Αεροπορικά καύσιμα

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Πήδηση στην πλοήγηση Πήδηση στην αναζήτηση
Ανεφοδιασμός αεροσκάφους της British Airways στο αεροδρόμιο Σκίπχολ του Άμστερνταμ. Σε αυτήν την περίπτωση, το καύσιμο φτάνει ως τη θέση στάθμευσης του αεροσκάφους με υπόγειους αγωγούς και το όχημα ανεφοδιασμού μεταφέρει μόνο την αντλία και τις σωληνώσεις σύνδεσης.

Τα καύσιμα αεροπορίας, γνωστά και ως αεροπορικά καύσιμα ή καύσιμα αεριωθουμένων, είναι υγρά καύσιμα που προορίζονται για κινητήρες αεροπλάνων. Πρόκειται για μια πολύ ειδική κατηγορία καυσίμων που διέπονται από πολύ αυστηρές προδιαγραφές ποιότητας δεδομένων των συνθηκών χρήσης τους. Βασικό συστατικό τους αποτελεί η κηροζίνη, προϊόν απόσταξης πετρελαίου, στην οποία έχει γίνει επεξεργασία απομάκρυνσης των μερκαπτανών. [1]

Κατηγορίες[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Οι γενικές κατηγορίες αεροπορικών καυσίμων είναι:

  • Βενζίνη αεροπορίας (aviation gasoline)
  • Καύσιμα για στροβιλοκινητήρες (turbine ή jet fuel)
  • Καύσιμα για αεροπορικά βλήματα (missile fuel)

Τα συχνότερα χρησιμοποιούμενα και διακινούμενα αεροπορικά καύσιμα στην Ελλάδα και διεθνώς είναι τα καύσιμα στροβιλοκινητήρων (Jet Fuel) που ακολουθούν:

  • JET A-1: Το σημαντικότερο καύσιμο της πολιτικής αεροπορίας. Παράγεται από επεξεργασμένη κηροζίνη με προσθήκη προσθέτων (αντιστατικών, αντιοξειδωτικών, βελτίωσης της λιπαντικότητας κ.λπ.).
  • JET B: Παράγεται με ανάμιξη κηροζίνης με βαριά νάφθα.
  • JP-8: Το συχνότερα χρησιμοποιούμενο καύσιμο της πολεμικής αεροπορίας, αντίστοιχο με τα καύσιμα της πολιτικής αεροπορίας (αντίστοιχο του JET A1 με προσθήκη ενός επιπλέον αντιπαγωτικού προσθέτου).
  • JP-4: Καύσιμο της πολεμικής αεροπορίας, συγκεκριμένης πτητικότητας η οποία επιτυγχάνεται με ανάμιξη κηροζίνης με βαριά νάφθα.

Διεθνείς Προδιαγραφές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Οι προδιαγραφές των προϊόντων είναι o μηχανισμός προσδιορισμού και ελέγχου των, απαραίτητων για την ικανοποιητική και αξιόπιστη απόδοσή τους, ιδιοτήτων τους από τους παραγωγούς και τους χρήστες.

Kαύσιμα (Jet Fuel) πολιτικής αεροπορίας[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Σύγκριση προβλεπόμενων τιμών βασικών ιδιοτήτων ανά αεροπορικό καύσιμο και διεθνή προδιαγραφή. Οι τιμές προδιαγραφών είναι ενδεικτικές και υπόκεινται σε τροποποιήσεις σε κάθε αναθεώρηση των Διεθνών Προδιαγραφών.

Δύο οργανισμοί έχουν λάβει ηγετικό ρόλο στην θέσπιση και τήρηση προδιαγραφών για καύσιμα προοριζόμενα για χρήση σε πολιτικά αεροσκάφη. Πρόκειται για την ASTM (American Society for Testing and Materials), της οποίας η Επιτροπή D-2 "Προϊόντα Πετρελαίου και Λιπαντικά" είναι υπεύθυνη γιια τις προδιαγραφές αεροπορικών καυσίμων, και το MOD (United Kingdom Ministry of Defence). Οι προδιαγραφές που εκδίδουν οι δύο οργανισμοί είναι παρόμοιοι αλλά δεν ταυτίζονται. Μεμονωμένα κράτη εκδίδουν δικές τους προδιαγραφές οι οποίες όμως ειναι παραπλήσιες και συνήθως ταυτόσημες είτε με τις προδιαγραφές της ASTM ή με αυτές του MoD.

Η ASTM είναι οργανισμός προτυποποίησης γενικής αποδοχής με αποτέλεσμα να διασφαλίζεται η συμμετοχή στην θέσπιση προδιαγραφών όλων των μεγάλων ενδιαφερόμενων μερών, περιλαμβανομένων: Επιμέρους διυλιστηρίων, οργανισμούς διύλισης, οργανισμούς εμπορίας πετρελαιοειδών, προμηθευτές προσθέτων και εξοπλισμού, κατασκευαστές αεροσκαφών, κατασκευαστές κινητήρων αεροσκαφών, κρατικούς ρυθμιστικούς οργανισμούς, ομάδες και συμβούλους ειδικών ενδιαφερόντων. Στην περίπτωση που η επιτροπή D-2 χρειάζεται τεχνικά δεδομένα προς αρωγή στην καθιέρωση κάποιας προδιαγραφής ή στην ανάπτυξη κάποιας μεθόδου ελέγχου, μπορεί να απευθύνεται στο Συμβούλιο Συντονισμού Έρευνας (CRC - Coordinating Research Council). H Πρότυπη Προδιαγραφή Αεροπορικών Καυσίμων Στροβιλοκινητήρων ASTM D1655[2] προδιαγράφει τα προϊόντα JET A και JET A-1. Ειδικά για το καύσιμο JET B, δημιουργήθηκε το 2001 ξεχωριστή προδιαγραφή (ASTM D6615)

