Modulul 1 COMBUSTIBILI PENTRU MOTOARE AUTO

Obiective operaionale Dup ce vor parcurge acest modul cursanii vor fi capabili : - s utilizeze n mod adecvat termenii de specialitate definii cum ar fi cifr octanic, cifr cetanic, presiune de vapori Reid, curb de distilare. - s fac asocierea dintre caracteristicile combustibililor i proprietile care le recomand pentru utilizarea lor n fiecare tip de motor, n special m.a.s. i m.a.c. - s explice motivat pe baza termenilor de specialitate introdui corelarea combustibililor cu emisiile de poluani i consumul de combustibil. - s cunoasc principalii combustibili neconvenionali, cu avantajele i dezavantajele lor. Scopul modulului nsuirea unor noiuni de baz despre combustibili convenionali i neconvenionali Fundamentarea abordrii difereniate a combustibililor prin prisma proceselor diferite de combustie care au loc n m.a.s. i m.a.c. Familiarizarea cu noii combustibili neconvenionali i cu specificul aplicrii acestora.

1.CLASIFICAREA COMBUSTIBILILOR

Combustibilii destinai alimentrii motoarelor auto cu ardere intern se pot clasifica dup mai multe criterii:

n funcie de tipul motorului se disting combustibili pentru alimentarea motoarelor cu aprindere prin scnteie ( MAS), a motoarelor cu aprindere prin comprimare (MAC), pentru turbine cu gaze .a.

dup starea de agregare, exist combustibili lichizi (benzine, motorine .a.) i combustibili gazoi (gaze naturale, gaze petroliere lichefiate, hidrogen .a.);

dup natura combustibilului se disting combustibili convenionali (combustibili petrolieri clasici de tip benzine, motorine .a.) i neconvenionali (benzine sintetice, compui organici oxigenai, -de tipul alcooli, eteri esteri-, gaze naturale sau sintetice, hidrogenul, combustibili biologici .a.

n marea lor majoritate, mijloacele de transport sunt i vor fi echipate i n viitorul apropiat cu motoare cu aprindere prin scnteie (MAS) alimentate cu benzine, i motoare cu aprindere prin comprimare, care folosesc drept combustibil motorina.

2.COMBUSTIBILI CONVENIONALI

2.1.COMPOZIIA COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE AUTO 2.1.1.BENZINE Funcionarea n condiii optime a motoarelor autovehiculelor alimentate cu benzine

impune carburanilor o serie de proprieti fizice i chimice caracteristice, care s asigure: formarea amestecului omogen la un dozaj optim, care s permit arderea sa ct mai

complet i realizarea unui randament termic superior;

transportul, stocarea i curgerea normal a benzinei prin sistemul de alimentare a motoarelor, pentru orice condiii climatice de lucru;

eficiena economic a produciei de carburani. Benzinele comerciale pentru automobile sunt produse lichide care distil ntre 30oC i

max. 205oC, obinute prin amestecarea unor fraciuni petroliere de baz cu componeni i aditivi . Ele se utilizeaz pentru alimentarea motoarelor la care aprinderea amestecurilor de combustibili i aer din cilindri se realizeaz prin scnteie electric (m.a.s.).

Principalii componeni folosii la realizarea benzinelor finite se obin prin prelucrarea petrolului n instalaii de distilare atmosferic i n vid, de cracare catalitic, reformare catalitic , de cocsare i de piroliz, de hidrocracare , hidrofinare, precum i n cadrul unor procese de sintez.

Din punct de vedere chimic, o benzin clasic conine urmtoarele tipuri de hidrocarburi: saturate aciclice (alcani sau parafine), saturate ciclice (cicloalcani sau naftene), aromatice i nesaturate (olefine, diolefine). Hidrocarburile parafinice, cu structur liniar sau ramificat, sunt constitueni de baz ai benzinelor (40-80% din compoziia benzinelor comerciale). O proporie important o reprezint naftenele, cu sau fr catene laterale (15-30%). Hidrocarburile aromatice se gsesc n procente de 20-40% n benzinele comerciale se ntlnesc i cantiti apreciabile de hidrocarburi nesaturate (pn la 35%), precum i compui organici cu sulf, oxigen i azot (n concentraii reduse).

Benzinele auto comerciale sunt alctuite din fraciuni de baz, componeni i aditivi. Fraciunile de baz i componenii sunt amestecuri de hidrocarburi compui ai H cu C n proporii diferite. Cele cteva sute de combinaii hidrocarbonice, care confer benzinei diferite proprieti, fac parte din seriile caracteristice: parafine (alcani normali) i izoparafine: cicloalcani (naftene): aromatice i hidrocarburi nesaturate liniare (olefine sau alchene).Structura principalilor conastitueni este ilustrat n fig.1.9 ref.1:

Parafine i izoparafine. Constituenii de baz ai benzinelor sunt alcanii i izoalcanii. Ei

reprezint ntre 54...81% din benzinele auto CO/R 75...CO/R 98 E. Formula general a alcanilor i izoalcanilor este Cn H2n+2 , iar starea lor de agregare la

temperatur i presiune normal, poate fi: gazoas, n = 1....4; lichid, 4 < n < 17 (aceste hidrocarburi intr n benzine i motorine); solid, n > 17.

Densitatea i punctul de fierbere al alcanilor cresc cu numrul atomilor de carbon i deci, cu masa lor molecular. Puterea caloric a benzinelor parafinice este ridicat, datorit coninutului mare de atomi de H. Izoparafinele sunt mai stabile la oxidare dect parafinele din care se obin.

Parafinele au cea mai redus aciune de dizolvare a cauciucurilor i elastomerilor din instalaia de alimentare cu combustibil.

Cicloalcani. Derivaii ciclici saturai ai alcanilor au formula general CnH2n . Naftenele din benzine au cicluri de 4, 5, 6 i 7 atomi de C; n fraciunile uoare se gsesc cicloalcani cu 5 sau 6 atomi de C, iar n fraciunile grele cicloalcani cu dou sau mai multe cicluri. Benzinele auto

romneti conin 10....30 % naftene sunt mai stabile dect alcanii normali dar mai instabile dect aromaticele. Aromatice, In benzine auto proporia de aromatice este de 1,0......25%. Hidrocarburile monociclice din benzine-benzen, toluen .a. - confer caliti antidetonante combustibilului, datorit stabilitii ciclurilor benzenice.

n benzina cu punctul final de fierbere Tf =205%, au fost identificate , prin reacii specifice fiecrei serii de hidrocarburi, pentru 24 tipuri de ieiuri romneti reprezentative: 18......60% alcani ( n medie 43,4%), 23.....72% cicloalcani (41,5%)i 6....26% aromatice (15,5%) .

Monoolefine. Hidrocarburile liniare nesaturate cu formula general CnH 2n-2, fiind instabile la stocare, formeaz gume prin oxidare i polimerizare. Ele confer benzinelor, n care intr, o mare sensibilitate la detonaie. n consecin, monoolefinele trebuie eliminate sau diminuate din benzinele auto (sub 3,5....4%).

n compoziia benzinelor auto pot exista urme de hidrocarburi aparinnd altor serii i compui ai S, O, i N. Toate acestea sunt nedorite deoarece afecteaz calitatea combustibililor.

2.1.2.MOTORINE Fraciunile de baz (componenii) ale motorinelor sunt alctuite din hidrocarburi (90...96%)

compui oxigenai (acizi naftenici i acizi grai) rini i compui cu sulf. Motorinele auto parafinoase, care se solidific la temperaturi sub 00 C i neparafinoase ce rmn fluide pn la 20oC, sunt alctuite, n principal din catene parafinice(26...70%); ciclurile aromatice reprezint un procent de 5....30%, iar cele naftenice 15...40%, variind cu natura ieiului. Acizii naftenici reprezint n motorinele parafinoase, romneti, circa 2,0...2,1%, iar n cele neparafinoase cam 0,15...0,25%. Coninutul de sulf n motorine variaz ntre 0.04....1,90%.

Un coninut ridicat de parafine sau de aromatice determin creterea, respectiv, scderea valorilor cifrei cetanice, puterii calorice i punctul congelare a motorinelor; naftenele au efecte intermediare. 2.2. ARDEREA COMBUSTIBILILOR Motoarele cu carburator genereaz puterea necesar autovehiculelor prin arderea benzinei. MAC-ul alimenteaz cu motorin, iar motorul ce gaze utilizeaz combustibili gazoi, comprimai sau lichefiai.

