulja za teške uslove rada dizel motora (komercijalna vozila i radne mašine). U okviru svake klase postoje kategorije koje su označene arapskim brojevima.

Tabela-Klase i kategorije motornih ulja (ACEA 2004) Ulja za benzinske i dizel motore putničkih i lakih komercijalnih vozila Klasa A/B

Ulja za benzinske i dizel motore putničkih i komercijalnih vozila kompatibilna sa katalizatorom Klasa C

A1/B1 A3/B3 A3/B4 A5/B5

C1 C2 C3

Ulja za teške uslove rada dizel motora Klasa E

E2 E4 E6 E7

Podjela motornih ulja po API za razliku od ACEA klasifikacije, uključuje dvije klase motornih ulja prema performansama, tj. kvalitetu, označene slovima “S” i “C”. Motorna ulja za benzinske motore nose osnovnu oznaku “S”. Dok, motorna ulja za dizel motore su sa osnovnom oznakom “C”, i ova podjela se odnosi na motorna ulja koja se koriste kod motora ugrađenih u putnička vozila, kamione, autobuse, poljoprivrednu, građevinsku i rudarsku opremu i mašine.

Drugo slovo dodato slovu “S” ili “C” označava kategoriju, tj. servisnu namjenu ulja. Važeće kategorije kod motornih ulja za benzinske motore su očigledno “SJ”, “SL” i “SM”. Kod ovih ulja prethodna kategorija uključuje svojstva svake od ranijih, što znači da ako je proizvođač motora propisao npr. API SH ili SJ, ulje API SL se može koristiti pošto ono zadovoljava sve zahtjeve prethodnih kategorija.

Kod dizel motora novo definisane kategorije uključuju, u većini slučajeva, svojstva prethodnih kategorija ulja, ali ne uvijek, tako da se pri izboru mora obratiti posebna pažnja. Treću, izdvojenu grupu čine ulja koja štede gorivo, a namijenjena su za benzinske motore putničkih vozila, lakih kamiona i sl. Ona obuhvata multigradna ulja, a prema standardu SATM D4485 definisane su četiri kategorije.

Tabela-Kategorije ulja koje štede gorivo (API)

Kategorija

ulje koje štedi gorivo

Test metoda

ASTM D6202

SAE viskozna grupa

Osnovni kriterijumi: ušteda goriva u odnosu na rerafinisano ulje, % min

0W-20 i 5W-20

1,4

druga 0W- i 5W-ulja

1,1

sva 10Wmultig. ulja

0,5

sva ostala ulja

0,5

U cilju ostvarivanja optimalnih uslova podmazivanja, veliki proizvođači motora i motornih vozila (MAN, MB, VW, Ford i dr.), kao i armije pojedinih zemalja propisuju svoje specifikacije za motorna ulja. One u najvećem broju slučajeva korespondiraju sa ACEA i API zahtjevima za kvalitet. Poslijednjih godina se javljaju i međunarodna udruženja sa svojim zahtjevima za kvalitet maziva, kao što su:

- Udruženje proizvođača originalne opreme-OEMs (Original Equipment Manufacturers); - Internacionalni komitet za standardizaciju i odobrenje mazivaILSAC (International Lubricat Standardization and Approval Committee).

Najnovije tendencije u definisanju specifikacija vezane su za globalizaciju motorne industrije, ali i proizvođača maziva. Cilj je da se sa jednom globalnom specifikacijom zamijene neke lokalne, što će značajno da smanji troškove istraživanja i pojednostaviće izbor ulja od strane korisnika.

U narednom periodu glavni akcenat će biti dat na korišćenje motornih ulja koja će zadovoljiti slijedeće uslove: -

niže viskozne gradacije: SAE 5W-30, SAE 0W-30 i SAE 0W-20, koje smanjuju potrošnju goriva, a time i emisiju HC, CO, NOx, čestica i ugljen-dioksida;

-

poboljšanje termo-oksidacione stabilnosti;

-

smanjenje habanja klipno-cilindarskog sklopa i razvodnog mehanizma;

-

produženi period zamjene, do 100 hiljada kilometara;

-

smanjenje isparljivosti, što je veoma bitno zbog smanjenja emisije čestica;

-

visok prirodni indeks viskoznosti;

-

nizak sadržaj sumpora (manji od 0,2%), fosfora i metala (pepela).

Mogući problemi koji se javljaju pri eksploataciji motornih ulja: - povećanje temperature ulja; - rast nivoa i promjena boje ulja; - pojava povećane buke i sporiji start motora; - visok ili nizak pritisak ulja;

- curenje ulja na zaptivkama;

-

otežano startovanje motora na nižim temperaturama;

-

gubitak viskoznosti ulja;

-

otežana cirkulacija ulja na niskim temperaturama;

-

tamna boja ulja i taloga kod niskih radnih temperatura;

-

začepljenje uljnog filtra i sistema za napajanje ulja;

-

pojava korozije;

-

habanje između dijelova koji su u relativnom kretanju;

-

intenzivna oksidacija ulja;

-

pojava pjene i aeracija;

-

prevremeno paljenje (detonacije) kod benzinskih motora;

-

povećana potrošnja ulja i goriva.

ULJA ZA MOTORNA VOZILA ULJA ZA MJENJAČE, DIFERENCIJALE I AUTOMATSKU TRANSMISIJU FUNKCIONALNE TEČNOSTI ZA HLAĐENJE I ZAŠTITU MOTORA TEČNOSTI ZA HIDRAULIČNE KOČNICE

Ulja za mehaničke zupčaste prenosnike (mjenjači i diferencijali) Zadatak zupčastih prenosnika, mjenjača i diferencijala, je da prenesu snagu motora na osovine i točkove vozila. Pri tome su zupci zupčanika izloženi ekstremno visokim radnim pritiscima.

Najveći pritisci se javljaju pri startu i zaustavljanju motornog vozila.

Razvoj motornih vozila ide u pravcu sve većih snaga i bolje startnosti, što ima za posljedicu pojavu većih sila klizanja, odnosno viših radnih temperatura na zupčanicima mjenjača i diferencijala. Za podmazivanje prenosnika pri ovako strogim uslovima rada mogu da zadovolje samo maziva ulja proizvedena na osnovu visokokvalitetnih baznih ulja i odabranog paketa aditiva. Da bi se zadovoljili ovako zahtjevni radni uslovi, pri formulaciji ovih ulja se koriste EP aditivi koji daju različite kvalitetne nivoe ovim uljima.

Na povišenim temperaturama, koje su posljedica visokih pritisaka i udarnih opterećenja, navedeni aditivi hemijski reaguju sa metalnom površinom gradeći odgovarajuća jedinjenja i filmove koji štite metalnu površinu od habanja i oštećenja zubaca zupčanika. Za izbor ulja neophodni su podaci o viskoznosti i podaci o kvalitetu ulja, odnosno o njegovim radnim osobinama. Slično motornim uljima i ulja za mjenjače i diferencijale se dijele prema: - viskoznosti (SAE podjela J306); - namjeni i uslovima rada mjenjača i diferencijala (API klasifikacija).

Sagledavajući značaj veličine viskoznosti u procesu podmazivnja zupčanika, posebno pri niskim i visokim temperaturama, SAE organizacija je predložila podjelu ulja za mjenjače i diferencijale po viskoznosti, koja je široko prihvaćena u svijetu. Poslijednja podjela izdata 1998. godine sa praktičnim važenjem od 2000. godine pod oznakom SAE J306 sadrži, u odnosu na prethodnu, dvije nove grupe označene kao SAE 80 i SAE 85.

Nova klasifikacija je rezultat zahtjeva proizvođača i korisnika prenosnika za što pouzdaniji rad, smanjenje mehaničkih gubitaka i trajno podmazivanje.

Razvoj maziva za trajno podmazivanje mehaničkih prenosnika postavio je zahtjev i potrebu da se utvrdi stabilnost viskoznosti.

Zbog toga je u novoj podjeli uveden TRB (Tapered Roller Bearing) test kojim se određuje promjena viskoznosti nakon izlaganja ulja smicanju. Ova podjela i zahtjevi koje ona postavlja, a posebno uvođenje TRB testa ima uticaja na buduće formulacije maziva i to posebno sa gledišta izbora aditiva, kao i izbora vrste i veličine viskoznosti baznog ulja.

Podjela ulja za zupčaste prenosnike prema kvalitetu data od API obuhvata kategorije maziva sa oznakama GL-1, GL-4, GL-5 i jednu oznake MT1 kao validne. Najširu primjenu SAD imaju kategorije GL-4, GL-5 i MT1. Evropski proizvođači, takođe, koriste API podjelu da definišu neophodan kvalitet, ali uvode i specifikaciju pod opštom oznakom MTF (Manuel Transimission Fluid).

Zahtjevi u pogledu kvaliteta koja moraju da zadovolje ulja za mjenjače i diferencijale: -

Putnički automobili se odlikuju velikom brzinom, a teretna vozila I autobusi velikim obrtnim momentom. Ova ulja moraju zadovoljiti oba radna uslova.

-

Svojstvo protiv habanja i zaribavanja kod ekstremnih pritisaka I udarnih opterećenja.

-

Dobre viskozno-temperaturne karakteristike, što znači laki prenos prilikom hladnog starta i dovoljna jačina mazivog filma pri visokim radnim temperaturama.

-

Dobra oksidaciona i termička stabilnost što obezbjeđuje dug interval upotrebe ulja. Kod motornih vozila temperatura uljnog punjenja može biti i do 140oC.

-

Zaštita od korozije naročito u prisustvu vode.

-

Kompatibilnost sa zaptivkama.

-

Svojstvo protiv stvaranja pjene.

Razvoj mjenjača sa pet i šest brzina, kao i automatizacija upravljanja mehaničkim mjenjačima je sve prisutnija sa zahtjevom proizvođača za visoko kvalitetnim mazivima koja će da obezbijede visoku pouzdanost rada prenosnika uz male mehaničke gubitke.

Ulja za automatsku transmisiju Zbog sve veće primjene, automatski prenosnici razvijaju se veoma brzo tokom poslijednjih desetak godina. Korišćenje automatskih prenosnika je povezano sa zahtjevima za smanjenje potrošnje goriva, emisije i poboljšanje konfora korisnika motornih vozila.

Razvoj prenosnika ide u tri glavna pravca: - poboljšanje konvencionalnih automatskih prenosnika uvođenjem hidrodinamičkog pretvarača obrtnog momenta;

- razvoj i sve veća upotreba prenosnika sa kontinualnom promjenom prenosa korišćenjem metalnog remena (kaiša); - budući prenosnici sa kontinualnom promjenom prenosa koji koriste torusne elemente.

Kod tradicionalnih automatskih prenosnika ulje se koristi kao radni fluid, sredstvo za podmazivanje i upravljanje. Sa stanovišta proizvodnje predstavlja najsloženije mazivo od svih koja se koriste kod motornih vozila. Poznata su pod nazivom ATF ulja (Automatic Transmission Fluid). Zbog svoje multifunkcionalnosti i uslova kojima su izložena pri eksploataciji, kod ATF ulja moraju da su strogo kontrolisane karakteristike.

ATF ulja su relativno niskoviskozna ulja, sa visokim indeksom viskoznosti i tačkom tečenje ispod -40oC. Pored toga, ATF ulja imaju vidoku oksidacionu stabilnost, dobre viskozno-temperaturne i niskotemperaturne karakteristike, obezbjeđuju dobru zaštitu protiv korozije i odlična svojstva protiv pjenjenja. Takođe, moraju zadovoljiti zahtjev da je koeficijent trenja konstantan.

ATF ulja moraju da posjeduju i sposobnost sprečavanja habanja, kako bi se obezbijedio dug vijek zupčanika i ležajeva. Ova ulja treba da su kompatibilna sa komponentama prenosnika, kao što su zaptivke i drugi dijelovi, posebno oni koji su izrađeni od plastičnih masa.

Prve specifikacije za ATF ulja definisali su proizvođači vozila u SAD: - General Motors (GM), - Ford. Specifikacije ATF ulja GM-a nose oznaku DEXRON, a Forda MERCON. Najveći broj evropskih proizvođača i korisnika konvencionalnih automatskih prenosnika (Voith, MB, i dr.) su prihvatili američke specifikacije ili su definisali sopstvene, koje se uglavnom oslanjaju na američke.