Στο Ηνωμένο Βασίλειο υπάρχει κοινή προδιαγραφή για την πολιτική και πολεμική αεροπορία. H Αρχή Πολιτικής Αεροπορίας έχει εξουσιοδοτήσει το Υπουργείο Αμύνης (MoD) για τη θέσπιση προδιαγραφών. Το πρότυπο Defence Standard 91-91 (πρώην DERD 2494) αναθεωρείται κάθε περίπου τρία χρόνια ενώ παράλληλα για επείγουσες αλλαγές εκδίδονται σχετικές τροποποιήσεις (amendments). Οι διαφορές των προδιαγραφών του για το JET A-1 ως προς αυτές του ASTM D1655 είναι ελάχιστες.

Η Ρώσικη προδιαγραφή GOST 10227 καλύπτει τις απαιτήσεις, μεταξύ άλλων, του καυσίμου τύπου ελαφράς κηροζίνης {TS-1), που χρησιμοποιείται στις χώρες CIS.

Η ΙΑΤΑ (International Air Transport Association) εκδίδει την οδηγία Aviation Turbine Fuels Specifications (Προδιαγραφές Αεροπορικών Καυσίμων Στροβιλοκινητήρων)

Η ομάδα των πολυεθνικών πετρελαϊκών εταιριών που διαχειρίζονται συστήματα αεροπορικών καυσίμων διεθνώς (BP, Chevron, Eni, ExxonMobil, Kuwait Petroleum, Shell, Statoil και Total) έχει την επωνυμία Joint Inspection Group (JIG) και έχει καθορίσει ως προδιαγραφή του JET A-1 σε έγγραφο κοινής συμφωνίας: το AFQRJOS (Απαιτήσεις Ποιότητας Αεροπορικών Καυσίμων για τα Κοινά Λειτουργικά Συστήματα / Aviation Fuel Quality Requirements For Jointly Operated Systems) [3] που αναφέρεται και ως Joint Checklist. Το έγγραφο αυτό ενσωματώνει τις αυστηρότερες προδιαγραφές από τα δύο πρότυπα British MoD DEF STAN91/91 και ASTM D1655, JET A-1. Αρκετές εταιρίες παραγωγής καυσίμων, παράγουν καύσιμο βάσει του Joint Checklist ώστε να πληροί και τις δύο προδιαγραφές.

Καύσιμα πολεμικής αεροπορίας[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Τα κύρια καύσιμα αεροπορίας για χρήση σε πολεμικά αεροσκάφη ακολουθούν τις παρακάτω προδιαγραφές[4]:

  • JP-5: NATO F-44, MIL-DTL-5624[5], DEF STAN 91-86
  • JP-8: NATO F-34, NATO F-35, MIL-DTL-83133[6], DEF STAN 91-87

Αεροπορικές Βενζίνες (AvGas)[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Οι Βενζίνες Αεροπορίας (Aviation Gasolines) διέπονται από τις προδιαγραφές ASTM D910[7] ή / και Def Stan 91-90 (DERD 2485). Οι συγκεκριμένες προδιαγραφές έχουν καθοριστεί ώστε να εξασφαλίζουν ικανοποιητική απόδοση σε κινητήρες αεροσκαφών τύπου ανάφλεξης με σπινθήρα, σε μεγάλο εύρος λειτουργικών συνθηκών.

Χαρακτηριστικά και επιδόσεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Εφόσον η βασική λειτουργία ενός αεροπορικού καυσίμου για στροβιλοκινητήρες είναι η παροχή ενέργειας σε αεροσκάφη, η περιεκτικότητα σε ενέργεια και η ποιότητα καύσης είναι τα σημαντικότερα χαρακτηριστικά επίδοσης του καυσίμου. Άλλα σημαντικά χαρακτηριστικά είναι η σταθερότητα, η λιπαντικότητα, η πτητικότητα, η μη-διαβρωτικότητα και η καθαρότητα.

Επιπλέον της παροχής ενέργειας, το καύσιμο λειτουργεί και ως υδραυλικό υγρό για τα συστήματα ελέγχου της μηχανής και ως ψυκτικό για συγκεκριμένα μέρη του συστήματος καυσίμου.[8]

Περιεχόμενη Ενέργεια[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ο στροβιλοκινητήρας του αεροσκάφους παράγει ενέργεια μετατρέποντας την χημική ενέργεια που είναι αποθηκευμένη στο καύσιμο σε έναν συνδυασμό μηχανικής ενέργειας και θερμότητας. Στα περισσότερα αεροσκάφη ο χώρος είναι πολύτιμος, συνεπώς η ποσότητα ενέργειας που περιέχεται σε μια ορισμένη ποσότητα καυσίμου είναι σημαντική.

Η ενέργεια που βρίσκεται αποθηκευμένη στο αεροπορικό καύσιμο είναι μετρήσιμη και μετράται μέσω της χαμηλής θερμογόνου δύναμης, αφού το νερό μένει στα καυσαέρια με μορφή ατμού. Η περιεχόμενη ενέργεια μπορεί να εκφραστεί ανά μονάδα μάζας (MJ/kg,Btu/lb) ή ανά μονάδα όγκου(MJ/l, Btu/gal) .

