+ All Categories
Home > Documents > Combustibili si Lubrifianti Notiuni Generale

Combustibili si Lubrifianti Notiuni Generale

Date post: 10-Mar-2016
Category:
Upload: dragos-neacsu
View: 279 times
Download: 3 times
Share this document with a friend
Description:
Notiuni introductive despre combustibili si lubrifianti utilizati pentru autovehicule.Importanta lubrifinatilor in functionarea motorului de autovehicul.

of 226

Transcript
  • COMBUSTIBILI, LUBRIFIANI I MATERIALE

    DE NTREINERE PENTRU AUTOVEHICULE

    AR IV

    Rodica NICULESCU, [email protected]

    1

  • CAPITOLUL 1. Noiuni introductive

    Materii prime

    A. PETROLUL

    B. GAZELE DE RAFINRIE I GAZE DE SOND metodele de obinere a combustibililor lichizi sunt: polimerizarea, alchilarea, izomerizarea.

    C. NISIPURILE ASFALTICE I ISTURILE BITUMINOASE

    D. BENZINELE SINTETICE se obin n general prin chimizarea carbunilor prin hidrogenarea direct a acestora sau prin procedeul Fischer Tropsch care folosete ca materie prim gazul de sintez CO + 2H2

    E. PRIN TRANSFORMAREA CHIMIC A METANOLULUI se obin benzene sintetice cu cifr octanic ridicat

    F. BIOMASA se obine bioetanol, biodiesel Plopi, salcmi, salcie

    Rodica NICULESCU, [email protected]

    2

  • Capitolul 2.

    CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE

    I DE EXPLOATARE ALE

    COMBUSTIBILILOR PENTRU

    MOTOARE CU ARDERE INTERN

    Rodica NICULESCU, [email protected]

    3

  • Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    2.1.caracteristici care influeneaz

    pulverizarea, vaporizarea, aprinderea, autoaprinderea i arderea combustibilului n m.a.i.

    2.2. caracteristici care determin intensitatea uzurii i durabilitatea motorului

    2.3. caracteristici de comportare a combustibililor n timpul transportului, depozitrii i manipulrii

    Rodica NICULESCU, [email protected]

    4

  • Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    Categoria 1 Pieele fr cerine de prim nivel de control al emisiilor;

    Ex: SUA Nivel 0, 1 EURO

    Categoria 2 Pieele cu cerine pentru controlul emisiilor

    Ex: Nivelul 1- SUA, EURO 2 , EURO 3.

    Categoria 3 Pieele cu cerine mai stricte pentru controlul emisiilor

    Ex: SUA LEV, California LEV sau ULEV, Euro 4, JP 2005

    Categoria 4

    Pieele cu cerine avansate pentru controlul emisiilor

    Ex: SUA Nivel 2, SUA Nivel 3 (n curs), US 2007/2010 Heavy Duty On-

    Highway, US Non-Road Nivel 4, California LEV II, EURO 4, EURO 5, EURO

    6 , JP 2009; (tehnologii sofisticate de post-tratare pentru NOx i PM)

    Categoria 5

    Pieele cu cerine extrem de avansate pentru controlul

    Ex: US 2017 Light Duty Fuel Economy, US Heavy Duty Fuel Economy,

    California LEV III; n plus fa de categoria 4 necesit standarde de

    control al emisiilor Rodica NICULESCU, [email protected]

    5

  • Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    2.1.Caracteristici care influeneaz pulverizarea, vaporizarea, aprinderea, autoaprinderea i arderea combustibilului n m.a.i.

    1. Volatilitatea 5. Puterea calorific 9. Cifra cetanic

    . Consumul de combustibil i uzura motorului

    6. Tensiunea superficial 10. Indicele Diesel

    3. Cldura latent de vaporizare 7. Cifra octanic 11. Cifra de cocs

    4. Densitatea 8. Temperatura de autoaprindere

    12. Proprieti de curgere (reologice)

    Rodica NICULESCU, [email protected]

    6

  • Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    1.Volatilitatea

    Volatilitatea combustibililor se apreciaz prin:

    Rodica NICULESCU, [email protected]

    7

    Volatilitatea unei substane reprezint tendina acesteia de a trece din stare lichid n stare de vapori n anumite condiii de temperatur i presiune.

    A. distilare (compoziia fracionat) care ofer informaii asupra volatilitii globale a ntregului produs

    B. presiunea de vapori

    C. indicele de volatilitate

    D. raportul vapori/lichid

  • Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    A. Distilare (compoziia fracionat)

    Rodica NICULESCU, [email protected]

    8

  • Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    A. Distilare (compoziia fracionat)

    Punctele caracteristice sunt : punctul iniial la care ncepe

    fierberea punctele pn la care

    distileaz 10% (t10), 50% (t50), 90% (t90) punctul final. Distilarea poate s fie

    exprimat printr-un set de valori Et unde E (%) reprezint procentul de combustibil care distil la temperatura t (0C).

    Rodica NICULESCU, [email protected]

    9

  • Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    A. Distilare (compoziia fracionat) EX: pentru benzina

    Class * A B C D E

    Ambient Temp.

    Range, C

    > 15 5 to 15 -5 to +5 -5 to -15 < -15

    Vapour Pressure,

    kPa

    45 - 60 55 - 70 65 - 80 75 - 90 85 - 105

    T10, C, max 65 60 55 50 45

    T50, C 77 - 100 77 - 100 75 - 100 70 - 100 65 - 100

    T90, C 130 - 175 130 - 175 130 - 175 130 - 175 130 - 175

    EP, C max. 205 205 205 205 205

    E70, % 20 - 45 20 - 45 25 - 47 25 - 50 25 -50

    E100, % 50 - 65 50 - 65 50 - 65 55 - 70 55 - 70

    E180, % min 90 90 90 90 90

    D.I., max 570 565 560 555 550

    Rodica NICULESCU, [email protected]

    10

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    11

    Driveability Index DI

    DI=1,5 x t10 + 3 x t50 + t90 + 11 x %OXY

    DI influeneaz emisia de HC din eapament. Emisiile de HC cresc semnificativ cu creterea indicelui DI

    Total Weighted Demerits (TWD) - Total defectele ponderate

    Effect of DI on Driveability and Exhaust Emissions

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    12

    Indica valoarea optim a punctelor t50 i t90 pentru obinerea unor emisii minime de THC. LEV Low Emission Vehicle

    TLEV Transitional Low Emission Vehicle

    THC Total Hydrocarbons

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    Effect of T50/T90 on Exhaust Emissions Comparision of LEV and TLEV

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    13

    Influence of Ethanol on Gasoline Distillation

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

  • Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    Distilatrea pentru combustibili diesel -fraciile uoare influeneaz pornirea; - n jurul fraciilor medii t50 caracteristici legate de ali parametrii cum ar

    fi: viscozitatea sau densitatea; - fraciile grele caracterizata de t90 , t95 i punctul de final de fierbere. Fraciile grele sunt studiate n vederea evalurii efectelor emisiilor din

    evacuare. Un coninut prea mare de fracii grele va duce la cocsificarea i creterea

    emisiilor de funingine / fum / pulberi n suspensie. La motoarele diesel grele, variaii ntre 375 C i 320 C a lui t95 nu au influenat n mod semnificativ emisiile de noxe. Cu toate acestea, a fost observat o tendin de reducere a NOx i creterea emisiilor de HC cu t95 mai mici. n cazul motoarelor diesel uoare, aceeai reducere la T95 a dus la o reducere de 7% n PM i creterea de 4,6% a emisiilor de NOx

    Rodica NICULESCU, [email protected]

    14

    A. Distilare (compoziia fracionat)

  • Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    Presiunea de vapori reprezint presiunea la care coexist vapori n echilibru cu lichidul la o temperatur dat

    temperaturi ridicate

    emisiile evaporative

    vapor lock

    sisteme de control al emisiilor evaporative (EVAP)

    Rodica NICULESCU,

    [email protected] 15

    B. Presiunea de vapori

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    16

    1. buon rezervor (nchis etan)

    2. rezervor combustibil (lichid)

    3. rezervor combustibil (vapori)

    4. pomp combustibil

    5. separator lichid-vapori

    6. senzor de presiune a vaporilor de

    benzin

    7. regulator de presiune combustibil

    8. ramp de combustibil

    9. conduct de ventilare

    10. supap de ventilare cu aer

    atmosferic

    11. canistr de carbon activ

    12. conduct de purjare

    13. supap de purjare

    14. galerie de admisie

    15. clapet obturatoare

    16. calculator de injecie

    Componentele sistemului de control a emisiilor evaporative

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    17

    Foto: Canistr de

    carbon activ (EVAP)

    Sursa: Delphi

    Foto: Supap de purjare a canistrei de

    carbon activ

    Sursa: ebay.com

    Foto: Supap de

    ventilare a sistemului

    de control al emisiilor

    evaporative

    Sursa: ebay.com

    Foto: Senzor de

    presiune vapori

    combustibil

    Sursa: ebay.com

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

  • Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    C. Indicele de volatilitate

    VLI = 10 VP + 7 E70 unde: VP presiunea de vapori Reid

    E70 procente evaporate la 70 oC

    Presiunea de vapori Reid (RVP) difer puin de presiunea de vapori absolut (TVP) a unui lichid, datorit prezenei vaporilor de ap i a aerului n spaiul nchis al echipamentelor de testare.

    Rodica NICULESCU, [email protected]

    18

    Adica RVP este presiunea absolut de vapori

    TVP este presiunea parial a vaporilor

  • Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    D. Raportul V/L (masa vapori/mas lichid)

    V/L -starea fizic a amestecului carburant

    Acest raport ofer informaii referitoare la hidrocarburile uoare din benzin, respectiv, tendina benzinei de formare a dopurilor de vapori

    Volatilitatea excesiv de mare a benzinei poate cauza probleme de utilizare a combustibilui la temperaturi ridicate, cum ar fi apariia dopurilor de vapori (vapor-lock), suprancrcarea canistrei de carbon i emisii mai mari. Acest lucru poate duce la pierderea de putere i exploatarea brutal a motorului. Astfel, controlul presiunii de vapori i distilarae sunt insuficiente i se impun specificaii asupra raportului vapori/lichid.