Primjena prenosnika sa kontinualnom promjenom prenosa korišćenjem metalnog kaiša je u porastu naročito kod evropskih i japanskih proizvođača putničkih vozila. Tehnologija se zasniva na kaišnom prenosu, pri čemu je kaiš sastavljen iz čeličnih lamela. Osnovna prednost korišćenja ovakvog prenosnika je poboljšana ekonomičnost vozila.

Mazivo za ovaj tip prenosnika je bazirano na tehnologiji ATF ulja.

Torusni kontinualni prenosnik, koji je u razvoju treba da omogući još veću uštedu goriva. Razvoj maziva za ovaj sistem je u početnoj fazi.

Razlozi su, drugačiji tribološki uslovi rada ovog sistema.

Funkcionalne tečnosti Tečnosti za hlađenje i zaštitu motora Ove tečnosti se često posmatraju kao sredstvo za zaštitu od smrzavanja, mada sprečavanje korozije ima daleko veći značaj. Hemijski sastav je odlučujući za kvalitet rashladnog sredstva. Osnovnu strukturu nerazblaženog rashladnog sredstva (koncentrata) čini: bazni fluid, mala količina vode, a ostale komponente su aditivi. BAZNI FLUID + ADITIVI + VODA = RASHLADNO SREDSTVO

Bazni fluid: - monoetilenglikol (MEG), ili rjeđe propilenglikol Aditivi: - inhibitor korozije, inhibitor kavitacije, ihibitor taloženja, antipjenušavac, stabilizator i pufer. Voda: - mora biti destilovana ili demineralizovana (pH vrijednost na 20oC treba da je između 7 i 8). Nerazblaženo rashladno sredstvo (koncentrat) treba da sadrži najmanje 90% MEG-a, najviše 4% vode, a ostale komponente su aditivi.

Osnovni zahtjevi koje mora da ispuni rashladna tečnost u cilju zaštite rashladnog sistema motora su: - zaštita od smrzavanja u zimskom periodu; - sprečavanje površinske korozije; - sprečavanje kontaktne korozije; - sprečavanje korozije u pukotinama; - sprečavanje kavitacije; - sprečavanje pjenušanja; - kompatibilnost sa materijalima; - povećanje tačke ključanja.

Sprečavanje korozije koju izaziva vrela voda U uslovima visokih temperatura voda stupa u hemijsku reakciju sa aluminijumom pri čemu nastaje vodonik koji razara strukturu metala. Sprečavanje površinske korozije Ne postoji idealno glatka površina, a od stepena hrapavosti zavisi i intenzitet korozivne aktivnosti agresivnih supstancija. Sprečavanje kontaktne korozije U rashladnoj tečnosti se tokom upotrebe mogu naći čestice različitih metala (Fe, Al, Cu) kao posljedica oštećenja pojedinih elemenata. Ako se neka čestica metala istaloži na Al površini obrazuje se tzv. lokalni elemenat-javlja se potencijalna razlika koja ima za posljedicu tzv. kontaktnu koroziju-razlaganje Al i stvaranje sitnih rupica.

Sprečavanje korozije u pukotinama U pukotinama i zazorima u kojima rashladno sredstvo ne može da cirkuliše, povećava se koncentracija korozivnih supstancija, pa se na taj način proces korozije ubrzava. Sprečavanje kavitacije U pumpi za vodu i u glavi cilindra mogu se formirati mjehurići pare uslijed kratkotrajnog pada pritiska u sistemu, koji prilikom ponovnog porasta pritiska pucaju. Uslijed toga dolazi do njihovog udara na metalne površine, pri čemu dolazi do odnošenja materijala i stvaranje karakteristične površine.

Sprečavanje taloženja krečnjaka Ako se koristi tvrda voda, na temperaturama većim od 60oC izdvaja se kamenac (krečnjak i drugi minerali). Sprečavanje pjenušanja Pjena smanjuje efikasnost rashladnog sredstva i dovodi do parcijalnog pregrijavanja. Kompatibilnost sa materijalima Rashladno sredstvo dolazi u dodir sa različitim materijalima (metalima, zaptivačima i crijevima), pri čemu ne smije pokazivati agresivnost.

Fizičko-hemijske karakteristike i tipovi rashladnih tečnosti propisani su slijedećim standardima: - proizvođača motora i motornih vozila (VW, MB, i dr); - nacionalni standardi (BS 6580, AFNOR R 15-601, i dr.).

Na tržištu se nalazi pripremljena rashladna tečnost od strane proizvođača, najčešće sa tačkom mržnjenja od -40oC, koja se može odmah sipati u rashladni sistem motora. Takođe se nalaze i koncentrovane rashladne tečnosti koje se prije upotrebe moraju obavezno namješavati sa vodom. Za namješavanje koncentrata za pravljenje rashladne tečnosti može se koristiti voda iz vodovoda ukoliko njena tvrdoća ne prelazi 20odH.

Ukoliko je voda tvrđa od 20odH mora se namješavanje vršiti sa destilovanom ili demineralizovanom vodom. Minimalna koncentracija koncentrata za pravljenje rashladne tečnosti je 33%, a maksimalna je 60%. Kao idealna mješavina za naše klimatsko područje preporučuje se odnos miješanja 50:50. Potrebno je naglasiti da se koncentrat nikada ne smije upotrebljavati NERAZBLAŽEN.

Tabela-Zavisnost temperature mržnjenja od odnosa koncentrata (rashladna tečnost) i vode Koncentracija rashladne tečnosti, %

Koncentracija vode, %

Temperatura mržnjenja, oC

10

90

-4,5

20

80

-10

30

70

-16

35

65

-20

40

60

-24

50

50

-37

60

40

-48

70

30

-45

90

10

-28

100

-

-17,5

Na tržištu se nalazi veliki broj rashladnih tečnosti od različitih proizvođača, te korisnici često nisu u mogućnosti koristiti za dolijevanje tečnost istog proizvođača koja se već nalazi u sistemu. Miješanje tečnosti različitih proizvođača je dozvoljeno ukoliko je osnovni isti bazni fluid, ako su istog hemijskog sastava i kvalitetnog nivoa. Obzirom na komplikovan sastav inhibitorskog sistema kod rashladne tečnosti, potrebno je u takvim slučajevima konsultovati stručno lice.

Proizvođač rashladne tečnosti preporučuje period zamjene rashladne tečnosti. Razlog za izmjenu rashladne tečnosti je nastajanje korozivnih jedinjenja razgradnjom MEG-a, koji čini osnovu većine rashladnih sredstava, a takođe i zbog postepenog razaranja prisutnih inhibitora. Ove promjene su prouzrokovane jakim termičkim opterećenjem samog sredstva u rashladnom sistemu motora.

U toku ljeta nije preporučuljivo da se u rashladnom sistemu motora umjesto rashladnog fluida koristi voda iz vodovoda. Ako se kao rashladna tečnost koristi voda, ona će zbog svojih osobina prouzrokovati: obrazovanje kamenca i naslaga, rđu i koroziju i dr. Sve ovo će se negativno odraziti na tehničke karakteristike hladnjaka i prouzrokovaće njegovu prevremenu zamjenu.

Hladnjak nakon dvije godine

Tečnosti za hlađenje za{titu Vodena pumpa nakoni dvije godinemotora

Tečnosti za hidraulične kočnice Kočioni sistem motornih vozila je jedan od najbitnijih faktor sa aspekta bezbijednosti vozača, pa su zbog toga postavljeni izuzetno strogi zahtjevi koje kočione tečnosti moraju da zadovolje. Osnovni zahtjevi koje kočione tečnosti moraju da zadovolje su: - visoka tačka ključanja; - dobro ponašanje na niskim temperaturama;

-

zaštita od korozije;

-

odgovarajuća sposobnost podmazivanja;

-

kompatibilnost sa zaptivnim materijalima.

U hidrauličnim kočionim sistemima motornih vozila kao medijum za prenos sile kočenja najčešće se koristi sintetička tečnost na bazi poliglikola i poliglikoletera. Samo za neke tipove automobila, kojih je vrlo malo, koriste se mineralna ulja. Osim toga koriste se i silikonska ulja, ali ona zbog nekih svojih specifičnih negativnih svojstava nisu našla širu primjenu.

Glikoletarske kočione tečnosti efikasno štite od korozije i habanja, dobro podnose niske temperature. Negativna osobina glikoletera je higroskopnost, odnosno apsorbovanje vlage. Kroz otvore na rezervoaru, kao i kroz elastične cjevovode i zaptivke na pogonskim osovinama ove tečnosti konstantno upijaju vlagu iz vazduha i sa kolovoza.

Pri procesu kočenja kinetička energija pretvara se u toplotnu energiju. Najveći dio ove toplote prenosi se na okolni vazduh, ali jednim dijelom i na kočionu tečnost. Jedna od glavnih karakteristika kočione tečnosti i jedan od glavnih pokazatelja da li treba izvršiti zamjenu kočione tečnosti je mokra tačka ključanja ili tačka ključanja vlažnih tečnosti.

Mokra tačka ključanja kočione tečnosti predstavlja temperaturu ključanja tečnosti u kojoj je prisutna voda. Pri sadržaju vlage od 5% tačka ključanja tečnosti kvalitetnog nivoa DOT 3 pada ispod kritične, što znači da se mora zamijeniti. Tečnosti kvalitetnog nivoa DOT 4 i DOT 5 imaju više tačke ključanja, pa je period upotrebe duži od perioda upotrebe tečnosti DOT 3, a pouzdanost kočionog sistema veća.

Kod novih modela motornih vozila sa ABS sistemom koriste se kočione tečnosti prema specifikaciji DOT 5.

Tabela-Specifikacije kočione tečnosti FM VSS 116 ISO 4925

SAE J 1703

DOT 3

DOT 4

DOT 5

Tačka ključanja suvih tečnosti, oC, min.

≥ 205

≥ 230

≥ 260

≥ 205

≥ 205

Tačka ključanja vlažnih tečnosti, oC, min.

≥ 140

≥ 155

≥ 180

≥ 140

≥ 140

Maksimalna viskoznost na -40oC, mm2/s

< 1500

< 1800

< 1900

< 1500

< 1800

Maksimalna viskoznost na 100oC, mm2/s

> 1,5

> 1,5

> 1,5

> 1,5

> 1,5

Istraživanja su pokazala da sadržaj vlage u kočionim tečnostima raste 2 do 4% godišnje. To utiče na sniženje tačke ključanja i ima za posljedicu stvaranje parnih čepova i gasnih mjehurića što negativno utiče na efikasnost kočionog sistema i dovodi do otkaza kočnice. U najvećem broju slučajeva neispravnost kočnica je posljedica neadekvatnog održavanja kočionog sistema.

Proizvođači motornih vozila preporučuju zamjenu kočione tečnosti na dvije godine, naravno, uz preporuku da se periodično provjeri mokra tačka ključanja.

Rok upotrebe kočione tečnosti u originalnoj ambalaži proizvođača je neograničen pod uslovom da su zaštićene od atmosferskih uticaja, naročito vlage.

Nakon zamjene kočione tečnosti ili u slučajevima kada vazduh prodre u sistem, mora se obavezno izvršiti ozračivanje (provjetravanje) sistema.

MAZIVA I TEČNOSTI ZA ZA INDUSTRIJSKA POSTROJENJA ULJA ZA HIDRAULIČNE SISTEME ULJA ZA REDUKTORE ULJA ZA PNEUMATSKE ALATE ULJA ZA KLIZNE STAZE

Ulja za hidraulične sisteme Hidraulični sistemi predstavljaju uređaje kod kojih se snaga i kretanje prenose pomoću tečnosti. Razlikuju se slijedeći sistemi: - hidrostatički, i

- hidrodinamički.

Kod hidrostatičkih sistema tečnost je izložena pritisku koji djeluje u cijelom zatvorenom sistemu i koji se prenosi ravnomijerno u svim pravcima.

Hidrodinamički sistemi koriste kinetičku energiju tečnosti. Značajniju i širu primjenu imaju hidrostatički sistemi i za njih se u praksi koristi naziv hidraulički sistemi. Primjenjuju se kod transportnih sredstava, rudarskih, građevinskih i poljoprivrednih mašina-nazivaju se mobilna hidraulika. Industrijska hidraulika ima široku upotrebu u industriji kod mašina alatki, u valjaonicama i željezarama, kod postrojenja i opreme u industriji hrane i pića, i dr.