Εφόσον η περιεχόμενη ενέργεια κάθε διαφορετικού υδρογονάνθρακα διαφέρει, η σύσταση του jet fuel έχει αντίκτυπο στην περιεχόμενη ενέργεια του καυσίμου. Συνήθως η πρόβλεψη γίνεται βάσει της πυκνότητας του καυσίμου, η οποία επίσης είναι συνάρτηση της σύστασής του. Σε γενικές γραμμές τα πυκνότερα καύσιμα έχουν υψηλότερη ενέργεια ανά μονάδα όγκου (και χαμηλότερη ανά μονάδα μάζας).

Mέθοδοι ελέγχου Κατώτερης Θερμογόνου Δύναμης[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Κατώτερη θερμογόνος δύναμη: ASTM D 3338 Estimation of Net Heat of Combustion of Aviation Fuels: Η κατώτερη θερμογόνος δύναμη ενός δείγματος υπολογίζεται κατ' εκτίμηση βάσει του API gravity, των περιεχόμενων αρωματικών και του προφίλ απόσταξης. Η εκτίμηση βασίζεται σε εξίσωση συσχετισμού που έχει αναπτυχθεί για ένα μεγάλο εύρος καυσίμων. ASTM D 4809Heat of Combustion of Liquid Hydrocarbon Fuels by BombCalorimeter (μέθοδος διαιτησίας): Ένα ζυγισμένο δείγμα του καυσίμου τοποθετείται σε ένα θερμιδόμετρο βόμβας οξυγόνου υπό προδιαγεγραμμένες συνθήκες. Το καύσιμο αναφλέγεται και η αύξηση της θερμοκρασίας του θερμιδομέτρου χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της θερμογόνου δύναμης. ASTM D4529/IP 381.

Χαρακτηριστικά καύσης[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η βασική διαφορά μεταξύ των κινητήρων εμβόλου και των στροβιλοκινητήρων είναι ότι, στην πρώτη περίπτωση η καύση είναι διακοπτόμενη (συνεπώς ο χρονισμός ανάφλεξης είναι σημαντικός για την καλή απόδοση), ενώ στη δεύτερη είναι συνεχής (συνεπώς ο χρονισμός ανάφλεξης δεν είναι πολύ σημαντικός).

Στους στροβιλοκινητήρες, νωρίς κατά τη διεργασία της καύσης, σχηματίζονται μικρά ανθρακικά σωματίδια τα οποία, στις έντονες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας του θαλάμου καύσης είναι ανεπιθύμητα για περισσότερους από έναν λόγους:

  • μπορούν να προκαλέσουν ρωγμές στα τοιχώματα του θαλάμου καύσης ή και βλάβες του κινητήρα (πυρακτώνονται και η ακτινοβολία που εκπέμπουν προστίθεται στην αναμενόμενη θερμική ακτινοβολία των αερίων καύσης που μεταφέρεται στα τοιχώματα του θαλάμου καύσης),
  • μπορούν να προκαλέσουν διάβρωση στις τουρμπίνες και τους στάτορες αν φτάσουν ως εκεί,
  • μπορούν να βουλώσουν τα σημεία εισόδου αέρα διάλυσης στον θάλαμο καύσης διαταράσσοντας την ομαλή ροή των προϊόντων καύσης,
  • είναι εν μέρει υπεύθυνα για τον ορατό καπνό που αναδίδουν κάποιοι κινητήρες.

Μεγαλύτερη τάση να δημιουργούν τέτοια ανθρακικά σωματίδια έχουν τα καύσιμα με μεγάλη περιεκτικότητα σε αρωματικά και κυρίως σε ναφθαλένια, συνεπώς και τα δύο αυτά είδη συστατικών των καυσίμων είναι υπό έλεγχο.

Σταθερότητα[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ένα καύσιμο θεωρείται σταθερό όταν οι ιδιότητές του δεν αλλάζουν. Αλλαγές στις ιδιότητες των καυσίμων μπορούν να επιφέρουν παράμετροι όπως ο χρόνος (σταθερότητα αποθήκευσης - storage stability) ή η έκθεση σε υψηλές θερμοκρασίες στον κινητήρα (θερμική σταθερότητα - thermal stability).

Ενδεχόμενη αστάθεια του καυσίμου προέρχεται απο χημικές αντιδράσεις που πραγματοποιούνται σταδιακά, περιλαμβανομένων αντιδράσεων οξείδωσης. Τα αρχικά προϊόντα αυτών τον αντιδράσεων είναι υπεροξείδια, τα οποία παρόλο που μένουν διαλυμένα στο καύσιμο μπορεί να δράσουν επιθετικά στα ελαστομερή του συστήματος καυσίμου. Στη συνέχεια μπορεί να δημιουργηθούν διαλυτά κομμιώδη και αδιάλυτα σωματίδια, τα οποία μπορεί να βουλώσουν φίλτρα καυσίμου και επικαθήσεις στις επιφάνειες των συστημάτων καυσίμου των αεροσκαφών, παρεμποδίζοντας τις διόδους μικρής διαμέτρου.