Reacia de ardere. Combustibilul lichid este compus din carbon, hidrogen i oxigen. Un kilogram de combustibil este alctuit din participaiile masice ale elementelor componente dup relaia C + H + O = 1.

Arderea incomplet se desfoar n condiiile deficitului de oxigen: parte din C arde complet formnd CO2, iar restul formeaz CO (2C + O2 = 2 CO).

Arderea complet ( stoichiometric ) a unui combustibil presupune existena cel puin a O2 (aerului) minim necesar transformrii ntregii energii chimice iniiale a componentelor combustibilului n alte forme de energie (termic, luminoas .a.). n gazele de ardere apar CO2, H2O, N2, cu sau fr urme de O2.

Cantitatea de aer teoretic necesar pentru arderea unui kilogram de combustibil, Lmin, se calculeaz cu expresia

Lmin =

++

3241221,01 OHC

combkgaerkmol

Deoarece aerul conine 21% O2 i 79% N2 n volum, Benzina auto necesit 0,512 kmol/kg, iar motorina 0,496 kmol/kg .

n condiii reale arderea complet (la produse finale de ardere) este asigurat la valori ale coeficientului de exces de aer ( = L/Lmin) egale cu: 0,85...1,15 pentru motorul cu carburator; 1,1....1,3 pentru MAI cu gaz, 1,3...1,7 pentru motorul diesel.

Amestecul proaspt i produsele de combustie. n motorul cu carburator amestecul carburant este format din vapori de benzin (alcooli, benzin + alcool, sau alt combustibil lichid) i aer. Dac masa molecular a combustibilului este Mc numrul de kmol de amestec proaspt pe un kg de combustibil se determin cu formula :

Map = Lmin + 1/Mc [kmol/kg] n cazul motorului diesel, volumul de combustibil injectat n cilindru reprezint n jurul a 0,01% din volumul de aer necesar i, deci, 1/ Mc se poate neglija. Masa molecular a benzinei auto este Mc = 100 ....120 i 1/Mc este de asemenea neglijabil; rezultnd din formula de mai sus Map = Lmin. La motorul cu gaz pentru un kmol gaz este necesar L0 kmol aer. Atunci Map = 1 + Lmin. Masa total a produselor de ardere complet a combustibilului lichid se determin din:

Mpa = MCO2 + MH2O + MO2 + MN2 sau

Mpa = ( ) min21,0212 LHC

++ Deoarece masa amestecului proaspt se conserv i se regsete n masa produselor de ardere, ns numrul de kmoli al produselor de ardere nu este neaprat egal cu cel al amestecului proaspt, rezult diferena M = Mpa - Map ; M depinde de natura i cantitatea hidrocarburilor din combustibil i de relaia dintre cantitatea de hidrocarburi i suma H2 + CO. La sfritul comprimrii, cilindrul conine amestecul de ardere (proaspt) Map i gaze reziduale Mgr. Coeficientul molar de transformare a amestecului de lucru cal se exprim prin raportul

cal = (co + cgr)/ (1 + cgr) n care: co este coeficientul molar de transformare a amestecului proaspt, co = Mpa / Map, iar cgr coeficientul gazelor reziduale, cgr = Mgr / Map. Valoarea lui cal este n funcie de compoziia chimic a combustibilului, de cgr i, mai ales de . Cnd scade, cal i co cresc i, n consecin, crete lucrul mecanic util al ciclului motor; crete deci puterea util a motorului cu carburator ( < 1), amestec bogat. Cu cretere lui cal se mrete volumul gazelor generate prin combustie. Valorile uzuale ale coeficientului cal sunt: 1,02.....1,12- la motoarele cu carburator, 1.01....1.06- la diesel; 0,92 .....0,98 la motoarele cu gaz. Principalele procedee petrochimice de obinere a combustibililor lichizi pentru motoare de automobile sunt: distilarea fracional; cracarea termic i catalitic; hidroformarea; platformarea, alchilarea, izomerizarea i sinteza combustibililor lichizi. Prin aceste procedee se obin: produse de extracie (solveni); petrol pentru turbomotoare de autovehicule (kerosen); motorin pentru MAC de autovehicule, locomotive diesel sau motoare staionare. Produsele secundare: uleiuri parafine, combustibili pentru focare, bitumuri .a. se obin prin procedee specifice. Figurile 1.10 ,1.11 i 1.12 , ref. 1 indic principalelel faze ale arderii i specificul arderii anormale la m.a.s. i la m.a.c.

2.3. INFLUENA PROPRIETILOR COMBUSTIBILULUI ASUPRA FORMRII AMESTECULUI 2.3.1. LA MAS

Starea fizic a amestecului carburant. Formarea amestecului omogen aer-combustibil este determinat de pulverizarea fin a fazei lichide, de vaporizarea ei relativ rapid i de amestecarea intim cu aerul. Pulverizarea se produce sub influena a trei factori de natur diferit: mecanic, cinetic i termic. ocurile la care vna de fluid este supus la trecerea prin jiclor sau la ntlnirea altor obstacole, determin dislocarea particulelor fine de 0,1...0,2 mm, adic pulverizarea mecanic, pulverizarea cinetic este provocat de micarea turbionar a aerului ce are o vitez de circa 100m/s, la trecerea prin difuzor, fa de 3,5....5,0 m/s viteza picturilor de combustibil, difuzate n masa aerului aspirat, la cursa de admisiune; pulverizarea termic este generat de diluarea vnei de combustibil (dublarea volumului unei picturi este urmarea vaporizrii a 1/150 din masa sa total: n cazul unei benzine avnd d 204 = 0,700 i densitatea de vapori de 3,5 ori mai mare dect aerul, raportul dintre volumul de vapori i volumul de lichid, la presiune normal, este de peste 150).

Starea fizic instantanee a amestecului carburant, caracterizat prin raportul maselor benzinei vaporizate i-n stare lichid, variaz ntre carburator i cilindrii ntruct procesul de vaporizare a benzinei n motor, la regim stabilizat, ncepe n carburator, se continu n galeria de admisiune i se ncheie n cilindrii MAS-ului.

Evoluia amestecului carburant. Prin nregistrri foto asupra procesului de formare a amestecului n motorul cu carburator s-a stabilit c o parte din picturile ce ies din difuzorul carburatorului se depun pe pereii galeriei de admisiune i formeaz o pelicul de combustibil lichid. Viteza de deplasare a peliculei antrenate de fluxul de vapori i aer, chiar n condiiile polizrii pereilor galeriei de admisiune, este de 50 ...60 ori mai mic dect viteza de deplasare a amestecului carburant. Procesul de evaporare intens a hidrocarburilor uor volatile continu n decursul micrii acestor picturi n pelicul i apoi la trecerea prin seciunea de deschidere a supapei de admisiune pn la sfritul comprimrii .

Observaiile experimentale au permis s se afirme c nu numai raportul vapori / lichid carburant variaz, ci i dimensiunile picturilor din amestecul carburant pregtit n scopul admisiei lui n cilindru; starea eterogen a amestecului carburant complic esenial procesul de pregtire a amestecului omogen i determin neuniformitatea cantitativ i calitativ a distribuiei lui n cilindrii; combustia nsi este afectat, evident de aceast stare fizic.

Neuniformitatea cantitativ a distribuiei amestecului se concretizeaz n diferenele ntre dozajelor diferiilor cilindri. Neuniformitatea calitativ a distribuiei amestecului este determinat de coninutul diferit al fraciilor componente sau aditivilor n amestecul carburant care ajunge la diferii cilindrii ai motorului.

innd seama i de caracterul ciclic al alimentrii cu amestec carburant la MAS, ameliorarea repartiiei amestecului ntre cilindrii se poate soluiona, n bun msur prin adoptarea injeciei de carburant.

Pe lng fenomenele produse de caracterul ciclic al alimentrii cu amestec carburant n cilindrii, asupra neuniformitii alimentrii influeneaz, n mod hotrtor, particularitile constructive ale carburantului, camerei de amestec i galeriei de admisiune.

