Базовые определения и термины

Я провел различия между топливными смесями и топливными растворами для горелок. В действительности ситуация более сложная, но перед тем как вдаваться в детали, давайте обратимся к науке. Так мы сможем упростить наши последующие объяснения.

• В любой жидкости молекулы движутся хаотически, но между ними существуют связи. Связи между отрицательно заряженными молекулами называются связями Ван-Дер-Вальса (Нидерландский физик Ван-дер-Ваальс доказал существование критической температуры, различной для разных газов, выше которой газ, независимо от величины давления, нельзя было перевести в жидкое состояние). Эти связи сильнее связей между положительно заряженными ионами – например, соли – и молекулами воды. В газе связи между молекулами практически отсутствуют, а в твердых веществах связи напротив – сильны и стабильны.
• когда соль растворяется в воде, устойчивые связи между натрием и хлором разрушаются и атомы превращаются в ионы. Эти ионы в воде могут образовывать электро-статичекие связи с молекулами воды. Именно это и есть раствор.
• Сила связи между молекулами бутана очень близки с силами связи между молекулами пропана. В зависимости от этой силы молекулы и принимают свою форму.
• Молекулы пропана и бутана всегда отрицательно заряжены, в отличие от молекул воды.
• Жидкость кипит когда скорость движения (энергия) молекул становится достаточной для разрыва окружающих связей
• Температура определяет уровень энергии накопленной молекулой в жидкости. Чем больше температура, тем больше энергия и скорость движения молекул. Однако, не все молекулы имеют одинаковую энергию. Некоторые молекулы будут обладать чуть большей энергией и будут первыми освобождаться (испаряться).
• Чем больше молекула, тем медленнее она будет двигаться и медленнее набирать необходимую энергию для освобождения. Таким образом чем больше молекулы тем большую температуру они должны набрать прежде чем отдельные молекулы накопят энергию необходимую для освобождения. Таким образом – чем больше молекулы, тем выше будет температура кипения.
• При температуре ниже точки кипения маленькая часть молекул все равно обладает энергией необходимой для разрыва связей с окружающими молекулами и освобождения. Эти испарившиеся молекулы в паре над жидкостью будут образовывать давление пара.
• Когда жидкость состоит из нескольких веществ, каждое вещество будет иметь свое частичное давление пара в паре над жидкостью. Сумма этих частичных давлений паров этих веществ будет определять суммарное давление пара для этой жидкости.
• Когда вещество составляет х% от раствора, то его давление пара будет составлять х% от общего давления пара данного раствора. Это закон Raoult’а (Рауля Франсуа Мари). Однако нужно заметить что данный закон справедлив лишь для идеальных растворов – в которых сила молекулярных связей составляющих одинакова.

Смесь – что это такое?

Я разделяю понятия “смесь” и “раствор” применительно к топливу для газовых горелок. Но на самом деле ситуация более запутанная. Нет определения слову “смесь” как и нет определения для смеси, скажем, пропана и бутана. Некоторые называют это смесью, а некоторые – раствором. Можно называть и так и так. Давайте рассмотрим что происходит при смешивании жидких пропана и бутана. Они легко смешиваются так как обе жидкости неполярны. В результате столкновений множество связей между молекулами бутана будут разрушены и заменены связями между молекулами бутана и пропана. Энергии связей одинаковы -поэтому молекулам без разницы. В результате смесь будет выглядеть так же как например жидкий бутан. Она попадет под определение идеального раствора но в тоже время может с успехом называться смесью.

Что такое кипение?

Кипение – есть испарение всем объемом жидкости.

Кипение происходит когда общее парциальное давление жидкости превышает атмосферное давление. Парциальное давление воды достигает атмосферного (на уровне моря) при 100 градусах и она закипает. Если вы в горах, где атмосферное давление ниже – вода будет кипеть при температуре ниже 100 градусов.

То же самое происходит и со смесями газов которые мы используем в качестве топлива. Жидкость испаряется и при температурах ниже точки кипения – изменяется лишь интенсивность испарения. При испарении жидкость теряет молекулы с самой высокой энергией. Именно по этому температура оставшейся жидкости падает – газовый баллон после продолжительной работы охладится.

Кипение бутана и пропана

Бутан кипит при 0.5 С, а пропан при -42С. Причиной данного различия являются разные молекулярные массы и силы межмолекулярных связей пропана и бутана, что в свою очередь является следствием разного размера и формы молекул пропана и бутана. Учитывая эти особенности – точка кипения смеси будет конечно где-то между температурами кипения её составляющих.

При какой самой низкой температуре мы не сможем получить пар из балона?
Когда температура смеси падает ниже точки ее кипения пар перестает выходить из балона.
Это будет зависеть от смеси газов. И об этом мы расскажем ниже…

Кипение изобутана

Обычно производители используют обычный бутан с температурой кипения -0.5С. Некоторые же, включая MSR и Kovea предлагают газовые баллоны с изобутаном вместо бутана. Изобутан кипит при -12С.