Σταθερότητα αποθήκευσης[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Τα αεροπορικά καύσιμα που παράγονται, διακινούνται και αποθηκεύονται με το σωστό τρόπο είναι σταθερά για τουλάχιστον ένα έτος και στη συνέχεια μπορούν να χρησιμοποιηθούν αφού επιβεβαιωθεί η σταθερότητα των ιδιοτήτων μέσω ελέγχων. Το αεροπορικό καύσιμο συνήθως καταναλώνεται σε μικρό χρονικό διάστημα από την παραγωγή του, οπότε η σταθερότητα αποθήκευσης ενδιαφέρει περισσότερο σε περιτπώσεις που τηρούνται αποθέματα ασφαλείας, όπως στην πολεμική αεροπορία, ή για παράδειγμα σε μικρά αεροδρόμια που δεν έχουν μεγάλη κίνηση και άρα η κατανάλωση καυσίμων είναι μικρή.

Η σταθερότητα αποθήκευσης εξαρτάται από παραμέτρους όπως η σύσταση του καυσίμου, δεδομένου ότι την αστάθεια την προκαλούν τα περισσότερο δραστικά συστατικά και η έκθεση σε υψηλές θερμοκρασίες που μπορεί να επιταχύνουν τις αντιδράσεις που προκαλούν αστάθεια. Η βελτίωση της σταθερότητας αποθήκευσης μπορεί να προκύψει με την προσθήκη αντιοξειδωτικών.

Θερμική σταθερότητα / μέθοδοι ελέγχου[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Πρόκειται για μία από τις πιο σημαντικές ιδιότητες του καυσίμου, εφόσον αυτό λειτουργεί μεταξύ άλλων ως μέσο ανταλλαγής θερμότητας, αφαιρώντας θερμότητα από το λιπαντικό του κινητήρα, τα υδραυλικά υγρά και τον εξοπλισμο κλιματισμού. Η θέρμανση του καυσίμου μπορεί να επιταχύνει αντιδράσεις που παράγουν κομμιώδη και σωματίδια, τα οποία μπορούν να επικαθήσουν στα φίλτρα, στις νόζλες ψεκασμού, στα κεντρικά συστήματα ελέγχου του κινητήρα και στους εναλλάκτες, προκαλώντας έτσι λειτουργικά προβλήματα και αυξημένες ανάγκες συντήρησης. Σε αυτή την περίπτωση τα αντιοξειδωτικά δεν βοηθούν, όπως στην αποθήκευση, ενώ ενδεχόμενα προβλήματα που δημιουργούνται στις μηχανές λόγω θερμικής αστάθειας γίνονται αντιληπτά κατόπιν εκατοντάδων ωρών λειτουργίας και μετά από καύση μεγάλου όγκου καυσίμου - επομένως δεν υπάρχει πρακτικός τρόπος ελέγχου σε αντίστοιχες συνθήκες με αυτές της λειτουργίας των κινητήρων.

Η λύση που έχει επιλεγεί για έλεγχο της θερμικής σταθερότητας στο εργαστήριο, είναι η έκθεση του καυσίμου σε πολύ πιο έντονες συνθήκες, ώστε να γίνει εφικτή η παρακολούθηση μετρήσιμου αποτελέσματος σε έναν λογικό χρόνο. Η συσκευή JFTOT (προφέρεται τζεφ'τότ) - Jet Fuel Thermal Oxidation Tester - βάσει της επίσημης μεθόδου ASTM D3241, υποβάλει το καύσιμο σε άντληση πάνω από μία θερμαινόμενη επιφάνεια αλουμινίου (που προσομοιώνει την επιφάνεια ενός εναλλάκτη θερμότητας καυσίμου-λιπαντικού) και στη συνέχεια άντληση δια μέσου φίλτρου που συγκρατεί όποια στερεά κατάλοιπα (που προσομοιώνει το ακροφύσιο ψεκασμού του καυσίμου).

Λιπαντικότητα[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Λιπαντικότητα είναι η δυνατότητα μείωσης της τριβής μεταξύ στερεών επιφανειών σε σχετική κίνηση, συνεπώς είναι το μέτρο της αποτελεσματικότητας ενός υλικού ως μέσο λίπανσης. Οι κινητήρες αεροσκαφών βασίζονται στο καύσιμο για τη λίπανση κάποιων κινητών μερών στις αντλίες καυσίμου και στις μονάδες ελέγχου ροής.

Πρόκειται για έναν συνδυασμό υδροδυναμικής και οριακής λίπανσης: ένα στρώμα υγρού αποτρέπει τις αντίθετα κινούμενες επιφάνειες να έρθουν σε επαφή (οπότε τα μεγαλύτερου ιξώδους υγρά παρέχουν μεγαλύτερη υδροδυναμική λίπανση) και παράλληλα οι περιεχόμενες ενώσεις δημιουργούν ένα προστατευτικό στρώμα κατά της φθοράς, προσκολούμενες στις μεταλλικές επιφάνειες.

Τα straight run καύσιμα λειτουργούν καλά ως προς την παροχή οριακής λίπανσης και αυτό οφείλεται κυρίως στα ίχνη συγκεκριμένων οξυγονούχων, αζωτούχων και θειούχων ενώσεων (θεωρία στην οποία συνηγορεί το γεγονός αρκούν 10ppm προσθέτου βελτίωσης λιπαντικότητας για να κάνουν αποδεκτό ένα καύσιμο με κακή λιπαντικότητα). Η υδρογονοκατεργασία (διεργασία που μειώνει το θείο και τα αρωματικά) απομακρύνει αυτές τις ενώσεις που προκύπτουν φυσικά και παραμένουν μετά τη διύλιση, όμως η έλλειψη θείου και αρωματικών δεν σημαίνει οπωσδήποτε ότι το καύσιμο έχει κακή λιπαντικότητα, εφόσον καύσιμα με αντίστοιχες περιεκτικότητες θείου και αρωματικών διαφέρουν στην λιπαντικότητα.