Hidraulički sistemi nikada nisu izdvojeni uređaji. Oni se koriste u sklopu drugih mašina, kao sistemi za prenos snage i kretanja. Sastoje se od pogonskog i izvršnog dijela, normalno sa odgovarajućim sistemom za upravljanje. Pogonski dijelovi su različite pumpe, a izvršni organi su pretvarači i hidromotori pomoću kojih se izvršava kretanje i prenos snage.

Brzina strujanja tečnosti je važan elemenat pri razmatranju hidrauličkog sistema, prvenstveno zbog gubitaka uslijed trenja.

Kao hidraulički medijumi koriste se različite tečnosti, među kojima se po sastavu razlikuju mineralna ulja, sintetička ulja i tečnosti, biljna ulja i proizvodi na bazi vode. Osnovna svojstva hidrauličkih tečnosti su: - dobra maziva svojstva u cilju smanjenja trenja i habanja; - visok indeks viskoznosti koji obezbjeđuje širok opseg radnih temperatura sa prihvatljivom vrijednosti viskoznosti; - kompatibilnost sa metalima triboelementima sistema, zaptivnim materijalima i bojama;

- visoka oksidaciona stabilnost; - dobra stabilnost na smicanje; - neznatna ili mala kompresibilnost;

- dobra sposobnost izdvajanja vazduha, mala sklonost ka pjenjenju; - mali napon para, visoka temperatura ključanja; - visoka specifična toplota, mali koeficijent termičkog širenja; - dobre dielektrične i izolacione karakteristike; - da nisu higroskopne;

- mogućnost proizvodnje u neophodnim viskozitetnim grupama; - mala zapaljivost; - netoksične i prihvatljive sa aspekta zaštite životne sredine; - prihvatljiva cijena.

Hidraulički sistem zahtijeva posebnu pažnju pri izboru fluida, čistoće fluida i opreme, jer su hidraulički mehanizmi izuzetno precizni i osjetljivi uređaji. Izbor hidrauličnog ulja vrši se na osnovu preporuke proizvođača hidrauličkog sistema ili na osnovu zahtjeva kao što su: - zahtjev u odnosu na temperaturu okoline; - zahtjev pumpe u odnosu na vrijednost viskoznosti ulja;

- radna temperatura hidrauličkog sistema; - zahtjev u odnosu na filtrabilnost ulja; - zahtjev za biološkom razgradnjom hidrauličnih ulja zbog ekoloških razloga.

Mineralna ulja Ova ulja su najčešće u upotrebi.

Uopšteno, ona imaju relativno nisku cijenu, dobra svojstva podmazivanja, mogu da se koriste u širokom temperaturskom intervalu okoline i da se proizvode pri različitim vrijednostima viskoznosti.

Slika-Temperaturno područje primjene standardnog hidrauličnog ulja

120 100

104

80 60

55

40 20

73

44 32

0 -20

64

84

-15 -33

-23

10

15

-2

-8

4

10

-40

22

32

46

ISO viskozna gradacija

68

100

Sva prethodno navedena svojstva su izuzetno važna, ali pri izboru hidrauličnih tečnosti na bazi mineralnih ulja posebno treba obratiti pažnju na vrijednost viskoznosti.

U osnovi, veličina viskoznosti je određena zahtjevima pumpe, hidromotora, ali i ostalih pokretnih dijelova.

Sintetička ulja i tečnosti Upotrebljavaju se kao hidraulički medijum kada se zahtijevaju visoke performanse i pouzdanost rada sistema, odnosno tamo gdje je to tehnički i ekonomski opravdano. Uglavnom su ove tečnosti našle primjenu u oblasti vazduhoplovstva, vojnoj industriji (borbeni avioni, postrojenja za lansiranje raketa, ratni i trgovački brodovi), ali i u industriji, tamo gdje su zahtjevi takvi da ih ne mogu mineralna ulja efikasno ispuniti (npr. nuklearne elektrane).

Teško zapaljive tečnosti Obuhvataju posebnu kategoriju hidrauličkih medijuma koji se koriste, prije svega iz razloga sigurnosti, na mjestima gdje mogućnost zapaljenja i eksplozije treba svesti na minimum. Sve teško zapaljive tečnosti mogu da se podijele u dvije velike grupe: prvu koja obuhvata tečnosti koje svoju otpornost prema zapaljenju ostvaruju zahvaljujući prisustvu vode i drugu grupu tečnosti koja ta svojstva imaju zahvaljujući hemijskom sastavu.

Druga podjela je prema njihovom ponašanju u odnosu na plamen ili drugi izvor paljenja. U odnosu na to, teško zapaljive tečnosti se dijele na:

- vatrootporne, - vatrostabilne (vatroodbojne). Vatrootporne su one tečnosti koje pri određenim uslovima u prisustvu plamena odnosno nekog izvora paljenja sagorijevaju, ali se uklanjanjem tog izvora plamen gasi. Vatrostabilne tečnosti se ni pod kakvim uslovima ne pale.

Biorazgradljive hidraulične tečnosti Razvijene su u novije vrijeme zbog zahtjeva zaštite životne sredine, posebno u slučajevima gdje postoji opasnost od zagađenja zemljišta i voda (poljoprivreda, vodoprivreda, šumarstvo i dr.). Osnovne kategorije ovih tečnosti su: biljna ulja, sintetički esteri i poliakilen glikoli. Njihova primjena je sve veća i očekuje se da će u Njemačkoj u skoroj budućnosti biorazgradljiva ulja kao hidraulički medijum biti zastupljena sa oko 50%.

ISO podjela i specifikacija hidrauličnih tečnosti Hidraulične tečnosti su prema ISO standardima proizvodi sa osnovnom oznakom “H” (ISO-L-H).

One su podijeljene prema namjeni, a u okviru toga detaljnije prema sastavu. Hidraulična ulja kao i sve industrijske tečnosti se proizvode i definišu prema ISO viskoznoj gradaciji.

Čistoća hidrauličnih tečnosti Istraživanja su pokazala da je od 70 do 90% otkaza i oštećenja u radu hidrauličnih sistema posljedica prisustva kontaminanata u hidrauličnoj tečnosti.

Budući da ti otkazi izazivaju zastoje i velike troškove, značaj čistoće hidraulične tečnosti je od izuzetne važnosti. Zbog toga proizvođači hidrauličnih sistema postavljaju sve oštrije uslove za čistoću hidraulične tečnosti i poboljšavaju specifikacije za njihovo prečišćavanje. Na taj način se postiže bolja zaštita opreme.

Osnovni kontaminanti hidrauličnih tečnosti su: čvrste supstancije i voda. Čvrste supstancije mogu biti različitog porijekla:

- ugrađene; - generisane u toku rada sistema; - poslijedica prodora iz spoljašnje sredine.

Kao što je već rečeno, voda je kontaminant koji može nepovoljno da utiče na rad hidrauličnog sistema. Ona se može pojaviti kao: slobodna ili hemijski vezana.

Njeno prisustvo u hidrauličnoj tečnosti ubrzava proces habanja. Drugi nepovoljan efekat prisustva vode je što ona ubrzava proces starenja hidraulične tečnosti.

Standardi za čistoću tečnosti koji su objavljeni od strane ISO organizacije, ali i drugih, kao što je SAE mogu se smatrati osnovnim za procjenu sadržaja nečistoća u hidrauličnom medijumu. Da bi se postigla željena čistoća hidraulične tečnosti neophodno je da se primjeni adekvatan sistem za prečišćavanje.

Ulja za industrijske zupčanike (reduktorska ulja)

Industrijski zupčasti prenosnici koriste se u svim važnijim oblastima proizvodnje mašina i u procesnoj industriji.

Najveću primjenu imaju u: rudarstvu, čeličanama i valjaonicama, pri proizvodnji automobila i drugih vozila, proizvodnji mašina alatki, papirnoj, gumarskoj, hemijskoj i prehrambenoj industriji, ali i u mnogim drugim oblastima. Najveću primjenu kod pomenutih prenosnika imaju cilindrični, konusni, kao i pužni zupčanici.

Savremeni industrijski zupčanici i reduktori obično rade u uslovima hidrodinamičkog i mješovitog podmazivanja. Industrijski zupčasti prenosnici se dijele na otvorene i zatvorene.

Otvoreni zupčasti prenosnici upotrebljavaju se kod rudarske opreme, u cementnoj industriji, kod mostova kranova, i dr. Zupčanici kod tih mašina i uređaja su sporohodni, pa se u tim uslovima najčešće ostvaruje granično podmazivanje (GP).

Zbog toga se za podmazivanje otvorenih zupčastih prenosnika koriste maziva koja imaju izrazita adhezivna svojstva, tečna maziva velike viskoznosti i tehničke masti sa aditivima. Zatvoreni zupčasti prenosnici su češće u primjeni. Ona pokrivaju širok opseg mogućih radnih opterećenja, brzina i temperatura. To znači da su i maziva koja se koriste za njihovo podmazivanje izložena različitim uslovima rada.

Ova maziva, veoma često, rade u prisustvu vode, kontaminiranoj sredini sa velikim opterćenjem i brzinama.

Za podmazivanje industrijskih zatvorenih zupčastih prenosnika danas se koriste pretežno tečna maziva mineralne osnove, dok su sintetičke tečnosti i druga maziva (polutečna i čvrsta) znatno manje zastupljena.

Tendencije koje imaju uticaja na formulacije savremenih ulja za industrijske zupčaste prenosnike su: -

Povećani zahtjevi korisnika za smanjenje troškova održavanja. To zahtijeva duži period upotrebe, što istovremeno smanjuje troškove istrošenog maziva.

-

Promjene u konstrukciji sa ciljem povećanja efikasnosti prenosnika. Kao rezultat toga, prenosnici su sve manjih dimenzija, rade sa sve većim brzinama i opterećenjima, što dovodi do visokih radnih temperatura.

U cilju zadovoljenja navedenih zahtjeva, maziva moraju da posjeduju: - produženi vijek upotrebe; - povećanu termičku stabilnost; - poboljšana EP svojstva na visokim temperaturama; - otpornost na uticaj kontaminanata.

Široka primjena zupčastih prenosnika i različiti uslovi rada uticali su na formulacije većeg broja kategorija maziva za njihovo podmazivanje. Prema oblasti primjene (klasifikaciji ISO 6743-6) razlikuje se jedanaest kategorija maziva, od kojih su sedam namijenjene zatvorenim zupčastim prenosnicima, tzv. reduktorska ulja, a četiri za otvorene prenosnike. U okviru svake kategorije ISO standard predviđa ulja sa različitim vrijednostima viskoznosti od VG 32 do VG 1500, mada se ponekad u praksi koriste i ulja veće viskoznosti (npr. VG 2200).

Specifikacije maziva za industrijske otvorene prenosnike nisu još izdate od strane ISO organizacije.

Zbog toga se u literaturi navode, i u praksi koriste kao mjerodavni zahtjevi koje propisuju najznačajniji proizvođači opreme i međunarodna udruženja (US Steel, AGMA, Marion i dr.).

Postupak podmazivanja zatvorenih zupčastih prenosnika u industriji obuhvata dva osnovna sistema: - potapanjem (uljno kupatilo), i

- cirkulacijom ulja. Podmazivanje potapanjem je najjednostavniji postupak i ima veliku primjenu kod prenosnika sa normalnim obimnim brzinama.

Nasuprot tome, pri malim obimnim brzinama, kada se nedovoljna količina ulja dovodi između spregnutih površina zubaca ili pri vrlo velikim brzinama, kada je neophodno da se izbjegne turbulencija i pregrijavanje ulja, koristi se cirkulacioni sistem.

Ulja za pneumatske alate

Osnovne karakteristike koje moraju da imaju ulja za pneumatske alate su:

- niska tačka tečenja; - visoka termička i oksidaciona stabilnost; - izutetno dobra prionljivost za metalne površine; - zaštita od habanja;

- sposobnost za brzo otpuštanje vazduha; - otpornost na formiranje stabilne pjene;

- sposobnost za zaštitu od rđe i korozije - mala sklonost formiranju uljne magle prilikom rada alata.

Ulja za pneumatske alate proizvode se u viskoznim gradacijama VG 32 do VG 220. Savremeni pneumatske alate karakterišu mali zazori između površina koje su u kontaktu. Ukoliko se ne izabere ulje odgovarajućeg kvalitetnog nivoa, postoji opasnost od povećanog habanja pošto pneumatski alati rade u uslovima udarnih opterećenja i ekstremnih pritisaka, a neki i u uslovima velike vlažnosti.