В чем отличие и что это отличие нам дает?

Отличие изобутана от бутана состоит в различном расположении атомов углерода. Существует единственный способ расположить в линию 3 атома углерода. Однако бутан имеет 4 атома. Если он прикрепляется к концу цепочки – мы получаем бутан, а если он прикреплен к среднему атому – получаем изобутан.

С технической точки зрения отличие заключается в снижении температуры кипения топливной смеси, которая все так же остается идеальным раствором.

Общие правила использования газового топлива в условиях низких температур

В условиях низких температур залогом успеха использования газового топлива является поддержание положительной температуры баллона. Поэтому Вы всегда должны быть уверены в том, что сможете подогреть газовый баллон – своим теплом или теплом таблетки сухого спирта.

На ночь следует положить баллон предназначающийся для приготовления завтрака в жилой спальник. Днем – за пол часа до начала приготовления еды – положить баллон под пуховку к телу.

В процессе работы горелки нужно использовать часть тепла выделяемого при сгорании для подогрева болона. В этом поможет тепловой экран. Удобно в качестве теплового экрана использовать стеклоткань. Важно чтобы температура баллона была не более +50 градусов Цельсия.

На практике следует придерживаться правила – если рука чувствует что баллон теплый – нужно уменьшать подогрев баллона; если рука чувствует что баллон горячий – нужно немедленно выключить горелку и прекратить нагрев газового баллона. Поставить его в снег.

Используя тепловой экран нужно постоянно контролировать температуру баллона. Так же следует обращать внимания на пластмассовые детали горелки и не допускать их оплавления.

Чтобы не класть в спальник вечером холодный баллон – на завтрак используйте тот же баллон что и вечером и сразу после вечернего выключения горелки уберите газовый баллон в спальник.

Эксплуатация вертикальных газовых горелок (монтирующихся на баллон сверху)

Используя газовые горелки монтирующиеся на баллон сверху (без шланга) зимой – правильно подготовьте место.

Основание должно быть горизонтальным, обеспечивающим теплоизоляцию от снега. Недопустимо ставить горелку на снег – это будет дополнительно охлаждать газовый баллон и создаст возможность протаивания основания (особенно при использовании теплового экрана) и падения горелки с котелком. Это может произойти даже через тканевое дно палатки.

Использовать тепловой экран с горелками монтирующимися на баллон сверху (без шланга) нужно с особой осторожностью – предусматривать возможность быстрого снятия экрана и постоянно контролировать температуру газового баллона.

Эксплуатация газовых горелок со шлангом

Газовая горелка со шлангом упрощает использование части тепла сгорающего газа для подогрева баллона. При достаточном нагреве баллона Вы можете убирать баллон за пределы теплового экрана и обеспечить максимальную экономию газа укрыв стеклотканью горелку и котелок. Основание под горелкой не должно протаивать. В критических ситуациях возможен подогрев баллона непосредственно на пламени горелки и постановка баллона на котелок стоящий на горелке. В этом случае нужно особенно внимательно контролировать температуру баллона и положение газового шланга относительно пламени.

Предпочтительно использовать газовую горелку со шлангом оборудованную испарительным контуром – стальной трубкой которая врезана в газопровод между баллоном и горелкой и проходит через область горения газа. В такой горелке газовый баллон будет меньше остужаться из-за испарения газа – основное испарение будет происходить не в баллоне а в трубке вне баллона.

Газовая горелка со шлангом или без?

К плюсам газовой горелки без шланга можно отнести лишь компактность и малый вес. Все остальные плюсы – за газовой горелкой со шлангом.

Газовая горелка со шлангом:
• Более устойчива
• Проще подогревать газовый баллон зимой
• Проще экономить газ укрывая горелку и котелок стеклотканью – без риска перегреть баллон

Выводы. В какой мороз будет работать моя горелка.

В реальности температура кипения топливной смеси будет изменяться вместе с изменением пропорции газов в смеси.

Смесь пропан-изобутан будет работать при низких температурах немного лучше чем смесь пропан-бутан. В любом случае не стоит брать с собой горелку без шланга если на маршруте ожидаются отрицательные температуры.

Если же планируется зимний поход, то горелки однозначно должны быть шланговые. Нужно понимать, что при температурах ниже 20 градусов Цельсия начинать использование нужно с согревания баллона.

При температуре 24 градуса Цельсия ниже ноля Ковеевский зеленый баллон перестает выдавать газ и без внешнего подогрева горелку не зажечь. Для зимних условий эксплуатации подходят только газовые горелки со шлангом и предпочтительно с испарительным контуром.