Μέθοδος ελέγχου λιπαντικότητας[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Κατά την εφαρμογή της μεθόδου ASTM D5001 "BOCLE wear scar diameter", μία ατσάλινη μπάλα μένει σταθερή, κόντρα σε ένα κυλινδρικό δαχτυλίδι που περιστρέφεται με σταθερή ταχύτητα ενώ βρίσκεται εν μέρει βυθισμένο στο καύσιμο. Στο τέλος του τεστ η μπάλα αφαιρείται και ελέγχεται για σημάδια φθοράς, των οποίων το μέγεθος είναι αντιστρόφως ανάλογο της λιπαντικότητας.

Πάντως, η απαίτηση μέτρησης λιπαντικότητας περιορίζεται στις περιπτώσεις καυσίμων που η σύστασή τους περιλαμβάνει: α) τουλάχιστον 20% έντονα υδρογονοκατεργασμένα συστατικά και ταυτόχρονα λιγότερα από 5% μη υδρογονοκατεργασμένα συστατικά ή β) συνθετικά συστατικά καυσίμου.

Ρευστότητα[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Προφανώς το αεροπορικό καύσιμο πρέπει να μπορεί να ρέει από τις δεξαμενές αποθήκευσης στα φτερά του αεροσκάφους ως τον κινητήρα, μέσω του συστήματος καυσίμων του αεροσκάφους. Η ρευστότητα ως γενικός όρος αναφέρεται στην ικανότητα μιας ουσίας να ρέει αλλά δεν αποτελεί φυσική ιδιότητα: οι σχετικές με την ποσοτικοποίηση της ρευστότητας φυσικές ιδιότητες είναι το ιξώδες και το σημείο πήξης.

Τα αεροπορικά καύσιμα εκτίθενται σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες τόσο στο ύψος πτήσης (ειδικά σε διαδρομές προς τους πόλους τον χειμώνα) όσο και στο έδαφος σε περιοχές όπου παρατηρούνται ακραίες θερμοκρασίες. Σε αυτές τις θερμοκρασίες είναι πολύ σημαντικό για το καύσιμο να τηρεί την ρευστότητά του, διαφορετικά η ροή του προς τον κινητήρα θα μπορούσε να μειωθεί ή και να σταματήσει.

Ιξώδες και μέθοδοι ελέγχου[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το ιξώδες είναι ένα μέτρο της αντίστασης ενός ρευστού στη ροή υπό πίεση (βαρύτητας ή μηχανική), η οποία αυξάνεται όσο μειώνεται η θερμοκρασία. Στους κινητήρες αεροσκαφών το αεροπορικό καύσιμο ψεκάζεται υπό υψηλή πίεση σε έναν θάλαμο καύσης μέσα από ακροφύσια ώστε να παράγεται ένα λεπτό νέφος σταγονιδίων που εξατμίζεται γρήγορα καθώς ανακατεύονται με τον αέρα. Το μέγεθος των σταγονιδίων και το σχήμα του νέφους εξαρτώνται από το ιξώδες του καυσίμου. Πολύ υψηλό ιξώδες θα καθιστούσε δύσκολη την πτήση, συνεπώς έχει τεθεί προδιαγραφή μέγιστης τιμής. Επιπλέον το ιξώδες του καυσίμου επηρρεάζει την πτώση πίεσης στις γραμμές του συστήματος καυσίμου και τη μονάδα ελέγχου καυσίμου.

Οι επίσημες μέθοδοι για τη μέτρηση του ιξώδους στα αεροπορικά καύσιμα είναι η ASTM D445 / IP71, "Κινηματικό ιξώδες Διαφανών και Αδιαφανών Υγρών": Ένα δείγμα τοποθετείται σε ένα διακριβωμένο γυάλινο ιξωδόμετρο και τοποθετείται σε λεπτομερώς ελεγχόμενη θερμοκρασία. Ο χρόνος που απαιτείται για έναν συγκεκριμένο όγκο δείγματος να κινηθεί από το τριχοειδές μόνο με την επίδραση της βαρύτητας μετριέται και είναι ανάλογος με το κινηματικό ιξώδες του δείγματος.

Σημείο πήξης και μέθοδοι ελέγχου[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Οι διάφοροι υδρογονάνθρακες που αποτελούν το καύσιμο δεν πήζουν στην ίδια θερμοκρασία. Επομένως όταν το καύσιμο ψύχεται, πρώτα παγώνουν οι υδρογονάνθρακες με ψηλό σημείο πήξης (freezing point) και σχηματίζουν κρυστάλλους. Συνεχίζοντας την ψύξη του καυσίμου, όλο και περισσότεροι υδρογονάνθρακες κρυσταλλώνονται και έτσι το καύσιμο σταδιακά μετατρέπεται από ομοιογενές υγρό, σε υγρό που περιλαμβάνει μερικούς κρυστάλλους, σε πολτό καυσίμου και κρυστάλλων υδρογονανθράκων και τέλος σε ημιστερεό τεμάχιο υδρογονανθράκων. Το σημείο πήξης είναι η θερμοκρασία στην οποία λιώνει και ο τελευταίος κρύσταλλος που έχει δημιουργηθεί με την προηγούμενη ψύξη τού δείγματος. Συνεπώς, το σημείο πήξης του καυσίμου είναι αρκετά υψηλότερο από τη θερμοκρασία στην οποία το καύσιμο στερεοποιείται εντελώς.

