Grafika interaktywna

Polecenie 1

Czy amoniak może być zastosowany jako paliwo? Które właściwości pozwalają na branie go pod uwagę jako nośnika energii? Zapoznaj się z grafiką interaktywną umieszczoną pod galerią mediów, przedstawiającą użycie amoniaku jako paliwa alternatywnego, a następnie wykonaj ćwiczenia 1 i 2.

Przed przystąpieniem do grafiki interaktywnej, dowiedz się więcej na temat budowy silnika spalinowego. Pomoże Ci to w zrozumieniu niektórych terminów użytych w grafice interaktywnej z polecenia nr 1.

R1DZ2f2vv7C2E

Budowa cylindra. Grafika pochodzi z witryny wikipedia.org. Autor: Wapcaplet

Źródło: Wapcaplet, dostępny w internecie: commons.wikimedia.org, licencja: CC BY-SA 3.0.

R1Nd4ahFzcMZp

Zasadza działania silnika spalinowego. Grafika pochodzi z witryny wikipedia.org. Autor: UtzOnBike
Źródło: Wapcaplet, dostępny w internecie: commons.wikimedia.org, licencja: CC BY-SA 3.0.

Grafika interaktywna

R1BvF85Grakka1

Grafika - amoniak jako paliwo alternatywne. Ilustracja przedstawia samolot na tle nieba. Na jego powierzchni widnieje napis: U.S. AIR FORCE. Opisano: 1. Właściwości amoniaku. Model kulkowy cząsteczki amoniaku. Trzy białe kulki dołączone do niebieskiej, większej, poprzez wiązania pojedyncze - grube pojedyncze linie. Gęstość energetyczna ciekłego amoniaku wynosi 11,5