    Rodica NICULESCU, [email protected]

    19

  • Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    2. Consumul de combustibil i uzura motorului

    Temperaturile caracteristice curbei de distilare t90, tf sunt cuprinse, n cazul benzinelor comerciale ntre 175 200 0C. Ele influeneaz consumul de combustibil i uzura motorului.

    Rodica NICULESCU, [email protected]

    20

  • Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    3. Cldura latent de vaporizare

    Reprezint cantitatea de cldur care trebuie furnizat unittii de mas de lichid pentru transformarea acesteia n vapori la o temperatur determinat.

    Cldura latent de vaporizare a combustibilului influeneaz direct proporional debitul masic de combustibil admis n cilindrii motorului. Astfel: debitul masic va fi cu att mai mare cu ct temperatura amestecului va fi mai mic i deci, cldura latent de vaporizare mai mare.

    Rodica NICULESCU, [email protected]

    21

  • Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    3. Cldura latent de vaporizare

    O canalizaie de admisie bine nclzit este favorabil calitii amestecului, dar defavorabil puterii volumetrice.

    O canalizaie rece este defavorabil calittii amestecului, nrutind arderea, dar este favorabil puterii volumetrice.

    Astfel, se recurge la un COMPROMIS din partea proiectanilor de motoare.

    Rodica NICULESCU, [email protected]

    22

  • Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    4. Densitatea

    Densitatea absolut - numit i mas specific - este o mrime fizic folosit pentru descrierea materialelor i definit ca masa unitii de volum. UM n SI este - [kg/m3].

    Volumul substanelor, i ca urmare densitatea, depinde de temperatur i de presiune.

    Densitatea combustibililor pentru automobile variaz n limite nguste, dup natura hidrocarburilor din care sunt formai i este proporional cu numrul de atomi de carbon din molecul. n cazul produselor petroliere auto, se obinuiete s se determine densitatea combustibililor prin comparaie.

    Rodica NICULESCU, [email protected]

    23

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    24

    44

    2OH

    t

    combtd

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    4. Densitatea

    Densitatea relativ a produselor petroliere este o mrime adimensional i se exprim prin raportul dintre densitatea combustibilului i densitatea apei distilate. Densitatea relativ a unei substane aflat la temperatura t 0C este:

    -densitatea combustibilului la temp t -densitatea apei masurata la temperatura de 4 0C i presiunea de 760 mmHg.

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    25

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    4. Densitatea

    Densitatea se poate msura cu ajutorul urmtoarelor tipuri de aparate:

    picnometrul densimetrul (areometru)

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    26

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    4. Densitatea

    balana Mohr-Westphal (folosind forta lui Arhimede) debitmetrul Coriolis n cazul fluidelor n curgere pe fluxuri industriale

  • Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    5. Puterea calorific

    puterea calorific superioar (Hs) n care vaporii de ap formai n timpul arderii se condenseaz, cednd cldura lor latent de vaporizare;

    puterea calorific inferioar (Hi) n care vaporii de ap formai n timpul arderii rmn n form gazoas, ca urmare nu cedeaz cldura lor latent de vaporizare

    Hi = Hs lv (w 9h) unde: lv reprezint cldura latent de vaporizare a apei

    w cantitatea de ap (umiditatea) dintr-un kilogram de combustibil

    h cantitatea de hidrogen dintr-un kg. de combustibil

    9h cantitatea de ap rezultat din arderea celor h kg. de H2.

    Rodica NICULESCU,

    [email protected] 27

  • Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    6. Tensiunea superficial Tensiunea superficial este proprietatea general a lichidelor de a

    lua o form geometric de arie minim n lipsa forelor externe, datorat aciunii forelor de coeziune dintre moleculele lichidului.

    Mrimea fizic care caracterizeaz tensiunea superficial este coeficientul de tensiune superficial.

    Coeficientul de tensiune superficial are dimensiune de for pe unitatea de lungime [N/m], sau de energie pe unitatea de arie [J/m2 Nm/m2+. Deci, unitatea de msur n Sistem Internaional este [N/m].

    Coeficientul de tensiune superficial reprezint lucrul mecanic necesar pentru mrirea suprafeei lichidului cu unitatea de suprafa.

    Rodica NICULESCU, [email protected]

    28

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    29

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    6. Tensiunea superficial

    Diagram a forelor ce acioneaz asupra a dou molecule de lichid [http://ro.wikipedia.org/wiki/Tensiune_superficial%C4%83]

    Tensiunea superficial a apei ilustrat n cazul unei frunze [http://ro.wikipedia.org/wiki/Tensiune_superficial%C4%83]

  • Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    7. Cifra octanic

    Cifra octanica este o msur a capacitii unei benzine de a rezista la autoaprindere;

    autoaprindere poate provoca funcionarea brutal a motorului care poate deteriora grav motorul.

    Rodica NICULESCU, [email protected]

    30

  • Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    7. Cifra octanic

    Cifra octanic se definete prin compararea comportrii benzinei cu cea a unui amestec etalon, format din hidrocarburi cu proprieti antidetonante opuse.

    Drept hidrocarbur care detoneaz uor, adic are rezisten la autoaprindere mic, se folosete normal heptanul (C7H16 ), cruia i se atribuie, n mod convenional cifra octanic CO = 0.

    Drept hidrocarbur care detoneaz greu, adic are rezisten la autoaprindere mare, se folosete izooctanul (2,2,4-trimetilpentan) (C8H18 ), cruia i se atribuie, n mod convenional cifra octanic CO = 100.

    Rodica NICULESCU, [email protected]

    31

  • Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    7. Cifra octanic

    Cifra octanic este definit fiind procentul de izooctan n volumul amestecului etalon, amestec care are aceeasi rezistenta la autoaprindere ca si combustibilul considerat

    Din definiia cifrei octanice nu trebuie neles c o benzin este

    format dintr-un amestec de n-heptan i izooctan n proporia respectiv.

    Valoarea CO = 100 nu este limitativ, exist combustibili cu

    rezisten la detonaie mai mare dect izooctanul, adic cu CO mai mare ca 100. Exemple de astfel de combustibili sunt benzinele destinate motoarelor de curse, de avioane, gazul petrolier lichefiat (GPL) sau alcoolii (de exemplu etanolul are CO/R = 129).

    Rodica NICULESCU, [email protected]

    32

  • Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    7. Cifra octanic

    Pentru a msura cifr octanic sunt folosite dou metode de ncercare de laborator:

    -Metoda Research (CO/R sau CO/Ce) Determinarea cifrei octanice se face la turaia de 600 rpm. (Se coreleaz cel mai bine cu vitez redus)

    Metoda Motor (CO/M). Determinarea cifrei octanice se face la temperatur ridicat i turaia de 900 rpm.

    Valorile CO/R sunt de obicei mai mari dect CO/M, iar diferena dintre aceste valori este sensibilitatea, care nu trebuie s depeasc 10.

    n America de Nord, (CO/R + CO/M) / 2 este de obicei folosit pentru a specifica cifra octanic, n timp ce multe alte piee specifica de obicei CO/R.

    Rodica NICULESCU, [email protected]

    33

  • Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    7. Cifra octanic

    Vehiculele sunt proiectate i calibrate pentru a utiliza o benzin cu o anumit cifra octanic.

    Atunci cnd se folosete benzin cu cifra octanic mai mic dect cea recomandat, poate duce la apariia detonaiei.

    Motoare echipate cu senzori de detonaie pot utiliza benzine cu cifr octanic mai mic dar cu creterea ntrzierii la declanarea scnteii, dar acest lucru va crete consumul de carburant, ceea ce va afecta manevrabilitatea i va reduce putere i pot s apar totui detonaii.

    Utilizarea benzin cu cifra octanic mai mare dect cea recomandat nu va cauza probleme.

    Rodica NICULESCU, [email protected]

    34

  • Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    7. Cifra octanic

    Rodica NICULESCU, [email protected]

    35

    Creterea limitei minime a cifrei octanice a benzinelor existente azi pe piata are potentialul de a micsora n mod semnificativ consumul de carburant i, prin urmare, reducerea emisiilor de CO2. n timp ce mbuntirea va varia n funcie de tipul sistemului de propulsie, factorul de sarcin i strategia de calibrare, printre ali factori, vehiculele concepute n acest moment pentru benzin cu CO/R 91, ar putea fi mbuntite din punct de vedere al eficienei cu pn la 3% dac productorii le-ar putea proiecta pentru 95 CO/R.

  • Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    7. Cifra octanic

    Rodica NICULESCU, [email protected]

    36

    Cifra octanic devine un factor deosebit de important de limitare n mbuntirea eficienei, deoarece viitoarele, noile modele de motoare mai eficiente, cum ar fi motoarele turbo-supraalimentate, se pot apropia de limitele lor teoretice de detonaie atunci cnd se utilizeaz benzin cu cifra octanic mic.

  • Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    7. Cifra octanic

    Rodica NICULESCU, [email protected]

    37

    Creterea limitei cifrei octanice CO/R la 95 va permite productorilor s optimizeze hardware-ul sistemului de propulsie i calibrarea pentru eficien termic i pentru emisiile de CO2. Toate aceste tehnologii i aciuni vor fi necesare pentru a ndeplini cerinele crescute ale economiei de combustibil i ale nivelului emisiilor de CO2 ce apar n multe ri ale lumii.

  • Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    7. Cifra octanic Valori recomandate de:

    w o r l d w i d e f u e l c h a r t e r 5 t h e d i t i o n _ 3 _ September 2013

    Rodica NICULESCU, [email protected]

    38

    Proprietate Cat.1 Cat.2 Cat.3 Cat.4 Cat.5

    91 RON min Research Octane Number 91.0 91.0 91.0 91.0 -

    Motor Octane Number 82.0 82.5 82.5 82.5 -

    95 RON min Research Octane Number 95.0 95.0 95.0 95.0 95

    Motor Octane Number 85.0 85.0 85.0 85.0 85

    98 RON min Research Octane Number 98.0 98.0 98.0 98.0 98

    Motor Octane Number 88.0 88.0 88.0 88.0 88

  • Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    7. Cifra octanic

    Rodica NICULESCU, [email protected]

    39

    Factori care influenteaz valoare cifrei octanice

    1. Rezistenta la detonaie crete cand:

    - compactitatea moleculelor...

    - gradul de ramificare

    - lungimea catenei.

    - continutul de componenti oxigenati.

