Tartsd hidegen a CO2 motorodat
Írta FRITZ MUELLER
(fordította: Surman Zsolt "SRY")
A
modellező csak a széndioxid fizikai tulajdonságainak
megértésével hozhatja ki a legtöbbet egy CO2 motorjából.
Ezzel kapcsolatos érdekes és hasznos információkat
közlök
A CO2 motorral meghajtott csodálatos repülőmodellek reptetése nem mindig szórakozás és kellemes izgalom. Ez egy küzdelmes szakág, gyakori csalódásokkal, sikertelenségekkel tarkítva. A problémák egyik alapvető oka, hogy a modellező az ismereteit a motorokhoz mellékelt leírásából szerzi. Ezekben a leírásokban például az szerepel, hogy: „ A CO2 motorok meleg időben működnek a legjobban”. Ez önmagában is félrevezető, mert például ezt a mondatot a leírásba foglaló Briteknél teljesen mást jelent a meleg idő, mint máshol. Vegyük elő a hőmérőt és hamar kiderül, hogy amit Georgia Államban melegnek mondunk, az Angliában már forróság lenne, és az ennyire magas hőmérséklet már kedvezőtlenül hat a CO2 motorok működésére. Ezért a fentebb idézett leírásrészlet helyesbítve: „A CO2 motorok 60°F (15,5 °C*) és 77°F (25 °C) közötti levegő hőmérséklet esetén működnek a legjobban”. Ezt a kijelentést tapasztalt CO2 modellezők megfigyeléseire alapozva tehetjük meg. A CO2 motorok 77°F (25 °C) feletti hőmérsékleten bekövetkező teljesítmény csökkenése csak a szén-dioxid (CO2) fizikai tulajdonságainak vizsgálatával érthető meg. Az ilyen ismeretek segítenek megjósolni és javítani a motor teljesítményét különféle időjárási körülmények között.
Tovább vizsgálva a fázis-diagrammot, láthatjuk, hogy a zárt, 50°F (10 °C) hőmérsékletű folyadékot tartalmazó tartályban körülbelül 630 psi (43,4 Bar) nyomás uralkodik. Ha elkezdjük kiengedni a gázt a tartályból a benne lévő folyadék forrásba jön (elpárolog) és ez hőt von el a környezetéből. Ezért a tartály lehűl és dér képződik a külső falán. A víz 32 °F-on (0 °C) fagy meg. A keletkező dér közvetetten jelzi a tartály hőmérsékletét, és az ehhez a 32 °F (0°C) hőmérséklethez a fázis-diagramm szerint 500 psi (34,4 Bar) nyomás tartozik. Ha ugyanezt a tartályt felmelegítjük 80 °F-ra (26,6 °C) a tartályban a nyomás 900 psi-re (62 Bar) emelkedik. Az 500 psi (34,4 Bar) nyomást eredményező 32 °F-on (0 °C) hőmérsékletet elérhetjük a gáz kiengedése nélkül is, ha egy darab jeget érintünk a tartály külső falához. Ha ismerjük egy CO2 rendszerben a folyadék hőmérsékletét akkor a fázis diagram segítségével a nyomását is meg tudjuk határozni. ***
A fázis-diagrammon láthatóak ferde egyenes vonalak is. Ezek ábrázolják egy 10 cm3-es tartályba az adott hőmérséklet és nyomásviszonyok mellett maximálisan betölthető Co2 súlyát gramm-ban. Összehasonlításul 10 cm3 víz 10 grammot nyom. A CO2 gáz a sűrűségét is változtatja a hőmérséklet és nyomás függvényében, ezért hidegen nehezebb (nagyobb sűrűségű) a kritikus ponthoz közeledve pedig a sűrűsége egyre csökken. Ez a második ok ami miatt a CO2 hajtóművek teljesítménye csökkenni kezd 80°F-től (26,5 °C) felfelé: magasabb hőmérsékleten a folyadék sűrűsége kisebb, így ugyanolyan térfogatú tartályba kevesebb CO2 kerül, ami rövidebb motorjáratot eredményez. A fázis-diagramon jól megfigyelhető, hogy a víz fagypontja környékén (32 °F (0°C)) a maximálisan betölthető folyadék súlya 9,25 gramm, míg a kritikus hőmérsékleten (87 °F (30,56 °C)) már mindössze 4,6 gramm.
