【超かんたん解説】大気特論 計算問題攻略マニュアル(気体燃料編)

大気特論 計算問題(気体燃料)公害防止管理者
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公害防止管理者試験(大気関係)において鬼門となるのが、大気特論の計算問題!

そして毎年出題されているのが、燃焼計算

計算問題は苦手という方も多いと思いますが、一度しっかり理解してしまえば、こんな楽なものはありません。むしろ得点源。

フェルたん
フェルたん

計算問題が苦手な人は本当に多いよね。

私もそうだったけど…(笑)

たまお
たまお

他が完璧で自信あるなら捨てるのもアリだけど、必ず出ると分かっているなら、むしろマスターしておくべき!

最初は全然理解できないかもしれません。私もそうでした。でも諦めずに毎日問題を解いて行くと、ある日ひらめいたかのようにスラスラ解けるようになります。この喜びは言葉に表せないですよね。試験勉強の醍醐味です。

ここでは、気体燃料の燃焼計算について解説します。

液体・固体燃料の燃焼計算はこちらで詳しく解説しています。

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気体燃料の燃焼計算は基礎が大事!

気体燃料の燃焼計算は基礎が大事!

気体燃料の燃焼計算は複雑な公式を覚える必要はないのですが、それ以前に、気体燃料の分子式燃焼反応式が頭に入っていることが大前提となります。

気体燃料の分子式、燃焼反応式の導き方はこちらで詳しく解説しています。

計算問題に関しては前提知識なしでいきなり過去問を解くと、全く理解できずに苦手意識だけが植え付けられてしまうので、まずは基礎的な問題から順に解いて理解を深めて行きましょう!

まずは、基礎の基礎から解説していきます。

理論酸素量とは?

理論酸素量とは、燃焼に必要な酸素の量です。

プロパン(C3H8)を例に説明します。

プロパンの燃焼反応式

C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O

 1 :  5  :  3  :   4 

上式より、プロパン1 m3N燃焼するのに、酸素が5 m3N必要と分かります。

これがプロパンを燃焼する時の理論酸素量(O0)です。

理論酸素量O0 = 5 m3N

燃焼反応式の導き方はこちらで詳しく解説しています。

理論空気量とは?

理論空気量とは、燃焼に必要な空気の量です。

空気中の酸素濃度は21%なので、理論酸素量O0を0.21で割った値が理論空気量(A0)となります。

理論空気量A0 = O0 / 0.21

参考までに、理論空気量は燃料の発熱量にほぼ比例します。

所要空気量とは?

実際に燃料を完全燃焼させるには理論空気量よりも多くの空気が必要です。この実際に供給された空気量のことを所要空気量といいます。

所要空気量A = mA0 = m × O0 / 0.21

m:空気比

燃焼ガス量の計算

気体燃料の燃焼ガス量の公式はこれです。

G = 1 + mA0 + 燃焼前後の体積差

フェルたん
フェルたん

「燃焼前後の体積差」ってなに?

たまお
たまお

プロパンの燃焼反応式で説明しよう

プロパンの燃焼反応式は以下の通り

プロパンの燃焼反応式

C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O

 1 :  5  :  3  :   4 

左辺が「燃焼前」、右辺が「燃焼後」を表します。

よって、

燃焼前後の体積差=燃焼後体積-燃焼前体積

となります。

つまりこの場合、

燃焼前後の体積差=(3+4)-(1+5)=1

となります。但し、これは湿り燃焼ガスの場合です。

たまお
たまお

はい、ここで超重要なキーワードが出てきました。

燃焼ガスには「湿り」「乾き」があることを理解しよう!

フェルたん
フェルたん
  • 湿り燃焼ガス(G):H2Oを含んだガス
  • 乾き燃焼ガス(G’):H2Oを含まないガス

乾き燃焼ガスは、H2Oを除外して考えるのよね。

つまり、

乾き燃焼ガス(G’)はH2Oを含まないので、H2Oは0とみなして計算します。

G’ =(3+0)-(1+5)=-3

かんたんな例題で理解を深めよう!

では、実際に簡単な問題から解いてみましょう!

例題1

プロパンを空気比1.2で完全燃焼したときの乾き燃焼ガス量は?

G’= 1 + mA0 + 燃焼前後の体積差

 =1+1.2/0.21×5-3=26.6

答え:26.6 m3N

例題2

プロパンを空気比1.2で完全燃焼したときの乾き燃焼ガス量中の二酸化炭素濃度は?

G’= 1 + mA0 + 燃焼前後の体積差

 =1+1.2/0.21×5-3=26.6

二酸化炭素濃度=CO2/G’=3/26.6=0.11

答え:11 %

【超かんたん解説】大気特論 計算問題攻略マニュアル(気体燃料編)まとめ

【超かんたん解説】大気特論 計算問題攻略マニュアル(気体燃料編)まとめ

試験勉強お疲れ様です!

実際の出題は液体と気体の混合燃料だったりするのでこんなに単純ではありませんが、基礎を理解していないと解くことは出来ません。まずは基礎固めです。簡単な計算問題で理解を深めてから過去問に挑みましょう。

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