Compoziia fracionat i presiunea de vapori a carburanilor pentru motoare auto. Calitatea amestecului carburant i neuniformitatea distribuiei ntre cilindrii este determinat de unele caracteristici fizice ale combustibilului lichid: compoziia fracionat; presiunea de vapori; cldura latent de vaporizare; coeficientul de difuziune al vaporilor; vscozitatea; tensiunea superficial; cldura specific; densitatea, etc.

Curba i temperaturile caracteristice de distilare. Benzinele sunt amestecuri formate dintr-un numr mare de fraciuni, fiecare avnd puncte de fierbere diferite. Prin reunirea temperaturilor caracteristice de distilare T10%, T50%, T90%, Tf i acelor intermediare T20%, T30% se obine curba de distilare ASTM; alura general a curbei de distilare caracterizeaz volatilitatea benzinei (combustibil lichid); ea ofer o imagine general asupra proprietilor de fraciuni uoare, medii i grele din combustibil i, deci, asupra comportrii benzinei n motorul auto.

Parametrii T10%, T50%, T90%, Tf se obin prin probe de laborator care asigur o bun

reproductibilitate, utilizndu-se aparatele STAS sau ASTM. Capacitatea de pornire la rece, givrajul, dopul de vapori, nclzirea, economicitatea, stabilirea

funcionrii la cald i accelerarea motorului, precum i celelalte caracteristici sunt determinate de temperaturile de distilare ale fraciunilor uoare, medii i grele.

Presiunea vaporilor saturai ai carburantului. Volatilitatea benzinelor i a altor carburani (alcooli, aceton, benzen, toluen, etc.) se apreciaz prin presiunea vaporilor saturai.

Pornirea motorului de automobil la temperaturi sczute. Condiiile necesare pentru o bun

capacitate de pornire a motorului se refer, pe de o parte, la starea motorului (aprindere corect, combustie bun, ulei fluid la temperaturi sczute ale mediului Ta - 100 C, baterie ncrcat i altele) iar pe de alt parte, la coninutul de hidrocarburi uoare (T10% i PVR) i la cldur latent masic de vaporizare (lv) a carburantului.

n esen, pornirea la rece este asigurat atunci cnd dozajul real din imediata vecintate a

arcului bujiei este bogat n fraciuni uoare, vaporizate. Aceasta nseamn c pornirea la rece a MAS va fi cu att mai uoar cu ct T10% este mai redus, iar PVR a carburantului mai ridicat.

Dependena dintre temperatura minim a mediului ambiant Ta la care se mai poate porni motorul automobilului i temperaturile caracteristice T0% i Tid (temperatura iniial de distilare), are forma:

Ta = 0,5T10% + 33Tid 67,17 Valori practice ale parametrului Ta sunt prezentate astfel hidrocarburile uoare (alcani-butan

i propan) au presiuni de vapori superioare (0,1 ... 0,5 Mpa la 37,80C) i favorizeaz pornirea la temperaturi sczute. Corelaia dintre temperatura Ta i PVR a benzinei are un caracter liniar ncepnd cu PVR = 0,033 MPa; pentru valori PVR < 0,033 MPa calitile de pornire se nrutesc brusc.

O benzin avnd T35% la 700C i PVR 0,08 MPa asigur pornirea motorului fr utilizarea ocului, chiar la (-100 C).

Dar excesul la volatilitate (produse uoare) poate genera inconveniente sub forma dopurilor de vapori i givrajului.

Formarea dopurilor de vapori (vapor lock). Prin nclzirea benzinei n sistemul de alimentare se formeaz vapori ai fraciunilor uoare care au un volum de 150-200 ori mai mare dect volumul benzinei lichide. Productivitatea masic a benzinei scade, amestecul carburant care ajunge n motor este foarte srac i motorul se oprete (pan de amestec srac) ca i cnd conducta de alimentare a carburatorului ar fi nfundat.

Temperatura de nclzire a benzinei factorul hotrtor de formare de vapori n sistemul de alimentare - este cu 20...300C mai mare dect a mediului exterior, iar dup 7...10 min. de la oprirea automobilului i motorul (capota lsat), este mai mare cu pn la 400C. Fenomenul vapor lock se va produce, mai ales, n pompa de benzin. Tendina de formare a dopurilor de vapori este cu att mai posibil cu ct : randamentul pompei de benzin este mai redus; temperaturile mediului ambiant i a celui de sub capot sunt mai ridicate; Tid i T10% mai joase, iar PVR mai nalt ; eficacitatea ventilaiei este mai redus.

Formarea dopurilor de vapori se poate evita , parial, dac se ndeplinete condiia T10% 0,50 Ta '+ 46,5 [0C]

Givrajul carburatorului de automobil . Formarea gheii pe difuzorul, obturatorul i pulverizatorul carburatorului, n condiii de temperatur Ta relativ sczut i umiditate ridicat (climatele TH i THA), se explic prin scderea cu 16....210C a temperaturii pieselor menionate, ca urmare a vaporizrii dinamice a benzinei (cldura de vaporizare este absorbit din aerul nvecinat i de la piesele carburatorului). Dac Ta = + 40C, dup 2 minute de la pornirea motorului, temperatura obturatorului scade la -170C. Cnd Ta(- 1 ....120C), iar umiditatea aerului este de 60....100% se depune ghea care micoreaz seciunea de trecere a amestecului carburant (la mers n gol sau la sarcini pariale) sau clapeta nghea n camera de amestec i motorul se oprete; cnd difuzorul are ghea (la turaii mari i regim stabilizat) se constat mrirea consumului de benzin i scderea puterii motorului. Funcionarea motorului este posibil dup 2...3 minute , cnd gheaa s-a topit, prin nclzirea carburatorului. Cnd Ta < - 10C givrajul nu se produce deoarece umiditatea aerului este foarte sczut. nclzirea i repriza motorului. Durata de nclzire a motorului rece este intervalul de timp care se msoar din momentul pornirii motorului rece pn la atingerea temperaturii optime de regim a apei de rcire, Tap = 80....900C . Cu ct se nclzete mai repede motorul, cu att vor fi mai mici pierderile de timp i de carburant, precum i uzura u = f(t) a pieselor caracteristice. Calitile antidetonante ale carburanilor. Cifra octanic (CO)i cifra de performan* (CP) a combustibililor apreciaz stabilitatea la detonaie a acestora n MAI, la un raport de comprimare determinat. mbuntirea randamentului termodinamic al MAI, prin mrirea raportului de comprimare a generat n ultimele dou decenii o curs a octanilor care determin politica petrolier actual, aflat sub imperiul dinamicii crizei combustibililor. Semnificaia noiunilor cifr octanic i cifr de performan, n raport cu metode de determinare. Cifr octanic este un parametru de apreciere empiric a valorii antidetonante a unui combustibil sau a aptitudinii acestuia de a suporta comprimarea prin comparare cu hidrocarburi de referin etalon. Se aleg carburani etalon (scara Edgar) formai din heptan (C7H16) i izooctan(C8H18), primul este foarte detonant (CO=0) fiind un alcan liniar uor oxidabil, iar al doilea este antidetonant puternic (CO= 100). Un anumit carburant are cifra octanic de 90 octani dac el se comport, la detonaie, identic cu un amestec format din 90% izooctan i 10% heptan normal.