Kod bušilica za kamen, voda struji kroz sredinu klipa sve do oštrice bušilice. Njena funkcija je ispiranje zarobljenih materijala.

Za podmazivanje takvih alata preporučuju se ulja više viskozne gradacije, sa dobrim deemulzivnim osobinama jer dolaze u neposredni dodir sa vodom.

Ulja nižih viskoznih gradacija, sa dobrom polarnošću, preporučuju se za podmazivanje alata koji rade u svim uslovima. Maziva za pneumatske alate su definisana specifikacijom GARDNERDENVER. Ova specifikacija pokriva pet viskoznih gradacija (SAE 10, SAE 20, SAE 30, SAE 40, SAE 50) koje se koriste u GARDNER-DENVEROVIM bušilicama za kamen.

Ulja za klizne staze

Ova ulja se primjenjuju za podmazivanje kliznih staza i linijskih i kružnih vođica. Najvažnija funkcija ovih ulja je da pri malim brzinama i velikim opterećenjima obezbijede ravnomijerno kretanje kliznih elemenata, bez tzv. “stick slip” efekta, koji ima za posljedicu neravnomjeran rad sistema, skokovito klizno kretanje i buku (škripu).

Aditivi, modifikatori trenja, osigiguravaju pogodan odnos između statičkog i dinamičkog trenja, što je kritičan faktor kod pojave “stick slipa”. Velika opterećenja i male brzine klizanja ne mogu da obezbijede hidrodinamičko podmazivanje. Ova ulja sadrže specijalne aditive za poboljšanje svojstava za podnošenje opterećenja, koji obezbjeđuju potrebnu jačinu mazivog filma i odgovarajuće podmazivanje.

Ostale funkcije su zaštita kliznih elemenata od habanja, rđe i korozije. Mnoge osobine ulja za klizne staze slične su osobinama hidrauličnih ulja, pa se ona mogu upotrebljavati i u tom svojstvu u svim slučajevima kada se za klizne staze preporučuju hidraulična ulja. Karakteriše ih visoka oksidaciona stabilnost, i u odnosu na hidraulična ulja, visoka prionljivost za metalne površine.

Ova ulja imaju oznaku ISO L-G, a ako zadovoljavaju i uslove za hidraulična ulja, onda se označavaju sa ISO L-HG. Proizvode se u više viskoznih gradacija. Kvalitet ovih ulja se određuje opšte usvojenom specifikacijom Cincinati Milacron.

Maziva za računarsku i drugu elektronsku opremu Savremeno društvo proizvodi enorman broj informacija i veliki dio njih se zapisuje u audio i video formi ili u vidu digitalnih podataka. Za te svrhe se koriste magnetni medijumi, kao što su trake ili diskovi različitog sastava. Njihova zajednička karakteristika, koja ima uticaj na podmazivanje i habanje, a time i na vijek trajanja, je stalno povećanje gustine zapisivanja podataka.

Zbog toga se rastojanje između magnetne glave i trake kao medijuma smanjilo poslijednjih godina na nekih 40 do 50 nm, a kod diskova na još manje vrijednosti. Takvi uslovi rada zahtijevaju poboljšanje triboloških karakteristika sistema, a prije svega adekvatno podmazivanje, kako bi se pouzdanost rada i vijek trajanja održali na potrebnom nivou.

Tradicionalno se kod fleksibilnih medijuma koriste MP i ME magnetne trake. Kod MP medijuma magnetne čestice se vezuju pomoću polimernih smola. Formalna porozna struktura omogućava inkorporaciju tečnog maziva i na taj način se obezbjeđuje podmazivanje tokom radnog vijeka.

Kod ME medijuma, metalni film (Ni-Co) se nanosi na supstrat depozicijom u vakuumu. Takva struktura nema poroznost kao kod MP medijuma, tako da se podmazivanje ostvaruje lokalno koristeći, najčešće, sintetička maziva.

U slučaju diska i glave za zasipanje, direktan dodir predstavlja teorijski najbolje rješenje sa aspekta zapisivanja, ali tada nastaje katastrofalno habanje i otkaz sistema.

Zbog toga se kao kompromis daje rješenje da su glava (klizač) i disk što bliže, ali uvijek potpuno razdvojeni za vrijeme rada. Tokom obrtanja diska, između diska i klizača u sloju vazduha formira se pritisak, tj. disk i klizač formiraju aerodinamički sloj.

Zajedno, aerodinamički ležaj i mazivo čine podmazivanje sistema za zapisivanje. U uslovima pokretanja i malim brzinama kretanja diska preovlađuje granično podmazivanje. Mazivo koje se koristi za podmazivanje površine diska treba da ima dobra svojstva prianjanja, mobilnost, dobru moć nošenja i dug vijek trajanja.

Najčešće korišćena maziva su perfluoreteri (PEPE) koja imaju mali napon para i relativno dug vijek upotrebe (5 do 7 godina). Najveći problem je njihova degradacija.

Većina maziva za ove namjene je osjetljiva na povišene temperature.

Takođe su podložna dekompoziciji uslijed prisustva katalizatora, kao što su keramički materijali. Rješenja se traže u korišćenju posebnog paketa aditiva, među kojima je najpoznatiji fostazen.

ULJA ZA KOMPRESORE ULJA ZA TURBINE ULJA ZA PRENOS TOPLOTE ULJA ZA TRANSFORMATORE I ELEKTRIČNE INSTALACIJE

Ulja za kompresore Kompresori spadaju u grupu mašina koje služe za povećanje pritiska gasova kao što su vazduh, prirodni gas, kiseonik, azot, acetilen i dr. Pored toga, kompresori se primjenjuju kod rashladnih sistema i procesa i tada se nazivaju kompresori za hlađenje. Zavisno od vrste gasa i namjene, kompresori mogu da se podjele na: - kompresore za vazduh; - kompresore za procesne gasove; - kompresore za hlađenje.

Svaka od ovih grupa ima svoje zahtjeve u pogledu svojstava maziva koja su diktirana vrstom gasa koji se sabija, ali i konstrukcijom samog kompresora. Bez obzira na mnogobrojna konstrukciona rješenja prisutna danas u praksi, kompresori se obično dijele u dvije velike grupe: - dinamičke sa kontinualnim protokom; - zapreminske.

U dinamičke kompresore spadaju oni kod kojih se povećanje pritiska gasa ostvaruje transformacijom kinetičke energije u potencijalnu pri strujanju od ulaznog dijela do izlaza. U ovu grupu spadaju radijalni i aksijalni turbokompresori, ali se često tu uključuju duvaljke i ejektori. Kod zapreminskih kompresora gas se sabija smanjivanjem zapremine date količine gasa. Za povećanje pritiska gasa koriste se klipni sistemi, rotori sa lamelama i zavojni rotacioni sistemi, pa se u ovoj grupi kompresori dijele na klipne i rotacione.

Sabijanje gasa kod klipnih kompresora vrši se naizmjeničnim kretanjem klipa u cilindru. Mogu biti jednostrukog i dvostrukog dejstva i vema različitih konstrukcija. Vijčani kompresori spadaju u grupu rotacionih kompresora. Njihova jednostavna konstrukcija, lako održavanje i dug vijek upotrebe su osnovne prednosti koje opredjeljuju za njihovu upotrebu.

Kompresori za hlađenje sa aspekta podmazivanja i kondicioniranja vazduha čine, posebnu grupu. Obično su integralne komponente ciklusa hlađenja i imaju dvije osnovne funkcije: - da komprimuju rashladni fluid niskog pritiska na visok pritisak i temperaturu; - da uklone pare iz isparivača.

Podmazivanje kompresora za vazduh i procesne gasove

Za podmazivanje kompresora za vazduh i procesne gasove koriste se mineralna i sintetička ulja. Izbor kategorije i karakteristika tečnog maziva određuju vrsta kompresora (jednostepeni ili višestepeni), konstrukcija, primjena (mobilni ili stacionarni), vrsta gasa, najveća temperatura kompresije, kao i uslovi okoline.

Maziva koja se koriste za podmazivanje ovih tipova kompresora treba da budu visoko stabilna u prisustvu vazduha i vode, svojstva poznata kao oksidaciona i hidrolitička stabilnost. Pored toga, treba da obezbijede dobru zaštitu od rđe i korozije, lako odvajanje od vazduha i drugih gasova, i da imaju sklonost ka relativno brzoj biorazgradljivosti. Grupa ovih maziva se obično označava kao kompresorska ulja.

Ako su u upotrebi mineralna ulja, ona moraju da budu visoko rafinisana sa aditivima za poboljšanje oksidacione stabilnosti i zaštitu od korozije.

Savremeni kompresori visokih performansi zahtijevaju često za podmazivanje sintetička maziva koja imaju dug vijek upotrebe, kao i neke druge prednosti. Izbor vrste ulja zavisi i od vrste gasa koji se sabija.

Postoje gasovi kod kojih je rastvorljivost u mineralnom ulja velika, tako da se mora voditi računa i o toj činjenici. U svakom slučaju, izbor maziva i postupak održavanja treba da bude u skladu sa preporukom proizvođača kompresora.

Podmazivanje kompresora za hlađenje Mazivo koje se koristi za podmazivanje zapreminskih klipnih i rotacionih kompresora rashladnih sistema ima značajan uticaj na efikasnost rada tih sistema. Zadatak maziva je da podmazuje pokretne dijelove kompresora, hladi i zaptiva pogonski sistem. Da bi se to postiglo mazivo treba da posjeduje slijedeća svojstva: - da je kompatibilno sa rashladnim fluidom, tj. da ne pospješuje neku hemijsku aktivnost;

-

mješavina sa rashladnim sredstvom u ciklusu podmazivanja mora da obezbijedi odgovarajuće podmazivanje svih komponenata;

-

ne sadrži vodu ili druge kontaminante koji mogu da utiču na rad sistema;

-

da je otporno na oksidaciju;

-

da ne pjeni u toku rada;

-

posjeduje mali napon para;

-

za hermetičke i poluhermetičke kompresore mora da posjeduje dielektričnu otpornost.

Teorijska razmatranja podmazivanja kompresora za hlađenje i kondicioniranje vazduha ukazuju na opšte hidrodinamičko podmazivanja zavisno od radnih pritisaka i brzina, kao i viskoznosti maziva. Kao maziva za podmazivanje kompresora za hlađenje u upotrebi su različite kategorije tečnih maziva.

Najveću primjenu imaju mineralna ulja naftenske osnove i visoko rafinisana parafinska ulja, pretežno hidrokrekovana. Različite vrste sintetičkih maziva su takođe u upotrebi, zavisno od konstrukcije kompresora, namjene i korišćenog rashladnog fluida: PAO, alkilbenzen, polioletri, glikoli i dr. Preporučene viskoznosti tečnih maziva za kompresore za hlađenje u većini slučajeva obuhvataju viskozitetne grupe od ISO VG 32 do ISO VG 68.

Pri izboru maziva, pored optimalnih fizičko-hemijskih karakteristika, potrebno je da se razmotre moguće interakcije mazivo-rashladno sredstvo. Tokom analize podmazivanja i zaptivanja kompresora mora da se ima u vidu činjenica da je u mazivu rastvoren rashladni fluid. Rastvorljivost rashladnog fluida u ulju za podmazivanje zavisi od pritiska gasa, temperature ulja, prirode gasa i prirode ulja.

ISO podjela maziva za kompresore Maziva za kompresore čine posebnu grupu ulja za podmazivanje koja su proizvedena skoro isključivo za te namjene. Pri tome se razlikuju maziva za podmazivanje kompresora za vazduh, procesne gasove i ona namijenjena za rashladne sisteme.

Standard ISO 6743-9/03 definiše osnovne kategorije maziva i to: - pet kategorija tečnih maziva za kompresore za vazduh; - pet kategorija za kompresore procesnih gasova; - sedam kategorija tečnih maziva namijenjenih kompresorima za hlađenje.

