– Gefrierpunkt-Bestimmung von AVGAS und Jet-Fuel –
gemäß der Federal Aviation Administration (FAA) die Internetseite, Luftfahrt Benzin, Avgas, ist die Letzte noch bleihaltige Kraftstoffe. Blei, ein giftiges Schwermetall, wird als Klopfmittel in Avgas in Form von Tetraethylblei, TEL, (CH3CH2)4Pb verwendet. Blei wird während der Verbrennung von Avgas in die Atmosphäre dispergiert., Mit dem Ziel, Bleiemissionen zu reduzieren, arbeiten die FAA und die Environmental Protection Agency (EPA) der Vereinigten Staaten zusammen, um diese Emissionen von Flugzeugen mit Benzinkolbenmotor zu beseitigen. Die Qualifizierung von bleifreien alternativen Avgas kann auch zu Änderungen der Gefrierpunkteigenschaften führen.
Bei sehr niedrigen Temperaturen entwickeln Flugkraftstoffe feste Kohlenwasserstoffkristalle. Der Gefrierpunkttest für Flugkraftstoffe wurde entwickelt, um die Temperatur zu bestimmen, bei der diese Kristalle vollständig verschwinden., Der Gefrierpunkttest ist für Flugkraftstoffe wichtig, da eine Behinderung des Kraftstoffflusses katastrophale Auswirkungen für Flugzeuge haben kann, z. B. die Zerstäubung des Kraftstoffs. In der Vergangenheit stellten die Experten, die Kraftstoffspezifikationen und die Testmethoden zum Testen dieser Spezifikationen entwickelten, fest, dass der in Kolbenflugzeugen verwendete Kraftstoff in der Höhe selten die niedrigen Temperaturen erlebte, die bei Turbinendieselflugzeugen in höheren Höhen häufig auftreten., Avgas-Gefrierpunkte können jedoch aufgrund bestimmter Komponenten, die in heutigen Avgas entweder durch Mischen oder durch Kontamination gefunden werden, negativ beeinflusst werden.
Die Temperaturen des Avgas-Gefrierpunkts liegen normalerweise im Bereich von -100°C oder niedriger, während die Spezifikationen für Strahlkraftstoffe einen Gefrierpunkt von maximal -40°C (Jet A) oder -47°C (Jet A-1) erfordern. Tatsächlich erfordert die Spezifikation zum Testen des Gefrierpunkts von Avgas, ASTM D910, lediglich die Meldung der Gefrierpunkttemperatur als „report < -58°C, wenn keine Kristalle erkannt werden“., Wir fanden heraus, dass der Gefrierpunkt von Avgas durch Kontamination oder durch Zugabe von Aromaten, insbesondere symmetrischen Aromaten, beeinflusst werden kann.
Vor der Entwicklung des automatisierten Gefrierpunktanalysators, wie dem OptiFZP von PAC, war das Erreichen sehr niedriger Temperaturen bestenfalls schwierig und zumindest gefährlich, wenn Trockeneis / Alkohol-Kühlmittellösungen verwendet wurden. Trockeneis / Aceton, Petroleumnaphtha, Methanol oder Ethanol können nur auf etwa -69°C abkühlen.Unterhalb dieser Temperatur muss flüssiger Stickstoff verwendet werden., Der OptiFZP verwendet einen Stirling-Kühler, der auf der zyklischen Kompression und Expansion von Helium, dem Wärmeübertragungsmedium, arbeitet. Der OptiFZP kann einfach und schnell Temperaturen unter -100°C erreichen, ohne dass externe Kältemaschinen erforderlich sind.
In einigen Fällen liegt der Gefrierpunkt von Avgas unter -100°C. Dies bedeutet, dass selbst bei diesen niedrigen Temperaturen keine Kristallisation stattfindet. Abbildung 1 zeigt die Grafik aus dem OptiFZP eines dieser Avgas-Samples. In diesem Fall wurden auch
bei -120°C keine Kristalle gebildet.,
ABBILDUNG 1:
Was den Avgas-Gefrierpunkt bedeutsam beeinflusst, sind Komponenten, die sich erheblich von den in heutigen Mischungen verwendeten Petroleumalkylaten unterscheiden. Ein Beispiel ist die Auswirkung von mit Strahlkraftstoff kontaminiertem Avgas auf die Gefrierpunkttemperatur. Ein Kunde hatte ein echtes Problem mit Düsentreibstoff, der sein Avgas kontaminierte. Um den Effekt der Strahlkraftstoffkontamination auf den Gefrierpunkt zu bestimmen, dosierte der Kunde seine Avgas mit Jet A-1.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Die Ergebnisse sind in ABBILDUNG 2 dargestellt.
TABELLE 1.
ABBILDUNG 2.,
Die Grafik in ABBILDUNG 2 zeigt, dass mit dem OptiFZP geringe Mengen an Strahlkraftstoff, der Avgas verunreinigt, nachgewiesen werden können, da das Gerät sehr niedrige Temperaturen erreichen kann und das Zwei-Detektor-Detektionssystem sowohl große als auch kleine Kristalle aufnimmt.
Symmetrische Aromaten beeinflussen auch die Kristallisation in Avgas. Für eine Lösung, die 10% Benzol in Avgas enthielt, wurden die anfänglichen kleinen Kristalle durch den Hauptdetektor eines OptiFZP bei -98,7°C und größere Kristalle durch den Sekundärdetektor bei -104,9°C nachgewiesen.,0°C, aber die letzten kleineren Kristalle schmolzen bei -39,0°C. Bei normalem Strahltreibstoff beträgt der Unterschied zwischen Kristallbildung und Kristallschmelze etwa 5 oder 6°C. Bei großen und feinen Kristallen kann der Schmelztemperaturunterschied nur wenige Grad oder einige Zehntel Grad betragen. ABBILDUNG 3 zeigt ein typisches Gefrierpunktdiagramm für Düsentreibstoff auf einem OptiFZP. Der Unterschied zwischen der kältesten Temperatur, die Kristalle bilden, und dem Gefrierpunkt beträgt 6,4°C.,
Bei Avgas haben wir festgestellt, dass der Unterschied zwischen der Temperatur, die sich Kristalle bilden, und der Temperatur, bei der der letzte Kristall schmilzt, größer als 60°C sein kann.ABBILDUNG 4 zeigt den Kristallisations-Schmelzpunkt-Graphen auf dem OptiFZP für 10% Benzol in Avgas. Wir erwarten dasselbe Verhalten für jedes symmetrische Objekt. Während wir uns auf die Suche nach Ersatz für 100LL Avgas begeben, können die Zusammensetzungsvariationen dieser Flugkraftstoffe unerwartete Änderungen der erwarteten Gefrierpunkte verursachen., Das OptiFZP, das ein Zwei-Detektor-System verwendet und in der Lage ist, superkalte Temperaturen ohne externe Kühler zu erreichen, eignet sich gut, um dieses Phänomen zu untersuchen.