Mindezekből következik az is, hogy a folyékony CO2 a hőmérséklet emelkedésével kitágul, és mivel a folyadékok gyakorlatilag összenyomhatatlanok, hatalmas nyomás alakulhat ki a teljesen feltöltött tartályban! Ezért olyan meredekek a ferde vonalak. Egy példán keresztül vizsgáljuk ezt meg: Egy 32 °F-on (0°C) teljesen feltöltött tartály belső nyomása 54 °F-ra (12,2°C) melegítve már eléri a 2000 PSI-t (137 Bar). Ezért a kereskedelmi forgalomban kapható nagyobb méretű, elméetileg 10 font CO2 tárolására alkalmas tartályt 7 fontos palacknak nevezzük, mert maximálisan 7 fontnyi CO2-t tárolunk benne elkerülendő a veszélyes túlnyomás kialakulását! Ezt a jelenséget a grafikonunk adataiban is tapasztalhatjuk, mert a 10 cm3-es tartályba töltött 7,10 grammnyi CO2 körülbelül 118 °F-on (47,7°C) szintén eléri a 2000 PSI-t (137 Bar) nyomást.
Most már majdnem készen áll az eddig megszerzett ismeretek gyakorlati alkalmazására, de azért még van néhány buktató. Tegyük fel, hogy a környezeti hőmérséklet, és ebből következően az összes berendezés (motor, tartály stb..) hőmérséklete 75 °F (~24°C). A töltőberendezés lefelé fordításával folyadékot tölt a motor tartályába. A diagram adatai szerint azt feltételezzük, hogy a 825 psi (56,9 Bar) nyomású folyadék szépen folyik át az üres tartályba és feltölti azt. Ezzel szemben az történik, hogy az alacsony nyomású tartálytérbe jutó CO2 azonnal elpárolog, és gázzal tölti ki a tartályt. Ez a jelenség addig tart amíg a motortartály nyomása ki nem egyenlítődik a töltő palack nyomásával. E miatt viszont csak pár csepp folyadék tud átjutni a motor tartályába! Ha a motor tartályhoz egy jégdarabot érintünk, akkor az 32 °F (0°C) körüli hőmérsékleten tartja a tartályt töltés közben, és így körülbelül 4 grammnyi CO2-t zsúfolhatnánk egy 5 köbcentiméter belső térfogatú tartályba, mivel a töltő palack magasabb hőmérsékleten van, mint a töltött tartály. De ekkor a töltés befejeztével azonnal indítani kellene a motort, hogy elkerüljük a jég eltávolítása miatt meginduló hőmérséklet emelkedés okozta kellemetlen nyomásnövekedést. De ha ezt ügyesen meg is tudjuk tenni, akkor sem fog jól működni a motor, mert a melegedés miatt táguló folyadéknak nincs erre elég helye, és a CO2 forrása során a folyadék bejut a csövekbe, azokon keresztül a motorba és leállítja!
A motor jellemzően magasabb fordulatszámmal indul, majd lelassul kissé, de a menet vége felé ismét emelkedik a fordulatszám, éppen akkor, amikor a tartály elkezd befagyni. Ennek látszólag semmi értelme, hiszen a tartályban a hőmérséklet a párolgás miatt folyamatosan csökken és ezzel a nyomás is! A fordulatszámnak ezt a nyomáscsökkenést kellene követnie, mivel ez a nyomás nehezedik a dugattyú homlokfelületére és állítja elő a nyomatékot, illetve a fordulatszámot. A régi gőzmozdony-vezetők úgy hívták ezt a jelenséget, hogy „nedves gőz”! A forráspont közelében lévő gőz nagyon könnyen vissza alakul folyadékká, illetve a folyadék cseppek (köd) gőzzé. Ezek a sodródó folyadékcseppel „nedvesítik” a gőzt. A hűvösebb helyre érő vízgőz azonnal elkezd lecsapódni, és az összegyűlő folyadék a hengerbe kerülve vízütést okoz, ami tönkreteszi a hengert, eltöri a hajtókart, meghajlítja a tengelyt, teljesen tönkreteszi a gőzgépet. A CO2 motorokban a nedves gőz szerencsére „csak” lassítja, fékezi a motort, de ez a motorjárat jelentős részén előfordulhat.
Nézzük meg pontosan mi történek a motorjárat vége felé: A tartályon lerakódó dér jelzi, hogy a rendszerben a nyomás 500 psi (34,4 Bar) alatt van, ezért a motornak a repülés vége felé le kellene lassulnia. A motor és az összekötő cső ekkor körülbelül 50°F-on (10°C) hőmérsékleten van, ami túlhevítést jelent a maradék folyékony CO2 forráspontjához képest. A CO2 túlhevítése teljesen száraz gázt eredményez, így a folyadékcseppek nem fékezik már a motort, ezért növekszik a motorfordulat. A nedvesgőz nagyobb teljesítmény csökkenést okoz, mint a kis mértékű nyomáscsökkenés. Ezért miden repülés előtt egy darab jéggel célszerű lehűteni a már feltöltött tartályt, hogy csökkenjen kissé a rendszerben lévő nyomás, és így a motorhoz jutó gáz szárazabb lesz. Paradox módon a nyomáscsökkenés így növeli a teljesítményt, és a motorjárati időt. Ha ezt egy öreg profinak elmeséli dührohamot fog kapni.
