فرادرساعداد اکتان و ستان چه تفاوتی با یکدیگر دارند؟ — به زبان ساده
اعداد «اکتان» (Octane) و «ستان» (Cetane)، استانداردی برای اندازه‌گیری تمایل سوخت به اشتعال خودبهخودی هستند. این اعداد به ترتیب کیفیت عملکرد بنزین و دیزل را اندازه‌گیری می‌کنند. سوختی که عدد اکتان بالایی دارد، عدد ستان پایینی خواهد داشت. عکس این موضوع نیز برقرار است؛ یعنی سوختی با عدد ستان بالا عدد اکتان پایینی دارد. این موضوع یکی از دلایلی است که نمی‌توان سوخت بنزین را برای موتور دیزلی و سوخت دیزل را برای موتور بنزینی استفاده کرد.
عدد اکتان چیست؟
عدد اکتان مقدار ایزو اکتان (Iso-Octane) موجود در مخلوط ایزو اکتان و هپتان (Heptane) را در شرایط عملیاتی استاندارد نشان می‌دهد. وقتی می‌گوییم عدد اکتان بنزینی ۹۰ است یعنی کیفیت سوخت این بنزین با مخلوطی از ۹۰ درصد سوخت ایزو اکتان و ۱۰ درصد هپتان برابر است.
به بیان ساده‌تر درجه اکتان میزان مقاومت سوخت در مقابل اشتعال خودبهخودی در موتور بنزینی را بیان می‌نماید. به سبب فشردن شده هوا و سوخت با یکدیگر، دمای بنزین بالا می‌رود. حال ترکیب سوخت و هوا باید منتظر زمان مناسب و ایجاد جرقه توسط شمعک‌ها برای انفجار باشد. بنزینی که عدد اکتان پایینی دارد ممکن است قبل از ایجاد جرقه یا در زمان نامناسب به صورت خودبهخودی منفجر شود. این فرایند مخرب باعث ایجاد ضربه در موتور می‌گردد.
مدت زمان بیشتری طول می‌کشد تا سوختی که عدد اکتان بالایی دارد شعله‌ور شود؛ با این حال این سوخت بیشینه بازده انرژی را در موتور بنزینی فراهم می‌کند. این در حالی است که سوخت با عدد اکتان پایین سریعا در طول فشرده‌سازی با هوا ایجاد احتراق می‌کند و بازده حرارتی کمتری به دست می‌آید. عدد اکتان ایزو اکتان را برای مقایسه برابر ۱۰۰ در نظر می‌گیرند.
عدد ستان چیست؟
ستان نوعی ترکیب شیمیایی است که با نام هگزادکان (Hexodecane) شناخته می‌شود. این ترکیب، به اشتعال خودبهخودی تحت فشرده‌سازی با هوا تمایل دارد. از این جهت به سوختی کاملا از هگزادکان یا ستان، عدد ۱۰۰ را نسبت می‌دهند.
عدد ستان یک سوخت را می‌توان درصد حجمی ترکیب ان-هگزادکان در مخلوطی همراه با «۱-متیل نفتالین» (1-Methylnaphthalene) تعریف کرد. ۱-متیل نفتالین ترکیبی است که باعث تأخیر در اشتعال سوخت می‌شود؛ بنابراین عدد ستان دقیقا عکس عدد اکتان است که تمایل سوخت‌های دیزل را به اشتعال در هنگام فشرده‌سازی بیان می‌کند. به عبارت دیگر عدد ستان سرعت شروع اشتعال سوخت در هنگام فشرده‌سازی در موتور را اندازه‌گیری می‌نماید.
این عدد زمان تاخیر میان شروع پاشش به داخل محفظه احتراق و شروع احتراق سوخت را نشان می‌دهد. در طی این تاخیر زمانی، سوخت جمع می‌شود و سپس محترق می‌گردد و این احتراق به صورت انفجار صورت می‌گیرد تا بتواند یک ضربه قدرتمند تولید نماید. هر چه زمان تاخیر کمتر باشد احتراق یکنواخت‌تر خواهد بود.
تفاوت‌های بین اعداد اکتان و ستان
اعداد اکتان و ستان دقیقا عکس یکدیگر هستند. این اعداد - البته با معیارهای سنجش مختلف - تفاوت‌هایی دارند. در ادامه تعدادی از تفاوت‌های اساسی این دو بیان خواهد شد.
۱. تفاوت‌های کلیدی
عدد اکتان مقدار مقاومت سوخت در مقابل پیش‌سوزی هنگام فشرده‌سازی در موتور بنزینی را نشان می‌دهد. سوختی که عدد اکتان بالایی دارد، سوخت ایده‌آلی برای موتور بنزینی است.
عدد ستان مقدار تاخیر در شروع به سوختن در موتور دیزلی را اندازه می‌گیرد. وقتی‌که عدد ستان بالا باشد، تأخیر در سوختن کم می‌شود؛ بنابراین سوختی که عدد ستان آن بالا است سوختی ایده‌آل در موتور دیزل به شمار می‌رود.
