니트로메탄의 물성
분자식 CH3NO2. 무색의 액체로서 분자량 60.0, 끓는점 101℃, 비중 1.129(25℃)이다. 요오드화
메틸과 아질산은을 반응시키면 생긴다. 수용액은 리트머스에 대하여 산성을 나타내며, 점화되면
폭발하기 때문에 대량을 취급할 때나 알칼리나 이물질(異物質)이 들어가지 않도록 조심해야 한다.
용해력이 큰 용매로서 쓰이며, 로켓의 연료로도 사용된다. 약하지만 독성이 약간 있다.
니트로메탄은 폭발물입니다. 폭발하기 위한 조건이 다를 뿐이죠. 군의 탄폭약 분류도 TNT, C3,
C4, RDX, 암모늄 나이트레이트와 함께 폭약으로 분류합니다.
쉽게 접할 수 있는 니트로메탄의 사용처로는 극한의 파워를 얻기 위한 드레그 레이싱의 레이싱 연료가
있습니다. 일반적으로 니트로(Nitro)라고 불립니다.
니트로메탄의 분자구조는 가솔린과 같은 탄화수소물과 비교할 때 대기중에 휠씬 작은 산소로도 완전
연소가 가능하게 되어있습니다. 연소에 필요한 산소를 니트로메탄 분자구조 자체에서 충당하게 됩니다.
화학식으로 보면 다음과 같습니다.
4CH3NO2 + 3O2 → 4CO2 + 6H2O + 2N2
니트로메탄의 열량
1Kg의 메탄올을 태우기 위해서는 6.45Kg의 공기가 필요하지만 1Kg의 니트로메탄을 태우기 위해서는
단지 1.7Kg의 공기가 필요할 뿐입니다. 엔진은 1행정당 실린더에 담을 수 있는 공기와 연료(혼합기)의
양이 한정됩니다. 따라서 출력을 높이기 위해서는 완전연소가 가능한 한도 내에서 보다 많은 연료를
실린더에 넣어 연소시켜야 하고 이때 공기비가 낮아도 연소가 가능한 니트로메탄은 메탄올에 비해
3.8배나 많은 양을 1행정에서 연소시킬 수 있습니다.
하지만 메탄올에 비해 니트로메탄은 에너지 밀도(발열량)가 낮습니다.
메탄올은 19.9MJ/Kg, 니트로메탄은 11.3MJ/Kg, 가솔린은 43MJ/Kg 입니다.
따라서 엔진 1행정당 메탄올에 비해 최종적으로 3.8배보다 작은 2.2배의 동력을 얻을 수 있습니다.
니트로메탄을 RC연료로 사용하는 이유가 됩니다. 하지만 동시에 니트로메탄은 조기 점화와 노킹성향이
강하다는 점도 알아두어야 합니다.(따라서 고 니트로 연료사용시의 플러그는 표준치 보다 콜드타입이
적합합니다.)
니트로메탄의 화염온도와 연소속도
니트로메탄이 연소될 때 화염의 온도는 약 2400℃이고 대략 50cm/s의 층류연소(laminar combustion)
속도를 가지고있습니다. 이는 40cm/s의 메탄올 연소속도 보다도 빠릅니다.
(가솔린의 연소속도는 메탄올에 비해 10~20% 느립니다.)
따라서 이런 특성은 고속으로 운용되는 엔진에 적합하다 할 수 있습니다. 하지만 실제 연소속도는 공기
혼합비, 압력 그리고 온도에 더 큰 영향을 받습니다. 위에 제시한 연소속도로는 엔진을 돌릴 수가 없죠.
예로 우리가 15,000RPM의 엔진을 돌린다고 가정하면 1초당 250번의 폭발행정이 일어나고 이는 크랭크
축이 1회전하는데(1행정당) 1천분의 4초 즉 4ms의 시간이 걸린다는 계산이됩니다.
폭발행정에서 연료가 연소되는 구간은 크랭크 총 회전각 360°중에서 80°이고 연소시간은 약 0.8ms로
계산됩니다. 50,90급 엔진의 일반적인 스트로크가 약 21~22mm로 크랭크 회전각 80°에 해당하는
거리는 약 1cm로써 총 연소속도를 계산하면 약 1200cm/sec의 연소속도를 구할 수 있습니다.
