Combustibili si Lubrifianti
Curs 1: Compozitia combustibililor
Titeiul este la presiunea atmosferica un amestec omogen in faza
lichida de hidrocarburi lichide, hidrocarburi solide, compusi cu
sulfuri, O si N si care contine si urme de metale fe, ca, mg, si,
mn, ni, cu etcCa subst lichide sau identificat in titei peste o
1000 de subst, dintre acestea cea mai mare parte respective peste
500 ca masa 50-60% o reprezinta hidrocarburile lichide, acestora li
se adauga heterocompusi, peste 250 fiind cei ai S. In nr mai mic
,30, sunt cei ai O2 si 30 azotTiteiul mai poate contine
hidrocarburi in stare gazoasa cat si alte gaze dizolvate , in cele
din urma in compozitia titeiului se vor regasi compusi
organo-metalici de metale grele printer care cei mai importanti
sunt cei ai metalelr enumerate. Aceste metale se vor regasi, de
regula sub forma de rezid in cenusa titeiuluiCei care raman in
produsele de rafinare sunt nedorite pentru ca provoaca in motor
coroziuni, depuneri, uzuri si scumpesc procesul de rafinare prin
aplicarea tehnologiilor de eliminare a metalelor din produsul
finit.Hidrocarburile sunt H+CHidrocarburile prezente in titei au de
regula pana la 80% de atomi in molecule si mase molecular pana la
1000. Se stabileste urmatoarea compozitie a titeiului pe elem
chimic pure:C 80-84 %; H2 11-14%; S se spune pana la 5%( max 7-8%);
O 0,5%; N H2SO4+4H2 D.p.d.v al structurii chimice de baza
hidrocarburile din benzina si motorina se grupeaza in 4 mari serii
chimice:HC---liniaresaturate(alcani, porofine) CnH2n+2 --nesaturate
(polefine, monopolefine) CnH2n-2
--- ciclice saturate(naftene) CnH2n --nesaturate (aromate,
aromatice) CnH2n-6Masura in care una din serile chimice participa
la masa unui comb va imprima caracteristicile fizico-chimice de
baza .
Alcanii De regula sunt prezenti in combustibili alcanii avand
cel mult 15-20 atomi de carbon in molecula. In cazul benzinei
primii 4 termeni ai seriei omoloage pot fi prezenti sub forma de
gaze dizolvate la presiunea atmosferica metan, etan, butan, propan.
Acestia nu se gasesc in motorina. Urmatorii termini ai seriei de
C5-C20 sunt bine reprezentati in combustibili . de regula cel putin
55%. Combustibilii in care alcanii participa intr-o concentratie
ridicata au o buna resist la detonatie, astfel o participatie de
54% alcani conduce la o benzina buna cu cifra octanica C0 75 81%
alcani-CO95Sunt cele mai inerte fata de cauciuc si sunt cele mai
passive fata de metale.Datorita structurii liniare adeseori cu
structura foarte lunga molec de alcan sunt foarte instabile la
oxidare, formeaza cu mare usurinta peroxizi si alte prod
interne.Sunt foarte favorabile aprinderii si arderii. Ca si serie
chimica sunt cele mai bune d.p.d.v. calorific datorita celui mai
bun raport masic 2n+2.NafteneFiind simultan saturate si ciclice
tranzitia d.p.d.v.fizico-chimic intre alcani si aromatice. Ca si
structura se compune din cicluri de 4,5,6 chiar 7 atomi de carbon.