Cifr octanic a carburantului reprezint procentul n volume de izooctan dintr-un amestec de izooctan cu n- heptan, amestec ce are accei rezisten la tendina de detonare carburani i combustibilul de ncercat, determinarea efectundu-se n condiii standard. Cifra de performan are semnificaia de CO extins peste 100. Determinarea se face prin cantitatea de izooctan la care se adaug diferite proporii de tetraectil de plumb (TEB), pentru a putea aprecia benzinele supercarburant i cele pentru motoare de aviaie cu piston. Relaia dintre CO i CP are expresia CO = 100+ (CP - 100)/3 Sistemele de detectare a detonaiei benzinelor n MAI au evoluat din 1921 cnd Ricardo a determinat max admisibil pe motor special. Metodele de laborator Research i Motor. Ambele metode de laborator utilizeaz un motor monocilindru de tip CFR-ASTM, IT9-6, IT9-2M, IT9-2. Motorul monocilindric este foarte robust . cteva motoare de tip CFR-SUA au lucrat 20 de ani, cte 24 ore din 24, fr opriri pentru revizii i ntreineri. Raportul de comprimare este variabil continuu de la 4 la 10 . Blocarea n poziia dorit se face cu o frn, iar deplasarea vertical a cilindrului printr-un mecanism cu cremalier i manivel. Cilindrul este monobloc, prevzut lateral cu un micrometru care permite reperarea nlimii cilindrului i deci a raportului de comprimare. Motorul monocilindric este cuplat cu un motor asincron care pornete motorul pentru determinarea CO, iar apoi lucreaz cu un consumator pentru meninerea turaiei constante la 600 6 rot/min (F1) i, respectiv, 900 9 rot/min (F2). Temperatura apei de rcire este meninut la 100 20C cu un condensator cu serpentin. nclzirea aerului aspirat i amestecului carburant se realizeaz cu rezistoare electrice, iar condiionarea umiditii aerului cu

o coloan de rcire n interiorul creia se introduc, pe cca. 75% din nlime, bulgri de ghea de 50 pn la 80 mm. Alimentarea cu carburantul de ncercat i cu cei etalon se realizeaz cu un carburator cu 3 sau 4 vase de nivel identic, reglabile, pentru a se obine dozaje de detonaii maxime. Pentru alimentare este prevzut un robinet cu trei ci. Toate elementele componente ale instalaiei, condiiile de pregtire i efectuarea determinrilor sunt standardizate pentru obinerea unor msurri reproductibile i comparabile pentru diverse motoare dup normele STAS i ASTM. Modul de lucru al ambelor metode presupune parcurgerea urmtoarelor etape: se pornete i se nclzete motorul cu un carburant convenabil, la un raport , fr detonaie, astfel nct dup 30 minute de la pornire motorul monocilindric s intre n condiiile standard de ncercare; se trece la determinarea propriu-zis prin alimentarea cu combustibilul x de cercetat i reglarea lui astfel nct detonaia s aib intensitatea mai mic dect cea standard (40 ... 45 diviziuni la knockmetru; n variantele pin electomecanic sau detonometru electronic STAS 26-68, la determinarea orientativ a valorilor lui ), se regleaz compoziia amestecului carburant prin modificarea nivelului cu cte o diviziune pe sticla de nivel, astfel nct s se obin detonaia maxim; meninndu-se neschimbat nivelul combustibilului de detonaie maxim se modific pn cnd knockmetru indic valoare intensitii de detonaie standard de 55 3 diviziuni; se trece motorul la funcionarea cu cei doi combustibili etalon, meninnd raportul de comprimare i ceilali parametrii de reglare constani; se determin proporiile de izooctan i heptan din cele dou amestecuri de etaloane primare, astfel alese nct unul s detoneze mai puternic iar al doilea s detoneze mai slab dect carburantul de ncercat. Este obligatorie citirea indicaiilor knockmetrului s se fac dup ce acul indicatorului are o poziie stabil, iar ncadrarea combustibilului de cercetat ntre amestecurile etalon s se fac de trei ori n ordinea 1, x, 2 i apoi s se calculeze media aritmetic a citirilor.

Sensibilitatea benzinelor, CO = CO / R CO / M > 0, ofer o prim imagine asupra

comportrii carburantului la regimuri de turaie sczut; cu ct sensibilitatea benzinei este mai mare, la aceeai CO / R, carburantul se va comporta cu att mai bine la regimuri de turaii joas, ntruct CO va fi mai mare. Sensibilitatea benzinelor este n corelaie cu compoziia i, deci, cu modul lor de obinere. Cel mai puin sensibili la variaia regimului de funcionare (COmin) sunt alcanii; urmeaz apoi alchenele, cicloalcanii i aromaticele. Ultimele au rezisten la detonaie i sensibilitate ridicate, la valori mari ale CO / R.

Se impune ca, i n Romnia, calitatea benzinelor auto s fie la cerinele existente pe plan mondial, i anume : eliminarea total a plumbului din benzine, reducerea presiunii de vapori, limitarea coninutului de hidrocarburi aromatice, de benzen i de olefine din benzine, ncadrarea acestora n normele preconizate n legislaiile antipoluante pe plan european. Preocuprile existente n acest fel n Romnia s-au concretizat prin elaborarea unui standard privind fabricarea benzinelor fr plumb (Premiun FP), care a intrat n vigoare ncepnd cu 1992.

Benzina Premium fr plumb se obine din fraciuni de benzine provenite din procesele de

reformare i de cracare catalitic, alchilare,izomerizare precum i din alte procese de sintez, i se va utiliza drept carburant numai pentru automobile echipate cu catalizatori , adaptate special acestui scop.

2.3.2. LA MAC La aceste motoare, formarea amestecului aer-motorin se realizeaz n cilindrul motorului (motor cu formarea amestecului n interior). n cursa de admisiune aerul intr n cilindri la presiunea atmosferic sau la suprapresiune (supraalimentare MAI). Prin comprimare, presiunea aerului crete la 2,5 .. 3,0 MPa, temperatura la 500 ... 600 oC, iar densitatea de 12 ... 14 ori, fa de cea a aerului atmosferic. ntregul proces de vaporizare a combustibilului diesel trebuie s se produc ntr-un timp de 10 ori mai scurt dect la MAS, adic n cca. 20 ...40 oRA sau cteva miimi de secund. Jetul de combustibil, dozat de pompa de injecie este pulverizat fin n camera de ardere prin injector. Presiunea de injecie este, de regul, de 20 ... 30 MPa (chiar 150 MPa), iar cele cteva milioane de picturi sunt distribuite n jetul (conul) de pulverizare neuniform: d = 3 ... 150 m, iar viteza picturilor este distribuit polinomial, cu Wmax pe axa conului i Wmin pe cercul de baz. Combustibilul se aprinde i arde treptat, pe msur ce este injectat n cilindrul ntr-un ciclu izobar (diesel) sau mixt, ncepnd cu PMI. Vaporizarea intens a picturilor, n paralel cu arderea altora, determin o ncetinire a formrii amestecului aer-motorin. Rezult necesitatea unui exces important de aer, la un coeficient de dozaj 1,5. Neomogenitatea amestecului creat la turaii sczute, apropiate de regimul de mers n gol, n = ng i cu 1,4 favorizeaz economicitatea motorului diesel; la turaii de putere maxim, n = ng apare fenomenul limitei de fum dac < 1,35.

Asupra procesului de formare a amestecului n MAC influeneaz tipul camerei de adere (unitare sau divizate), procesul de injecie (direct sau perpendicular) precum i proprietile combustibilului: vscozitatea, densitatea, compoziia fracionat, presiunea de vapori, tensiunea superficial, capacitatea de difuzie a vaporilor n mediul nconjurtor, cldura latent de vaporizare i puterea caloric. Principalele cerine calitative impuse combustibililor diesel pentru motoare de traciune sunt cuprinse in tabelul urmtor:

Clasa principal de cerine calitative Parametrii i specificaiile calitative ale combustibililor

diesel destinai motoarelor de traciune 1. Cerine calitative care asigur realizarea unui amestec omogen

a. Formarea amestecului omogen combustibil aer este posibil cnd: vscozitatea, densitatea, tensiunea superfi-

combustibil aer, n diferite condiii de injecie, arderea ct mai complet i eficient precum i funcionarea uniform a MAC

cial, compoziia fracionat i presiunea de vapori a combustibilului au valori optime: b. Arderea complet i funcionarea uniform a MAC este asigurat de: puterea caloric mare, sensibilitatea (cifra cetanic) i ntrzierea la autoaprindere optime: tendina minim de formare a calaminei i altor depuneri n zonele calde ale motorului

2. Cerine impuse de transportul, pstrarea i alimentarea cu combustibil prin sistemul de alimentare al MAC, pentru diverse condiii climatice de lucru

Temperaturi (puncte) minime de congelare i tulburare a combustibilului diesel; Variaia liniar (pant mic) a vscozitii combustibilului cu temperatura; Pompabilitatea bun a combustibilului la temperaturi joase, Stabilitate n timp a proprietilor de exploatare; Puritate fizic; Corosivitate, toxicitate i depuneri minime; Inflamabilitate redus

3. Cerin de eficien a produciei combustibilului diesel

Cost minim i disponibilitate maxim din resurse nedeficitare (accesibile) a combustibilului diesel; Consum minim, n condiii concrete de exploatare, pentru un sistem de mentenan optim.