이는 층류연소 속도의 약 30배에 해당하는 속도입니다.
니트로메탄의 냉각성능
연료는 액체상태입니다. 하지만 연소를 시키기 위해서는 기체상태라야 하고 액체상태의 연료를 기체로
바꾸기 위해서는 열이 필요한데 이 열을 기화열(Heat of vaporization)이라 합니다. 이 기화열은 연료가
기화하면서 엔진의 온도를 내려주고 동시에 낮아진 온도로 인해 피스톤의 가스압축을 원활하게 합니다.
RC엔진에서 발생하는 연소열과 마찰열을 내부적으로 냉각시키는 요인은 흡입공기, 연료의 기화열,
배출되는 가스와 윤활유가 대부분을 차지합니다.
위의 표를 참고하면 메탄올의 기화열이 1.17 MJ/kg으로 니트로메탄의 0.56 MJ/kg 보다 높아 2배의
냉각효과를 기대할 수 있습니다. 하지만 앞서 설명대로 니트로메탄은 메탄올양의 3.8배의 대체효과를
가짐으로써 오히려 니트로메탄이메탄올에 비해 역으로 약 2배의 냉각효과를 가지게 됩니다.
흔히 니트로 함유율이 높은 연료가 히팅을 잘 하지 않는다고 하는데 그 이유가 이점 때문입니다.
니트로메탄과 엔진출력
니트로메탄 증가에 따른 엔진의 출력은 RPM의 증가보다 토크의 증가측면이 크다고 할 수 있습니다.
RPM의 증가도 있으나 상대적으로 미약하고, 연료의 폭속과 폭압의 개념으로 구분할 때 폭압에 해당
한다는 뜻이 됩니다. 니트로메탄의 증가는 위에 설명한 니트로메탄 연소속도와 연관 지어 RPM의
증가를 쉽게 연상할 수 있지만 고 니트로 연료의 사용은 보다 짙은(Rich) 혼합기를 사용하는 환경이
되고 이는 연소속도의 지연을 유발하게 됩니다. 폭속을 만족하는 연소시간의 지연은 곧 스트로크
전반에 걸쳐 폭압을 분산하는 역할을 하므로 실질적인 엔진의 토크(출력)증가를 가져오게 됩니다.
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rc연료에 들어가는 주요 성분은 니트로매탄, 메탄알, 윤활유 입니다
길들이기중
윤활유 15%
메탄올 80%
니트로메탄 5%
길들이기후
윤활유 10%
메탄올 65~75%
니트로메탄 15~25%
위의 자료는 노바로시 ex12란 엔진의 설명서에 나와있는 자료입니다
(혹시 다른엔진 설명서 가지고 계신분 있으시면 연락주세요 )
그리고 무선모형에서 해석한글에 따르면 위에 언급한설명서엔
#원활한 윤활작용과 과열을 막기위해 피마자유대신 합성유가
섞인 연료의 사용을 권하지 않는다고 한다#
라고 나와있다고 합니다
여기서 윤활유에 대해 살펴보면 rc 연료에 들어가는 윤활유에는
합성유와 식물성윤활유가 들어가는것으로 알고있습니다
제 개인적인 지식이 넓지 못한관계로...
어떤 합성유를 사용해야 할지 몰라 피마자유라는
실물성윤활유를 사용하게 되었습니다 ^^;;
아래는 피마자유의 설명..
#
아주까리기름이라고도 한다. 종자 속에 약 45% 함유된다.
종자에는 독성이 있는데, 압착하여 얻은 기름에는 없으며,
독성은 짜고 남은 찌꺼기에 남는다. 담황색으로 약간 점성이 있고,
간유(肝油)처럼 특이한 냄새가 강하다.
대부분 다른 지방유와 달리 알코올에 녹는다.
하제(下劑)로 1회 10~20mℓ를 복용하며, 복통을 일으키는 일이 거의 없다.
냄새 ·맛 ·뒷맛이 모두 나쁘고 복용하기 어렵기 때문에
보통 오렌지유 ·박하유 등을 각 0.5% 가하여 가향(加香) 피마자유로서 사용한다.