\frac{MJ}{{dm}^{3}}

, czyli około jednej trzeciej gęstości oleju napędowego. Amoniak może być przekształcony w wodór, a następnie zastosowany do zasilania wodorowych ogniw paliwowych lub też można go wykorzystać bezpośrednio w wysokotemperaturowych ogniwach paliwowych. Konwersja amoniaku do wodoru jest osiągalna, podczas w reakcji z sodem, w której oprócz wodoru powstaje amidek sodu: $Na + {NH}_{3 (g)} \to {NaNH}_{2} + H_{2 (g)}$ 2. Amoniak a wodór. W porównaniu z wodorem, amoniak jest znacznie bardziej energooszczędny, ponieważ może być wytwarzany, przechowywany i dostarczany po znacznie niższych kosztach niż wodór, który musi być sprężony jako ciecz kriogeniczna (posiada temperaturę niższą niż temperatura wrzenia metanu w warunkach normalnego ciśnienia, czyli -162°C). 3. Amoniak jako alternatywa dla paliw kopalnych. Alternatywą dla paliw kopalnych, wykorzystywanych w silnikach spalinowych, może być amoniak. Na zdjęciu jest fabryka. Widoczne są liczne wieże, budynki. W tle jest las. Grafika przedstawia kopalnię ropy naftowej i gazu ziemnego w Lubiatowie. Amoniak charakteryzuje się wysoką liczbą oktanową (120) oraz niską temperaturą płomienia, co pozwala na stosowanie wysokich współczynników sprężania* bez utraty wysokiej produkcji ${N O}_{x}$ . Niestety emisja ${N O}_{x}$ jest niebezpieczna dla środowiska i zdrowia ludzkiego. Pozytywną stroną amoniaku jest to, że nie zawiera węgla, czyli jego spalanie nie prowadzi do emisji tlenku węgla(IV), tlenku węgla(II), węglowodorów ani sadzy. Stopień sprężenia charakteryzuje stosunek objętości cylindra silnika, gdy tłok osiąga położenie w górnym, martwym punkcie do objętości cylindra silnika, gdy wówczas znajduje się w dolnym, martwym położeniu. 4. Emisja dwutlenku węgla. Chociaż produkcja amoniaku wywołuje ok. 1,8% globalnej emisji dwutlenku węgla, w raporcie Royal Society widnieje stwierdzenie, że „zielony” amoniak może być wytwarzany przy użyciu wodoru o niskiej zawartości węgla. Uzyskanie zerowych celów netto oraz całkowita dekarbonizacja produkowania amoniaku są możliwe do osiągnięcia do 2050 r. Grafika przedstawia wzór sumaryczny tlenku węgla(IV) - ${C O}_{2}$ . 5. Amoniak w silnikach samochodowych. Zastosowanie amoniaku w istniejących silnikach pracujących w cyklu Otta nie jest łatwe do osiągnięcia z powodu jego bardzo wąskiego zakresu palności. Ponadto znane są też inne bariery przeszkadzające jego ogólne użycie jako paliwa w samochodach osobowych. Cykl Otta jest to szereg odwracalnych, dowolnych przemian termodynamicznych, składających się z czterech procesów, takich jak ssanie, sprężanie, praca (rozprężanie), wydech. Grafika przedstawia samochody osobowe. Samochody zaparkowane są przy ulicy. W tle znajdują się drzewa. 6. Amoniak jako paliwo w samochodach osobowych. Pierwszym samochodem, który przekonstruowano na działanie wykorzystujące amoniak jako paliwo, był Chevrolet Impala z 1981 r. W 2007 r. na Uniwersytecie w Michigan, zbudowano lekką ciężarówkę typu pickup z amoniakiem i benzyną, która przejechała trasę z Detroit do San Francisco w ramach demonstracji, wymagając tylko jednego napełnienia w Wyoming. Grafika przedstawia Chevrolet`a. Samochód ma żółty kolor. W tle jest pustkowie. 7. Silniki rakietowe Również w silnikach rakietowych można wykorzystać zasilane amoniakiem. Przykładem jest Silnik rakietowy XLR99, który napędzał hipersoniczny samolot badawczy X-15. Jako paliwo została w nim wykorzystany ciekła odmiana. Pomimo mniejszej mocy w porównaniu do innego typu paliwa, aplikacja amoniaku nie prowadziła do wydzielania się sadzy w silniku rakietowym wielokrotnego użytku, a jego gęstość w przybliżeniu odpowiadała gęstości utleniacza (ciekłego tlenu), co pomogło uprościć konstrukcję samolotu. Grafika przedstawia silnik rakietowy XLR-99. Na zdjęciu jest skomplikowany układ metalowych części i kabli. 8. Silniki amoniakalne Silniki amoniakalne, wykorzystujące amoniak jako płyn roboczy, były okazjonalnie stosowane, a zasada ich działania opierała się na idei znajdującej się w lokomotywie bezogniowej, z tym, że jako płyn roboczy zamiast pary lub sprężonego powietrza stosowany był amoniak.

Goldsworthy Gurney w Wielkiej Brytanii i linia tramwajowa St. Charles Avenue w Nowym Orleanie w latach 70. i 80. XIX w. eksperymentowały z użyciem silników amoniakalnych, a podczas II wojny światowej zasilano nim autobusy w Belgii. Na zdjęciu jest wagon tramwaju przejeżdżającego przez miasto, w środku są ludzie. Grafika prezentuje tramwaj St. Charles przejeżdżający przez ulicę Nowego Orleanu.

\frac{MJ}{{dm}^{3}}

Grafika interaktywna pt. Amoniak jako paliwo alternatywne

Źródło: Rong, L.; Shanwen, T. ,Ammonia as a suitable fuel for fuel cells. Frontiers in Energy Research. 2014, 2, 35., domena publiczna.

Polecenie 2

Czy amoniak może być używany do wykańczania obróbki drewna? Na czym polega dymienie drewna amoniakiem? Zapoznaj się z grafiką interaktywną, a następnie przejdź do rozwiązania ćwiczenia nr 3.