Ansamblul cerinelor prezentate sunt satisfcute, n parte, de amestecurile de hidrocarburi ce au temperaturi de distilare ntre 150 i 3600C i care alctuiesc motorinele comerciale.

Vscozitatea optim a motorinelor. La o presiune de injecie determinat, un combustibil prea vscos nrutete formarea amestecului: picturile prea mari vor fi prea penetrante i vor ajunge pe peretele opus injectorului; suprafaa de contact fiind mai rece va determina ntreruperea lanului de reacii de combustie; se va forma fumul albastru, cu miros neptor (produse intermediare de combustie aldehide i acizi). Motorina cu vscozitate prea mic, dei va favoriza pulverizarea foarte fin, viteza i masa picturilor fiind prea redus, penetraia jetului n aerul dens va fi insuficient. Se va forma fum negru, caracteristic lipsei de oxigen; arderea este cu exces de combustibil n zona nvecinat injectorului.

Tensiunea superficial a motorinelor. Pulverizarea motorinelor i formarea amestecului la

MAC depinde de mrimea tensiunii superficiale a combustibilului, adic de lucrul mecanic necesar pentru carburani s produc mrirea suprafeei lichidului ci 1 mm2, 1 cm2 sau 1m2. Uzuale sunt:[]GGS = dyn/cm = 10.-8 N/m.Tensiunea superficial a motorinelor auto crete cu densitatea i masa molecular a combustibilului, dup legea:

= 51,5 d 204 - 16,6 i scade odat cu temperatura. Valorile uzuale ale parametrului sunt: 27.....30 N/mm, pentru motorine auto i 20....24 N/mm pentru benzine auto.

Densitatea motorinelor auto d 204 = 0,820 ...0,850, influeneaz formarea amestecului la fel carburani i vscozitatea i tensiunea superficial. n plus, la densiti diferite ale motorinelor, se constat creteri de consum cu 5....6% (dac se trece de la o motorin cu d 204 = 0,865 la alta cu d 204 = 0, 820) cnd puterea dezvoltat i puterea calorific sunt constante; penetraia jetului crete cu densitatea. Compoziia fracional i presiunea de vapori a motorinelor. Pentru motoarele diesel rapide este necesar s se utilizeze motorine care s aib temperaturi (T10%., T50%, T90%) ce favorizeaz pornirea uoar (T10%., T50%,), economicitatea, atenuarea depunerilor i a fumului (T50%, T90%) funcionarea (T10%., T50%).Pornirea MAC este determinat n mare msur, doar de T50%; la creterea temperaturii T50% de la 255 ... 2870C dei CC crete de la 47,5 la 52, timpul de pornire tp crete de la

10 la 85s. Fraciile prea volatile pot genera funcionarea dur a motorului i pornirea foarte grea la temperaturi sczute. Pentru motorinele romneti, n concordan cu cerinele formrii amestecului de calitate, economicitii i nepolurii se impun, conform STAS 240-80 condiii riguroase pentru procentul de fracii care distil la 3000C ( 48 ... 50%) i 350 0C ( 85 ...90 %). Combustibilii diesel au coeficientul de difuzie de 0,04 ... 0,05 g /cm2s adic de 2 ori mai redus dect la benzin. Toi parametri prezentai inclusiv puterea caloric i cldura latent de vaporizare a motorinelor sunt foarte apropriai, deci posibilitile de mbuntire a calitii amestecului prin modificarea lor sunt limitate.

Cifra cetanic este criteriul de baz pentru aprecierea aptitudinii combustibilului la autoaprindere, n camera de combustie; cifra cetanic (CC) sau indicele diesel (ID) CC sau ID msoar sensibilitatea sau ntrzierea la autoaprindere (n 0RA sau ms) a motorinelor. CC este procentul n volum, de cetan normal (C16H24) dintr-un amestec de cetan normal i alfa-metilnaftalin (C11H10) care are aceeai sensibilitate carburani i combustibilul de ncercat determinarea executndu-se condiii standard (STAS 6918-64). Cetanul are CC = 100, iar - metilnaftalina CC = 0, primul fiind un alcan liniar, foarte sensibil la autoaprindere; C10H7CH3 este o hidrocarbur aromatic cu rezistena mare la autoaprindere.CC a motorinelor auto se determin experimental, n laborator, pe un motor monocilindric (IT9 - 3) amenajat conform STAS 6918. Metodele ce pot fi utilizate pentru determinarea CC a motorinelor auto sunt: metoda cu incidene a autoaprinderilor (precizie 1,5 uniti CC /MC) care este standardizat i utilizat n ara noastr, metoda ntrzierii la autoaprindere (precizie 2.5 uniti CC i metodic de determinare mai complex), metoda raportului critic de comprimare (precizie 5 uniti CC insuficient pentru combustibilii auto actuali).

Indicele diesel. Acest parametru de apreciere a sensibilitii motorinei se poate determina mai

simplu dect CC prin calcul cu relaia experimental : ID = dAPI. A/100

Unde A este punctul de anilin al motorinei, in 0F, iar dAPI densitatea combustibilului n grade API. Motorinele romneti au ID [ ]53....43 .Expresia de calcul a CC n raport cu ID este

CC = 0,666 ID + 0,1224 Tm 19,824

3. COMBUSTIBILI NECONVENIONALI Eliminarea automobilului din ecuaia mediului este o misiune foarte important pentru

industria productoare de mijloace de transport. Poluarea aerului a devenit o surs continu de ngrijorare din cauza creterii consumului de energie proporional cu creterea populaiei. Dei n zilele noastre se folosete mai mult energie ca niciodat, aceasta este utilizat mai eficient. Metodele

de reducere a consumului de combustibil permit utilizarea pe o durat mai lung a rezervelor petroliere ale lumii. Continua scdere a rezervelor de combustibili petrolieri precum i creterea necesarului de astfel de combustibili, creterea costului acestora, caracterul neregenerabil i repartizarea neuniform a resurselor de petrol pe glob precum i problemele cu poluarea, au impulsionat cercetrile n vederea obinerii i utilizrii unor noi surse de combustibili, care s permit substituirea, cel puin parial, a combustibililor clasici.

3.1.BIOCARBURANI innd cont de posibilitile de producie, stocare i distribuie precum i de necesitatea corelrii cu cerinele motorului, se apreciaz c, dintre toi combustibilii neconvenionali, compuii organici oxigenai au cele mai largi perspective de utilizare. Astfel, potrivit calculelor specialitilor, compuii organici oxigenai vor putea asigura, n viitorul apropiat, cel puin 5% din cantitatea de combustibil necesar rilor din Comunitatea European. n vederea stimulrii produciei de biocarburani, organul legislativ al Comunitii Europene a propus reducerea cu 90% a impozitelor indirecte percepute de la productorii de biocarburani. Principalii compui organici oxigenai avui n vedere pentru nlocuirea total sau parial a combustibililor petrolieri sunt:

alcooli inferiori: metanolul, etanolul, ter-butanolul, amestecurile de diferii alcooli; eterii organici: metil-teriar butil-eterul (MTBE), etil-teriar butil-eterul (ETBE), teriar-amil

metil-eterul (TAME), folosii mai ales n calitate de componeni nalt octanici pentru benzine; esterii naturali, uleiurile vegetale i derivaii acestora (monoesteri, hidrocarburi), folosii

drept componeni sau nlocuitori ai combustibilului diesel. n tabelul urmtor se prezint consumul principalilor compui organici oxigenai folosii drept carburani, n rile Europei de Vest i n S.U.A., la nivelul anului 1990 . .

Europa de Vest [ 103 t/an ] S.U.A.