Ulja za turbine Turbine su uređaji u kojima se vrši pretvaranje energije radnog fluida u mehanički rad i služe za pokretanje neke radne mašine. Turbina zajedno sa radnom mašinom čini turboagregat, a svi elementi od izvora energije, preko turboagregata zajedno sa pripadajućim cjevovodima, pumpama i izmjenjivačima toplote nazivaju se jednim imenom turbinsko postrojenje. Turbine se koriste za različite namjene, kao što je pogon generatora u termo i hidro elektranama, za pogon aviona i brodova, ali i drugih mašina u industriji.

Parne i gasne turbine se nazivaju jednim imenom toplotne turbine, jer se kod njih u samoj turbini vrše toplotne promjene, tj. toplotna energija koju nosi fluid pretvara se u kinetičku, a ova u mehanički rad obrtanja rotora turbine. Parne turbine imaju najširu primjenu za pogon generatora za proizvodnju električne energije. Kondenzacione turbine su našle primjenu u termoelektranama, mada se koriste i za pogon kompresora i pumpi u hemijskoj i petrohemijskoj industriji.

Današnja turbogeneratorska postrojenja rade pri visokim pritiscima i temperaturama pare, što se reflektuje i na zahtijevani kvalitet ulja za podmazivanje.

Gasne turbine imaju najveću primjenu za pogon savremenih aviona. Izbor maziva je direktno vezan za preporuke proizvođača turbine, a obuhvata najčešće različite vrste sintetičkih ulja.

Vodne turbine koriste potencijalnu energiju vode za proizvodnju mehaničke energije, koja se dalje koristi za pogon generatora električne energije.

Uslovi podmazivanja turbogeneratora u hidroelektranama su lakši nego u termoelektranama, ali u cilju pouzdanosti i sigurnosti pri radu koriste se visoko kvalitetna turbinska ulja.

Kod svih pomenutih vrsta turbinskih postrojenja osnovna namjena maziva je: - podmazivanje ležajeva i ostalih elemenata sistema; - odvođenje toplote; - zaptivanje sistema;

- zaštita od korozije i pojave taloga u sistemu; - često se hidraulična ulja koriste kao fluidi za prenos snage u regulacionim sistemima turbina.

Da bi obavilo svoju funkciju turbinsko ulje mora da posjeduje slijedeća svojstva: - odgovarajuću viskoznost i indeks viskoznosti;

- da ne sadrži štetne supstancije i nečistoće; - da posjeduje izuzetno veliku otpornost na oksidaciju; - da lako otpušta vazduh; - da ne stvara emulzije sa vodom; - da ne pjeni; - da pruža adekvatnu zaštitu metalnih dijelova od korozije.

Posebno je važna otpornost ulja na oksidaciju, obzirom da je vijek turbinskih ulja 15 do 20 godina uz odgovrajuću kontrolu tokom eksploacije.

Ovako mnogobrojne i složene zadatke ne može da izvrši samo jedna kategorija maziva, tako da se u praksi, zavisno od uslova rada koriste: - mineralna ulja;

- sintetička ulja; - teško zapaljive tečnosti.

Kod turbinskih postrojenja, posebno u hidro i termo elektranama, u upotrebi su i druge grupe tečnih maziva kao različite masti za podmazivanje. Obzirom da se turbinsko ulje može koristiti dugi niz godina, treba naglasiti da u principu nije dozvoljeno miješanje ulja različitih proizvođača, jer to može dovesti do poremećaja karakteristika ulja koje su za rad turbinskog postrojenja izuzetno važne.

Prema ISO standardu 6743-5/88 turbinska ulja se dijele u kategorije tečnih maziva koja se koriste kod parnih turbina, gasnih turbina i za kontrolne sisteme koji zahtijevaju teško zapaljive tečnosti.

Klasifikacija se ne odnosi na turbinska ulja za podmazivanje gasnih turbina aviona. Od navedenih kategorija koje se primjenjuju kod turbinskih postrojenja ISO organizacija je izdala specifikacije sa namjerom da pokrije najčešće korišćena maziva kod parnih i gasnih turbina i njihovih kontrolnih sistema.

Ove specifikacije mogu da se koriste i za definisanje zahtijevanih svojstava ulja za podmazivanje vodnih turbina. Klasifikacija turbinskih ulja prema standardu ISO 6743-5 je na: ISO-L-TSA, ISO-L-TSE, ISO-L-TGA i ISO-L-TGB. Treba napomenuti da sistem za podmazivanje turbinskog postrojenja sadrži i uređaj za prečišćavanje ulja.

Ulja za prenos toplote U indirektnim sistemima zagrijavanja mogu da se koriste različita sredstva za prenos toplote: topla voda, para, mineralno ulje i sintetičke hemijske mješavine. Upoređujući karakteristike ovih medijuma i imajući u vidu sve veću zastupljenost modernih procesa sa visokim temperaturama zagrijavanja (200 do 300oC) mogu se iskazati neke značajne prednosti mineralnih ulja od kojih su najvažnije: - manji pritisak pare na povišenim temperaturama;

- ne postoji problem korozije i taloženja; - niska tačka stinjavanja; - mogućnost postizanja velike tačnosti regulisanja temperature (2 do 5oC).

Nedostaci ulja kao što su: - manji koeficijent prenosa toplote; - sklonost ka koksovanju i oksidaciji; - potreba za prinudnom cirkulacijom; - rad bez prisustva vazduha;

- veća cijena koštanja.

Prethodno nabrojani nedostaci ne predstavljaju ozbiljne poteškoće pogotovo kod ispravno konstruisanih sistema koji zadovoljavaju osnovne kriterijume turbulentnog strujanja, velike brzine protoka i kontrolisane cirkulacije. Ukoliko se temperatura ulja poveća iznad 300oC, dolazi do pojave termičke razgradnje, krekovanja, što ima za posljedicu stvaranje ugljovodonika i izdvajanje, odnosno taloženje koksa.

Ovakve pojave u mineralnom ulju su nepoželjne, jer se taloženjem koksa na zidovima izmjenjivača toplote smanjuje efikasnost prenos toplote. Na ovaj način se stvaraju uslovi za nastajanje novih pregrijanih zona, koje dalje iniciraju proces krekovanja. Ugljovodonici osim što snižavaju tačku paljenja, mogu isparavanjem stvoriti gasovite faze koje otežavaju cirkulaciju i takođe dovode do lokalnog pregrijavanja i krekovanja.

Nepoželjna poslijedica stvaranja gasovite faze može biti i kavitacija na pumpi. Zbog toga se uređaji za prenos toplote osiguravaju aparatima za automatsko mjerenje temperature i kontrolu cirkulacije. Ovi uređaji su povezani sa grijačem i u slučaju nedozvoljenog porasta temperature ili greške u cirkulaciji oni zaustavljaju unošenje toplote u sistem.

Starenje ili oksidacija, kao jedan od faktora koji utiču na vijek trajanja uljnog punjenja, takođe se mogu pravilnom konstrukcijom sistema ili uz njegovu korekciju svesti na prihvatljivu mjeru.

Mineralno ulje za prenos toplote povećava svoju zapreminu za 20 do 25%, što zahtijeva postojanje ekspanzione posude. To je jedino mjesto u sistemu gdje ulje dolazi u kontakt sa vazduhom, uslijed čega pri povišenim temperaturama reaguje sa vazduhom, tj. oksidira.

Tipični produkti oksidacije parafinskih ulja su kiseline niže molekulske težine, koje djeluju veoma korozivno na neke metale i doprinose povećanju viskoznosti. Da bi se usporio proces oksidacije, temperatura ulja u ekspanzionoj posudi mora biti što niža i ne bi smjela da pređe 60oC jer se prekoračenjem ove temperature za svakih 10oC proces oksidacije dvostruko ubrzava. U nekim sistemima ekspanziona posuda se puni inertnim gasom kako bi se oksidacija svela na minimum.

I ulje i postrojenje mogu imati duži vijek trajanja ako se temperatura održava oko 40oC ispod temperature krekovanja. Početna temperatura ključanja mora biti najmanje 20oC viša od temperature zagrijavanja ulja u sistemu. Osim mineralnih koriste se i sintetička ulja (alkil-benzeni, polialkilen, glikol, polifenili i dr.), a izbor se vrši prema preporuci proizvođača sistema za zagrijavanje.

Tabela-Tipičan temperaturni raspon fluida za prenos toplote Fluidi za prenos toplote Mineralna ulja

Temperaturni raspon oC 0 do 320

Alkilbenzeni

-15 do 315

Organski esteri

-45 do 230

Polialkilen glikoli

-15 do 290

Derivati polifenila

-15 do 400

Polifenili

65 do 450

Ulja za transformatore i električne instalacije Kvalitet ulja za transformatore definisan je: standardom Internacionalne elektrotehničke komisije (IEC 296), zatim nacionalnim standardima DIN, BS, NFC, ASTM i dr. Ovim standardima definisane su tri klase ulja za električne instalacije. Svka klasa ima dvije varijante ulja: - neinhibirano; - inhibirano (ulje koje sadrži inhibitor oksidacije).

Za neinhibirana ulja su I, II i III, a za inhibirana IA, IIA i IIIA klasa. Klase se razlikuju po viskoznosti, tački paljenja i tački tečenja.

Obje varijante svake klase ovih ulja se ne razlikuju po prethodno pomenutim osobinama, već po tome da li sadrže inhibitor korozije.

Osnovne funkcije ulja za transformatore su: - Izolacija električnih provodnika. - U toku rada transformatora, odnosno prolaskom struje kroz bakarne provodnike, u transformatorskom jezgru se razvija toplota. Ulje ima zadatak da odvodi toplotu od transformatorskog jezgra ka kućištu radi hlađenja i održavanja radne temperature. - Gašenje varnice električnog luka koja se javljaju u prekidačima i sličnim uređajima prilikom uključivanja, odnosno isključivanja.

Od transformatorskih ulja se zahtijeva: - visoka oksidaciona stabilnost koja treba da im obezbijedi dug radni vijek;

- visoka dielektrična čvrstoća i specifični izolacioni otpor; - mala viskoznost i odlična tečljivost na niskim temperaturama; - odsustvo neorganskih kiselina, alkalija i korozivnog sumpora; - dobra otpornost ka emulgovanju; - otpornost ka stvaranju taloga pri normalnom radu;

- brzo “gašenje” električnog luka; - niska temperatura stinjavanja; - visoka tačka paljenja i niska isparljivost; - visok probojni napon; - mali faktor dielektričnih gubitaka;

- visoka specifična toplota i toplotna isparljivost.

Potrebno je da ulje za transformatore bude suvo. Mali sadržaj vlage degradira ulje. Ulja za transformatore obično se suši prije isporuke. Međutim, u toku transporta ili nepropisnog skladištenja, kao i u slučaju kontakta sa vlažnim vazduhom, može doći do pada vrijednosti probojnog napona.

Ako se utvrdi da je probojni napon niži od deklarisanog, ulje se mora prije upotrebe osušiti.

Za vrijeme upotrebe, ulje za transformatore izloženo je uticaju povišene temperature, dejstvu kiseonika na metalne dijelove transformatora, a ponekad i električnom luku. Uslijed ovih uticaja dolazi do promjene karakteristika ulja, oksidacije (starenja) ulja. Pri starenju nastaju kiseline, talog i vlaga što pogoršava električne karakteristike ulja.

Obzirom da se od transformatorskih ulja zahtijeva period upotrebe 25 godina i više, postavljeni su visoki zahtjevi u pogledu kvaliteta ulja (postojanost na starenje i dielektričnu karakteristiku).

Problemi koji se mogu pojaviti prilikom rada transformatorskih ulja 1. Visoke temperature namotaja koje se kreću do 95oC, a ponekad visokonaponski uređaji mogu imati lokalno zagrijavanje i do 130oC, uz prisustvo vazduha dolazi do oksidacije ulja, odnosno do stvaranja organskih kiselina i drugih produkata koji postepeno prelaze u talog i mulj. Stvaranje i taloženje mulja smanjuje efekat hlađenja, dolazi do povećanja temperature što dalje pogoršava uslove rada transformatorskog ulja.

2. Vlaga može doći u transformator najčešće “disanjem”, odnosno uslijed promjene dnevne i noćne temperature dolazi do apsorbovanja vlage iz vazduha i njenog kondenzovanja. Vlaga negativno djeluje smanjujući dielektričnu čvrstoću, a može uticati i na formiranje taloga i mulja. Zbog toga je veoma bitno da se prilikom punjenja transformatora, a i tokom kasnijeg rada onemogući prodor vlage. 3. Prisustvo metala, naročito bakra i gvožđa, ima negativan efekat jer djeluje katalitički pospješujući starenje i oksidaciju ulja.