Se plaseaza pe un loc secunda intre cele 4 serii calorifice. In
functie de titeliul de baza pot fi prezenti in masa comb final ana
la 20%AromaticeSe compun din cilcluri de 6 atomi, cicluri in care
legatura intre atomii de carbon sunt alternative simple si
duble.Sunt la fel de inerte fata de metale dar exista o puternica
dizolvare a cauciucurilor. D.p.d.v caloric este seria cea mai slaba
. Au mare lavilitate chimica, polimerizand usor si formand produsi
de tip xilen, cumen, paracumen cu molecule si mase moeculare
enorme. Din acest punct de vedere sunt de nedorit in combustibil
deoarece moleculele foarte mari au o temperatura de fierbere foarte
ridicata si apartinand fractiilor grele.Sunt admise in procent de
20% datorita marilor calitati; de o forma rapid amestecuri legate
extreme de neceare regimurilor de reprizaOlefinele Se regasesc in
proportie de 3,5-4%. Este seria chimica cea mai putin dorita
deoarece: Detoneaza cu mare usurinta Labilitate chimica mare
datorita dublei legaturi; Se descompun cu usurinta recombinanduse
ulterior cu hidrogenul caz in care vor rezulta alcani sau O2acizi
grasi sau se recombine intre eipolimelizare; Reactivitate chimica
de 50 de ori mai mare fata de celelalte serii chimic la formarea
smogului-poluantHeterocumpusi Combinatii ale O2 care sunt de regula
acizi grasi si acizi naftenici In benzina se gasesc acizi grasi
alifatici inferiori cu max 5 at de carbon in molecula Compusi ai
azotului sub forma de variate subst organice neutru care reduc
stabilitatea combust la stocare datorita inchiderii la culoare a
acestuiaNormele stabilite in 2001 de CE prevad urm bareme maximale
pentru heterocompusi: Compusi pe baza de S max 150 ppm-benzine -max
200 ppm-motorine - compusi de O2 max 0,1% (masic), maxim 2%
-compusi de N2- max 1%Sa cautat in permanenta punere la punct de
metode care sa permita det participatiei masice pentru fiecare
hidrocarbura componenta. Inca la nivelul anului 1957 se puteau det
participatiei pentru 107 hidrocarburi chimice. In prezent prin
metode spectofotometrice prin infrarosu si ultraviolete sunt puse
la punct metode pentru determinarea a peste 250 hidrocarburi puse
in combustibil.In fapt este mult mai important determinarea
participatiei fiecareia dintre celor 4 serii chimice de baza prin
reactii simple la indemana fiec laborator. Aceste metode au la baza
aditia sau substitutia unor reactanti.1 R cu H2S04 Ractie exclusiv
cu hidrocarburi nesaturate, respectiv din seria aromaticelor si
olefinelor. Participatia celor 2 serii chimice se evalueaza prin
diminuarea H2SO4 in reactie2 Metoda cifrei de Brom(Br)Bromul
reactioneaza exclusiv cu olefinele din combustibil prin aditie la
dubla legatura labila. Reducerea cantitatii de Br in react
constituie masura participatiei olefinelor3 Metoda punctului de
anilinaDiferenta intre punctele de anilina inainte si dupa
sulfurarea comb reprez masura participatiei aromaticelor in comb.
Pct de anilina, dupa sulfurarea reprez masura participatiei
naftenelorVolatilitatea combustibiluluiTrecerea in general a unei
subst aflate in faza lichida in faza gazoasa se num vaporizare.
Procesul este unul endotermic ,necesitand un raport energetic care
raportat la unitatea de masa de subst furnizeaza caldura latenta de
vaporizare. Daca vaporizarea are loc doar la suprafata de separatie
dintre mediul lichid si cel gazos se numeste fierbere. Calitatile
de vaporizare influenteaza in cea mai mare masura functionarea
motorului. Influenta asupra motorului se poate pune
d.p.d.v:-usurinta pornirii;-stabilitatea functionala(dispersie
ciclica redusa)-nivelul de uzura al motorului;-concentratia
produsilor poluanti;-functionarea linistita sau
dura-violenta.Calitatile de vaporizare se interpreteaza prin
:-curba de distilare fractionata(compozitia fractional a
comb)-presiunea de vapori
Curba de distilare fractionata. Compozitia fractionala.Pentru o
buna intelegere trebuie acceptat ca un combustibil este un amestec
omogen de numeroase hidrocarburi pure diferite intre ele. Se
constata de exemplu ca daca incalzim un volum dat de comb la temp
de 10oC .din acesta au vaporizat 30 de procenta volumice. Daca se
mentine aceasta temperatura, se constata ca nu mai vaporizeaza
nimic in plus, indiferent de tipul de mentinere. Ridicand in
continuare temp combustibilului vor vaporiza noi fractiuni. Practic
au evaporat initial doar aceste hidrocarburi pure care au temp
proprii de fierbere100C. Aceste prime fractiuni de combustibil
caract printr-un domeniu comun se numesc fractii initiale.