Ezek az üzemeltetési tippek főként a Kladnóban (Csehszlovákia) és Budapeten (Magyarország) megrendezett speciális CO2 motoros modellversenyekre épített nagy teljesítményű szabadonrepülő modelleknél alkalmazhatóak. Ezeknek a tartályaik könnyen hozzáférhetőek a hűtés érdekében. Egyes versenyzők aeroszolos hűtő spréket használnak, néhányan jeget. A MODELA motor futásideje az elmúlt öt évben csaknem megduplázódot ezeknek a „tudományos” eredményeknek az alkalmazása következtében. A múltban próbálkoztak a töltő palack felmelegítésével, ami a nagyobb nyomás révén több CO2 betöltését okozza. Ez a módszer nem vált be, mivel a gáz minden olyan ponton lecsapódott, , ami a töltőnél hidegebb volt. Így a csövekben és a motorban is kondenzációs folyadék tócsák, dugók keletkeztek. A probléma a tartály lehűtésével orvosolható, amikor is ennek hatására az összes folyadék visszahúzodik a tartályba és felszáradnak a csövekben és motorban keletkezett folyadéktócsák, dugók.
Vannak olyan modellek ahol a tartály nem hozzáférhető, elsősorban makett-modellek között, ekkor „automatikus” hűtést lehet alkalmazni. Magával a folyékony CO2-vel hűtjük le a tartályt. Ezért a 80 °F (26,6 °C) feletti hőmérséklet erre az eljárásra már nem kedvező. Az első folyadéktöltéssel kb. 1,5 cm3 folyadék kerül egy 5 cm3-es tartályba. Ezekután ezt a CO2 mennyiséget a töltőszelep megnyitásával kiengedjük és a folyadék elpárolgása miatt a tartály lehűl. A második töltésre már 3,5 cm3 Co2 kerül a lehűlt tartályba. A motort le is lehetne járatni, így eltávolítani a gázt a tartályból, de ez rossz módszer, mert lehűti a tápcsövet és a motort is nem csak a tartályt, ami később kondenzációt és ezzel motorleállást okozhat.
Ezekkel az ismeretekkel már megítélhető az adott üzemeltetési helyzet, és a várható következmények is. De sokkal jobban fog szórakozni, élvezni a reptetéseket ha kevesebbet aggódik. A „maximális teljesítmény” és „legjobb eredmény” a „leghoszabb motorjárat” csak akkor fontos ha le akar győzni valakit egy versenyen, egyébként elég a stabil motorjárat, közepes motorteljesítmény elérése is. Lazítson és élvezze a reptetéseket.
Ha bármilyen kérdése van a témával kapcsolatban küldjön el levélben mellékelve egy megcímzett, felbélyegzett válaszborítékkel a Frizt Muller , 411 Searcy St. Columbus, Georgia 31907 címre.****
JEGYZETEK:
* Az eredeti szövegben a szerző angolszász mértékegység rendszerben, °F- és psi-ben adta meg az adatokat. Ezeket a könnyebb érthetőség kedvéért feltüntettem °C és Bar-ban is az adatot követően zárójelben, dőlt betűkkel.
**A CO2 motoros modellezés hamar megismerkedett a „gáztöltés” és a „folyadéktöltés” fogalmával. A megfelelő technikával elérhető, hogy a modell tartályába folyékony CO2 kerüljön át a töltő patronból/palackból és így lényegesen hosszabb motorjárati idő érhető el, mintha csak gázt töltenénk a tartályba. Ennek oka, hogy a folyékony CO2 sűrűsége +20°C hőmérsékleten és 60 Bar nyomáson 773 kg/m3, a nyomás csökkenésével 30 Bar-on 67 kg/m3 sűrűségű gázzá alakul, ami 11,5-szörös térfogatnövekedést jelent!
***A CO2 telített gőzként viselkedik, mivel a gáz folyamatosan érintkezik a folyadékfelszínnel, így a hőmérséklet és nyomás között direkt kapcsolat van, akár a telített vízgőz esetében is. az anyag a hőmérséklet, vagy a nyomás változásakor egyensúlytalan helyzetbe kerül, és addig alakul a gáz folyadékká, vagy éppen a folyadék gázzá, amíg az egyensúlyi helyzet helyre nem áll.
**** Sajnos a cikk eredetileg a Model Builder 1989 Június-i számában jelent meg a hasábjain jelent meg a 48-50 oldalakon. Ekkor még nem nagyon volt Internet és az emberek levelezéssel, esetleg telefonon kommunikáltak egymással.
Surman Zsolt (SRY)
2026.07.19.







.jpg)