Το σημαντικότερο κριτήριο για την εκτίμηση της επίδοσης του καυσίμου είναι η αντλησιμότητα, δηλαδή η ικανότητα της μετακίνησης του καυσίμου από τη δεξαμενή στον κινητήρα, η οποία επηρρεάζεται από την ρευστότητα του καυσίμου και τον σχεδιασμό του κινητήρα. Το σημείο πήξης χρησιμοποιείται από την βιομηχανία ως ένδειξη της αντλησιμότητας του καυσίμου σε χαμηλές θερμοκρασίες, εφόσον το αεροπορικό καύσιμο συνήθως μένει αντλήσιμο 4-15°C κάτω από το σημείο πήξης του.

Οι επίσημες μέθοδοι για τη μέτρηση του σημείου πήξης είναι οι ASTM D2386/IP16 (μέθοδος διαιτησίας), ASTM D5972/IP435, ASTM D7153/IP528, ASTM D7154/IP529.

Πτητικότητα[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Πτητικότητα είναι η τάση ενός καυσίμου να εξατμίζεται και είναι σημαντική γιατί, από τη μία το καύσιμο πρέπει να εξατμιστεί πριν μπορέσει να καεί και άρα το καύσιμο χρειάζεται να είναι πτητικό, όμως αν είναι πολύ πτητικό μπορεί να οδηγήσει σε κλείδωμα ατμών vapor lock. Οι φυσικές ιδιότητες που χαρακτηρίζουν την πτητικότητα είναι η τάση ατμών και το προφίλ απόσταξης.

Μη-διαβρωτικότητα[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το καύσιμο δεν πρέπει να διαβρώνει τα υλικά με τα οποία έρχεται σε επαφή κατά την διακίνηση και χρήση: αλουμίνιο για τις δεξαμενές, χάλυβα και άλλα μέταλλα στο σύστημα καυσίμου, ελαστομερή και επικαλύψεις κ.λπ. Διαβρωτικές ουσίες οι οποίες ενδεχόμενα βρίσκονται μέσα στο αεροπορικό καύσιμο περιλαμβάνουν οργανικά οξέα και μερκαπτάνες - οπότε οι προδιαγραφές καθορίζουν μέγιστη περιεκτικότητα για αυτού του είδους τις ενώσεις - παραπροϊόντα μικροβιακής ανάπτυξης και ίχνη νατρίου, καλίου και άλλων αλκαλίων.

Καθαρότητα[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το καύσιμο πρέπει να είναι καθαρό από σωματίδια, νερό και επιμολυντές. Τα σωματίδια (σκουριά, βρωμιές κ.λπ.) μπορούν να βουλώσουν τα φίλτρα και να αυξήσουν τις φθορές της αντλίας καυσίμου. Το νερό, αφενός δεν μπορεί να καεί στον κινητήρα, αφετέρου παγώνει στις χαμηλές θερμοκρασίες που επικρατούν στο ύψος πτήσης των αεροσκαφών με τον πάγο να βουλώνει τα φίλτρα και να παρεμποδίζει την ροή του καυσίμου, ενώ παράλληλα διευκολύνει τη διάβρωση των μετάλλων και ευνοεί την μικροβιακή ανάπτυξη. Άλλες πηγές επιμόλυνσης μπορεί να είναι διαφορετικά προϊόντα πετρελαίου, απορρυπαντικά, μικρόβια και βαφές.

Μικροβιακή ανάπτυξη[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Κατά την παραγωγή του το αεροπορικό καύσιμο είναι στείρο μικροβίων λόγω των εξαιρετικά υψηλών θερμοκρασιών των διεργασιών. Σύντομα όμως αρχίζει να επιμολύνεται από μικροοργανισμούς (βακτήρια και μύκητες) που πάντα υπάρχουν στον αέρα και το νερό. Αυτοί τρέφονται με καύσιμο, νερό (οπότε αναπτύσσονται συνήθως στην διεπιφάνεια καυσίμου / νερού, όταν υπάρχει υδατική φάση) και μεταλλικά συστατικά που περιέχονται στο καύσιμο, ενώ η ανάπτυξή τους διευκολύνεται από ενδεχόμενες υψηλές  θερμοκρασίες περιβάλλοντος

Ιδιότητες σχετιζόμενες με την ασφάλεια[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Τα αεροπορικά καύσιμα, αν δεν έχουν σωστή διαχείριση, μπορεί να αποδειχθούν επικίνδυνα. Το πιο σημαντικό είναι ότι είναι εύκολο να αναφλεγούν. Παράλληλα, η επαφή με το υγρό καύσιμο ή τους ατμούς του πρέπει να είναι περιορισμένη.

Το ίδιο το καύσιμο στην υγρή του μορφή δεν καίγεται, καίγονται όμως οι ατμοί του, όταν το μίγμα τους με τον αέρα είναι εντός του εύρους ευφλεκτότητας. Υψηλές θερμοκρασίες περιβάλλοντος μπορούν να θερμάνουν το καύσιμο τόσο ώστε οι ατμοί να φτάσουν στο εύρος ευφλεκτότητας, ωστόσο, στις περισσότερες περιπτώσεις το μίγμα ατμών υδρογονανθράκων και αέρα, που βρίσκεται στο χώρο πάνω από το καύσιμο σε κλειστό χώρο, είναι αρκετά κάτω από το ελάχιστο σημείο ευφλεκτότητας.