ULJA I TEČNOSTI ZA OBRADU METALA REZANJEM I PLASTIČNIM DEFORMISANJEM ULJA ZA TERMIČKU OBRADU METALA

Uopšte o sredstvima za hlađenje i podmazivanje (SHP) Kod većine procesa obrade metala, kojima se mijenja oblik ili struktura materijala, koriste se sredstva za hlađenje i podmazivanje, među kojima su najzastupljenije različite tečnosti. U ovu grupu spadaju sredstva koja se koriste pri obradi rezanjem, deformisanjem i za termohemijsku obradu. Često se ovdje uključuju i sredstva protiv korozije, posebno ona za privremenu zaštitu metala.

Kao sredstva pri obradi u upotrebi su organska i neorganska maziva (tečna, polutečna i čvrsta), ali i druge tečnosti (emulzije i rastvori).

Definišu se kao supstancije koje podržavaju proces rezanja i deformisanja ili procese izmjene strukture metala, sa ciljem povećanja ekonomičnosti procesa. Ova sredstva obuhvataju oko 15% svih industrijskih maziva.

Najveću familiju čine sredstva koja se koriste pri procesu rezanja sa učešćem od oko 54% i sredstva koja se koriste pri obradi deformisanjem sa 28% ukupne potrošnje SHP. Sredstva za zaštitu od korozije učestvuju sa 11%, dok je učešće sredstava za termohemijsku obradu oko 7%. Klasifikaciju sredstava koja su u upotrebi pri procesima obrade rezanjem i deformisanjem definiše standard ISO 6743-7/86, a sredstva nose oznaku ISO-L-M. Sredstva za temohemijski tretman i zaštitu od korozije definisana su standardom ISO 6743-14/94 i ISO 6743-8/87. Osnovne oznake ovih sredstava su ISO-L-U i ISO-L-R.

Ulja i druge tečnosti za obradu metala rezanjem Kod procesa obrade rezanjem oblik predmeta obrade se mijenja uklanjanjem materijala u vidu strugotine pomoću odgovarajućeg alata, pri čemu sa alat i predmet obrade relativno kreću. Koriste se različite metode obrade koje se, u zavisnosti od vrste alata, mogu podijeliti u dvije grupe: - obrada alata deformisane geometrije sječiva u koje spadaju operacije struganja, bušenja, rendisanja, glodanja, provlačenja, testerisanja; - obrada sa alatima nedeformisane geometrije sječiva, kao što su operacije brušenja, honovanja, lepovanja, poliranja i dr.

Sredstva pri obradi rezanjem koriste se radi povećanja efikasnosti procesa, koji se najčešće mjeri u odnosu na postojanost i vijek alata, kao i kvalitet obrađene površine. To povećanje efikasnosti je posljedica karakteristika samih sredstava, a to su svojstva podmazivanja i hlađenja alata i predmeta obrade. Otuda potiču i osnovni zadaci sredstava koja se koriste pri obradi rezanjem:

- da podmazuju i hlade kontaktna mjesta alata i predmeta obrade;

- da smanje potrošnju energije; - da ispiraju strugotinu i opiljke; - da poboljšaju kvalitet obrađene površine; - da pomognu u prevenciji korozije i rđanja; - da podmazuju pokretne dijelove mašine alatke sa kojom dolaze u dodir.

Današnja sredstva za hlađenje i podmazivanje koja se koriste u procesima rezanja metala su kompleksni proizvodi sa jasno definisanim karakteristikama. Najveći izazovi u narednih 10 do 15 godina odnosiće se na zahtjeve koji su vezani za zdravlje i sigurnost u radu. Svaka sumnjiva hemikalija biće eliminisana iz upotrebe, dok one za koje nema alternative biće strogo kontrolisane. Cijena neće biti odlučujući faktor.

Kao sredstva pri obradi metala rezanjem koriste se različite tečnosti koje mogu da se podijele u dvije osnovne grupe: - čista rezna ulja (neemulgujuća ulja); - emulziona i vodorastvorna sredstva.

Neemulgujuća ulja za obradu metala-čista rezna ulja Od neemulgujućih ulja za obradu metala se zahtijeva izuzetno dobro podmazivanje, podnošenje visokih pritisaka, kao i da se postigne besprijekoran izgled obrađene površine.

Neemulgujuća rezna ulja za obradu metala dijele se prema korozivnom djelovanju u odnosu na bakar na: - neaktivna;

- aktivna.

Neaktivna rezna ulja se proizvode od rafinisanih mineralnih baznih ulja i to u više viskoznih gradacija. Sadrže pored inhibitora oksidacije i korozije odgovarajuće aditive u neaktivnoj formi na bazi sumpora, fosfora i hlora, koji ne utiču korozivno na obojene metale i njihove legure. Ova ulja se mogu, po preporuci proizvođača alatnih mašina, koristiti za podmazivanje same mašine i za punjenje hidrauličnih sistema iste mašine.

Aktivna rezna ulja se proizvode od rafinisanih mineralnih baznih ulja, takođe u više viskoznih gradacija. Primjenjuju se pri obradi čelika i njihovih legura, gdje zbog svoje izrazite aktivnosti daju dobre rezultate. Pored inhibitora oksidacije i korezije sadrže odgovarajuće aditive na bazi sumpora, fosfora i hlora u aktivnoj formi koji hemijski reaguju već na nižim temperaturama i nepovoljno utiču na obojene metale.

Emulziona i vodorastvorna sredstva za obradu metala Vodorastvorna sredstva za hlađenje i podmazivanje su složenija po sastavu od neemulzionih ulja za obradu metala, jer prisustvo vode donosi dodatne probleme kao što su: - stabilnost emulzije; - ponašanje na koroziju; - dejstvo mikroorganizama, i dr.

Emulziona i u vodi rastvorna sredstva se koriste pri obradi metala gdje je u odnosu na podmazivanje, primarno hlađenje i ispiranje strugotine. Osnovna podjela ovih sredstava može se izvršiti prema prijedlogu Udruženja njemačkih potrošača industrijskih maziva (VKIS).

Osnovna podjela je izvršena prema sadržaju mineralnog ulja, odnosno sintetičkih komponenata na slijedeći način: - proizvodi sa više od 60% mineralnog ulja;

- proizvodi sa manje od 60% mineralnog ulja; - proizvodi na bazi sintetičkih sirovina (bez mineralnog ulja); - proizvodi na osnovu rastvorljivih anorganskih i organskih soli i alkohola (bez mineralnog ulja).

Proizvodi sa više od 60% mineralnog ulja daju prilikom miješanja sa vodom emulzije mliječno bijele boje (poznata pod nazivom ulja za bušenje).

Pored mineralnih ulja ovi proizvodi sadrže emulgatore, baktericide, a mogu da sadrže i EP aditive. Osobine ovih sredstava u velikoj mjeri zavise od katakteristika vode, a koriste se u koncentracijama od 3 do 10%.

Proizvodi sa manje od 60% mineralnog ulja se najčešće nazivaju polusintetičke tečnosti, a razlikuju se od prethodne grupe po manjem sadržaju mineralnog ulja (najčešće 30 do 60%) i većem sadržaju emulgatora.

Emulgatori su obično sintetičke osnove, pa su zbog toga ovi proizvodi dobili naziv polusintetički proizvodi. Kako su emulgatori najčešće dobra podloga i hrana za razvoj mikroorganizama, razvijeni su biostabilni sintetički emulgatori koji omogućavaju razvoj mikroorganizama.

Na taj način razvijeni su polusintetički biostabilni proizvodi stabilni na mikrobiološku razgradnju, što omogućava njihovu dugotrajnu upotrebu bez potrebe za dodatkom baktericida. Mogu im se dodati i EP aditivi, pa tada imaju mogućnost korišćenja kod složenijih operacija u toku obrade. Transparentnog su izgleda. Najčešće se koriste pri koncentracijama od 3 do 5%.

Proizvodi na bazi sintetičkih sredstava ne sadrže mineralno ulje. To su organska i anorganska hemijska jedinjenja, kojima se dodaju aditivi za sniženje površinskog napona vode, inhibitori korozije, po potrebi i EP aditivi. Transparentnog su izgleda i imaju izuzetno dug period upotrebe. Imaju čitav niz prednosti u pogledu povećanja efekta hlađenja i podmazivanja, tako da je kvalitet obrađene površine izuzetno visok.

Proizvodi na osnovu organskih i anorganskih soli koriste se uglavnom pri procesima obrade brušenjem, kod kojih mazive karakteristike nisu od bitnog značaja. Ovi proizvodi ispunjavaju zahtjeve koji se odnose na hlađenje, ispiranje i antikorozivnu zaštitu. To su transparentni vodeni rastvori koji mogu da sadrže najčešće i polarne aditive.

Pripremanje emulzije Veliki značaj na stabilnost emulzije ima način njihovog pripremanja. Zbog toga se kod pripremanja emulzije treba pridržavati slijedećeg:

- uvijek treba dodavati koncentarat u vodu, nikad vodu u koncentrat; - obezbijediti intenzivno miješanje za vrijeme dolivanja koncentrata, pri čemu se koncentrat dodaje u tankom jednolikom mlazu; - koncetrat prije miješanja mora imati sobnu temperaturu, a ako je duže vremena bio uskladišten potrebno ga je prije upotrebe promiješati;

- vodu za namješavanje emulzije ispitati i po potrebi omekšati, filtrirarti, ukloniti mikroorganizme ili joj povećati tvrdoću (ako je ispod 5odH);

- pridržavati se preporučenog odnosa ulja i vode i izbjegavati miješanje različitih koncentrata; - emulziju ne namješavati u samom rezervoaru mašine,

- posude i rezervoari u kojima se emulzija namješava moraju biti čiste i povremeno ih treba dezinfikovati; - emulziju treba pripremiti neposredno prije upotrebe i ispitati koncentraciju.

Preporuke za izbor srdstava za hlađenje i podmazivanje Prilikom izbora sredstava za hlađenje i podmazivanje treba potražiti optimalni izbor uzimajući u obzir sve potrebne faktore kao što su: - vrsta i oblik alata; - stanje alata koji se koristi;

- stanje alatne mašine; - specifični uslovi režima rada (brzina rezanja, dubina rezanja, presjek strugotine, kvalitet obrađene površine), i dr.

Čista ulja za rezanje se uglavnom koriste pri proizvodnim operacijama gdje je primarno podmazivanje, odnosno u kojima se proces rezanja izvodi sa relativno malim brzinama rezanja uz pojavu velikih otpora rezanja. Uljne emulzije se koriste pri proizvodnim operacijama gdje je primarno hlađenje, odnosno u kojima se proces rezanja izvodi velikim brzinama rezanja uz pojavu relativno malih otpora rezanja.

Sintetički rastvori predstavljaju alternativu uljnim emulzijama, a zbog svojih izuzetnih svojstava nalaze sve veću primjenu pri svim vrstama obrade.

Ulja i druge tečnosti za obradu metala deformisanjem Zahvaljujući svojstvima plastičnosti, većina metala se može obaraditi deformisanjem bilo u hladnom ili u toplom stanju. Obrada metala deformisanje se, stoga definiše kao proces kod koga se, pomoću jednog ili više alata, ostvaruje permanentna promjena oblika plastičnim tečenjem materijala. Obrada metala plastičnim deformisanjem spada u područje obrade bez skidanja strugotine.

Geometrijski oblik proizvoda se dobija zapreminskim deformisanjem, što uslovljava potrebu stvaranja izuzetno velikih sila da bi nastali potrebni naponi u materijalu. Obrada metala deformisanjem obuhvata: - duboko izvlačenje; - izvlačenje žice;

- savijanje; - kovanje u kalupu; - istiskivanje, i dr.

Slika-Primjeri procesa obrade deformisanjem a-valjanje, b-izvlačenje žice, c-duboko izvlačenje

U mnogim postupcima obrade deformisanjem tečenje materijala i kvalitet obrađenih dijelova zavisi u značajnoj mjeri od triboloških procesa, tj. od trenja i uslova podamazivanja koji se realizuju tokom procesa. Maziva za obradu plastičnim deformisanjem pored primarnog svojstva podmazivanja moraju posjedovati i niz drugih osobina kao što su: - sposobnost podnošenja trenja; - prianjanje; - antikorozivno dejstvo; - lako odstranjivanje i pranje; - rashladno svojstvo, i dr.