Compozitia volumica pe domeniile temp vecine a unui combustibil se
numeste compozitie fractionala si se det prin distilare
fractionala. Se utilizeaza un volum de 100 ml comb care se supune
incalzirii. Se preleveaza in cazul experimentului temp coresp la
fiecare10 ml de combustibil evaporat pana la epuizarea
combustibilului.Standardul fixeaza ca valoare de referinta temp
corespunzatoare evaporarii primelor 10 procente volumice, a
primelor 90 procente volumice si acelor 50 de procente volumice ,
t10, t50, t90 si se numesc respectiv temp medii de fierbere a
fractiilor initiale medii si finale.DESEN1-kerosen2-benzina
auto3-white-spirit4-petrol lampant5-motorina auto
Curs 2: Presiunea de vaporizare (PV)
Presiunea de vapori a unui combustibil depinde de presiunea de
vapori a fiecarui constituient al combustibilului si concentratia
respectivului constituient in combustibil.Se determina pentru
evaluarea tendintei de formare a dopurilor de vapori prin conducte
(vapour-look), pentru evaloarea gradului de vaporizare si pentru
evaluarea tendintelor de pierdere a fract. usoare la stocare
indelungata.Presiunea de vapori reprezinta presiunea la care
vaporiii unui lichid coexista cu lichidul care ia generat.In
viziunea normei euopene EN-12 presiunea de vapori a unui
combustibil se determina prin metoda si cu aparatul Reid, presiunea
astfel determinata se numeste presiune de vapori Reid si se noteaza
P.V.R.Presiunea de vapori Reid reprezinta presiunea dezvoltata de
vaporii unui combustibil intr-un recipient cilindric etans incalzit
si termostatat la temp. 37,8.Volumul initial al combustibilului
este de 150[ml], iar raportul initial intre volumul afectat
dezvoltarii vaporilor si cel al lichidului este 4:1. P.V.R se
citeste direct pe un manometru atasat cilindrului dupa stabilirea
valorii presiunii.DESENStandardul solicita ca volumul mort introdus
de comunicatia dintre manometru si cilindru sa fie suficient de mic
a.i. sa nu afecteze determinarea.Pentru benzinele comerciale
autoturismelor romanesti valorile uzuale ale presiunii de vapori
Reid sunt cuprinse intre 400700 [tori], cele mai multe find in
jurul valorii 500[tori].Standardul romanesc prevede 2 limite ale
P.V.R:-benzinele utilizate iarna :PVR600[mmHg];[tori]-benzinele
utilizate vara: PVR500[mmHg];[tori]Obs. P.V.R. se determina uzual
pentru benzine si alte produse petroliere usoare.Produsele
petroliere usoare contin de regula si gaze dezvoltate care la
presiunea specifica determinata pot exista doar in faze gazoase si
P.V.R determinata conform metodei este in realitate mai mica cu 9 %
fata de presiunea de vapori reala.S-a pus recent la punct o noua
metoda (Grabuer) => aparatul Grabuer, metoda are urmatoarele
avantaje.Utilizeaza doar 1 ml de combustibil fata de 150 ml
[Reid]Permite determinatrea presiunii de vapori pt. diverse
temperaturi de incercare a.i. se poate trasa curba Grabuer =>
P.V.G.=P.V.G. (t)Permite determinarea presiunii de vaporizare si
pentru combustibili oxigenati intrucat determinarea se face in
atmosfera ambianta si nu prin imersare in apa ca la metoda Reid.Pt.
a raspunde diverselor cerinte impuse de considerente sezoniere si
geografice standardele europene sistematizeaza combaterea in
general in 10 clase de volativitate. La prima vedere volativtatea
rididcata a unui combustibil afecateaza negativ functionarea
motoarelor cu ardere interna la rece explicata prin cresterea
pierderii de combustibil sub forma de vapori.In realitate
volativitatea ridicata afecteaza pozitiv porinirea la rece , durata
incalzirii motorului, consumul de combustibil si calitatea
amestecului in general.Pentru interpretarea influientei
volativitatii combustibilului asupra functionarii motorului la rece
s-au pus la punct o seama de criterii ca:Timp de demarajTimp de
porinire la rece si la caldPerformantele de accelerareFunctionarea
uniforma a motorului (interpretata prin gradul de dispersie
critica)Pt. calificarea combustibilului d.p.d.v al exigentei
motorului de vehicule la rece s-au pus la punct urmatorii
indici:Indice de agremet la frig (SUA,Braker,1988) definit sub
forma : Di=1.5 t 10% + 3 t 50%+t 90%unde: t10,t50,t90 sunt
temperaturi de fierbere a frac. Initiale, medii si finale ale
combustibilului de pe curba de distilare fractionala.Indice DEMERIT
(Europa, Breton, 1984)DEMERIT= a PVR - 22 E(100%)E(100%)= procent
volumic de distilare (vaporizare) din combustibili de incercat la
temp. de 100.Comportarea la cald a combustibilului d.p.d.v. al
cerintelor motoarelor de vehicul este reglementat prin indicele de
colatilitate (VLI)VLI=10unde : PVR [kPa]E(70%) reprezinta procesul
volumic evaporat a respectivului combustibil la temp. de 70Valorile
uzuale pt. benzinele auto :VLI=8001250 [-]Combustibilii actuali
sunt mai degraba problematici d.p.d.v al comportamentului motorului
la cald. Producatorii de benzine auto. pun la punct procedee
tehnologice pt.: limitarea superioara a volumului presiunii de
vapori Reid si PVG si VLI.