    - natura si proportia aditivilor

  • Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    7. Cifra octanic

    Rodica NICULESCU, [email protected]

    40

    2. Factorii atmosferici:

    a) temperatura ambiant

    b)presiunea atmosferica

    c)umiditatea atmosferica

    Factori care influenteaz valoare cifrei octanice

  • Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    7. Cifra octanic

    Rodica NICULESCU, [email protected]

    41

    3. Factori datorai ansamblului main motor

    a) raportul de comprimare

    b)forma camerei de ardere

    c)materialele utilizate pentru chiulasa

    d)dispozitivul de aprindere

    Factori care influenteaz valoare cifrei octanice

    4. Uzura motorului

  • Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    7. Cifra octanic

    Rodica NICULESCU, [email protected]

    42

    5. Factorii functionali

    a)influenta dozajului

    b)influenta cantittii de gaze reziduale

    c)influena turbulenei

    d)influena turaiei

    e)influena sarcinii

  • Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    7. Cifra octanic

    ADITIVI PENTRU CRESTEREA CIFREI OCTANICE

    tetraetilul de plumb (TEP) folosit n benzina cu plumb se descompune uor n radicali care reacioneaz cu combustibilul i oxigenul n primele faze ale aprinderii, ncetinind aprinderea, cu un efect de ridicare a cifrei octanice. TEP este toxic, iar utilizarea sa a fost limitat dup 1970. Mai este folosit la benzinele de aviaie;

    compuii oxigenai (alcooli, eteri) dintre care cei mai utilizai sunt: -Metil-ter-butil-eterul (MTBE)

    -Ter-amil-metil-eter (TAME)

    Rodica NICULESCU,

    [email protected] 43

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    44

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    8. Temperatura de autoaprindere (Taa)

    Taa - temperatura cea mai

    mic la care substana se

    aprinde fr intervenia unei

    surse exterioare de iniiere a

    reaciei de oxidare (flacr).

    Taa scade cu creterea presiunii din incinta n care se gsete substana (presiunea de la suprafaa substanei).

    Variatia temperaturii de autoaprindere a combustibilului in functie de presiunea aerului, pentru: 1 benzen; 2 benzina; 3 motorina

  • Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    Temperatura de autoaprindere depinde de structura molecular a substanei. n cazul hidrocarburilor temperatura de autoaprindere scade astfel: aromate, naftene, alcani.

    Rodica NICULESCU, [email protected]

    45

    Valorile temperaturilor de autoaprindere oferite de literatura de specialitate pot diferi mult n funcie de condiiile n care s-a fcut determinarea. Factorii care influeneaz pot fi presiunea parial a oxigenului (variabil cu altitudinea), umiditatea i fluxul termic schimbat cu pereii

    Dietileter: 160 C Motorin sau Kerosen: 210 C Petrol lampant: 246 280 C Butan: 405 C Hidrogen: 536 C Monoxid de carbon:650 C sau 644 658 C Metan: 800 850 C sau 650 750 C Etan: 550 C sau 550 630 C Propan: 550 C

  • Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    9. Cifra cetanic

    Cifra cetanic (CC) reprezint principalul criteriu de apreciere a sensibilitii combustibilului de a se autoaprinde.

    Rodica NICULESCU, [email protected]

    Cifra cetanic a combustibilului se apreciaza prin comparare cu un amestec etalon care are aceeai sensibilitate la autoaprindere ca i combustibilul ce se verific

    Amestecul etalon

    1. cetan normal C16H34 - alcan liniar cruia i s-a atribuit CC=100

    2. alfa metil-naftalin C11H10 hidrocarbur aromatic creia i s-a atribuit CC=0 Alfa-metilaftalina este o substan chimic greu de obinut, ce implic costuri ridicate. Din acest motiv, ca

    nlocuitor, se utilizeaz heptametilnonanul (sau isocetanul) cu cifra cetanic 15.

    =

    +

  • Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    9. Cifra cetanic

    Motoarele diesel sunt proiectate astfel nct s funcioneze optim pentru o anumit valoare a cifrei cetanice.

    n cazul n care cifra cetanic este mai mic dect cea pentru care a fost proiectat motorul pot aprea urmtoarele fenomene duntoare pentru motor:

    pornire dificil, mai ales la temperaturi sczute sau la altitudini ridicate

    creterea zgomotului n funcionare

    creterea consumului de combustibil

    creterea nivelului de emisii poluante

    diluia accentuat a uleiului

    uzura prematur a pieselor n micare

    Rodica NICULESCU,

    [email protected] 47

  • Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    9. Cifra cetanic

    Totui utilizarea unui combustibil cu cifra cetanic ridicat (>60) poate crea probleme motorului n ceea ce privete consumul i emisiile poluante.

    n cazul acestor combustibili, caracterizai de autoaprindere rapid, arderea este incomplet datorit faptului c nu se realizeaz amestecul optim al combustibilului cu aerul din cilindru. Combustibilul se aprinde prea repede, nu arde complet, rezultatul fiind creterea de emisii poluante i fum.

    Rodica NICULESCU, [email protected]

    48

  • Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    9. Cifra cetanic

    Cifra Cetanic este o msur a sensibilitii la autoaprindere a unui combustibil diesel. Cifra Cetanic mai mare permite, n general, un control mbuntit al ntrzierii la autoaprindere i stabilitatea arderii, n special la motoarele diesel moderne, care folosesc cantiti mari de gaze arse recirculate (EGR).

    Cifra Cetanica ajut la realizarea unui compromis n calibrarea motoarelor avnd n vedere zgomotul arderii, emisiile i obiectivele de consum pentru fiecare regim de funcionare a motorului.

    Rodica NICULESCU,

    [email protected] 49

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    50

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    9. Cifra cetanic

    DE REINUT! Motoarele sunt proiectate s funcioneze optim pentru un combustibil cu o anumit cifr cetanic.

    Romnia adoptnd legislaia european n vigoare, ce reglementeaz calitatea combustibililor, impune productorilor i distribuitorilor de carburai o cifr cetanic de minim 51.

    Atenie ns la utilizarea combustibililor din ri care nu sunt n Uniunea European, combustibili care calitativ pot inferiori standardelor europene!

    (Ex.standardul american ASTM D975 CC min 40)

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    51

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    9. Cifra cetanic

    Cat.1 Cat.2 Cat.3 Cat.4 Cat.5

    Cetane Number 48.0 51.0 53.0 55.0 55.0

    Cetane Index 48.0

    (45.0)

    51.0

    (48.0)

    53.0

    (50.0)

    55.0

    (52.0)

    55.0

    (52.0)

    Indicele Cetanic este acceptat n loc de Cifra Cetanic n cazul n care nu este disponibil un motor standardizat pentru a determina cifra cetanic i nu sunt folosii amelioratori ai cifrei cetanice. Atunci cnd sunt utilizai amelioratori ai cifrei cetanice, cifra cetanic estimat trebuie s fie mai mare sau egal cu valoarea specificat i indicele cetanic trebuie s fie mai mare sau egal cu numrul din paranteze

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    52

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    9. Cifra cetanic

    ACEA (Association des Constructeurs Europens dAutomobiles (European automobile manufacturers association)

    EPEFE European Programme on Emissions, Fuels and Engine Technology

    Influenta Cifrei Cetanice asupra pornirii la rece

    CC

    Timp de pornire

    CC 50 58 Reducere cu 40%

    NR cicluri ratate

    Stabilitate

    Zgomot

    Vibraii

    Uzur

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    53

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    9. Cifra cetanic

    Influena Cifrei Cetanice asupra emisiilor poluante

    Conform directivei europene 88/77 / CEE

    Motoare grele de camioane la sarcini mici sunt realizate reduceri de pn la 9%. fiecare punct n grafic prezinta reducerea NOx realizat prin majorarea cifrei cetanice de la 50 la

    58 la o anumit sarcin

    Pentru vehiculele utilitare uoare EPEFE a constatat c o cretere a cifrei cetanice de la 50 la 58 ar reduce HC i CO fiecare cu 26%

    Effect of Cetane on NOx Emissions 50 to 58 CN

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    54

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    9. Cifra cetanic

    Influena Cifrei Cetanice asupra zgomotului arderii

    Creterea cifrei cetanice va reduce zgomotul,

    Cifra cetanic natural (fr aditivi amelioratori ai CC) i cifra cetanic artificial (cu aditivi) va avea efecte similare.

    Effect of Cetane on Engine Noise, 52 to 57 CN

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    55

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    9. Cifra cetanic

    Influena Cifrei Cetanice asupra Consumului de Combustibil

    Datele existente privind influena cifrei cetanice asupra consumului de combustibil n

    motoarele grele de generaie mai veche sunt inconsistente

    creterea CC naturale de la 50 la 58, n general, conduce la

    mbuntirea consumului specific de combustibil, dar n

    cazul creterii cifrei cetanice artificiale, efectul este opus.

    Effect of Cetane on Fuel Consumption 50 to 58 CN

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    56

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    10. Indicele Diesel

    100

    AdID API

    d API - reprezint densitatea n grade API dAPI = (141,5 : d15) 131,5

    Indicele diesel (ID) este o caracteristic ce indic de asemenea comportarea motorinelor la autoaprindere ca i cifra cetanic

    Indicele cetanic (ASTM D4737) se calculeaz cu ajutorul unor proprieti ale combustibilului care se pot msura (densitatea i temperaturi de distilare);

    ID este conceput pentru a aproxima cifra cetanic natural

    Deoarece cifra cetanic este evaluat prin arderea combustibilului, poate reflecta efectele aditivilor pentru mbuntirea cifrei cetanice; prin contrast, indicele cetanic nu. Pentru a evita dozarea excesiv cu aditiv, diferena dintre indicele cetanic i cifra cetanic trebuie s fie meninut n conformitate cu specificaiile

    Densitatea motorinei se determina conform STAS 35-81

    A reprezint punctul de anilin in F; temperatura minim la care un volum de prob, de produs petrolier, este complet miscibil cu un volum egal de anilin

    CC = 0.666 ID + 0,1224 Tm 19,824

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    57

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    11. Cifra de cocs

    Prin ardere, combustibilii Diesel au tendina de a forma depozite de cocs care ngreuneaz pulverizarea, mresc uzura motorului i emisia de fum negru la ardere. Cifra de cocs reprezint reziduul de cocsificare care se obine la distilarea n absena aerului i la piroliza unei cantiti bine determinate de motorin.