[ 103t/an ] Metanol 600 10 Etanol 20 2400 Ter-butanol 460 - MTBE, TAME 850 3000 TOTAL 1930 5410

Interesul pentru utilizarea compuilor organici oxigenai este justificat, n primul rnd, de faptul c acetia mresc disponibilul de combustibili pentru autovehicule, fiind obinui din surse regenerabile sau plecnd de la componeni rezultai n rafinrii care, n mod normal, nu sunt utilizai pentru producerea combustibililor lichizi. n plus, avnd cifre cetanice i octanice ridicate, aceti compui pot contribui la mbuntirea calitii combustibililor clasici. n sfrit, adugarea compuilor organici n motorine i n benzine permite reducerea polurii mediului (de exemplu prin eliminarea aditivilor pe baz de plumb din benzine ). Alegerea unuia sau altuia dintre aceti compui este dictat de o serie de factori cum ar fi: disponibilitatea materiilor prime, costurile de producie, posibilitile de adaptare a motoarelor la cerinele impuse de funcionarea cu aceti combustibili. n multe din rile lumii exist preocupri privind utilizarea compuilor organici oxigenai drept nlocuitori pariali sau totali ai combustibililor clasici. Astfel, n S.U.A., nc din anul 1979, s-a nfiinat National Alcohol Fuels Commission, care a elaborat o serie de 12 teme de cercetare privind bilanurile energetice, producerea de metanol, utilizarea biomasei etc. De altfel, tot din anul 1979, n S.U.A. se comercializeaz sub denumirea de Gasohol benzin coninnd 10% etanol. Producerea acestui combustibil este n continuare subvenionat de ctre stat. La nivelul anilor 90, circa 25% din benzina livrat pe piaa Statelor Unite conine eteri de tipul MTBE, n concentraie redus. n cadrul

noului plan de lupt contra polurii atmosferei, materializat prin aa numita Lege a Aerului Curat, lansat i aprobat n anul 1990, un rol important revine compuilor organici oxigenai. Utilizarea acestora va impune fabricarea unor vehicule care s poat funciona cu aceti carburani, vehicule ce se preconizeaz a fi vndute n marile orae, cu grad de poluare ridicat (Los Angeles, Houston, New York). n Brazilia, programul Proalcool constituie una din cele mai cunoscute iniiative privind nlocuirea carburanilor clasici cu alcooli, n scopul reducerii dependenei de petrolul de import. Brazilia a fixat obiectivul ca, pn la sfritul secolului, s produc anual 20 milioane m3 de etanol. n Japonia s-au elaborat numeroase programe ce urmresc producerea de metanol i etanol pe baz de biomase. Interesul fa de aceti combustibili este justificat att de lipsa resurselor energetice proprii, ct i de grija deosebit pentru protejarea mediului (alimentarea motoarelor diesel cu metanol permite limitarea emisiilor de NOx i eliminarea total a particulelor solide din gazele de ardere). n rile europene exist de asemenea diferite programe de utilizare a compuilor organici oxigenai n calitate de componeni sau substitueni ai combustibililor petrolieri. Dup anul 1987 se remarc existena unui interes crescut pentru utilizarea eterilor organici de tipul TBE, n defavoarea alcoolilor. Conform prognozelor, n anul 2000, consumul de MTBE n rile Europei de Vest va fi de 4,5...6 milioane tone. Plantele cu cele mai mari posibiliti pentru producia de combustibili vegetali n Europa sunt, pentru etanol, sfecla de zahr, grul, porumbul, orzul, iar pentru metil-esteri uleiul de floarea soarelui i de rapi. ncercrile privind utilizarea uleiurilor vegetale pentru alimentarea motoarelor cu ardere intern dateaz nc din anul 1912, cnd Rudolf Diesel propunea folosirea uleiului de arahide. De altfel, Diesel i-a exprimat, n particular, convingerea c uleiurile vegetale vor fi utilizate n viitor pe scar larg pentru alimentarea motorului cu aprindere prin comprimare.

Utilizarea biocombustibililor n locul celor fosili este important fiindc : reprezint un combustibil alternativ, reducnd dependena de importurile petroliere

(dependena european este de 76%); reprezint o surs regenerabil de energie; reduce efectul de ser fa de cel produs de combustibilii fosili, fiindc biocombustibilii se

obin dintr-un ciclu nchis n care CO2 rezultat din ardere a fost colectat din atmosfer de ctre plante n procesul de fotosintez;

reduce emisia de SO2 (reduce ploile acide) cci biocombustibilii conin cantiti mai mici de sulf;

reduce emisia de funingine, CO, HC; se degradeaz biologic mai uor fiind mai puin toxice pentru microorganismele din ap; creeaz posibilitatea dezvoltrii unei noi ramuri industriale menite s prelucreze masele

vegetale primare. Biocombustibilii se clasific n dou categorii: alcooli vegetali i combustibili derivai, pentru

m.a.s. i uleiuri vegetale i ali combustibili derivai, pentru m.a.c. Un al treilea tip de combustibil care se aplic la m.a.s. este biogazul, se obine pornind de la biomas sau din deeurile industriale sau urbane; totui, din cauza puterii calorice mici se aplic la motoare staionare, iar folosirea lor n domeniul transporturilor a fost redus pn n prezent.

O condiie pentru reuita combustibililor vegetali este aceea c se pot folosi fr sau cu foarte puine modificri, de aceea s-au folosit acei combustibili ale cror proprieti sunt foarte apropiate de cele ale combustibililor pe care i nlocuiesc. Etil teriar butil eterul (ETBE) nlocuiete metil teriar butil eterul (MTBE), fiind potrivit a fi folosit ca aditiv, de pn la 20% n benzin.

Principalele avantaje ale utilizrii alcoolilor la m.a.s. sunt urmtoarele : creterea cifrei octanice i reducerea apariiei detonaiei, cu posibilitatea creterii raportului

de compresie; introducerea unei cantiti mai mari de combustibil n cilindru la fiecare ciclu motor; consumul de combustibil este similar cu cel al m.a.s. convenionale;

emisiile de HC i CO sunt reduse. Principalele dezavantaje ale utilizrii alcoolilor la m.a.s. sunt urmtoarele :

putere caloric mai mic i un raport aer combustibil mai mic ceea ce implic modificarea sistemului de alimentare;

afinitate mare la ap; separarea n benzin i alcool se poate produce n prezena apei; potenial coroziv ridicat; probleme la pornirea la rece din cauza cldurii de vaporizare mai ridicate; creterea emisiilor evaporative. Mai recent, se folosesc derivaii eteri ETBE i MTBE ai alcoolilor. Ei prezint aceleai

avantaje ca alcoolii, dar pot depi unele dintre problemele alcoolilor fiindc: au o putere caloric mai mare i un raport stoechiometric mai apropiat de cel al benzinei,

iar sistemul de alimentare nu necesit modificri; au o solubilitate foarte mic n ap; au corozivitate mult mai mic dect cea a alcoolilor; au cldur latent de vaporizare mult mai mic dect cea a alcoolilor facilitnd pornirea la

rece; produc emisii evaporative la acelai nivel cu cel al benzinei i mai mic dect al alcoolilor. Pentru m.a.c. se pot utiliza uleiuri vegetale i esterii acestora, pure sau amestecate cu

motorina n orice proporie. Problemele asociate uleiurilor vegetale la m.a.c. sunt cele legate de viscozitate i punct de

fierbere. Viscozitatea ridicat a uleiurilor vegetale, de circa 10 ori mai mare dect viscozitatea motorinei, afecteaz injecia, iar n combinaie cu punctul de fierbere final foarte ridicat, duce la formarea depozitelor n motor. Uleiurile vegetale conduc la pierderi de putere i creteri de emisii, particule i HC. Cifra cetanic este mic i nu se pot folosi sub 10C. Pentru a depi aceste probleme s-au studiat diferite soluii (prenclzirea combustibilului, modificarea motorului, modificarea combustibilului). Primele dou metode nu au permis folosirea uleiurilor n motoarele obinuite, ca nlocuitor al motorinei, dar a treia, utilizarea metil-esterilor, a permis rezolvarea multor probleme ale uleiurilor vegetale:

viscozitatea mult mai mic dect cea a uleiurilor vegetale i apropiat de cea a motorinei a permis ca jetul de combustibil s aib proprieti asemntoare n procesul de amestecare;

punctul final de fierbere, mai sczut dect cel al uleiurilor, permite descompunerea mai uoar ;

cifra cetanic este similar cu cea de la m.a.c., chiar mai mare n unele situaii. Particularitile utilizrii metil esterilor la m.a.c. sunt :

se produce o mic scdere a puterii i cretere a consumului de combustibil fiindc puterea caloric este mai mic dect cea a motorinei;

se observ o mai bun lubrifiere a pompei de injecie datorit adugrii de metil esteri; pornirea i funcionarea pe timp rece este dificil; metil esterii pot reaciona cu cauciucuri i vopsele i pot forma depozite carbonoase. Testele de poluare depind de tipul motorului, de condiiile de funcionare, de calitatea

combustibilului, totui se poate trage concluzia c metil esterii produc o ardere mai eficient datorit oxigenului din molecul. Acest lucru implic reducerea particulelor, a CO, HC, dar NOx pot crete uor.n tabelul de mai jos sunt rezumate rezultatele diferitelor teste de emisii care au fost fcute cu 100% metilester al uleiului de rapi. (valorile medii, minime i maxime) comparativ cu emisiile acelorai motoare care au funcionat cu 100% motorin .