Caldura latenta d vaporizare ()Este cunoscut faptul ca trecerea
unei substante aflate in stare de agregare lichida catre faza
gazoasa se face cu un acord energetic. Caldura latenta de
vaporizare se defineste ca si cantitatea de caldura necesara
unitatii de masa de combustibil lichid pt. a trece din faza lichida
in cea gazoasa si se masoara in [Kj/Kg comb.] , [Kcal/Kg
comb.].Probelma caldurii latenta de vaporizare la formularea unui
combustibil nu se pune deoarece de exemplu valorile caldurilor
latente de vaporizare pt. benzine auto si gazoline si orice
hidrocarbura lichida avand de la 110 atomi de carbon sunt foarte
apropiate. Pt. hidrocarburi lichide usoare si amestecurile lor ,
structura chimica influienteaza intr-o foarte mica masura caldura
latenta de vaporizare.Problema se pune in cazul motoarelor sport
unde uzual se utilizeaza combustibili exclusiv sintetici ( foarte
bogati in acetone). La aceste motoare se urmareste imbunatatirea
performantelor prin utilizarea de combustibil cu caldura latenta de
vaporizare foarte mare, acestia au uzual : = 520Acesti combustibili
racesc intens galeria si tubulatura de admisie cu efecte benefice
asupra randamentului umplerii.Densitatea combustibilului ()Este
raportul intre masa combustibilului si volumul ocupat de acesta
[Kg/].Se mai utilizeaza dimensiuni de greutate specifica.In general
densitatea unui combustibil are o influienta redusa asupra
proprietatilor acestuia si depinde in mica masura de natura chimica
a combustibilului.Ex: Pt. benzine cifra octanica a unei benzine
alcanice este mult mai mica decat cea a unei benzine aromatice
chiar daca densitatile lor sunt foarte apropiate.Densitatea
combustibilului este relevanta pt. unele caracteristici (de ex:
indicele diesel si continutul de fractii grele), din acest punct de
vedere se poate aprecia ca densitatea prezinta importanta pt.
Diesel.Densitatea combustibilului depinde in mod direct de nr. De
aomi de carbon din moleculele constituite avand in vedere AC=12,
AH=1. Astfe ca acele molecule constituiente caracterizate de un
raport de nr. de atomi de hidrogen mic vor conduce la combustibili
cu densitate scazuta.Din aceasta cauza daca se pune problema
influientei structurii chimice asupra densitatii, aceasta pe serii
chimice creste in urmatoarea ordine: alcani (foarte mic) naftene-
olefile aromatice(foarte mare)In tehnica combustibilului densitatea
nu se utilizeaza caatare ci cea relativa prin raportarea densitatii
absolute a unui combustibil la densitatea apei.Pentru crearea unei
pozitii uniformw s-a stabilit ca densitatea apei sa se determine la
temp. de 4 si presiune de 760 [mmHg], iar cea a combustibilului
:t=20; p-720[mmHg], caz in care densitatea relativa se va nota
[-].Daca de exemplu se cunoaste densitatea combustibilului la o
temperatura relativa oarecare t , densitatea relativa standard se
va calcula cu :
C= coeficient care tine seama de variatia de volum a
combustibilului la variatia de 1.Se utilizeaza un sistem propriu de
evacuare a densitatii : SUA-scara Baume in care densitatea relativa
se masoara in [.