    %cocs = (m/m1)100

    unde: m reprezint masa cocsului rezultat m1 reprezint masa produsului verificat

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    58

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    12.Proprieti de curgere (reologice)

    I) Vscozitatea combustibililor lichizi proprietatea fluidelor de a se opune tendinei de deplasare a straturilor componente, datorit forelor de atracie intermolecular; Viscozitatea este perceput ca o rezisten la curgere. Un fluid nevscos este considerat fluid ideal.

    Viscozitatea ridicat

    reducerea debitului de combustibil

    alimentare inadecvat

    vscozitate sczut, temperatur nalt

    viscozitate foarte ridicat blocarea pompei

    scurgere total

    Vscozitate sczut

    crete scurgerile de elementele de pompare

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    59

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    12.Proprieti de curgere (reologice)

    I) Vscozitatea

    Viscozitatea cinematic ()

    Viscozitatea dinamic sau absolut () se exprima in SI in [Ns/m2] n sistemul CGS (centimetru, gram, secund) , viscozitatea dinamic se exprim n *P = Poise+.

    1cP = 10-2P = 10-3Pas

    sPascmg

    cm

    scm

    cmdynP 1

    2

    10/

    1

    /1

    /11

    Viscozitatea cinematic se exprim n [m2/s] n SI sau n [St=stokes] n CGS. 1 St=102 cm2/s Unitatea de msur cel mai des utilizat este centistokes: 1cSt= 10-2St=1cm2/s

    Viscozitatea relativ (convenional) este de trei tipuri : a)Engler (EU) * E]; b) Saybolt (GB) [s]; c) Redwood (SUA) [s]

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    60

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    12.Proprieti de curgere (reologice)

    I) Vscozitatea

    Cum vscozitatea este afectat de temperatura mediului ambiant, este important s se minimizeze intervalul ntre limitele minime i maxime de viscozitate pentru a permite optimizarea performanelor motorului.

    Viscosity @ 40C [mm2/s]

    Cat.1 Cat.2 Cat.3 Cat.4 Cat.5

    Min 2 2 2 2 2 Max 4,5 4 4 4 4

    Recomandri fcute de The Worldwide Fuel Charter pentru combustibili diesel

    Limita minim poate fi redus pn la: 1,5 mm2/s cnd temperatura ambiant este sub 30 0C 1,3 mm2/s cnd temperatura ambiant este sub 40 0C .

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    61

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    12.Proprieti de curgere (reologice)

    II) Caracteristici de curgere la rece Motorina poate avea un coninut ridicat (pn la 20%) din hidrocarburi parafinice care au o solubilitate limitat n combustibil. n cazul n care motorina s-a rcit suficient, aceste hidrocarburi se vor transforma n cear. Astfel, performanele de curgere la temperaturi sczute, reprezint un criteriu fundamental privind calitatea combustibililor diesel.

    Caracteristicile de curgere la rece sunt n principal dictate de:

    Intervalul de distilare de combustibil, n principal, volatilitatea fraciilor grele

    Compoziia chimic: coninut de parafine, naftene, aromatice

    Utilizarea aditivilor pentru curgerea la rece

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    62

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    12.Proprieti de curgere (reologice) II) Caracteristici de curgere la rece

    a) punctul de tulburare (Cloud Point CP) temperatura cea mai ridicat la care se observ apariia unor particule solide n motorine (cristale de alkani sau microcristale de gheata)

    d) Low Temperature Flow Test, LTFT - LTFT a fost dezvoltat pentru a anticipa performanele la temperaturi sczute ale motorinei n Statele Unite i Canada n vehiculele diesel prezente pe aceste piee. LTFT este un test de rcire lent i, prin urmare, mai sever dect CFPP. Temperatura LTFT poate fi influenat de aditivi de curgere la rece

    c) punctul de congelare (Pour Point PP) temperatura cea mai ridicat la care combustibilul lichid i pierde capacitatea de a mai curge

    b) punctul limit de filtrabilitate (Cold Filter Plugging Point, CFPP) - cea mai sczut temperatur la care combustibilul poate trece printr-un filtru de testare standardizat

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    63

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    12.Proprieti de curgere (reologice) II) Caracteristici de curgere la rece

    Limitele proprietilor de curgere la rece

    Proprietile combustibililor diesel de curgere la rece trebuie s fie specificate n funcie de nevoile sezoniere i climatice n regiunea n care combustibilul este utilizat. Ceara, n sistemele de combustibil ale vehiculului este o potenial surs de probleme n funcionare

    Performana curgerii la rece a combustibililor diesel poate fi specificat prin Cloud Point, prin CFPP (cu delta maxim ntre CFPP i Cloud Point), sau prin LTFT (n SUA i Canada). Dac se utilizeaz Cloud Point (doar) sau LTFT, temperatura maxim permis trebuie stabilit nu mai mare dect cea mai mic temperatur ambiant de ateptat Dac CFPP este folosit pentru a aprecia performanele curgerii la rece, maximul permis pentru CFPP trebuie s fie egal, sau mai mic dect cea mai sczut temperatur ambiant ateptat. n acest caz, Cloud Point ar trebui s nu fie cu mai mult de 10 0C peste CFPP specificat

    Example: Lowest expected ambient temperature (statistical): -32C Maximum allowed CFPP temperature: -32C Maximum allowed Cloud Point: -22C

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    64

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    2.2. Caracteristici care determin intensitatea uzurii i durabilitatea motorului

    1.Corozivitatea combustibililor a) aciditate i alcalinitatea

    b) coninutul de sulf. 2.Puritatea fizic a combustibililor

    a) cantitatea de ap b) impuriti mecanice (nisip, praf, rugin) c) coninutul de cenu

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    65

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    2.2. Caracteristici care determin intensitatea uzurii i durabilitatea motorului

    1.Corozivitatea combustibililor

    a) aciditate i alcalinitatea

    TAN - Total Acid Number Produse petroliere noi i utilizate, pot conine constitueni acizi care sunt prezeni sub form de aditivi sau produse de degradare formai n timpul serviciului, cum ar fi produsele de oxidare. Exist o mare varietate de produse oxigenate care contribuie la indicele de aciditate. Cantitatea relativ a acestor materiale poate fi determinat prin titrare cu baze. Indicele de acid este o msur a acestei cantiti de substan acid n combustibil, ntotdeauna n condiiile testului. Indicele de acid este utilizat n controlul calitii combustibilului.

    TBN Total base number Indicele total de bazicitate msoar cantitatea de aditiv activ rmasa ntr-un eantion de produs petrolier. TBN poate ajuta utilizatorul n determinarea rezervei de aditiv destinat neutralizii acizilor.

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    66

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    b) Coninutul de sulf.

    Compui cu sulf din combustibil: sulf elementar hidrogen sulfurat (H2S) Mercaptani alte molecule care conin sulf

    Cauzele: 1. probleme n timpul procesului de produciei,( cum ar fi n cazul benzinei

    procesul necorespunztor de desulfurare din rafinrie) 2. evenimente accidentale.

    Aceti compui sunt foarte reactivi, iar prezena lor, chiar la niveluri foarte mici (cteva ppm) poate provoca daune.

    1.Corozivitatea combustibililor

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    67

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    Pentru a preveni prezena acestor compui n combustibil, este necesar un control strict i continuu de calitate.

    Efecte: Provoaca pierderea luciului metalelor precum argintul sau cuprul ce sunt coninute n materialele utilizate pe scar larg n piese ale sistemului de combustibil: Ex: 1. n cazul senzorilor care msoar cantitatea de combustibil ntr-un rezervor de

    combustibil formarea de argint sulfurat la contactele electrice ntrerupe fluxul de curent, iar citirile sunt eronate.

    2. n cazul rulmentilor de la pompa de combustibil, formarea de sulfur de cupru de pe suprafaa de sprijin a axului pompei, poate duce la blocarea acestuia si deci la defectarea pompei.

    b) Coninutul de sulf.

    1.Corozivitatea combustibililor

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    68

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    Cat.1 Cat.2 Cat.3 Cat.4 Cat.5 Benzin, Sulphur, mg/kg max

    1000 150 30 10 10

    Diesel, Sulphur, mg/kg max

    2000 300 50 10 10

    b) Coninutul de sulf.

    Unitate mg / kg este adesea exprimat ca ppm

    1.Corozivitatea combustibililor

    Effect of Sulphur on Engine Life

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    69

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    Apa accelereaza reactiile de oxidare, creste dramatic corosivitatea i favorizeaza dezvoltarea microbian

    2.Puritatea fizic a combustibililor

    a) cantitatea de ap

    Cat.1 Cat.2 Cat.3 Cat.4 Cat.5 Diesel, Water content, mg/kg max

    500 200 200 200 200

    b) impuriti mecanice (nisip, praf, rugin)

    Apar datorit transportului i manipulrii. Existena acestora n combustibili afecteaz piesele aflate n micare;

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    70

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    Contaminanii: - unii din aditivii, - Substante introduse intenionat sau accidental n timpul produciei de carburani sau n timpul distribuiei

    2.Puritatea fizic a combustibililor c) coninutul de cenu - benzina

    Clor anorganic: - contaminare cu ap de mare n timpul transportului sau de la ptrunderea apei srate n timpul depozitrii. O astfel de contaminare apare mai uor n amestecurile benzin-etanol dect n E0 datorit capacitii amestecurile de a dizolva mai mult ap. Clor organic: contaminare cu solveni sau deeuri chimice. Formele acide de clor extrem de corozive n timpul arderii; blocarea injectoarelor

    Fosfor, care este uneori folosit ca un aditiv, poate afecta bujiile i va dezactiva convertoarele catalitice.