주요 성분은 리시놀레산으로 글리세리드로서 함유된다. 용도는 의약품 외에도
윤활유 ·로드유 제조용, 포마드 ·전기절연용 ·인조피혁 ·타이프라이터잉크 ·
브레이크 오일의 제조, 카본지(紙) ·구두약 등의 원료나 특수한 도료(塗料)의
원료유로 사용된다
(네이버참조)
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위의것은 네이버에 나와있는 자료입니다
간단히 말하면 알콜에 섞어 사용할수있는 식물성 기름으로
국내의 화공약품상에서 쉽게 구할수있습니다
색은 누르스름한 색입니다
이제 연료의 주요성분인 메탄올에 대한것은
많은 분들이 이미 알고계실듯하여 자료는 빼도록하고
사용되는 알콜은 순도가 아주 높아야 하는데
알콜 순도 100% 라는건 없고.. 99.?% 의 것을 구해야 합니다
구입해본지 좀 오래되어서 기억이 잘않나지만..-_-;;
화공상에서 파는 1.8L 단위의 알콜은 분배하는 과정에서
순도가 떨어질수밖에 없기에 한말 단위로 포장되어있는것을
구입하는게 좋습니다
한말은 18.03908L 로 가격은 2만원 미만인걸로 알고있습니다
이렇게 구입하는것이 가장 높은 순도의 알콜을 구입할수있습니다
니트로메탄은.. 일반인이 구한다면 상당히 고가로
소문으론 500ml에 3만원이 넘는다고 합니다
취급하는곳도 많지 않을뿐더러 가격도 고가라 이걸 사용한다면
시제품 연료보다 그리저렴하지 않아 만드는 의미를 상실하게되지요
니트로 메탄외에 * 니트로 글리세린, * 니트로 벤젠 등이 있습니다만
취급하기가 위험하지요 둘다 폭발의 위험이 있습니다
니트로메탄의 특징으로 제가 알고있는 바는
니트로메탄 자체적으로는 폭발이나 점화가 되기 힘들고
알콜과 같은 수용액과 섞이면 쉽게 폭발할수가있어서
알콜의 폭발력을 높여주는 효과라고 합니다
(* 표시된 것은 니트로메탄보다 저렴하며... 독성도 더 강한 물질)
시제품에는 위의 세가지 외에도 첨가되는 성분이 더있습니다
하지만 그부분은 각회사의 노하우이기 때문에 유출을 꺼려하는게 당연하지요
이 세가지가 연료의 주요 성분이니 이것으로도 연료를 만들수있고
구하기 힘든 니트로 메탄을 빼더라도 연료로 사용하기에 무리는 없습니다
다만 폭발력이 약할뿐..
메탄올과 피마자유는 화공약품상에서 구하실수있고
화공약품상은 청계천옆 을지로 3가나 4가 근처에서 쉽게 찾으실수있습니다
이제 만드는방법입니다
윤활유과 메탄올만 사용하기에
길들이기중
윤활유 15%
메탄올 80%
니트로메탄 5%
길들이기후
윤활유 10%
메탄올 65~75%
니트로메탄 15~25%
위의 자료에서 니트로 메탄을 뺀 비율은
길드이기중 15 : 80 => 3: 16
기들이기후 10: 65~75 의 중간값인 70으로하면 => 1:7
인데 퍼센트로 바꾼다면
길들이기중
윤활유 15.78947%
메탄올 84.21052%
길들이기후
윤활유 12.5%
메탄올 87.5%
가 되네요
위두가지 중 하나를 골라 만들어서 테스트를 하면서 적정 부분을
찾아야 합니다
제가 만들었던 비율은... 기억않납니다 ^^;;
만드시는분께서 찾으셔야 할듯.. ^^;;;;
조언한가지는 화공상에서 판매하는 피마자유는
그리 깨끗한상태가 아니더군요
찌꺼기가 조금있을수있습니다
피마자유 자체가 점성이좀 있는 물질이기 때문에
그자체에서는 걸러내기가 힘들고 알콜과 섞은후
각종 필터를 이용해서 걸러내시고 사용하시는게 좋습니다
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