Εντούτοις, απουσία συγκεκριμένων πληροφοριών που να συνηγορούν προς άλλη κατεύθυνση, σε κάθε περίπτωση η διαχείριση του καυσίμου πρέπει να θεωρείται δυνητικά επικίνδυνη και να λαμβάνονται πάντα τα ενδεδειγμένα μέτρα ασφαλείας.

Σημείο Ανάφλεξης και μέθοδοι ελέγχου[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το σημείο ανάφλεξης είναι η ελάχιστη θερμοκρασία στην οποία οι ατμοί πάνω από ένα εύφλεκτο υγρό θα αναφλεγούν όταν έρθουν σε επαφή με πηγή ανάφλεξης. Πρόκειται για την ελάχιστη θερμοκρασία ευφλεκτότητας υπό τις συνθήκες εκτέλεσης του ελέγχου, δηλαδή, σε άλλες συνθήκες δεν είναι απαραίτητο ότι η ελάχιστη θερμοκρασία ευφλεκτότητας θα είναι η ίδια.

Ειδικά για τα δείγματα αεροπορικών καυσίμων προδιαγράφονται τιμές σημείου ανάφλεξης με τις μεθόδους ASTM D56, ASTM D3828, IP303, IP523, IP170.

Σύμφωνα με την ASTM D56 - Flash Point by Tag Closed Tester, μία ποσότητα του καυσίμου τοποθετείται σε έναν πωματιζόμενο περιέκτη και θερμαίνεται με αργό, σταθερό ρυθμό. Σε κανονικά χρονικά διαστήματα, το πώμα ανοίγει και μία πηγή ανάφλεξης (πχ φλόγα) κατευθύνεται στο εσωτερικό του περιέκτη όπου βρίσκεται το δείγμα. Σημείο ανάφλεξης είναι η χαμηλότερη θερμοκρασία, στην οποία η πηγή προκαλεί ανάφλεξη του ατμού που έχει συγκεντρωθεί πάνω από το δείγμα.

Σύμφωνα με την ASTM D3828/IP 303 - Flash Point by Small Scale Closed Tester, μία ποσότητα καυσίμου τοποθετείται σε πωματιζόμενο περιέκτη και αυτός θερμαίνεται μέχρι μία επιλεγμένη θερμοκρασία. Μετά από προδιαγεγραμμένο χρόνο, το πώμα ανοίγει, μια φλόγα εισάγεται και παρατηρείται αν υπάρχει ή όχι ανάφλεξη. Ο έλεγχος επαναλαμβάνεται σε άλλες επιλεγμένες θερμοκρασίες, μέχρις ότου προσδιοριστεί το σημείο ανάφλεξης εντός της απαιτούμενης ακρίβειας (όχι μεγαλύτερης από 0,5°C).

Ηλεκτρική Αγωγιμότητα[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Καθώς το καύσιμο κινείται εντός αγωγών, σωληνώσεων, βαλβίδων ή φίλτρων, στην διεπιφάνεια μπορεί να αναπτυχθεί ηλεκτρικό φορτίο όπως σε κάθε περίπτωση που διαφορετικής φύσης υλικά κινούνται ερχόμενα σε επαφή. Ο ρυθμός απομάκρυνσης ηλεκτρικού φορτίου είναι ανάλογος της αγωγιμότητας του καυσίμου. Παρόλο που το καύσιμο αποτελείται από υδρογονάνθρακες, οι οποίοι είναι κακοί αγωγοί του ηλεκτρισμού, περιέχει επίσης ίχνη ενώσεων που μπορούν να ιονιστούν όπως π.χ. το νερό, οι φαινόλες και τα ναφθενικά οξέα.

Όταν ένα υγρό χαμηλής ηλεκτρικής αγωγιμότητας, όπως το αεροπορικό καύσιμο, αντλείται με μεγάλη ταχύτητα ή διέρχεται από φίλτρο, η συγκέντρωση ηλεκτροστατικού φορτίου μπορεί να είναι ταχύτερη από την απομάκρυνσή του. Όταν το συγκεντρωμένο φορτίο ξεπερνάει την ενέργεια ιονισμού του αέρα που βρίσκεται πάνω από το υγρό, μπορεί να προκύψει αποφόρτιση της επιφάνειας του υγρού με τη μορφή σπινθήρα. Εάν το υγρό είναι εύφλεκτο και η σύνθεση του μίγματος ατμού / αέρα πάνω από αυτό βρίσκεται στο εύρος ευφλεκτότητας, η ενέργεια του σπινθήρα μπορεί να προκαλέσει έκρηξη.

Προκειμένου να αποφευχθούν εκρήξεις από σπινθήρες λόγω στατικού ηλεκτρισμού, χρησιμοποιούνται καλά σχεδιασμένα συστήματα διακίνησης καυσίμων με γειώσεις, όρια ρυθμού άντλησης και χρόνο αποφόρτισης πριν εκτεθεί το καύσιμο στον αέρα. Παράλληλα χρησιμοποιούνται τα λεγόμενα αντιστατικά πρόσθετα (static dissipator) που ελαττώνουν τον κίνδυνο συγκέντρωσης ηλεκτρικού φορτίου: δεν μειώνουν τη δημιουργία ηλεκτροστατικού φορτίου, αλλά αυξάνουν τον ρυθμό απομάκρυνσής του, με την αύξηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας του καυσίμου.