    Silicon din deeuri de solveni adaugai n benzin dup ce combustibilul a prsit rafinria Efecte: - asupra sistemelor de control ale motorului si emisiilor; - defectarea senzorilor de oxigen; - nivel ridicat de depozitele n motoare i convertoare catalitice

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    71

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    Metale c provin din ap antrenate n combustibil

    2.Puritatea fizic a combustibililor

    c) coninutul de cenu - diesel

    Metale solubile, care pot fi prezente n combustibili din cauza surselor vegetale i ndeprtarea inadecvat n timpul prelucrrii.

    spunuri metalice solubile, care au un efect redus asupra uzurii dar pot contribui la formarea de depozite in motorul.

    solide abrazive, cum ar fi solide n suspensie i compui organometalici care contribuie la formarea de depozite in motoare, afecteaza injectorul, pompa de combustibil, pistonul

    Compui care formeaz cenua pot fi prezeni n combustibil n patru forme:

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    72

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    2.Puritatea fizic a combustibililor

    c) coninutul de cenu

    Cat.1 Cat.2 Cat.3 Cat.4 Cat.5 Ash content, % m/m, max (diesel)

    0.01 0.01 0.01 0.001 0.001

    Particulate contamination, total mg/kg, max (diesel)

    10 10 10 10 10

    Cat.1 Cat.2 Cat.3 Cat.4 Cat.5 Sediment (total particulate), (benzina), mg/l

    - 1 1 1 1

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    73

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    2.3. caracteristici de comportare a combustibililor n timpul transportului, depozitrii i manipulrii

    1. Stabilitatea la depozitare a) coninutul de gume b) perioada de inducie

    2. Punctul de inflamabilitate

    1. Stabilitatea la depozitare

    a) Gumele sunt substane gelatinoase i nevolatile ce rezult n urma reaciilor de oxidare, polimerizare i condensarea hidrocarburilor nesaturate din combustibili.

    b) Perioada de inducie reprezint intervalul de timp - exprimat n minute - n care, n condiii standard de lucru combustibilul nu se oxideaz.

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    74

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    2.3. caracteristici de comportare a combustibililor n timpul transportului, depozitrii i manipulrii

    a) coninutul de gume

    gum content, solvent-washed - coninut gum, (combustibil non-aviaie) splat cu solvent: reziduul rmas dup evaporarea produsului supus ncercrii a fost splat cu heptan i apele de splare au fost aruncate

    Proprietate Cat.1 Cat.2 Cat.3 Cat.4 Cat.5

    Unwashed gums, mg/100 ml 70 70 30 30 30

    Washed gums, mg/100 ml 5 5 5 5 5

    gum content, unwashed - coninut gum, (combustibil non-aviaie) nesplat: reziduul rmas n urma evaporrii produsului supus ncercrii, fr nici un tratament suplimentar

    Benzine

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    75

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    2.3. caracteristici de comportare a combustibililor n timpul transportului, depozitrii i manipulrii

    1. Stabilitatea la depozitare

    Metoda 1 , (ex. ISO 12205) este utilizata pentru combustibili care nu contin

    alte produse non-petroliere

    Metoda 2 (ex. EN 15751) este utilizat n cazul combustibililor care conin FAME

    Proprietate Oxidation stability

    Cat.1 Cat.2 Cat.3 Cat.4 Cat.5

    Method 1 [g/m3] max 25 25 25 25 25

    Method 2, [ore] min 30 35 35 35 -

    Motorine

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    76

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    2.3. caracteristici de comportare a combustibililor n timpul transportului, depozitrii i manipulrii

    2. Punctul de inflamabilitate

    Alcooli Min 11 0C

    Motorine Min 55 0C poate fi relaxat la 38 C, atunci cnd temperatura mediului este sub -30 C

    Benzine Min 43 0C

    Kerosen Min 37 0C

    Punctul de inflamabilitate reprezint temperatura minim, la presiune atmosferic la care vaporii de combustibil de la suprafata produsului se aprind n contact cu o flacr.

    Punctul de inflamabilitate variaz invers proporional cu volatilitatea combustibilului

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    77

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    a) aditivi antioxidani inhib reacia de oxidare ce are drept consecin apariia gumelor n combustibili;

    b) aditivi dezactivatori de metale unele metale, chiar n cantiti foarte mici (Cu, Co, V, Cr, Fe, Ni, Mn) catalizeaz reacii de oxidare i ajut la apariia gumelor;

    c) aditivi inhibitori de coroziune i antiuzur care au proprietatea de a forma o pelicul protectoare la suprafaa pieselor care sunt n contact cu combustibilul;

    d) aditivi detergeni care au rolul de a evita formarea de depuneri pe diferite suprafee ale motorului;

    e) aditivi antigivrani cu rolul de a evita formarea gheii pe suprafeele motorului;

    f) aditivi modificatori de depuneri previn formarea de depuneri n camera de ardere evit apriia arderilor anormale.

    Aditivi pentru combustibili sunt substane care, adugate n cantiti mici in combustibili, le confer acestora anumite proprieti

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    78

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    Prima generaie de aditivi bazai pe amine au fost dezvoltat la nceputul anilor 1950 i sunt nc utilizai n unele ri, la niveluri de 50ppm. Muli dintre aceti aditivi au fost multifuncionali, care ofer protecie: a) anti-givraj; b) inhibarea coroziunii; c) capacitate de detergent. Piaa de benzin din SUA a introdus aditivi pentru controlul depozitelor de pe injectoare n jurul anului 1985 pentru a depi problemele depunerilor de pe injector care au creat probleme de manevrabilitate. Cu toate acestea, procentele de tratare au fost dublate fata de aditivii detergeni folosii pentru carburator ceea ce a dus n multe cazuri la creterea depozitelor n poarta supapei de admisie. Tehnologia pentru aditivii detergent i proceduri de testare trebuie s fie dezvoltate pentru o protecie avansat a injectoarelor din motoarele cu injecie direct. Supape de admisie diferite teste sunt disponibile pentru a evalua capacitatea benzinei de meninere acceptabil a cureniei supapei de admisie. n camera de ardere se formeaz depozite (CCD-uri) care reduc spaiul disponibil n camera de ardere, dar n acelai timp adugnd fisuri mici care cresc suprafaa camerei. Acest fenomen are trei efecte nedorite: 1) rapoarte de compresie mai mari i temperaturi finale ale gazelor care cresc cerinele octanice dect cele pentru care motorul a fost proiectat; 2) creterea emisiilor de eapament; 3) de interferen mecanic ntre fundul pistonului i chiulas numite "carbon knock". Metode de msurare a depozitelor din camera de ardere ar putea fi mbuntite.

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    79

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    Reetele de aditivi ar trebui s fie optimizate pentru a reduce la minimum CCD-uri, ceea ce va permite designerilor de motoare a mbunti designul camerei de ardere suplimentar pentru reducerea emisiilor i a consumului de carburant.

    Aditivii detergeni crete, nivelul de CCD-uri fa de combustibil de baz ca n figura 28 i figura 29. Aditivi detergeni cu procente de ulei mineral tind s creasc CCD-uri, n timp ce aditivi detergeni pe baz de fluide sintetice de o calitate nalt, cum ar fi polieteri amine (AEP) pot minimiza CCD.

    Engine Dynamometer Results

    CCD Performance of Gasolines Using the Ford 2,3L Dynamometer Test (ASTM D6201)

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    80

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    Figura indic corelaia dintre gumele nesplate i formarea CCD pentru benzine de baz fr detergent. Astfel, Carta permite respectarea fie a limitei

    de gum nesplat sau o cerin pentru CCD.

    Figura prezint performana combustibilului de baz fr aditivi detergeni i combustibili cu diferite formule chimice de aditive detergeni la testul Ford 2.3L IVD (ASTM D6201). Procente moderate de aditivi, combinate cu fluide purttoare eficiente ajut la evitarea blocrii supapei de admisie.

    Relationship between Unwashed Gum and CCD Thickness

    IVD Performance of Gasolines With and Without Detergents, Using the Ford 2,3L Dynamometer Test

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    81

    Cap. 2. CARACTERISTICI FIZICO CHIMICE I DE EXPLOATARE ALE COMBUSTIBILILOR PENTRU MOTOARE CU ARDERE INTERN

    Motorina are tendina de a genera spum n timpul umplerii rezervorului, care ncetinete procesul de umplere i risc realizarea unui preaplin. n combustibilul diesel, sunt adugai aditivi, de multe ori ca o component a unui pachet de aditiv multifuncional, pentru a contribui la accelerarea sau pentru a permite umplerea mai complet a rezervoarelor de vehicule. Utilizarea lor reduce, de asemenea, probabilitatea de stropire cu combustibil pe sol, care, la rndul su, reduce riscul de scurgeri poluante la sol, atmosfera i consumator.

    Aditivii cu surfactani cu silicon sunt eficieni n suprimarea tendinei de spumare a combustibililor diesel, alegerea de siliciu i de co-solvent depinde de caracteristicile combustibilului ce trebuie s fie tratat. Selectarea unui aditiv antispumant pentru diesel este, n general, decis de viteza cu care se distruge spuma dup agitarea manual puternic pentru a simula efectul de antrenare a aerului n timpul umplerii rezervorului. Este important ca eventualul aditiv ales s nu pun probleme pentru durabilitatea pe termen lung a sistemelor de control post-tratament al emisiei.

    Spum

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    82

    Capitolul.3

    Combustibili alternativi

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    83

    3)iminenta epuizare a rezervelor cunoscute

    de combustibili fosili (gaze naturale, petrol si

    carbuni), ceea ce a dus la scumpirea

    continua si rapida a pretului lor pe piata

    mondiala.

