Nejbližší termíny kurzů: sobota 11.10.2014

Vinuté perly - začátečníci - 3 volná místa 


Kurz kroužkování (chainmaille) - Byzantská vazba  Chainmaille -

  základní vazba

 

 

 

Více v Kurzy a workshopy

Jste zde

Domů

Kahany a hořáky

Pokusím se podat základní přehled o konstrukcích kahanů a hořáků použitelných pro práci se sklem, zejména sodnodraselným. K napsání textu mě inspirovalo hlavně vlastní tápání, pročítání různých internetových diskusí a samozřejmě i rozhovory s několika lidmi.

Předem upozorňuji, že si nedělám patent na rozum a můžu se v některých ohledech i mýlit.

Spalovaná média

Dnešní plynové hořáky spalují buď zemní plyn (metan s příměsí dalších uhlovodíků), nebo různé směsi propanu a butanu. Tam, kde je požadována vyšší teplota plamene, se spaluje acetylen nebo vodík.

Jako oxidační činidlo je používán buď vzduch, nebo kyslík. Protože při spalování ve vzduchu se ohřívá i dusík (vzduch jej obsahuje zhruba 78 %), který jinak do reakce nevstupuje, je teplota plamene nižší a rychlost proudění spalin vyšší, než při spalování kyslíkem.


Spalná tepla jednotlivých plynů a teoretické teploty plamene najdete v následující tabulce. Chybějící hodnoty časem doplním.

Palivo
Spalné teplo
[kJ/kg] 
Spalné teplo
[kJ/m³]
(0 °C, 101,3 kPa)
Teplota plamene vzduch
[°C]
Teplota plamene kyslík
[°C]
Metan 55.760 39.888 1.957 2.810
Etan 51.690 69.250    
Propan 50.410 101.820 1.980 2.820
Butan 49.572 134.020 1.970 2.845
Vodík 142.443 12.790   3.000
Acetylen 50.367 58.990 2.400 3.200

 

Se vzrůstajícím počtem uhlíků v molekule paliva narůstá objem kyslíku potřebný pro spálení stejného objemu paliva. Je proto nutné měnit vzájemný poměr obou plynů. Hodnoty uvedené v tabulce jsou vypočtené ze stechiometrických poměrů příslušných reakcí. V praxi se budou mírně lišit mimo jiné i v závislosti na použitý režim plamene (oxidační/redukční).

Palivo Objem kyslíku potřebný ke spálení 1 m3 paliva
[m3]
Objemový podíl paliva ve spalované směsi
[%]
Objem vzduchu potřebný ke spálení 1 m3 paliva
[m3]
Objemový podíl paliva ve spalované směsi
[%]
Metan 1,75 3,36 8,33 10,71
Etan 3,50 22,22 16,67 5,66
Propan 5,00 16,67 23,81 4,03
Butan 6,50 13,33 30,95 3,13
Vodík 0,50 66,67 2,38 29,58
Acetylen 2,50 28,57 11,90 7,75



Při práci na sklářském kahanu není rozhodující pouze dosažená teplota plamene. Rozhodující je i množství tepla, které je kahan schopný za jednotku času předat svému okolí, tedy tepelný výkon kahanu. Ten je dán množstvím plynu, který je kahan schopný spálit za jednotku času a to zase závisí na konstrukci kahanu a rychlosti hoření. Protože rychlost hoření se vzrůstajícím počtem uhlíků v molekule paliva klesá, může být za jistých okolností výhodnější spalovat vyšší rychlostí méně výhřevné palivo.

Zemní plyn, propan a propan-butan
Zemní plyn je distribuován domácnostem prostřednictvím nízkotlakých rozvodů s přetlakem do 5 kPa (50 mbar), obvykle 2 kPa (20 mbar). To je tlak, na který jsou nastavené všechny běžné drobné spotřebiče. Kahany se připojují k rozvodu přímo bez redukčního ventilu.

Většina výrobců konstruuje kahany tak, aby byly schopné spalovat i propan nebo směs propan-butan. Ty jsou k dispozici ve zkapalněném stavu v tlakových lahvích. Tlak plynu v lahvi závisí na teplotě, rychlost odpařování (maximální možný odběr plynu) závisí na teplotě a volném objemu v tlakové lahvi. Tlak plynu se nastavuje redukčním ventilem podle požadavků připojovaného spotřebiče.
Tyto směsi bývají předmětem noha diskusí a dohadů. Pokusím se tedy do toho vnést trochu jasno. Propan má bod varu -42,1 °C, butan -0,5 °C. To má několik důsledků. Při použití směsi propan-butan (například koupené na benzinové pumpě) se postupně mění složení plynu. V době, kdy je lahev plná, směs obsahuje více propanu, ke konci zbývá butan, který se odpařuje pomaleji. Vzájemný poměr obou plynů ve směsi může rovněž kolísat podle ročního období případně podle toho, k čemu je konkrétní směs určená. Pro použití v letním období ve vařičích nebo pro pohon aut (jako LPG) se používá směs  obsahující 60 % butanu a 40 % propanu. V zimním období může být poměr opačný. Směs tedy bude správně hořet pouze v kahanu, který má možnost regulovat vzájemný poměr paliva a vzduchu (kyslíku).
Pro kahany, které nemají možnost nastavení poměru paliva je proto vhodnější použití čistého propanu, na jehož spalování jsou obvykle již z výroby seřízeny. Použití samotného propanu je rovněž výhodné při připojení více kahanů na jednu láhev, kdy je někdy patrné ochlazování lahve vlivem rychlého odpařování zkapalněného plynu, což může vést až k tomu, že se výrazně zpomalí odpařování plynu (zejména butanu).

