Снаряжение
Как известно, газ хранится в туристических баллонах в жидком виде. Жидкий газ замерзает при температуре ниже -100°С. Бутан замерзает при -130°С, изобутан -160°С, пропан при -180°С. Поэтому газ зимой замерзнуть не может. Однако при отрицательных температурах газ перестает испаряться и переходит из газообразного состояния в жидкое. Для бутана это температура (приблизительно) -1°С, изобутана -12°С, пропана -40°С. При этих температурах газовая горелка, заправленная соответствующим видом топлива, перестает работать. Газовая смесь, состоящая из разных газов, имеет усредненную температуру работоспособности, на большинстве зимних газовых баллонов написано «до -20°С». Для нас с точки зрения анализируемой проблемы главным является то, что газ зимой замерзнуть не может. Но может замерзнуть вода, образовавшаяся внутри газовой горелки на основе конденсата, либо которая попала в топливный канал случайно.
Приведу пример из собственной практики в лыжном туризме. К вечеру вода в термосах закончилась, и параллельно установке лагеря было решено вскипятить воду для чая. После окончания кипячения воды горелка было откручена от баллона и положена в тарелку для остывания, а баллон отправился «под куртку». Пока ставили палатку, мела поземка, про горелку забыли, и когда я взял горелку, чтобы убрать её в рюкзак, оказалось, что она занесена снегом. Снег на теплой горелке растаял, вода залилась в полость цилиндра, где накручена резьба, и внутрь топливного канала, и там заледенела. Проблему со льдом в топливном канале решил костер, лед удалось растопить. А если бы подобная история случилась в тундровой зоне? Конечно, проблема была бы решена и без костра (лед растаял бы через определенное время при нахождении горелки под курткой), но как быть, если горелка нужна «здесь и сейчас»?
Далее я периодически возвращался к этой истории, пытаясь найти путь решения проблемы быстрого устранения ледяной пробки из топливного канала газовой горелки в походных условиях. И вот возникла идея. Известно, что существуют газовые горелки, в которых газ подается в горелку в жидком виде, это горелки JetBoil с перевернутым баллоном. А что будет, если в топливный канал, который закупорен ледяной пробкой, жидкий газ? Теоретически он должен растворить ледяную пробку.
Были проведены соответствующие эксперименты, которые заключались в следующем. Вначале в перевернутую вниз головой газовую горелку откручивающегося типа и отдельно в головку переходника топливного шланга заливалось около 1 мл воды, после чего горелка и шланг помещались в морозильник холодильника. Через 30минут вода внутри горелки и шланга превращалась в лед, надежно перекрывая топливный канал. На следкющем этапе резьба горелки и переходник шланга механически очищалась от льда, после чего горелка накручивалась на баллон (либо цанговый баллон подключался к шлангу), далее баллон переворачивался вниз головой и удерживался в таком положении.
Результаты эксперимента.
Жидкий газ растворил ледяную пробку внутри топливного канала газовой горелки, а также в шланге газовой горелки за несколько минут. Повторение эксперимента несколько раз дало аналогичные результаты. Таким образом, решение задачи устранения ледяной пробки в топливном канале газовой горелки, а также в шланге, было найдено.
В контексте рассматриваемого вопроса важным является понимание механизма образования и замерзания конденсата в топливных каналах газовой горелки. Попытка найти соответствующую информацию оказалась безрезультатной. Случаев, когда газовая горелка отказывалась работать на морозе великое множество, но анализ причин возникшей ситуации обычно сводился к заключению «не работает горелка; я и тряс её, и крутил, и под мышкой держал, и на костре грел; видимо газ замерз».
Заметим, что процесс образования из воздушных паров капель воды хорошо изучен в метеорологии. Проблема обледенения хорошо изучена в авиации. При этом авиация - это редкая область техники, где изучена проблема обледенения капель. Помимо авиации проблема обледенения хорошо изучена в морской практике.
В плане рассматриваемой проблемы ключевыми являются два вопроса.
Вопрос №1. Может ли в топливном канале газовой горелки возникнуть конденсат и на основе конденсата сформироваться крупная капля воды.
Классическим примером образования капель воды в природе являются роса, которая образуется в результате охлаждения воздуха, находящегося над поверхностью земли. При этом из воздуха вытесняется вода в виде пара. Данный пар может висеть над землей в виде тумана, а может превратиться в воду при соприкосновении с предметом, поверхность которого легко отдает накопленное тепло (то есть, быстро остывает) и не впитывает влагу. Этот процесс называется конденсация. Слабый конденсат – это тонкая пленка воды, сильный конденсат – это капли воды.
