Προσδιορισμός επιφανειακής τάσης καυσίμων - Νικολετόπουλος, Κωνσταντίνος-Γεώργιος (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών (ΙΙΙ). Εργαστήριο Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών, 2017)
Η επιφανειακή τάση αποτελεί μια πολύ σημαντική φυσικοχημική ιδιότητα όλων των υγρών. Πολλές επιστημονικές μελέτες υποδεικνύουν ότι η επιφανειακή τάση είναι ένας καθοριστικός παράγοντας για την ποιότητα της καύσης αφού επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό την διαδικασία ψεκασμού του καυσίμου. Όπως είναι γνωστό καύσιμα ντηζελ τα οποία παρουσιάζουν μικρή πυκνότητα, ιξώδες και επιφανειακή τάση έχουν μικρότερη μέση σταγόνα σε σύγκριση με καύσιμα ντηζελ που παρουσιάζουν αυξημένες τις παραπάνω ιδιότητες. Η μικρότερη μέση σταγόνα του καυσίμου προάγει την καλύτερη έγχυση του καυσίμου στο κινητήρα και την καλύτερη καύση . Οι εκπομπές και οι επιδόσεις ενός κινητήρα ντηζελ σχετίζονται άμεσα με τον ψεκασμό και τον λόγο αέρα καυσίμου και κατά συνέπεια με την οικονομία του καυσίμου. Έτσι συμπεραίνεται ότι η επιφανειακή τάση παίζει έναν πολύ σημαντικό ρόλο στις παραπάνω διεργασίες. Η παρούσα μελέτη αποτελείται από ένα θεωρητικό μέρος το οποίο χωρίζεται σε δύο υποενότητες. Στην πρώτη υποενότητα παρουσιάζεται ο ορισμός της επιφανειακής τάσης των υγρών, ο κεραίος ρόλος της σε φυσικά φαινόμενα καθώς και οι μέθοδοι προσδιορισμού της. Στην δεύτερη υποενότητα παρουσιάζονται οι σημαντικότερες ιδιότητες των καυσίμων οι μέθοδοι με τις οποίες προσδιορίζονται και ο ρόλος της επιφανειακής τάσης στα καύσιμα. Στο πειραματικό μέρος παρουσιάζεται ο προσδιορισμός της επιφανειακής τάσης με τον ζυγό DuNouy (ASTM D-1331). Περιγράφεται η οργανολογία και η πειραματική διαδικασία. Ακολουθεί η περιγραφή της ανάλυσης παλινδρόμησης πολλών μεταβλητών η οποία χρησιμοποιείται στην επεξεργασία των αποτελεσμάτων. Η επιφανειακή τάση μειώνεται γραμμικά με την θερμοκρασία σε όλες τις καθαρές ουσίες και στα δείγματα τα οποία προσδιορίσθηκαν σε κάθε θερμοκρασιακό βήμα 25οC, 40 οC,60 οC. Οι καθαρές ουσίες ο οποίες προσδιορίσθηκαν ήταν αρωματικές, διαρωματικές αλειφατικές και αλεικυκλικές. Παρατηρήθηκε ότι η αύξηση των ατόμων άνθρακα σε κάθε καθαρή ένωση αυξάνει την επιφανειακή τάση. Στη συνέχεια περιγράφεται η σχέση της επιφανειακής τάσης των δειγμάτων με άλλες ιδιότητες των καυσίμων όπως η πυκνότητα, το ιξώδες, η περιεκτικότητα αρωματικών υδρογονανθράκων. Τέλος ακολουθεί η ανάλυση παλινδρόμησης πολλών μεταβλητών για τον προσδιορισμό της επιφανειακής τάσης από τις ιδιότητες των καυσίμων (πυκνότητα, ιξώδες, υπολογιζόμενος δείκτης κετανίου (CCI) θερμοκρασίες ανάκτησης (Τ10,Τ50,Τ90), %περιεκτικότητα σε Μονοαρωματικά, Διαρωματικά, Τριαρωματικά, Πολυαρωματικά, Ολικά). Για την πρόβλεψη της επιφανειακής τάσης στους 25 οC έγινε η προσομοίωση 17 μοντέλων εκ των οποίων παρουσιάζεται αυτό που εμφανίζει τον καλύτερο συντελεστή συσχέτισης (μοντέλο N.6 R2=0.54). Ακολουθεί η πρόβλεψη της επιφανειακής τάσης για τους 40οC για την οποία χρησιμοποιήθηκαν 22 μοντέλα και παρουσιάζεται αυτό με τον καλύτερο συντελεστή συσχέτισης (μοντέλο N.10 R2=0.62). Τέλος προβλέπεται η επιφανειακή τάση για τους 60οC για την οποία χρησιμοποιήθηκαν 17 μοντέλα και παρουσιάζεται αυτό που εμφανίζει τον καλύτερο συντελεστή συσχέτισης (μοντέλο N.6 R2=0.61).