Εκπομπές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Οι εκπομπές ρυπαντών από τα αεροσκάφη αποτελούν ένα μικρό μόνο ποσοστό των αντίστοιχων από τα οχήματα ξηράς και άλλες πηγές ατμοσφαιρικής ρύπανσης στο έδαφος. Η έρευνα για το κατά πόσο συμμετέχουν στην ατμοσφαιρική ρύπανση, εφόσον το μεγαλύτερο μέρος τους αποβάλλεται σε μεγάλο ύψους, βρίσκεται σε εξέλιξη.[9] Όταν οι υδρογονάνθρακες καίγονται πλήρως, τα προϊόντα της καύσης θεωρητικά είναι μόνο διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Ωστόσο στην πραγματικότητα, όταν καίγεται το αεροπορικό καύσιμο και λόγω των ιχνών θείου και αζώτου που περιέχονται σε αυτό, αλλά και ανάλογα με το σχεδιασμό της μηχανής και τις συνθήκες λειτουργίας, εκπέμπονται επιπλέον οξείδια του θείου, οξείδια του αζώτου, υδρογονάνθρακες που δεν κάηκαν πλήρως και σωματίδια (τέφρα).

"Ουρά" ατμών από την εξάτμιση αεροσκάφους κατά την πτήση σε ύψος 7,620 ως 12,192 m.

Το εκπεμπόμενο διοξείδιο του άνθρακα αποτελεί αέριο που συμβάλει στο φαινόμενο του θερμοκηπίου και εμπλέκεται στην κλιματική αλλαγή, η ποσότητά του είναι ανάλογη της ποσότητας του καυσίμου που καίγεται και η ελάττωσή του επιτυγχάνεται με κατασκευαστικές βελτιώσεις των αεροσκαφών. Οι ατμοί νερού, ενώ δεν αποτελούν πρόβλημα στο επίπεδο του εδάφους, όταν εκπέμπονται στο μεγάλο ύψος πτήσης των αεροσκαφών αποτελούν πρόβλημα, εφόσον οδηγούν στην δημιουργία λευκής "ουράς"[10] ή νεφελωμάτων που ενδεχομένως συμβάλουν στο φαινόμενο του θερμοκηπίου. Τα οξείδια του θείου, που προέρχονται από την καύση ενώσεων θείου που περιέχονται στα καύσιμα, θεωρείται ότι συνεισφέρουν στην δημιουργία αερολυμάτων (aerosols) και στην δημιουργία σωματιδίων[11], όμως η προσπάθεια ελάττωσής τους μέσω της μείωσης του περιεχόμενου θείου των καυσίμων μπορεί να μεταβάλλει άλλες ιδιότητες του καυσίμου και αυτό πρέπει να συνεκτιμηθεί. Τα οξείδια του αζώτου, τα οποία θεωρείται ότι συνεισφέρουν στην δημιουργία στρώματος όζοντος στην επιφάνεια του εδάφους, προέρχονται κυρίως από την οξείδωση του αζώτου της ατμόσφαιρας στις πολύ υψηλές θερμοκρασίες που αναπτύσσονται στον καυστήρα, συνεπώς μπορούν να μειωθούν με βελτιώσεις στον σχεδιασμό των αεροσκαφών και των συνθηκών λειτουργίας, ώστε οι θερμοκρασίες καύσης να διατηρούνται σε χαμηλότερα επίπεδα. Τα σωματίδια και οι υδρογονάνθρακες που δεν έχουν καεί, προέρχονται από την ατελή καύση, είναι ορατά με τη μορφή καπνού, η ποσότητά τους εξαρτάται κατά κύριο λόγο από το σχεδιασμό της μηχανής και τις συνθήκες λειτουργίας και δευτερευόντως από διάφορες ιδιότητες του καυσίμου (π.χ. σημείο καπνού, αρωματικά, ναφθαλένια)[12], ενώ συνεισφέρουν στην δημιουργία νέφους επικίνδυνου για την εισπνοή.


Παραπομπές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. «Αεροπορικά Καύσιμα» (PDF). Γ.Χ.Κ. Ανακτήθηκε στις 28 Νοεμβρίου 2014. 
  2. «ASTM D1655». ASTM. Ανακτήθηκε στις 30 Νοεμβρίου 2014. 
  3. «AFQRJOS» (PDF). JIG. Ανακτήθηκε στις 28 Νοεμβρίου 2014. 
  4. «Military Jet Fuel Grades and Specifications (NATO)». Shell. Ανακτήθηκε στις 30 Νοεμβρίου 2014. 
  5. «MIL-DTL-5624». 
  6. «MIL-DTL-83133». 
  7. «ASTM D910». Ανακτήθηκε στις 30 Νοεμβρίου 2014. 
  8. «Aviation Fuels Technical Review» (PDF). Chevron. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο (PDF) στις 7 Σεπτεμβρίου 2015. Ανακτήθηκε στις 28 Νοεμβρίου 2014. 
  9. Atmospheric Effects of Aviation, National Academy Press, 1999
  10. Aircraft Contrails Factsheet, United States Environmental Protection Agency, EPA430-F-00-005, September 2000
  11. Influence of Fuel Sulfur on the Composition of Aircraft Exhaust Plumes, U. Schumann et. al., Journal of Geophysical Research, Vol. 107 No. D15, 2002.
  12. Particulate Matter Emitted from Aircraft Engines, L.G. Blevins, AIAA 2003-2764.