Образование росы начинается после захода солнца, когда происходит интенсивное охлаждение земной поверхности. Роса образуется при положительных температурах, при отрицательной температуре пар в природе при конденсации сразу переходит в иней. Соотношение между концентрацией водяных паров в воздухе и температурой внешней среды, при которой происходит образование росы, отражено в понятии «точка росы».
Способность воздуха накапливать водяные пары не безгранична. Существует понятие «относительная влажность воздуха», которое отражает количество влаги в воздухе относительно возможного максимума. Относительная влажность воздуха 100% означает, что воздух больше не может принимать в себя воду. После того, как относительная влажность воздуха по мере остывания достигает 100%, остальная вода, содержащаяся в воздухе, оседает (конденсируется) на различных поверхностях в виде водяной пленки или росы.
Для образования конденсата в виде капель и их последующего замерзания идеальными условиями является относительно теплая погода днем, высокая влажность над поверхностью земли вечером и мороз утром.
Естественно, что конденсат формируется не только на внешней поверхности горелки и топливного шланга, так и на внутренних поверхностях. Но при этом возникает вопрос – может ли конденсат в виде капли сформироваться внутри горелки и шланга, если горелка накручена на баллон с газом и её внутренние полости не имеют сообщения с внешней средой?
Объём и размер капли воды на основе конденсата
"http://abcibc.com/info-drop-volume.php" rel="nofollow"
Конденсированная капля представляет собой небольшой объём воды, которая удерживается на поверхности предмета благодаря силам поверхностного натяжения. Объём небольшой капли воды находится в пределах 0.03 – 0.05 мл. Крупная капля может иметь объём 0,5 мл и более.
Капля воды, имеющая объём 0.03 – 0,05мл, имеет диаметр в пределах 0,5-0,7 мм. При замерзании размер капли немного увеличивается. Диаметр жиклера газовой горелки составляет 0,1- 0,4 мм (в зависимости от мощности горелки). То есть, даже небольшая замёрзшая капля воды способна полностью перекрыть жиклер горелки.
Чтобы получить количество воды 0.03 – 0,05мл, необходимое для образования небольшой капли, требуется определенное количество паров воды в воздухе. Например, при -3°С (когда капля из пресной воды может превратится в лед) количество воды в воздухе составляет ≈3,9 г/м3. Содержание воды в воздухе при различных точках росы отражено в следующем источнике: "http://www.bastion7.ru/faq6.html" rel="nofollow"
Сколько воздуха требуется для образования 1 капли воды? Данное значение отражено в следующей таблице
Температура воздуха (град. С) -3 -10 -25
Объем воздуха (л) 7,7 14 54
Очевидно, что объем воздуха, содержащийся в топливном канале газовой горелки, недостаточен для образования даже одной небольшой капли воды. Таким образом, если горелка накручена на баллон и её внутренние полости не имеют сообщения с внешней средой, конденсат в виде капли внутри горелки и шланга сформироваться не может.
Вопрос №2. Может ли замерзшая капля оторваться от стенки топливного канала и «начать жить своей жизнью».
Наиболее хорошо процесс замерзания капли изучен в авиации. Замечено, что замерзание капли начинается со стороны стенки металлической пластины, на которой находится капля, а не с поверхности капли. "http://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/43187" rel="nofollow"
При этом она как бы приваривается к металлу, после чего её растекание или стекание становятся невозможными.
Таким образом, образование «ледяной пробки» в топливном канале газовой горелки видится следующим образом. Внутри горелки, открученной от баллона с газом и имеющей прямой контакт с окружающим воздухом, в определенных условиях образуется конденсат – такой же, как на наружной стороне горелки. На основе конденсата формируется капля воды, которая стекает в зону накопления воды в месте сужения или поворота топливного канала под 90°, а также в нижнюю точку прогиба топливного шланга, где замерзает, тем самым перекрывая топливный канал.
То есть, если горелка, которая вчера прекрасно работала, сегодня не работает или «плюется газом», надо вспомнить – не было ли на горелке в момент запуска конденсата в виде замерзшей пленки воды или инея. И стоит на несколько минут при открытом вентиле перевернуть баллон вниз головой, удерживая его над горелкой.
Заметим, что конденсат в горелке может образоваться при отрицательных температурах, когла горячая горелка после окончания приготовления пищи отсоединяется от баллона вечером, в условиях высокой влажности. При этом теплый воздух внутри горелки вступает в контакт с охлаждающейся поверхностью металла, что приводит к образованию конденсата внутри горелки по тому же принципу, как запотевают очки при входе в теплое помещение.
Добавить публикацию
Комментарии