RCZTaXpR0JCSJ1

Grafika: dymienie drewna amoniakiem. Ilustracja przedstawia drewnianą ławkę z wyrzeźbionymi z tego samego materiału kolumnami, stoisko chóru kościelnego. Opisano: 1. Dymienie amoniakiem Jednym z procesów wykańczania drewna jest dymienie amoniakiem, który ma na celu przyciemnienie drewna i uwydatnienie jego słojów. Podczas tego procesu wystawia się drewno na działanie oparów stężonego roztworu wody amoniakalnej, aby ulegało reakcji z taninami. Najlepsze efekty dymienia obserwuje się w przypadku białego dębu, ze względu na wysoką zawartość garbników. Inną nazwą dębu dymionego jest dąb wędzony. Grafika przedstawia zmianę koloru dębu w czasie przebywania w komorze amoniakalnej. Drewno staje się coraz ciemniejsze z czasem. Dymieniu amoniakiem poddaje się również inne gatunki drewna, jednak w ich przypadku nie obserwuje się tak spektakularnych efektów jak z białym dębem. 2. Historia. Zaobserwowano w Anglii, że deski dębowe przechowywane w stajni pociemniały, co było efektem reakcji oparów amoniaku (z moczu konia) z drewnem. Odkrycie to spowodowało, że pod koniec XIX i na początku XX w. metoda ta stała się uznana przez producentów mebli w ruchu Arts and Crafts. Proces dymienia amoniakiem do Stanów Zjednoczonych wprowadził Gustav Stickley w 1901 r., który udoskonalał technikę w linii produkcyjnej mebli Mission style rodziny Stickley. Ilustracja przedstawia mężczyznę w garniturze z białą koszulą i muchą. Ma krótkie włosy. Metoda przyciemniania drewnianej architektury całego pokoju, poprzez umieszczenie w nim misek z amoniakiem i uszczelnienie go, została również opisana przez Gustav`a Stickley`a. Jednak ze względu na jej niską praktyczność i zagrożenie dla osoby, która umieszczała amoniak bez dostępnego w tamtych czasach wyposażenia ochronnego, przyciemnianie mebli na dużej powierzchni nie spotkało się z dobrą opinią. 3. Proces dymienia. W szczelnej komorze umieszcza się przeznaczone do dymienia amoniakiem drewno. Wszystkie powierzchnie przeznaczone do dymienia powinny być nastawione na działanie swobodnie krążącego gazu. Na dnie szczelnej komory umieszcza się duży płytki pojemnik z roztworem wody amoniakalnej. Amoniak można uzupełniać w trakcie procesu, jeśli obiekt przeznaczony do dymienia jest dużych rozmiarów lub czas trwania procesu powinien trwać przez dłuższy okres. Czas dymienia jest zależny od: wymaganego stopnia zaciemnienia; wielkości komory; mocy użytego amoniaku. Aby w pełni wydobyć efekt przyciemniania drewna, należy je po barwieniu amoniakiem zaolejować. Ilustracja przedstawia drewnianą deskę. Grafika prezentuje europejski dąb biały po okadzeniu i olejowaniu. 4. Zalety i wady dymienia amoniakiem. Dymienie ma przewagę nad barwieniem, ponieważ nie zasłania słojów w drewnie, a jedynie je przyciemnia, także nie powoduje plam i zacieków, a otrzymany kolor jest trwały. Negatywnym aspektem zaś jest precyzja (różne partie drewna będą reagować w inny sposób na dymienie) oraz bezpieczeństwo (rozpryski amoniaku mogą poparzyć skórę, a opary mogą spowodować oparzenia oczu i płuc).

Grafika interaktywna pt. Dymienie drewna amoniakiem

Źródło: David M. Cathers, Gustav Stickley, Phaidon Press, 2003 ISBN 0714840300; Kevin Rodel, Fuming with ammonia, in Finishes & Finishing Techniques, pages 56–60, Taunton Press, 1999 ISBN 1561582980;, domena publiczna.

R123GNYnsl7e3

Ćwiczenie 1

RZ7ikGAwieUe4

Ćwiczenie 2

Ćwiczenie 3

Wyjaśnij, co to jest dymienie amoniakiem i na czym polega.

R9U2zid0lUYpb

Przeczytaj

Sprawdź się