    Cap..3. Combustibili alternativi

    Cele trei mari pericole ce ameninta omenirea sunt:

    1)poluarea aerului, apei

    si solului, care contribuie

    la deteriorarea sanatatii

    populatiei;

    2)incalzirea globala a planetei care

    provoaca fenomene meteorologice

    catastrofale si ameninta cu schimbarea

    drastica a conditiilor de mediu propice

    dezvoltarii vietii pe pamant;

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    84

    Cap..3. Combustibili alternativi

    Transport

    Fuel

    modes

    tipe

    Road/passengers Road/freight Rail Water Air

    sho

    rt

    me

    d

    lon

    g

    sho

    rt

    me

    d

    lon

    g

    inla

    nd

    sho

    rt-

    sea

    ship

    pi

    ng

    mar

    iti

    me

    Methane CNG

    CBG

    LNG

    Electric BEV

    HFC

    Biofuels (liquid)

    LPG

    Synthetic fuels

    CBG: biometan BEV: Battery Electric Vehicle CNG: Compressed Natural Gas

    HFC: Hydrogen Fuel Cell LNG: Liquefied Natural Gas LPG: Liquefied Petroleum Gas

    Sursa: [A2]

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    85

    Consiliul Europei din primavara 2007 => in 2020: - Reducerea cu 20% a emisiilor de CO2 - Ponderea energiilor regenerabile: 20 % din total consum energetic - Cresterea eficientei energetice cu 20% - Ponderea biocombustibililor: 10% din total combustibili utilizati in transporturi

    Noua politica energetica a UE: Evolutia obtinerii biocarburantilor

    2005 -2010 =>Biocarburanti gen. I si imbunatatirea tehnologiilor existente =>2020 =>Biocarburanti gen II din materii prime lignocelulozice =>2050 => Complexe integrate de biorafinare

    Cap..3. Combustibili alternativi

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    86

    Cap..3. Combustibili alternativi

    Din punct de vedere politic, biocombustibilii sunt priviti prin prisma a trei aspecte principale:

    1)Aspecte legate de mediu

    2)Siguranta energiei

    3)Beneficiile economice

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    87

    Cap..3. Combustibili alternativi 1. bioetanol etanol produs din biomasa i/sau fracia biodegradabil a deeurilor, n vederea utilizrii ca biocarburant;

    3. biodiesel ester metilic, (apropiat de calitatea motorinei), produs din ulei vegetal sau animal, n vederea utilizrii ca biocarburant;

    4. biogaz- carburant gazos produs din biomasa i/sau din partea biodegradabil a deeurilor, care poate fi purificat pn ajunge la calitatea gazului natural, n vederea utilizrii ca biocarburant;

    5. biometanol - metanol extras din biomas, n vederea utilizrii ca biocarburant;

    2. ulei vegetal pur - ulei produs din plante oleaginoase prin presare, extracie sau procedee comparabile, brut ori rafinat, dar nemodificat din punct de vedere chimic, n cazul n care utilizarea sa este compatibil cu un tip de motor i cu cerinele corespunztoare privind emisiile.

    Cap..3. Combustibili alternativi

    BIOCOMBUSTIBILI

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    88

    Cap..3. Combustibili alternativi

    6. bio-MTBE (metil-tert-butil-eter) - carburant produs pe baz de biometanol. Procentajul volumic de bio-MTBE, calculat ca biocarburant, este de 36%;

    9. biocarburani sintetici - hidrocarburi sintetice sau amestecuri de hidrocarburi sintetice, care au fost extrase din biomas;

    10. bio-hidrogen - hidrogen extras din biomas i/sau din partea biodegradabil a deeurilor, n vederea utilizrii ca biocarburant;

    8. bio-ETBE (etil-tert-butil-eter) - ETBE produs pe baz de bioetanol. Procentajul volumic de bio-ETBE, calculat ca biocarburant, este de 47%;

    7. bio-dimetileter dimetil-eter extras din biomas, n vederea utilizrii ca biocarburant;

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    89

    Cap..3. Combustibili alternativi

    Biocombustibilii sunt alcooli, eteri, esteri si alte substante chimice obtinute din biomasa celulozica, cum ar fi plantele ierboase si lemnoase, reziduurile forestiere si agricole, precum si o mare parte din reziduurile industriale si municipale.

    Utilizarea biocarburanilor din prima generaie ridic probleme etice, cum ar fi concurena ntre produsele alimentare i carburani. Biocarburanii din prima generaie sunt cei obinui din diverse culturi precum gru, porumb, sfecl de zahr pentru filiera bioetanol i din rapi, floarea-soarelui, arahide, palmier de ulei pentru filiera biodiesel.

    Biocarburanii din a doua generaie sunt constituii din deeuri lemnoase, din reziduuri alimentare i industriale. n acest sens, oamenii de tiin susin c utilizarea biocarburanilor din cea de-a doua generaie este cea mai indicat din punct de vedere ecologic.

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    90

    Ce este Bioetanolul?

    1. Bioetanol Etanol

    Cap..3. Combustibili alternativi

    Bioetanolul este etil alcool (H3C-CH2OH) produs din biomas i/sau fracia biodegradabil a deeurilor, n vederea utilizrii ca biocarburant/biocombustibil, fiind o alternativ la benzin fie n stare pur fie n mixturi.

    De ce s folosim bioetanol?

    -este cea buna alternativa la combustibilii fosili; - produce emisii de gaze cu efect de sera mult mai mici; -ofera posibilitatea de a utiliza infrastructura existenta sau cu modificari minimale ;

    Productia bioetanolului dauneaza mediul inconjurator?

    Nu, procesul de productie este ecologic. Majoritatea fabricilor de bioetanol au statii foarte avansate de epurare a apelor uzate si sisteme de captare a emisiilor de CO2 produse in timpul procesului de biofermentatie.

    De cat timp se foloseste bioetanolul ca si combustibil?

    - 1826 Samuel Morey a conceput un motor ce functiona cu etanol si turebentina. -1908 - Fordul Model T, automobil flexibil ce putea rula atat cu etanol cat si cu benzina sau cu un amestec dintre acestea.

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    91

    Cap..3. Combustibili alternativi

    Fabricarea etanolului din celuloza

    BIOMASA celulaza sau acid sulfuric GLUCIDE CU 5 SI 6 ATOMI DE CARBON

    bacterie modificata genetic ETANOL

    Cum se produce bioetanolul :

    c)materii prime lignocelulozice: hartia, cartonul, lemnul si alte

    materiale din plante fibroase.

    Fabricarea etanolului din porumb

    PORUMB Amilaza GLUCOZA drojdie ETANOL

    a)sintetic din petrol

    b)prin conversia microbiana a biomasei

    prin procesul de fermentatie

    Materii prime:

    a) Materii prime glucidice: Trestia de zahar (Brazilia); sfecla de

    zahar, sorgul zaharat, unele fructe, amidonul si lignoceluloza

    vegetala.

    b) materii prime amidonoase: porumbul,

    graul, cartoful, cartoful dulce, maniocul.

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    92

    Cap..3. Combustibili alternativi In U.E. se utilizeaza amestecurile de bioetanol si benzina?

    Da, concentratiile fiind diferite in functie de legislatia

    fiecarei tari membre, de la E5 pana la E85.

    Mixturile de etanol sunt prescurtate folosind litera "E" urmata de un numar ce descrie procentul de etanol din mixtura din punct de vedere al volumului, de exemplu E85 este compus din 85% etanol si 15% benzina.

    Ce este E5, E10, E15...E100?

    Volatilitatea mare a etanolului limiteaza utilizarea sa in perioada calduroasa, deoarece vaporii de etanol pot contribui la formarea ozonului nociv.

    In Brazilia se utilizeaza amestecuri benzina etanol E22 in motoare obisnuite, dar si etanol in amestec cu apa in motoare modificare corespunzator.

    Dioxidul de carbon lichid obinut prin procesul de biofermentaie are o puritate de 99,99% m/m i este utilizat n: - industria alimentar la preparea sucurilor i buturilor carbogazoase. - industria chimic la fabricarea ureei.

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    93

    Cap..3. Combustibili alternativi

    2. Ulei vegetal pur

    Se degradeaza mult mai repede in pamant si nu polueaza

    apa

    Avantaje:

    -Folosind ulei vegetal presat la rece in locul combustibilului fosil diesel, se reduce

    productia de gaze cu efect sera, CO2 ;

    -procesul de presare la rece nu necesita instalatii complicate;

    -necesarul redus de energie

    -nu se foloseste nici un agent chimic extractiv;

    -productie valoroasa de furaje sub forma de turte presata (prin presarea a 3 kg

    deseminte de rapita se obtin aproximativ 1kg ulei si 2kg turte).

    Uleiul vegetal nu formeaza amestecuri omogene cu motorina. El este folosit in

    stare pura in motoarele diesel fara a aduce modificari semnificative motorului.

    Dupa presare, uleiul trebuie purificat prin urmatoarele procedee: sedimentare,

    filtrare, centrifugare.

    Continut scazut de sulf si fosfor, precum si o mai mare siguranta in utilizare.

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    94

    Cap..3. Combustibili alternativi

    3. Biodiesel

    Biodieselul de prima generatie este obtinut prin transesterificarea unor uleiuri

    vegetale (uleiuri de soia, rapita, mustar, porumb, etc.) sau transesterificarea

    resturilor de grasime provenita din prepararea produselor alimentare.

    Amestecurile uzuale de biodiesel sunt: B2 (2% biodiesel, 98% motorin), B5 i B20. Combustibilii biodiesel B2 i B5 pot fi utilizati fr probleme n majoritatea motoarelor diesel.

    Foto: Automobil cu biodiesel - Volvo V40

    Sursa: Volvo se manipuleaz n condiii mai puin periculoase.

    Avantaje: se poate produce din surse regenerabile,

    se poate utiliza n orice tip de motor diesel,

    n urma arderii se produc mai puine emisii poluante i cu efect de ser,

    este biodegradabil,

    nu este toxic

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    95

    Cap..3. Combustibili alternativi

    Trigliceride + Metanol = Metil ester + Glicerina Reactia de transesterificare:

    Materii prime: America de Nord uleiul de soia -uleiul de porumb -uleiul de seminte de bumbac -uleiul de floarea soarelui -uleiul de alune americane -rapita -palmier -canola -alge -mustar

    Substante reziduale si produse secundare rezultate in timpul procesului de fabricatie a biodieselului 1)Glicerina 2)Faina si turtele furajere 3)Lecitina 4)Solventii 5)Alcoolul 6)Acidul de baza 7)Sapunul