Struktura plamene

Jestliže je plyn obsahující uhlík spalován pouze vzduchem, který se nachází v okolí plamene, dochází k okysličování pouze kyslíkem, který se do plamene dostává z okolí difuzí. V tom případě mluvíme o takzvaném svítivém plameni, který má relativně velký objem, nízkou teplotu a obsahuje rozžhavené svítící částečky uhlíku pocházející z tepelného rozkladu paliva. Tento plamen není ke zpracování skla vhodný.

Schematická struktura plamene plynového kahanuPro práci se sklem se používá nesvítivý plamen vznikající při spalování směsi paliva s kyslíkem či vzduchem.
Plyn se mísí se vzduchem či kyslíkem již při vstupu do hořáku a tato směs se postupně spaluje. Při tom přisává i další vzduch ze svého okolí. Před ústím plamenem lze pozorovat vnitřní redukční kužel, a vnější namodralý nesvítivý obal.  Vnitřní kužel obsahuje směs nespáleného plynu a primárního vzduchu (kyslíku). Tato směs se spaluje částečně na povrchu vnitřního redukčního kuželu a spalování se dokončuje ve vnějším obalu sekundárním vzduchem, který difunduje dovnitř do plamene a zároveň je strháván proudem spalin.
Protože v redukční oblasti plamene probíhá neúplné spalování, je zde nižší teplota než ve vnějším obalu.
Rozměry vnitřního redukčního kužele i vnějšího obalu se zmenšují se vzrůstajícím množstvím primárního vzduchu (kyslíku). U kahanů, které umožňují práci se vzduchem a kyslíkem zároveň lze měnit objem plamene i nastavením vzájemného poměru vzduchu a kyslíku. Přidáváním vzduchu se objem plamene zvětšuje vlivem dusíku, který prakticky nevstupuje do chemických reakcí. Někdy lze vzduch využít i ke stabilizaci plamene.
Struktura plamene do jisté míry závisí na konstrukci hořáku.

Konstrukce kahanů

Samodujné kahany
Za nejjednodušší lze považovat samodujné kahany, které ke své práci nepotřebují kromě zdroje spalovaného plynu žádné další zařízení. Plyn je přiváděn do trysky umístěné ve vnitřní části hořáku na konci směšovací trubice. Proud vzduchu je přisáván otvory umístěnými v blízkosti ústí trysky. V ústí hořáku je pak plyn spalován i s pomocí plynu difundujícího z okolí. Kahany bývají seřízeny již z výroby pro spalování určitého paliva (obvykle propan) a nedovolují regulaci výkonu ani volbu oxidačního či redukčního režimu spalování.

Kahany s nuceným přívodem okysličovadla
V profesionální a pokročilé amatérské praxi se obvykle používají kahany s nuceným přívodem okysličovadla. Jako zdroj kyslíku se používá buď vzduch hnaný do kahanu dmychadlem, nebo kyslík přiváděný z tlakové lahve nebo z koncentrátoru kyslíku. Konstrukce profesionálních kahanů pak umožňují použití kombinace více paliv a okysličovadel, případně změny výkonu a geometrie plamene.

Tyto kahany se vyskytují v několika základních konstrukčních uspořádáních.

Základní konstrukční schémata plynových kahanůNěkteré konstrukce (A) jsou obdobou samodujných kahanů. Plyn je přiváděn tryskou do zadní části směšovací trubice, do níž je zaveden i přívod vzduchu nebo kyslíku. Kahany umožňují regulaci vzájemného poměru plynů. Podle spalovaného plynu je v některých případech nutné měnit trysky. Konstrukce může být někdy náchylná ke zpětnému zašlehnutí plamene dovnitř hořáku.

Jiná konstrukce (B) využívá směšovací komůrku, do které je přivedeno palivo a vzduch či kyslík. Směs pak množstvím malých otvůrků odchází do ústí hořáku. Tato konstrukce je výrobně náročnější než předchozí a není nutno měnit žádný díl při přechodu na jiný druh paliva. Kromě toho je konstrukce výhodná i z hlediska bezpečnosti, protože funguje jako zábrana proti zpětnému zašlehnutí plamene.

V kahanech dalších konstrukcí (C) je vlastní hořáková hlava tvořená tělem, ve kterém jsou uložené kapiláry pro přívod kyslíku a okolo nich prochází topný plyn. K míchání dochází bezprostředně před spalováním. Tato konstrukce mimo jiné prakticky eliminuje riziko zpětného zašlehnutí plamene.

Na závěr snad ještě dodatek
V kahanech určených pro spalování plynu kyslíkem je možné použít i vzduch z dmychadla. Je jen nutno počítat s tím, že výkon bude nižší. Použití kyslíku v kahanech na dmýchaný vzduch se nedoporučuje, protože vlivem vyšší teploty plamene může dojít k poškození kahanu, případně může docházet ke zpětnému zašlehnutí plamene vlivem nedostatečného průtoku plynů hořákem.

Přihlášení

Novinky

11/24/2012 - 14:10
12/18/2011 - 17:01