Produsele petroliere romanesti au densitati relative cuprinse in
urmatoarele domenii :Produs[-]
Benzine0.680.76
Petrol0.750.87
Motorine0.830.92
Conform standardului specific de incercare , densitatea relativa
a produselor petroliere se determina cu balanta specifica
Mohr-Westphat (aerometru sau picnometru)Puterea calorcica a
combustibililor [Kj/Kg comb.]Lucru mecanic dezvoltat de un motor
depinde evident de cantitatea de caldura degajata prin arderea
amestecului.Cantitatea de caldura degajata prin arderea izobara si
izoterma, completa si perfecta a unitatii de masa de combustibil
produsele arderii fiind mentinute la presiune si temperatura
standardizata constituie puterea calorifica masica a
combustibilului.Obs: Puterea calorifica masica a unui combustibil
dicteaza valoarea consumului specific efectiv de
combustibil.Structura chimica influienteaza asupra puterii calorice
in sensul ca un combustibil care contine multi atomi de hidrogen in
moleculele sale va avea o putere calorica mai mare .Avem in vedere
ca puterea calorifica a elementelor chimice este:
Serii chimice: - alcani (Cn H2n+2)-olfine (Cn H2n-2)-naftine (Cn
H2n)-aromatice (Cn H2n-6)Puterea calorifica se determina in
calorimetru , se observa ca puterea calorifica a unui combustibil
determinata in calorimetru este sensibil superioara puterii
calorice determinata pe motor ( pe baza bilantului termic al
motoruli si consumului orar de combustibil).Detreminarea
experimentala in calorimetru implica mentinerea produsului de
ardere (bioxid de carbon CO2+ H2O) la temperatura constanta
inferioara punctului de fierbere a apei. In calorimetru vaporii de
apa condenseaza cedand caldura latenta de condensare.
In motor vaporii de apa condensati nu reusesc sa condenseze si
evacueaza catre atmosfera raportul caloric al caldurii latente de
condensare.In motor eliberarea caldurii are la baza arderea unui
amestec de combustibil compus din combustibilul propriu-zis si aer.
Ar fi mai interesant sa determinam puterea calorifica a amestecului
si nu puterea calorifica a combustibilului. Aceasta din urma poate
imbraca 2 forme :-Pci H2O sub forma de vapori-Pcs H2O condensatIn
concluzie relevanta pentru functionarea motorului cu ardere interna
este puterea calorifica inferioara a amestecului:Pciam=unde :
Lo=cantitatea de aer stoichiometrica necesara arderii complete a
unitatii de masa de combustibil Unde: H,C,O = participatiile masice
ale carbonului, hidrogenului si oxigenului la o unitate de masa de
combustibilObs.: Puterea calorifica a amestecului este constatata
pentru toti combustibilii cunoscuti indiferent de starea lor de
agregare.CombustibiliPei[Kj/Kg comb]Lo [Kg aer/Kg
comb.]Pciam[Kj/Kgamestec]
Benzine43.83015.02744
Motorine41.94014.12744
CURS 3: Cifra octanica a benzinelor.Sensibilitatea benzinelor la
detonatie.
Se poate obeserva ca una din caile de marire a randamentului
termic este cresterea raportului de comprimare . Pe masura
cresterii lui in functie de m.a.s apare fenomenul de
detonatie.Detonatia este chiar motivul pentru care utilizarea unor
rapoarte de comprimare mai mari ca 10 nu este rationala intrucat
motoarele fie detoneaza intens fie cresc costurile acestuia, fie
utilizarea unei structuri contruite special.Pentru un motor
datorita tendintei la detonatie cat si intensificarea acestora
depind direct de combustibili.Structura chimica a benzinelor
influenteaza intr-o mare masura tendinta acestora la detonatie.