CO HC NOx PT Medie

aritmetic 12% 24% +7% 36% Valori 35,+16% 46,4% 16,+20% 55,+5%

minime i maxime

Privitor la poluarea mediului nconjurtor alcoolul i uleiurile vegetale ofer unele avantaje fa de combustibili minerali. Lanul energetic favorabil reduce emisia de noxe n mediul nconjurtor. Alcoolii, cu excepia metanolului (toxic), au un risc de transport redus, pentru c se pot amesteca cu ap n orice proporie i astfel n caz de accident de mediu, de exemplu dac au fost vrsate pe sol, sunt uor de ndeprtat. Datorit oxigenului molecular legat (metanol: 50%, etanol: 33% i metil ester de ulei de rapi RME: 10%) emisia de funingine la motoarele diesel acionate de alcool, practic este la limita de supraveghere . De asemenea, cu RME poate fi redus fumul din gazele de evacuare pn la 50%. Emisia de oxizi de azot va fi redus prin folosirea motoarelor diesel acionate cu alcool datorit cldurii de evacuare majorate. Pe de alt parte, trebuie s se ia n considerare o cretere a emisiei de NOx la folosirea uleiurilor vegetale, datorit coninutului mai mare de molecule de oxigen, aa c este necesar o reglare a sistemului de injecie pentru a reduce emisia la un nivel comparabil cu cel al motoarelor diesel cu combustibili clasici. Emisia de oxid de carbon rezultat din arderea incomplet a combustibililor, este mai redus prin folosirea alcoolului fa de benzin sau motorin. Mult mai important dect nivelul de poluare cu oxizi de carbon este compoziia combustibililor. Astfel la motoarele cu alcool, n compoziia acestuia se gsesc aproape exclusiv legturi simple, care se pot desface rapid. Legturile policiclice aromatice i alte legturi complexe de acest tip sunt n componeni ce se gsesc n cantiti foarte reduse sau lipsesc n structura alcoolului, spre deosebire de benzin i motorin. Ozonul ce ia natere sub efectul radiailor solare este mai redus la folosirea alcoolilor datorit reactiviti sczute a substanelor rezultate prin ardere. Pentru calcularea potenialului de formare al ozonului se multiplic fiecare component cuantificabil din gazele de evacuare cu un factor de reactivitate (Maximum Incremental Reactivity). Acest factor arat cte grame de ozon per grame de produs de ardere se produc i este de 0,33 pentru metanol, 0,79 pentru etanol, 2,1 pentru benzin i circa 1,3 pentru motorin. Coninutul de oxizi de carbon, care este mai puin de jumtate la metanol n comparaie cu motorina, se ateapt s produc o reducere a CO2 cu circa 5%. Prin faptul c folosirea alcoolului duce la o mbuntire vizibil a performanelor motorului, se reduce emisia de CO2 n timpul funcionrii motorului pn la 25%. Totui trebuie s se in cont de faptul c pentru obinerea unei echivalene de benzin sau motorin la producerea alcoolului, se nregistreaz emisii crescute de CO2, care influeneaz negativ ntregul bilan al CO2 , chiar dac metoda de preparare a alcoolului este prin hidratarea ieiului, care este o metod cu consum de energie i emisie de CO2 mai reduse. Astfel, ntreaga emisie de CO2 fa de combustibilii convenionali scade sub 10%. n comparaie, obinerea etanolului din biomase se face cu un consum energetic mai ridicat i printr-o emisie de CO2 mai ridicat. Emisia global de CO2 este mai sczut ca la combustibilii convenionali (la fel ca i la metanol). Alte alternative pentru obinerea alcoolului din lemn prin hidroliz sau fermentare, promit pentru viitor un potenial vizibil de reducere a emisiei de CO2 (cu pn la 60%).

3.2. GAZELE NATURALE Gazele naturale ofer posibilitatea emiterii unor cantiti mici de poluani, fiind adevrai

combustibili alternativi. Pot fi considerai parial ca o surs regenerabil de energie (descompunerea natural a biomasei). Exist dou tipuri de gaze naturale utilizate drept combustibil la motoare: gazele naturale comprimate (CNG) i gazele petroliere lichefiate (LPG).

Costul redus i disponibilitatea gazelor naturale comprimate ofer potenialul de a prelua o parte din piaa combustibilului petrolier lichid, dei stocarea la bord ridic mari probleme. Pentru a atinge randamentul maxim, trebuie crescut raportul de comprimare i utilizate supraalimentarea sau injecia direct .

Gazele petroliere lichefiate sunt mai atractive cci au o densitate mai mare de stocare a energiei.

Ambele au emisii mai puin duntoare dect m.a.s i m.a.c i pot fi folosite n motoare mai mult sau mai puin standard.

Tabelul urmtor cuprinde reducerile emisiilor poluante ale motoarelor funcionnd cu gaze petroliere lichefiate raportate la emisiile acelorai tipuri de motoare alimentate cu combustibili convenionali .

Comparativ cu m.a.s Comparativ cu m.a.c.

75% mai puin CO 90% mai puin CO 85% mai puin HC 90% mai puin HC 40% mai puin NOx 50% mai puin NOx 87% mai puin ozon 90% mai puine particule

Gazele naturale vor fi mai intens folosite n viitorul apropiat datorit disponibilitii acestora i

a potenialului lor mai redus de a forma gaze ce produc efectul de ser. n special n motoarele diesel, gazele naturale asigur emisia cea mai sczut de CO2 .

De mare interes n zilele noastre sunt emisiile de gaze care produc efectul de ser (Green House Gases GHG). Acestea sunt formate dintr-un grup de gaze, fiecare cu alt potenial de nclzire global (Global Warming Potential GWP), potenial raportat la cel al CO2 prin efecte echivalente , astfel :

Gazul

GWP

CO2 1 CH4 22 NOx 270 CO 3

Utiliznd aceti factori de multiplicare, emisiile de gaze care produc efectul de ser produse de motoarele de autobuz n trafic urban, anual, n tone de gaze GHG sunt cuprinse n tabel.

Ciclul GHG m.a. s. cu gaze naturale 186 m.a.c. 134 m.a.c. cu gaze naturale 107

Reducerea n continuare a emisiilor de GHG produse de motoarele cu gaze naturale se poate

face prin utilizarea unui dispozitiv denumit convertor cu curgere invers (Reversing Flow Converter -RFC), care reduce cu 7% pe an cantitatea de GHG, transformnd 90% din CH4 evacuat n CO2 i distrugnd circa 15% din NOx n acest dispozitiv.

3.3. ALTE SISTEME DE PROPULSIE

Printre sistemele de propulsie alternative care vor avea aplicativitate n mileniul urmtor se numr vehiculele hibride, vehiculele cu hidrogen i vehiculele electrice. Sistemele hibride reprezint o combinaie a dou sisteme de conversie i de stocare a energiei. De obicei motorul electric i motorul termic sunt sistemele de conversie a energiei, iar bateria i

rezervorul de combustibil reprezint sistemele de stocare a energiei. Acestea combin avantajele motoarelor cu ardere intern (performane ridicate, independen fa de infrastructur) cu avantajele motoarelor electrice (emisii poluante i zgomot reduse). Exist dou sisteme de construcie a vehiculelor hibride, n paralel, ceea ce nseamn c motorul termic i motorul electric pot pune n micare vehiculul independent sau mpreun. Motorul termic rencarc bateria printr-un convertizor de cuplu n condiiile de funcionare la sarcini pariale. Motorul electric acioneaz vehiculul la sarcini reduse, specifice funcionrii n orae, iar motorul termic asigur performane de accelerare rapid i putere mare n condiiile circulaiei din afara oraelor.

n cazul construciei n serie, acionarea vehiculului este realizat de motorul electric care primete energia de la generator i de la baterie. Se poate limita n acest caz funcionarea motorului termic, doar la intervale de timp reduse, ceea ce nseamn reducerea emisiilor poluante.