Izbor mazivog sredstva za obradu plastičnim deformisanjem osim osnovnih karakteristika samih maziva zavisi od: - složenosti operacije deformisanja;

- prirode i karakteristika materijala za obradu; - tipa mašine i alata; - uslova rada (naponi, brzina izvođenja operacije, radna temperatura) i dr.

Duboko izvlačenje Ovo je proces obrade metala deformisanjem, koji se izvodi u jednoj ili više operacija u cilju dobijanja obratka različitog oblika sa zatvorenim dnom iz polufabrikata u obliku ravne ploče. Duboko izvlačenje ima primjenu: - u automobilskoj industriji (karoserije, rezervoari, hladnjaci, dijelovi točka); - u industriji proizvoda za domaćinstvo (dijelovi mašina za pranje rublja, dijelovi frižidera, kade za kupanje i dr.).

Podmazivanje u procesu dubokog izvlačenja ima značajnu ulogu: - smanjuje otpore kontaktnog trenja razdvajanjem kontaktnih površina predmeta obrade i alata;

- smanjuje habanje radnih površina alata; - poboljšava kvalitet obrađene površine.

Pri izboru optimalnog maziva mora se voditi računa i o slijedećim činiocima: - načinu nošenja i uklanjanju maziva;

- usaglašenosti sa postojećom opremom za odmašćivnje; - zadržavanju maziva u alatu; - veličini otpreska; - korodiranju za vrijeme skladištenja; - zagađivanju životne i radne sredine, i dr.

Često se problemi koji se javljaju prilikom dubokog izvlačenja u smislu naprslina , nabora, ogrebotina ili netačnosti dimenzija pripisuju neadekvatnom mazivu ili podmazivanju.

Izbor maziva i zone nanošenja mogu dovesti do ovih problema, međutim ne smije se zapostaviti uticaj geometrije alata, osobine materijala, mašine i triboloških uslova (brzina klizanja i kontaktni uslovi).

Izvlačenje žice Kod izvlačenja žice mogu da se koriste tri načina podmazivanja, a time i različite vrste maziva. Prvi je izvlačenje sa čvrstim mazivima u kombinaciji sa prethodnim tretiranjem materijala. Mazivo se nanosi na materijal žice potapanjem ili prskanjem. Drugi način je podmazivanje polutečnim i tečnim mazivima visoke viskoznosti koja se dovode direktno u deformacionu zonu. Treći obuhvata primjenu različitih tečnih maziva od pravih ulja do emulzija i rastvora organskih i drugih soli, ali i drugih tečnosti.

Savijanje Savijanje kao dio obrade deformisanjem, koristi se pri oblikovanju različitih dijelova od lima, žice ili šipkastog materijala.

Deformacije se vrše uglavnom u zoni savijanja, gdje čestice metala mijenjaju međusobna rastojanja. Savijanje se koristi u pojedinačnoj proizvodnji na univerzalnim mašinama, a u serijskoj i masovnoj proizvodnji na specijalnim automatskim mašinama. U ovom procesu se uglavnom koristi hladna plastična deformacija pomoću specijalnih alata za savijanje.

Da bi se smanjilo habanje alata i lijepljenje materijala na alat i da bi se dobila bolja obrada, preporučuje se upotreba specijalnog ulja za savijanje.

Ulje se proizvodi od rafinisanih baznih ulja parafinske osnove, biljnih ulja i agenasa na bazi sumpora i fosfora. Biljno ulje poboljšava prionljivost na metalne površine i mazivost, a aditivi na bazi sumpora i fosfora, funkciju podmazivanja i zaštitu od habanja preuzimaju na višim radnim temperaturama i pritiscima.

Istiskivanje Istiskivanje je proces koji se izvodi u hladnom i toplom stanju. U oba slučaja je poželjno da se koriste maziva u cilju smanjenja trenja i zaštite alata od oštećenja. Kod hladnog istiskivanja u upotrebi su čvrsta maziva, mineralna ulja sa EP aditivima, sapuni, polimeri, posebno kod teško obradivih materijala kao što su titanijum i cirkonijum.

Pri istiskivanju na toplo često se koristi fosfatiranje kao prethodno tretiranje površina, a nakon toga se nanosi npr. vodena suspenzija grafita. Izbor maziva zavisi od materijala koji se obrađuje, ali i od opreme koja se koristi i iskustva proizvođača.

Ulja za termičku obradu metala

Pravilnim izborom rashladnog sredstva i uslova kaljenja, brzina hlađenja može da se reguliše u širokim granicama. Na ovaj način se za različite vrste čelika obezbjeđuju optimalna fizička svojstva. Ulje za kaljenje mora zadovoljiti slijedeće zahtjeve: - da odvodi toplotu sa radnog komada zahtijevanom brzinom;

- da pri nižem temperaturnom opsegu hladi sporije, kako bi se spriječila iskrivljenja i pojave prskotina; - da nije korozivno; - da je termički stabilno, i dr.

Kaljenje čelika Termička obrada kaljenjem podrazumijeva naglo hlađenje užarenog čelika u cilju promjene njegovih fizičkih osobina, kao što su: tvrdoća, čvrstoća, žilavost, plastičnost, i dr. Međutim, kod ekstremno naglog hlađenja postoji vjerovatnoća oštećenja komada u vidu deformacije ili naprslina, pa se iz tog razloga mora odabrati optimalna brzina hlađenja.

Ta brzina hlađenja se naziva i kritičnom brzinom hlađenja, a zavisi od od hemijskog sastava čelika.

Ako je brzina hlađenja previše mala, neće doći do željene tvrdoće, a ako je previše velika najvjerovatnije će doći do deformacija i pojave prskotina. Optimalna brzina hlađenja obezbjeđuje se pomoću sredstva u kome se metal hladi.

Hlađenje karakterišu tri faze: -

Stepen parnog zaštitnog sloja počinje kada dio koji se kali dotaktne ulje, pri čemu se stvara zaštitni sloj od pare.

-

Faza ključanja-u ovoj fazi hlađenje je najbrže. Zaštitni sloj nastaje, fluid vlaži površinu metala i dolazi do snažnog ključanja.

-

Kontaktna faza počinje po prestanku ključanja. Hlađenje u ovoj fazi je najsporije i odvija se pomoću prenošenja i odvođenja toplote.

Opasnost od unutrašnjih naprezanja najveća je u trećoj fazi hlađenja. Hlađenjem u ulju usporava se hlađenje u trećoj fazi i otpušta se unutrašnji napon.

Cirkulacija ili miješanje ulja povećava brzinu hlađenja na dva načina: - razbija sloj vodene pare koji se stvorio u prvoj fazi hlađenja; - obezbjeđuje svježu rashladnu tečnost oko komada. Dobrom cirkulacijom odvode se mjehurići gasa i obezbjeđuje se ravnomjerno kaljenje.

Temperatura u kadi za kaljenje je takođe veoma bitna. Pokazalo se da najbolje performanse kaljenja daje uljno kupatilo sa temperaturom od 50 do 60oC.

Temperatura kupatila ne smije prelaziti 100oC, a za 1 kg čelika koji se kali potrebno je najmanje 7 litara ulja za kaljenje.

Termička obrada otpuštanjem Kaljeni čelik je krt, pun unutrašnjih napona koji mogu da izazovu iskrivljenje radnog komada i pojavu naprslina. Da bi se umanjili ili potpuno eliminisali unutrašnji naponi i krtost, potrebno je primjeniti operaciju otpuštanja (temperovanja).

Otpuštanje mora uslijediti odmah nakon kaljenja. Ako se kaljeni čelik potpuno ohladi i ostavi da stoji nakon kaljenja, obično se povećava rizik od naprslina. To se posebno odnosi na čelike koji sadrže više od 0,3% C.

Otpuštanje podrazumijeva zagrijavanje kaljenog komada do temperature od 105 do 700oC, zadržavanje na toj temperaturi nekoliko časova i hlađenje na mirnom vazduhu ili u kombinaciji sa uljem.

Zagrijavanje se može vršiti u pećima sa cirkulacijom vazduha ili u uljnim i sonim kupatilima.

Ulje mora biti postojano na: - termičko razlaganje; - oksidaciju;

- zamuljivanje; - koksovanje. Temperatura paljenja ulja mora biti bar 25oC iznad temperature otpuštanja.

MAZIVE MASTI, POJAM, KARAKTERISTIKE I VRSTE BIORAZGRADLJIVA MAZIVA

Mazive masti Mazive masti su polutečna ili polučvrsta maziva, koja se koriste za podmazivanje dijelova mehaničkih sistema gdje ulja, kao tečna maziva, iz tehničkih ili ekonomskih razloga, ne mogu da zadovolje. Po definiciji, mazive masti su polutečni proizvodi disperzije zgušćivača u ulju za podmazivanje.

To ukazuje da se mast sastoji iz tečnog maziva i supstancije koja služi kao zgušćivač.

Drugi dodaci, kao aditivi ili modifikatori takođe mogu biti prisutni. Uobičajeno se standardna maziva mast sastoji od: - 4 do 20% zgušćivača; - 75 do 90% ulja za podmazivanje; - do 5% aditiva. Posebne vrste, tj. masti za specijalne namjene mogu biti izuzetno različitog sastava.

Većina današnjih mazivih masti proizvode se od mineralnih ulja. Pri izrazito niskim ili visokim temperaturama ili za rad u širokom temperaturskom intervalu, kao uljna komponenta u mastima se koriste sintetička maziva, najčešće estri i silikoni. Zgušćivači mogu biti sapunske i nesapunske osnove. Od sapunskih zgušćivača u upotrebi su metalni sapuni (od kalcijuma, natrijuma, litijuma, aluminijuma i barijuma) koji se dobijaju iz viših masnih kiselina reakcijom sa alkalijama.

Zgušćivači se u mazivim mastima nalazi u obliku vlaknaste trodimenzionalne strukture, po izgledu slične sunđeru. Zadatak zgušćivača je da u toku proizvodnje mazivih masti, omogući ulaz ulja u njegovu strukturu, a utoku upotrebe da uspori izlaz ulja. BAZNA ULJA + ADITIVI + ZGUŠĆIVAČI = MAZIVE MASTI

Mazive masti koje se danas proizvode i njihova pogodna svojstva omogućavaju upotrebu ovih maziva za različite namjene: za podmazivanje svih tipova kotrljajnih ležajeva, zglobova, lanaca, užadi, osovina, kliznih ležajeva, sporohodnih i otvorenih zupčastih prenosnika. U poređenju sa uljima za podmazivanje, mazive masti pokazuju niz prednosti, ali imaju i svoje nedostatke.

Sa stanovišta izvršavanja funkcija koje se postavljaju mazivima, upotreba mazivih masti ima prednost: - ako se zahtijeva stalno prisustvo maziva na mjestu podmazivanja, naročito pri pokretanju i zaustavljanju mašina i uređaja; - ne mjestima gdje se zbog konstrukcionog rješenja ne može koristiti tečno mazivo; - ako se pored podmazivanja zahtijeva i odgovarajuće zaptivanje i sprečavanje prodora nečistoća iz okoline.

U odnosu na ulja za podmazivanje, mazive masti pokazuju: - povećane otpore pri strujanju; - imaju manju sposobnost hlađenja; - lošiju oksidacionu stabilnost; - lošiju stabilnost pri skladištenju.

Zbog smanjene sposobnosti hlađenja pri podmazivanju kotrljajnih ležajeva, postoje ograničenja pri upotrebi mazivih masti koja su vezana za dozvoljeni broj obrtaja ležajeva.

Prema vrsti baznog ulja mazive masti mogu se podijeliti na: - mineralne, - sintetičke. Prema vrsti zgušćivača dijele se na: - sapunske (litijumove, kalcijumove, natrijumove, aluminijumove, barijumove i kompleksne), - nesapunske (gel, bentonitne, poliurea).

Prema mogućnosti primjene dijele se na: - višenamjenske-univerzalne; - specijalne; - masti za ležajeve. Prema području primjene radnih temperatura:

- niskotemperaturne; - visokotemperaturne; - za normalne radne temperature.