۲. بر اساس نوع سوخت
بالا بودن هر دو عدد حکایت از کیفیت بالای آن‌ها برای کاربرد مخصوص به خود دارد. عدد اکتان بالا، کیفیت بنزین را ارتقا می‌بخشد؛ یعنی عدد اکتان بالا نشان دهنده آن است که سوخت مورد استفاده مقاومت بیشتری در مقابل اشتعال خودبهخودی در هنگام فشرده‌سازی دارد. همین مورد باعث افزایش بازده خودرو خواهد شد. خاصیت دیگر سوخت که به ویژگی «ضد کوبش» (antiknock) معروف است نیز با عدد اکتان رابطه دارد. هر چه عدد اکتان بالاتر باشد، کوبش در موتور کمتر خواهد شد.
عدد ستان بالاتر، کیفیت بهتر دیزل را تضمین می‌کند. عدد ستان معیاری مناسب برای نفت دیزل تقطیر شده سبک است. البته برای سایر ویژگی‌ها معیارهای دیگر استفاده می‌گردد.
۳. بر اساس نوع کاربرد در موتور
عدد اکتان در موتور‌هایی مجهز به شمع جرقه‌زنی کاربرد دارد که به‌عنوان «موتورهای احتراق داخلی» (internal combustion engine) یا بنزینی شناخته می‌شوند. در این نوع موتورها نوعی تأخیر شیمیایی وجود دارد که اگر این تأخیر از زمان اشتعال خودبهخودی بیشتر باشد، موتور بهتر عمل می‌کند. ولی در صورتی که اشتعال خودبهخودی پیشی بگیرد، عملکرد موتور دچار مشکل خواهد شد.
عدد ستان در «موتورهای احتراق-فشاری» (compression-ignition) استفاده می‌گردد. این موتورها را به افتخار آقای «رادولف دیزل» (Rudolf Diesel) دیزلی نام نهاده‌اند. در اینجا نیز تأخیر فیزیکی و شیمیایی وجود دارد. حال در صورتی که مدت تأخیر شیمیایی برای سوختن زیاد شود، امکان جمع شدن سوخت و هوا و انفجار‌های ناخواسته وجود دارد.
۴. بر اساس مقیاس اعداد
در مقیاس عدد اکتان، سوخت با عدد اکتان بالاتر تمایل به سوختن در مدت‌‌زمان بیشتری دارد. درنتیجه کوبش موتور بنزینی کمتر خواهد شد. وقتی عدد ستان بالا باشد، این عدد نشان می‌دهد که سوخت به راحتی مشتعل شده و درنتیجه کوبش کمتری در موتور به علت کمتر شدن تأخیر در سوختن ایجاد می‌کند.
۵. بر اساس درجه‌بندی
این عدد، بر اساس عدد اکتان ایزو اکتان که برابر ۱۰۰ در نظر گرفته می‌شود، تعیین شده است. عدد اکتان ایزو اکتان، ۱۰۰ و عدد اکتان ان هپتان، صفر در نظر گرفته می‌شود. پس هر سوختی عدد اکتانی بین صفر تا ۱۰۰ خواهد داشت؛ بنابراین ایزو اکتان بیشینه این مقدار و ان-هپتان کمترین مقدار عدد اکتان را دارند. معمولا عدد اکتان سوخت‌های بنزینی بین اعداد ۸۷ تا ۹۵ متغیر است.
دامنه تغییرات عدد ستان بر اساس سوختن ستان اندازه‌گیری می‌گردد. به نرمال‌هگزادکان بیشترین عدد ستان یعنی ۱۰۰ اختصاص داده می‌شود. این در حالی است که ۱-متیل نفتالین کمترین عدد ستان یعنی صفر را دارد. این عدد برای سوخت‌های دیزلی بین ۳۰ تا ۳۵ متغیر است و سوخت‌های با عدد ستان بالاتر، مناسب تلقی می‌شوند.
۶. بر اساس عملکرد موتور
عدد اکتان بالا مقاومت بهتری را در برابر پیش‌سوزی که باعث ضربه در موتور می‌شود نشان می‌دهد. عدد ستان بالا بیانگر سرعت سوختن بیشتر در موتورهای دیزلی است که ضامن بهترین عملکرد این نوع موتورها است.
اگر مایلید مطالعات خود را در این زمینه ادامه دهید، پیشنهاد می‌کنیم به لینک‌های زیر نیز سر بزنید.
- بنزین و گازوئیل چه تفاوت‌هایی دارند؟ --- به زبان ساده
- آموزش مقدمه ای بر مهندسی زیست سوخت ها
- مجموعه آموزش‌های مهندسی مکانیک
- مجموعه آموزش‌های مهندسی شیمی
^^
مطالب عالی بود