Propulsia hibrid a vehiculelor combin tehnologiile de conversie a energiei cu cele de stocare (baterii cu ioni de litiu i nichel. Propulsia hibrid ofer cteva avantaje fa de propulsia tradiional cu motoare cu ardere intern:

frnarea regenerativ contribuie la reducerea energiei pierdute, mai ales n conducerea urban;

motorul este dimensionat la sarcin medie, nu la sarcin maxim, reducnd masa motorului i optimiznd difereitele pri componente;

randamentul termodinamic crete, iar emisiile scad. Pila de combustie a fost considerat sursa de energie ideal pentru nlocuirea motoarelor cu piston, transformnd direct energia chimic a hidrogenului n electricitate. Deocamdat costul i complicaiile legate de transportul i stocarea hidrogenului gazos sau lichefiat fac ca pila s nu fie rspndit, urmnd ca mileniul trei s rezolve aceste probleme.

Hidrogenul este considerat combustibilul pe viitor pentru motoarele cu ardere intern destinate mijloacelor de transport auto deoarece rezervele de hidrogen din natur sunt practic inepuizabile. n oceanul planetar hidrogenul i deuteriul reprezint 1,2 1017 i, respectiv, 21013 t. Un singur km3 de ap din ocean conine 1,13108t de H2, echivalentul energetic al intregii producii anual din Golful Persic. Foarte important este i puritatea ecologic absolut a H2, deoarece prin ardere n O2 sau n aer, el se transform integral n ap i un procent foarte sczut de oxizi nocivi ( la arderea n aer.) n favoarea H2 pledeaz i faptul c motoarele actuale pe benzin i motorin pot fi adaptate uor cu acest nou combustibil stocat pe automobil sub form de gaz, lichid sau hidrur (compus intermetalic de tipul FeTi, LaNi5 ,a,). Hidrogenul poate oferi unele avantaje fa de combustibili convenionali puterea caloric masic de 28 630 kcal/kg, adic de 28 de ori mai mare dect a benzinei, energia de ardere de 15 ori mai redus, iar viteza maxim de propagare a flcrii este de 8 ori mai mare dect la combustibilii hidrocarbonici, vaporii de H2 nu sunt toxici, H2 poate fi utilizat i n procese industriale (sudare metalurgie etc.) carburani nlocuitor al acetilenei i cocsului metalurgic. Factorii care frneaz extinderea utilizrii hidrogenului la motoarele automobilelor de serie in, n primul rnd, de costul ridicat al unitii masice de combustibil H2 lichid. Aceasta nseamn c hidrogenul lichid, obinut prin procesele tehnologice actuale cost de 3...5 ori dect benzina auto SUPERCARBURANT i PREMIUM. n acelai sens acioneaz i unele caracteristici ale H2: densitatea i puterea caloric volumic inferioare de 10 ori i, respectiv, de 3...4 ori n raport cu benzina i motorina; viteza mare de ardere, propagarea rapid a flcrii, exploziile inverse n conducta de admisia, limitele largi ale domeniului de explozie i temperatura mai nalt de aprindere n raport cu hidrocarburile. Pentru a stoca hidrogenul, n cantiti relativ mici, sunt posibile patru variante: mbutelierea H2 gazos sub presiune; pstrarea hidrogenului lichid la 20,4 K (-252,750C) ntr-o instalaie criogenic (de ex. vasul Dewar) pstrarea n compui intermetalici (hidruri metalice) sau chimici.

Trebuie deci soluionate problemele referitoare la producerea i stocarea H2, n condiiile de eficien tehnico-economic optim.

Pilele de combustie corespund aceluiai sistem n serie. Energia chimic poate fi stocat n hidrogen sau metanol, folosind un sistem plasat la bord pentru a produce hidrogen. Pila de combustie nu poate urmri variaiile rapide de sarcin care apar n timpul funcionrii vehiculului, de aceea bateria joac un rol activ ca surs de putere pentru regimurile tranzitorii. Din punct de vedere al emisiilor, vehiculele hibride nu se mai pot compara direct cu cele convenionale, ci doar prin cantitatea de CO2 produs n total, parial din funcionarea motorului termic i parial din procesul de obinere a energiei electrice stocate n baterie.

Deja s-au produs n 1997 n Japonia vehicule hibride cu sistem de acionare paralel, avnd un m.a.s. avansat. Cerinele legislative stricte impuse n California au mobilizat muli productori de autoturisme s treac la construcia de vehicule hibride. Primele pile de combustie sunt ateptate a fi aplicate la autoturisme n 2003, prognozndu-se c vor avea o pondere din ce n ce mai mare pe msur ce problemele legate de costuri i greutate vor fi rezolvate. Vehiculele solare reprezint o variant de perspectiv a vehiculelor electrice [6]. Acestea sunt vehiculele electrice, n general foarte uoare, care i rencarc bateriile prin intermediul energiei electrice produse de o suprafa de celule fotovoltaice. Performanele vehiculelor solare de curse sunt remarcabile, ajungnd la 86km /or n 1996, fapt care a condus la transferarea rezultatelor asupra unor autoturisme de ora, de dimensiuni reduse. Vehiculele solare reprezint un mijloc de transport individual care pstreaz avantajele automobilului electric, reducnd aspectele negative ale utilizrii acestuia. n plus, apare problema costului mare al energiei electrice produse de bateriile fotovoltaice i de suprafaa mare necesar pentru a asigura energia electric. Prima problem este legat de rspndirea tehnologiilor fotovoltaice reprezentnd preul pe care trebuie s l pltim ori de cte ori se introduce o surs de energie regenerabil. A doua problem poate fi depit printr-un compromis ntre numrul mainilor solare i gradul de mbuntire a calitii mediului pe care vrem s l atingem. Din punct de vedere al emisiilor poluante, n ipoteza nlocuirii parcului de autoturisme convenionale al unui ora mare cu maini solare, se asigur o reducere considerabil a nivelului de poluare a aerului. O ultim consideraie, de perspectiv mai ndeprtat, este legat de utilizarea energiei nucleare pentru a aciona vehiculele. Problema a fost deja abordat de ctre lumea automobilistic, apreciindu-se c n anul 2030 vor fi deja depite problemele tehnologice legate de aceast tem, iar construcia i funcionarea unui vehicul nuclear nu va mai pare de domeniul fantasticului. Bibliografie

1. D.Marinca s.a. - Combustibili, lubrifiani i materiale speciale pentru automobile, EDP Bucureti 1983

2. V. Negrea, V. Sandu - Combaterea polurii mediului n transporturile rutiere, ET Bucureti 2000

3. G. Bobescu s.a. - Tehnici speciale de reducere a consumului de combustibil i a noxelor la motoarele de automobile Universitatea Transilvania 2000

4. N. Apostolescu - Automobilul cu combustibili neconvenionali , ET 1993

TEME DE AUTOEVALUARE

1. Cum se clasific combustibilii pentru motoare auto? 2. Care este compoziia benzinelor ? Dar a motorinelor? 3. Care sunt fazele arderii n m.a.s.? Dar n m.a.c.? Comparai . 4. Care sun principalele proprieti ale benzinelor care influeneaz formarea

amestecului ? 5. Ce este curba de distilare , ce indic ea ,cum se determin? 6. Ce este cifra octanic ?Cum se determin ? 7. Care sunt principalele proprieti ale motorinelor care influeneaz formarea

amestecului ? 8. Ce este cifra cetanic ? Cum se determin? 9. Care sunt principalii com bustibili neconvenionali ? 10. Care sunt avantajele i dezavantajele utilizrii gazelor naturale i petroliere? 11. Care sunt avantajele economice i ecologice ale utilizrii alcoolilor la m.a.s. ? 12. Care sunt avantajele economice i ecologice ale utilizrii uleiurilor vegetale la

m.a.c. ? 13. Care este principiul funcionrii unui vehicul hibrid ? Dar al pilei de combustie? 14. Cum vedei motorizarea vehiculelor peste 50 de ani ? Dar peste 200 de ani?