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    96

    Cap..3. Combustibili alternativi

    Physical properties of Biodiesel

    Property Saff-

    lower Soy

    Sun-

    flower tallow

    Yellow

    grease

    Coco-

    nut Corn

    Jotro-

    pha Palm

    Rape-

    seed

    Sulfur content,

    ppm ND 2 2 7 5 3 4 5 2 4

    Kinematic viscosity

    [@400C, mm2/s] 4,14 4,26 4,42 4,69 4,80 2,75 4,19 4,75 4,61 4,50

    Cloud point, 0C -4 0 2 13 8 -3 -3 5 14 -3

    Pour point,0C -7 -4 -2 10 3 -9 -2 0 13 -10

    CFPP, 0C -6 -4 -2 13 1 -5 -8 ND 9 -12

    Flash point, 0C 174 159 175 124 161 113 171 152 163 169

    Cetan no 51,1 51,3 51,1 58,9 56,9 59,3 55,7 55,7 61,9 53,7

    Iodine value 141 125,5 128,7 65,9 89,9 18,5 101 109,5 54,0 116,1

    Specificgravity 0,879 0,882 0,878 0,878 0,879 0,874 0,883 0,876 0,873 0,879

    Lower heating

    value, [MJ/kg] ND 37 35,3 37,2 37,6 35,2 39,9 37,7 37,3 37,6

    Higher heating

    value, [MJ/kg] 42,2 39,7 40,6 37 39,4 38,1 43,1 40,7 40,6 41,1

    Avg. Chain length 17,8 17,9 18,1 17,3 18,5 13,4 17,6 18,3 17,2 17,9

    Avg. Unsaturation 1,63 1,5 1,59 0,59 1,06 0,12 1,46 1,15 0,62 1,31

    No. Of references 4 59 20 12 37 7 6 23 44 39

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    97

    Property Biodiesel blendstock (B100)

    B6-B20 Blends Diesel

    U.S.(ASTM D6751-08 Europe (EN14214) U.S.(ASTM D7467-

    08)

    EN 590

    Limits Method Limits Method Limits Method Limits Method

    Kinematic

    viscosity@400C (mm2/s)

    1,9-6,0 D 445 3,5-5.0 EN 3104-

    3105

    1,9-4,1 D445 2-4,5 EN ISO 3104

    Density (kg/m3) - - 860-900 EN 3675 - - 820-845 EN ISO 3675,

    EN ISO 12185

    Flash point, closed

    cup(0C, min)

    93 D 93 101 EN 3679 52 D 93 Above 55 EN ISO 2719

    Cetane number (min) 47 D 613 51 EN 5165 40 D 613 51,0 EN ISO 5165

    Distillation T90 (0C, max) 360a D 1160 - - 343 D 86 95%(V/V)

    recovered

    at 360

    EN ISO 3405

    Water and sediment

    (vol.%, max)

    0,05 D 2709 0,05 EN 12937b 0,05 D 2709 0,02 EN ISO 12937

    Acid number (mg KOH/g,

    max)

    0,5 D 664 0,5 EN 14104 0,3 D664

    Coald Soak Filterability

    (seconds, max)

    360d D 7501

    Cap..3. Combustibili alternativi

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    98

    Cap..3. Combustibili alternativi

    apar probleme de ardere la temperaturi sczute i fiabilitatea motoarelor poate fi afectat.

    Comparativ cu o motorin, un combustibil 100% biodiesel (B100) are urmtoarele limitri:

    consumul de combustibil este mai ridicat;

    performaele dinamice mai reduse (cu aproximativ 10% la B100 i 2% la B20),

    preul de producie este mai ridicat,

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    99

    Cap..3. Combustibili alternativi

    4. Biogaz

    Biogazul este compus in special din metan si CO2 fiind obtinut in timpul digestiei anaerobe a biomasei.

    In Europa, Biogazul este folosit in Suedia , statiile de alimentare din unele orase furnizeaza biogaz comprimat provenit din deseurile menajere (gropi de gunoi, apa reziduala).

    Fermentarea anaeroba asigura posibilitatea obtinerii de energie regenerabila din deseuri organice in locuri descentralizate.

    In afara faptului ca reprezinta o sursa de energie regenerabila, instalatiile de fermentare anaeroba au si alte efecte pozitive, cum ar fi:

    intarirea sistemului managementului de reciclare cu bucla inchisa,

    reducerea emisiilor provenite din depozitarea ingrasamantului natural

    producerea unui ingrasamant organic valoros.[2]

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    100

    Cap..3. Combustibili alternativi

    distrugerea patogenilor si a semintelor de buruieni- in urma procesului de farmentatie care se realizeaza in lipsa oxigenului si la

    temperaturi ridicate sunt distruse semintele de buruieni si

    microorganismelor patogene cum ar fi E. Coli.

    Importanta biogazului

    controlul mirosului si al mustelor prin fermentare mirosul ingrasamantului proaspat este redus cu 97%, iar continutul de materialul organic scade,

    limitand inmultirea mustelor;[2]

    producerea de energie utilizarea metanului pentru obtinerea de electricitate; caldura gazelor reziduale este recuperata;

    valoarea marita de ingrasamant a biosolidelor ramase dupa fermentare. Substantele biologice solide ramase dupa fermntarea anaeroba au un

    continut mai mare de azot, fosfor, potasiu;

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    101

    Similar cu automobilele pe GPL, cele cu gaz natural comprimat (GNC) funcioneaz pe dou tipuri de combustibil. Gazul natural este o hidrocarbur incolor, inodor i nu are efecte corozive sau cancerigene. Gazul natural conine aproximativ 97% metan (CH4).

    Cap..3. Combustibili alternativi

    5. Gaz natural comprimat - GNC

    Foto: Automobil cu gaz natural comprimat - Opel Zafira

    Sursa: Opel

    Fiind mai uor ca aerul, gazul natural nu curge pe sol, ci se disip n atmosfer. Acesta este n avantaj comparativ cu benzina deoarece se reduce foarte mult pericolul de incendiu n cazul unui accident.

    Avantajele automobilelor cu GNC sunt emisiile poluante i cu efect de ser mai reduse, precum i preul de cost mai redus al gazului natural.

    Un dezavantaj al GNC-ului este densitatea de energie mai sczut, comparativ cu benzina. Pentru a-i crete densitatea de energie, gazul natural se comprim pn la valori de 200 bari. Chiar i la aceste presiuni ridicate, densitatea de energie este de doar 20%, comparativ cu acelai volum de benzin. Din aceste motive autonomia automobilelor cu GNC este mult mai redus comparativ cu cele pe benzin.

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    102

    Cap..3. Combustibili alternativi

    n cazul automobilelor, pentru propulsie, hidrogenul poate fi utilizat n dou moduri: la pile de combustie sau ars direct n cilindri. Potenialul utilizrii hidrogenului este imens, datorit faptului c poate elimina dependena de petrol.

    Foto: Automobil cu hidrogen - BMW

    Sursa: BMW

    electroliza apei, care presupune desfacerea legturilor dintre oxigen i hidrogen cu ajutorul energiei electrice

    reformarea combustibililor fosili (de obicei gazul natural).

    Hidrogenul se poate obine prin:

    90% din atomii universului explorat sunt de hidrogen.

    Electroliza apei

    6. Hidrogen

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    103

    Cap..3. Combustibili alternativi

    Odat stocat, de obicei sub form gazoas sau lichid, hidrogenul poate fi utilizat ca i combustibil pentru motoarele cu ardere intern. Un dezavantaj, comparativ cu combustibili convenionali, este densitatea de energie mai sczut. Utilizarea hidrogenului ridic probleme deosebite deoarece acesta este inflamabil i este de asemenea stocat la presiune foarte mari.

    Un motor care arde hidrogen, n loc de benzin, este mai robust, deoarece presiune rezultat n urma arderii este mai mare. Un motor cu hidrogen are puterea mai mare cu aproximativ 20% fa de motor similar, cu combustibil convenional.

    Pila de combustibil realizeaz practic inversul procesului de electroliz a apei. Acesta convertete n energie electric energia chimic a unui combustibil (H2, hidrogen) care reacioneaz cu oxigenul (O2). Pe lng energie electric, un alt produs al acestei reacii este apa (H2O).

    n cazul automobilelor, energia electric generat de pila de combustie este utilizat pentru alimentarea unui motor de traciune electric. Toate automobilele ce utilizeaz pile de combustibil sunt cu propulsie electric, puterea electric generat fiind n funcie de regimul de funcionare al motorului.

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    104

    Cap..3. Combustibili alternativi

    Foto: Pil de combustibil

    Conversia hidrogenului i oxigenului n energie electric nu are randament 100%. Acest proces se desfoar cu degajare de cldur iar randamentul unei pile de combustibil este n jur de 40-60%.

    Honda FCX Clarity este un automobil de serie mic care este comercializat n principal n Japonia i SUA. Toyota are n plan comercializarea unui automobil cu pile de combustibil ncepnd cu 2015.

    Foto: Honda FCX Clarity Sursa: Honda

    Daimler este la generaia a 2-a de automobile cu pile de combustibil n faza de prototip. Producia unui automobil de serie (generaia a 4-a) este estimat s nceap nainte de 2020.

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    105

    Cap..3. Combustibili alternativi

    Un alt mod de a utiliza hidrogenul este arderea acestuia n cilindrii motorului termic.

    Sistemul de alimentare al unui motor termic cu hidrogen este similar cu cel al unui motor pe benzin. Diferena principal este modul de stocare al hidrogenului (sub presiune, la valori de 300-600 bari).

    Proprieti fizice Hidrogen Benzin

    Densitatea [kg/m3]

    @ 0 C, 760 mmHg 0.0898 735-760

    Viteza de propagare

    a flcrii [m/s] @

    lambda = 1, 20 C,

    760 mmHg

    2.37 0.12

    Puterea caloric

    inferioar [kJ/kg]

    121 000

    kJ/kg

    43 000

    kJ/kg

    Cifra octanic (RON) > 130 90 - 98

    Datorit vitezei de ardere a hidrogenului, considerabil mai mare comparativ cu benzina, durata ciclului de ardere n motor este redus.

    Randamentul termic al unui motor cu ardere intern ce utilizeaz hidrogen este superior benzinei.

    Din punct de vedere al aprinderii hidrogenul are o rezisten mai mare la auto-aprindere (RON > 130) deci poate fi utilizat pe motoare cu raport de comprimare ridicat.

    Cu toatea acestea limita de inflamabilititate n aer apare la amestecuri foarte srace (lambda > 10) i din acest motiv amestecul aer-hidrogen se poate auto-aprinde relativ uor (comparativ cu benzina) de la piesele motorului care au temperatur ridicat.

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    106

    Cap..3. Combustibili alternativi

    3. utiliznd materiale stocatoare (compui solizi ai hidrogenului hidruri).

    Modalitile de stocare a hidrogenului

    1. sub form de gaz n recipiente sub presiune (peste 300 bari)

    2. hidrogen lichid n vase criogenice (-253 0C)

    Pentru a desorbi hidrogenul trebuie ca presiunea de hidrogen s scad sub acea valoare.