Prema sposobnosti podnošenja velikih opterećenja: - masti sa poboljšanim svojstvom podnošenja visokih opterećenja (EP masti);

- masti za normalna opterećenja. Sve mazive masti su podijeljene u devet NLGI (National Lubricating Grease Institute US) gradacija, što je prihvaćeno i implementirano u stndarde većine zemalja.

Tabela-Klasifikacija mazivih masti NLGI Konzistencija masti gradacija

Uobičajena primjena

000

polutečna

za zupčaste prenosnike

00

polutečna

za zupčaste prenosnike

0

vrlo meka

za centralne sisteme

1

meka

za centralne sisteme

2

srednje meka

za kotrljajne ležajeve

3

srednja

opšta primjena

4

tvrda

za klizne ležajeve

5

vrlo tvrda

za klizne ležajeve malih brzina

6

vrlo tvrda

briketne masti

Osnovna fizičko-hemijska i mehanička svojstva mazivih masti Svojstva mazivih masti zavise od karakteristika ulja i zgušćivača, upotrebljenih aditiva, kao i tehnologije proizvodnje. Ova svojstva se definišu preko određenih fizičko-hemijskih i funkcionalnih karakteristika. Najvažnije fizičko-hemijske karakteristike su: - konzistencija, - prividna viskoznost, - temperatura kapanja, - oksidaciona stabilnost.

Pored njih, sve tehničke masti, bez obzira na vrstu zgušćivača i ulja od kojih su proizvedene, treba da posjeduju i određene funkcionalne karakteristike od kojih su najznačajnije: - mehanička stabilnost, - otpornost na vodu, - izdvajanje ulja,

- sposobnost podmazivanja.

Konzistencija je mjera veličine otpora deformaciji koju pruža maziva mast kada na nju djeluje spoljašnje opterećenje. Izražava se penetracionim brojem. Izbor konzistencije masti zavisi od karakteristika mašinskog elementa ili mehanizma koji se podmazuje, uslova rada, kao i korišćenog sistema za podmazivanje.

Zbog svoje složene strukture, tehničke masti pri tečenju pokazuju svojstva nenjutnovskih fluida. To znači da viskoznost masti zavisi ne samo od temperature, već i od drugih promjenljivih, prije svega od gradijenta brzine smicanja. Zbog toga se kod mazivih masti govori o prividnoj viskoznosti, definisanoj za datu temperaturu pri nekom poznatom gradijentu smicanja.

Ovu veličinu je neophodno poznavati pri proračunu centralnih sistema za razvod masti.

Temperatura kapanja je temperatura na kojoj mast prelazi iz polutečnog u tečno stanje. Dozvoljena radna temperatura za pojedine vrste masti nije direktna funkcija temperature kapanja, ali je iznad te temperature pouzdanost podmazivanja znatno smanjena. Radnu temperaturu određuje i niz drugih parametara kao što su vrsta zgušćivača, isparljivost, oksidaciona stabilnost i dr.

Oksidaciona stabilnost je važno svojstvo mazivih masti, naročito pri podmazivanju kotrljajućih ležajeva. Kao rezultat oksidacije dolazi do promjene boje i mirisa masti.

Kiseline kao rezultat oksidacije mogu da izazovu koroziju, ali najčešće djeluju na promjenu strukture masti. Procesu oksidacije podložno je kako ulje, tako i sapunski zgušnjivač.

Mehanička stabilnost je definisana promjenom konzistencije nakon izlaganja mazivih masti dejstvu mehaničkih sila. Ova karakteristika je značajna kod skoro svih uslova primjene masti jer je mast uvijek izložena smicanju. Omekšavanje masti, koje može da nastane kao rezultat smicanja, dovodi do curenja masti i potencijalno do gubitka maziva i time oštećenja dijelova koji se podmazuju.

Mast može da otvrdne, što takođe pogoršava uslove podmazivanja.

Zaštita od korozije je važno svojstvo mazivih masti i označava sposobnost masti da štiti metalne površine od mogućih korozionih uticaja tokom eksploatacije.

Sve vrste mazivih masti trebaju da obezbijede određeni stepen zaštite od korozije.

Ponašanje masti u prisustvu vode je različito i uglavnom zavisi od vrste i strukture masti, temperature vode, intenziteta miješanja sa vodom i drugih veličina. Neke masti su otporne na vodu i ne apsorbuju je, dok se druge lako miješaju sa vodom gradeći emulzije. Ovo svojstvo masti se mora kontrolisati pri upotrebi masti za podmazivanje dijelova mašina i uređaja koji su izloženi uticaju vode.

Izdvajanje ulja predstavlja karakteristiku koja označava količinu izdvojenog ulja iz masti prilikom skladištenja ili upotrebe. Pri podmazivanju je poželjno da se iz masti izdvoji manja količina ulja koja tada podmazuje površine izložene trenju. Ovo svojstvo je posebno važno kod sistema centralnog podmazivanja mastima, pošto su tada masti izložene visokim pritiscima.

Sposobnost podmazivanja obuhvata više karakteristika mazivih masti koje zajedno definišu sposobnost masti da spriječi habanje i druga oštećenja elemenata koji se podmazuju.

Ova svojstva se ispituju različitim uređajima, najčešće u laboratorijskim uslovima, simulirajući određene uslove eksploatacije.

Kalcijumove mazive masti Ove masti se dobijaju korišćenjem kalcijumovog sapuna kao zgušćivača.

To je najstarija vrsta masti i imaju najnižu cijenu. Kalcijumove masti se tope na relativno niskim temperaturama od 90 do 95oC.

Odlikuju se dobrom otpornošću na vodu, pa se često koriste za podmazivanje elemenata mašina i uređaja koji su izloženi dejstvu vode.

Natrijumove mazive masti Koriste se za podmazivanje kliznih i kotrljajućih ležajeva, kao i zupčastih prenosnika. Tope se na temperaturama od 150 do 200oC. Pogodne su za primjenu na niskim temperaturama okoline.

U prisustvu vode su nepostojane.

Litijumove mazive masti Ove masti spadaju u višenamjenske masti zbog univerzalne primjene.

Zbog toga one potiskuju iz upotrebe kalcijumove i natrijumove masti. Tope se na temperaturama od 180 do 200oC, mehanički su veoma stabilne i otporne su na vodu.

Ponašanje na niskim temperaturama je slično kao kod natrijumovih masti. Upotrebljavaju se za podmazivanje mnogih elemenata i dijelova mašina kako u industriji tako i kod saobraćajnih sredstava, poljoprivredne i građevinske mehanizacije.

Aluminijumove mazive masti Osnovne karakteristike ovih masti su: - temperatura kapanja od 100 do 120oC;

- izuzetno dobra prionljivost; - otpornost na djelovanje vode; - veoma dobra zaštita od korozije. Imaju slabu mehaničku stabilnost što im ograničava primjenu.

Kompleksne mazive masti Ove masti predstavljaju kategoriju masti kod kojih se kao zgušćivač koristi kompleksni sapun.

Prednosti upotrebe ovih masti ogledaju se : - u višoj temperaturi topljenja; - pogodnoj mehaničkoj stabilnosti; - vrlo dobrim svojstvima podmazivanja, odnosno podnošenja opterećenja.

Mazive masti nesapunske osnove Ove masti se upotrebljavaju u znatno manjem obimu od sapunskih i to pretežno za posebne namjene.

Najpoznatija je bentonitna mast kod koje se bentonit koristi kao zgušćivač. Odlikuju se dobrom mehaničkom stabilnošću, otporna je na vodu i praktično se ne topi. Zbog toga se primjenjuju za podmazivanje ležajeva izloženih povišenim temperaturama u željezarama, industriji stakla, cementa i dr.

Biorazgradljiva maziva U poslijednje vrijeme sve veća pažnja se posvećuje zaštiti čovjekove životne i radne sredine, pa se između ostalog pred proizvođače maziva postavlja zadatak da intenziviraju razvoj biološki razgradljivih maziva. Za razgradnju ovih maziva potrebno je samo nekoliko nedjelja. Biološku razgradnju vrše mikroorganizmi. Oni dovode do razgradnje maziva na: ugljen-dioksid, vodu i celulozu.

Maziva, proizvedena iz nafte, su biološki razgradljiva ali njihova razgradnja može da traje mjesecima, pa čak i godinama. Statistika pokazuje da godišnje u svijetu više od 50 hiljada tona maziva završava u vodi ili zemljištu. Obzirom da 1 litar mineralnog ulja zagadi oko milion litara vode, jasno je da se nameće sve veća potreba za primjenom biološki brzo razgradljivih maziva.

Ako razgradljive supstancije prodru do pdzemnih voda, biološka razgradnja je gotovo nemoguća, jer zbog nedostatka kiseonika mikroorganizmi se ne mogu razvijati. Najveća potreba za primjenom biološki razgradljivih maziva je u šumarstvu, poljoprivredi, riječnom i pomorskom saobraćaju, u željeznicama, hidrauličnim sistemima, i dr.

Za biološku razgradnju je potrebno da budu ispunjeni slijedeći preduslovi: - prisustvo mikroorganizama; - prisustvo kiseonika za razvoj mikroorganizama, - prisustvo azota i fosfornih jedinjenja za ishranu mikroorganizama;

- raspoređenost (raspršivost) proizvoda koji se razgrađuje u zemljištu ili vodi; - dovoljno vremena za razgradnju (biološka razgradnja se brže odvija u toploj, nego u hladnoj sredini); - prilikom upotrebe, proizvod ne smije da sadrži supstancije koje uništavaju mikroorganizme ili ih čine neefikasnim.

Razlikuju se slijedeće grupe bioloških maziva: - biološki razgradljiva maziva;

- biološki brzo razgradljiva maziva.

Biološki razgradljivi produkti

Maziva biljnog porijekla koja se trenutno primjenu u praksi su: ulje od plodova uljane repice, suncokreta, soje, maslinovo, ricinusovo i druga ulja. Prednosti upotrebe biljnih ulja kao maziva su: - netoksičnost,

- biorazgradljivost, - obnovljiva sirovina, - dobra mazivost, - visok indeks viskoznosti.

Nedostaci biljnih baznih ulja su: - loša oksidaciona stabilnost, - nepovoljne niskotemperaturne karakteristike, - loša hidrolitička stabilnost.

Repičino ulje Repičino ulje se koristi za lance motornih testera i kao hidraulično ulje.

U hidrauličnim sistemima moraju se uzeti u obzir slijedeća ograničenja: - kraći interval zamjene ulja u odnosu na mineralna ulja zbog slabije oksidacione stabilnosti;

- ne može se koristiti pri temperaturama uspod -20oC;

- radna temperatura ne smije biti viša od 70oC, maksimalno do 80oC.

Repičino ulje je korišćeno pri formulacijama motornih ulja i ulja za zupčaste prenosnike, ali nije pokazalo dobre rezultate u toku eksploatacije.

Sintetički estri Sintetički estri su biološki brzo razgradljivi i imaju približne brzine razgradnje kao i repičino ulje.

Oni pokazuju bolje rezultate sa aspekta oksidacije i tečljivosti na niskim temperaturama. Mogu se miješati sa mineralnim uljima.

Koriste se za proizvodnju hidrauličnih ulja, ulja za dvotaktne benzinske motore, kao i za ulja za dizel motore za upotrebu u ekološki osjetljivim područjima.

Ako se koriste kao hidraulična ulja: - moguće je produženje intervala zamjene u odnosu na ulja na bazi rafinata,

- moguća je upotreba do temperature od -30oC; - dozvoljena radna temperatura je do 100oC.

Poliglikoli Poliglikoli imaju specifičnu težinu veću od 1, djelimično su rastvorljivi u vodi i biološki brzo razgradljivi. Zbog velike specifične težine brzo prodiru kroz zemljište do podzemnih voda, što im je negativna osobina. Pri proizvodnji maziva poliglikoli se ne mogu miješati sa ostalim proizvodima.

Prije upotrebe potrebno je provjeriti njihovu kompatibilnost sa lakovima i materijalima od kojih su napravljeni filtri i zaptivači. Ne preporučuju se kod sklopova gdje u dodir dolaze čelik i aluminijum.

Biološki brzo razgradljivi proizvodi se moraju kontrolisano sakupljati i odlagati kao i naftni proizvodi. Jednostavno ne smiju se prosipati i nekontrolisano odlagati u prirodu. Moraju se skladištiti odvojeno od naftnih proizvoda i isporučivati organizacijama koje vrše spaljivanje korišćenih ulja.