    O hidrur este un compus coninnd hidrogen.

    Hidrogenul este uor de eliberat din hidrurile interstiiale, n care hidrogenul este situat printre atomii metalului constituent.

    Aceti compui elibereaz hidrogenul reversibil la temperatura ambiental.

    Pentru a ncrca materialul cu hidrogen este suficient s ridicm presiunea peste o anumit limit numit presiunea de echilibru ntre hidrur i hidrogen.

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    107

    Cap..3. Combustibili alternativi

    Reactor automatizat pentru investigarea absorbiei-desorbiei de hidrogen n materiale stocatoare

    Materiale cu compoziii sau procesri diferite => proprieti stocatoare de hidrogen diferite

    Aliaje pe baza de : Mg, Fe, Ti, Ni, La, Cu, etc

    Compusi de tipul: Mg2NiH4; MgFeTiH2; Mg2CuH3 pot incorpora, la temperaturi joase 1,2 3,5 % H2

    H2 echivalent pentru 1 litru de benzina poate fi stocat intr-o masa de circa 15 kg de hidrura de Fe-Ti

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    108

    Cap..3. Combustibili alternativi

    1. Mg-Ni-Fe stocheaz reversibil peste 5.5 wt% H2 la temperaturi de 270 C cu o cinetic foarte bun;

    2. Ti-Cr-V furnizeaz reversibil 1.95 wt% hidrogen la temperatur ambiental

    A) Cinetica desorbiei de hidrogen pentru Mg-Ni-Fe obinut - prin solidificare ultrarapid + mcinare respectiv numai prin mcinare

    (B) Izoterme presiune-compoziie (cantitatea relativ de hidrogen stocat - wt% H2 ) pentru Ti-Cr-V

    Hidruri de generatie noua:

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    109

    Cap..3. Combustibili alternativi

    Avantajele hidrurilor:

    Poate fi folosita de un numar nelimitat de incarcari

    Siguranta mare in timpul exploatarii

    Echivalentul energetic al unui rezervor de 50 litri de benzina este:

    Hidrogen comprimat la 200 bari: 750 kg si 750 litri

    Hidrogen lichid la -253 C : 100 kg si 300 litri

    Stocaj sub forma de hidruri: 700 kg si 200 litri

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    110

    Cap..3. Combustibili alternativi

    Ford a prezentat un prototip, Ford F-250 Super Chief, care este propulsat de un motor V-10 tri-flex ce poate utiliza trei combustibili: benzin, etanol (E85) sau hidrogen (H2).

    BMW Hydrogen 7

    Probleme majore:

    extragerea hidrogenului cu o tehnologie eficient (randament n jur de 90%)

    medii de stocare la presiuni foarte nalte (peste 300 bari)

    reea de distribuie i alimentare cu hidrogen

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    111

    Cap..3. Combustibili alternativi

    Metanol

    Formula structural

    Alte denumiri alcool metilic, carbinol, MeOH

    Identificare

    Informaii generale

    Formul chimic CH3OH

    Aspect lichid incolor

    Mas molar 32,04 g/mol

    Proprieti

    Densitate 0,79 g/cm3

    Starea de agregare lichid

    Punct de topire 98 C

    Punct de fierbere 65 C

    Solubilitate solubil n ap i solveni polari

    Presiunea vaporilor 129 hPa (20 C)

    7. Metanol

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    112

    Cap..3. Combustibili alternativi

    8. GPL Amestec de butan si propan

    Presiunea de stocare este cuprinsa intre 6 si 10 bari

    Este lichid incepand de la 4,4 bar la 15 gr.C sau 1,7 bar la temperatura de -15 gr.C.

    Dilatarea sa este de 0,25% pentru fiecare grad Celsius

    Umplerea se limiteaza la 85% din volumul buteliei

    Putere calorifica inferioara mai mica decat a benzinei

    Consum litric/100km cu 28% mai mare decat in cazul benzinei

    Emisiile de CO2 mai scazute cu 11% decat in cazul benzinei

    Emisiile de CO mai scazute cu 80% decat in cazul benzinei si cu 40% mai scazute decat in cazul motorinei

    Emisiile de NOx mai scazute cu 30-85% decat in cazul benzinei sau motorinei

    Emisiile de HC mai scazute cu 30% fata de motorina si cu 70% mai reduse decat in cazul benzinei

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    113

    Capitolul. 4.

    GENERALITI PRIVIND LUBRIFIEREA AUTOVEHICULELOR

    4.1. Noiuni de tribotehnic n domeniul auto 4.2. Funciile lubrifianilor auto 4.3. Condiii de lucru impuse lubrifianilor n m.a.i. 4.3.1. Solicitri termice 4.3.2. Solicitri mecanice 4.3.3. Solicitri chimice

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    114

    Cap. 4. GENERALITI PRIVIND LUBRIFIEREA AUTOVEHICULELOR

    4.1. Noiuni de tribotehnic n domeniul auto

    Tribotehnica este o tiin multidisciplinar, legat de mecanica fluidelor i a solidelor, rezistena materialelor, organe de maini, chimie, etc. care trateaz probleme legate de frecare, uzare i lubrifiere.

    Cunoasterea principalelor caracteristici fizico-chimice i de performan ale lubrifiantilor

    Corelaia cu funciile pe care lubrifiantii trebuie s le ndeplineasc n timpul funcionrii

    alegerea i folosirea corect a lubrifianilor

    Frecarea reprezint un proces complex, de natur molecular, mecanic i energetic care se desfoar la suprafeele de contact ale corpurilor solide n micare relativ.

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    115

    Cap. 4. GENERALITI PRIVIND LUBRIFIEREA AUTOVEHICULELOR

    n construcia automobilelor, cuplele de frecare se clasific dup tipul micrii relative a elementelor cinematice, n cuple de:

    alunecare; rostogolire; pivotare ; micri combinate.

    Frecarea extern a corpurilor este de mai multe tipuri:

    uscat; fluid (hidrodinamic, hidrostatic, gazodinamic, etc); limit (onctuoas, prin aderen sau semiuscat); semifluid (mixt); elastohidrodinamic (EHD sau EHL).

    Un indiciu asInteraciunea prin frecare a corpurilor solide este de tipul cauz efect (fig.5.1. A p.143upra mecanismului de ungere propriu unui anumit

    organ cu micri relative l constituie raportul I ce definete nu numai regimul de ungere propriu cazului considerat, ci permite i o estimare a duratei de funcionare.

    _ _ lub

    _ sup

    grosimea peliculei rifianteI

    rugozitatea rafetelor

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    116

    Cap. 4. GENERALITI PRIVIND LUBRIFIEREA AUTOVEHICULELOR

    Interaciunea prin frecare a corpurilor solide este de tipul cauz efect (fig.5.1. A p.143

    Schema sistemica a procesului si factorilor de interactiune lubricatie si uzare a pieselor din constructia unei cuple cinematice

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    117

    Cap. 4. GENERALITI PRIVIND LUBRIFIEREA AUTOVEHICULELOR

    A. Frecarea uscat este acel tip de frecare a suprafeelor metalice aflate n contact direct n

    micare relativ n absena lubrifiantului. Realizarea unei

    frecri uscate este, practic, dificil deoarece, suprafeele iniial curate, se acoper rapid cu diveri contaminani din mediul ambiant: molecule de oxigen,

    azot, apa, oxizi, etc, (fig.1.1. p.9 ,

    C). Coeficientul de frecare n

    cazul acestui tip de frecare este

    foarte ridicat.

    Suprafaa de frecare, parte component a cuplei de frecare, este elementul prin intermediul cruia se transmite fluxul de for i din acest motiv este necesar s fie caracterizat ct mai complet. Astfel, trebuie fcute referiri la microgeometria suprafeei: aspectul dimensional, legea de distribuie a asperitilor i deformaia rugozitilor.

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    118

    Deoarece valoarea forelor de frecare influeneaz randamentul mecanic al automobilului i intensitatea procesului de uzare a suprafeelor se urmrete micorarea coeficienilor de frecare la alunecare, rostogolire i pivotare. Excepie fac situaiile n care, prin frecare se transmit cupluri motoare sau rezistente (ambreiaje cu friciune, frne, cuplaje roat motoare sol).

    Cap. 4. GENERALITI PRIVIND LUBRIFIEREA AUTOVEHICULELOR

    B. Frecarea fluid se manifest n cazul n care suprafeele n frecare sunt separate complet printr-un film continuu hidrodinamic sau elastohidrodinamic i constituie soluia optim n vederea meninerii frecrii i uzurilor la valori minime.

    Filmul fluid se realizeaz fie prin efecte hidrodinamice induse de micarea relativ a suprafeelor n frecare, fie prin introducerea fluidului ntre suprafee cu presiune din exterior (efect hidrostatic). n cazul regimului fluid de ungere,

    frecrile n mecanismul cu micri relative sunt datorate numai forfecrilor din lubrifiant, valoarea vscozitii fiind astfel parametrul principal.

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    119

    Cap. 4. GENERALITI PRIVIND LUBRIFIEREA AUTOVEHICULELOR

    Lubrificaia fluid hidrodinamic este caracterizat prin doi parametrii principali: fora de frecare i grosimea minim a peliculei de lubrifiant. (fig. 5.3. p145, A)

    1,2

    SF w

    h n care:

    w1,2 este viteza relativ de deplasare a straturilor vecine situate la distana h, m/s; S este suprafaa planului mobil din cadrul modelului, m2;

    h este distanta dintre cele dou planuri, m.

    este vscozitatea absolut a uleiului, Ns/m2;

    Modelul mecanic pentru definirea fortei de frecare si viscozitatii dinamice a combustibililor si lubrifiantilor newtonieni

  • Rodica NICULESCU, [email protected]

    120

    Cap. 4. GENERALITI PRIVIND LUBRIFIEREA AUTOVEHICULELOR

    n cazul ungerii hidrostatice, lubrifiantul este adus sub presiune ntre suprafeele n frecare.

    Avantajele acestui tip de ungere sunt :

    asigur frecri foarte reduse, chiar la viteze mici, n anumite cazuri obinndu-se pentru coeficientul de frecare valori sub 75*10-8; (75 *10 la minus 8)

    asigur o rigiditate mare a peliculei de lubrifiant care poate fi de acelasi ordin de mrime cu ace


Recommended