Seriile chimice ale aromaticelor naftenelor si olefinelor sunt
caracacterizate de moleculele compacte avand o buna rezistenta la
detonatie, la polul opus se afla alcanii caracterizati de structuri
liniare intinse si care detoneaza cu usurinta.Functionare m.a.s cu
detonatie este insotita de o seama de aspect negative :-
supraincalzirea motorului- scaderea performantelor in sensul ca de
ex comparative cu functionarea fara detonatie la acelasi regim de
sarcina si turatie motorul detonat va furniza o putere mai redusa-
scaderea economicitatii motorului- accentuarea uzurilor
componentelor cuplelor de frecare- aparitia unor zgomote specifice
de batai metalice de frecventa inalta- aparitia fumului in gazele
de evacuareArderea de detonatie presupune desfasurarea succesiva a
mai multor stadii. Formarea mai multor fronturi de flacara in jurul
unor nuclee de flacara initiala de scanteie electrica.Cond
favorabile detonatiei determina cresterea vitezei acestor fronturi
la valori 200..750 m/s .In ce de-al doilea stadiu fronturile de
flacara se transforma in unde de soc care penetreaza intregul volum
al camerei de ardere cu viteze in jurul a 1200 m/s. Sub efectul
puternic al undei de soc restul amestecului nears arde exploziv in
ultimul stadiu, creend undele de detonatie care au viteza de
propagare cuprinse intre 1500-3000 m/s si care la contactul cu
peretii camerei de aredere produc batai metalice.O prima metoda de
apreciere a calitatilor antidetonatie ale benzinelor a fost metoda
raportului critic de comprimare. Se utilizeaza un motor
monocilindric standardizat prevazut constructiv cu posibilitatea de
variatie a raportului de comprimare in sensul cresterii pana la
aparitia fenomenului de detonatie.Valoarea lui corespunzatoare
constituia raportul critic de comprimare. Metoda a fost abandonata
din cauza urmatoarelor dezavantaje: erori mari de determinare si
reproductibilitate foarte redusa la rezultate.In present pentru
aprecierea sensibilitatii benzinelor de incercat cu un combustibil
etalon dpdv al sensibilitatii la detonatie.O benzina este cu atat
mai resistenta la detonatie cu cat are o cifra octanica mai mare
.Functionarea cu detonatie este nepermisa, de aceea pentru un motor
dat trebuie utilizat un combustibil avand cifra octanica minima
astfel stabilita incat posibilitatea aparitiei detonatiei la
functionarea motorului la regim nominal sa fie eliminata. Pentru
acelasi motor se pot utiliza combustibili avand cifra octanica
superioara celei minime.Acest aspect nu aduce nici un castig dpdv
energetic,determinand doar cresterea costurilor de exploatare a
motorului.Dpdv economic este rational si exista lucrul acesta sa se
utilizeze benzene cu C.O. maxima egala cu cifra octanica minima
conform det celor de mai sus.OBS : Pentru un motor se pot utiliza
si combustibili cu C.O inferioara cifrei octanice minime.Pentru
evitarea detonatiei in acest caz trebuie diminuat corespunzator
unghiul de avans la unghiul de aprindere s .Combustibilul etalon cu
care se compara benzina este compus din 2 hidrocarburi chimic puse
din seria chimica a alcanilor care pot intra in combustibilul
etalon in proportii diferite si care au calitati diametral opuse
dpdv al rezistentei la detonatie.I Referinta izooctan (izomer al
octanului) C8H18Este saturat si poseda o molecula cu structura
ramificata foarte compacta fapt careia ii confera o foarte buna
stabilitate termochimica. In conditiile existente in motor practic
nu se formeaza peroxizi si nici alte produse de oxidare incomplete.
In conluzie are o rezistenta deosebita la detonatie si i se
atribuie in mod conventional valoarea 100 pe scara cifrei
octanice.Proprietati fizico-chimice:- temperatura de inghet -107 C-
temperatura de fierbere +99 C- densitate absoluta 20 C = 0,691
kg/lII Referinta II normal heptan (alcan )- este o hidrocarbura
saturate liniara constanta cu molecula lunga caracterizata de
stabilitate termochimica ridicata- formeaza cu usurinta peroxizi si
alte produse de oxidare, incomplete, premargatoare arderii la
detonare- are o rezistenta ridicata la detonatie fapt care pe o
scara a cifreo octanice i se atribuie in mod conventional
0Proprietati- temperatura de congelare -91 C- temperature de
fierbere + 98 C= 0,689 kg/l la 20 CCifra octanica reprezinta
procesul volumic izocor dintr-un amestec omogen in faza lichida de
izooctan si normal hectan care are aceeasi sensibilitate la
detonatie ca si benzina de incercat in conditii identice
standardizate de incercare.Este practic imposibil ca in cadrul
experimentarii pe motoarele monocilindru standardizate sa se
surprinda exact acel amestec etalon care furnizeaza CO. De regula
se efectueaza tatonari experimentale pana cand benzina de incercat
se incadreaza dpdv al sensibilitatii la obtinerea de amestecuri
etalon (unul avand cifra octanica mai mica a benzinei de incerat
iar celelalte mai mare) intre care in functie de metoda de
determinare se tolereaza o diferenta de 23 unitati de CO. CO a
benzinei de incercat se va determina prin interpolare liniara.De
ex: o benzina detoneaza similar cu un amestec etalon format din
:-91 ( %vol) izooctan-9 (% vol) normal heptanIn conluzie CO este
91
Metode de derminare a cifrei ocatanice1)Metoda Motor -
CO/M2)Metoda Research (SUA) CO/R3) Metoda de drum (SUA) CO/DPrimele
2 metode utilizeaza motoarele monocilindrice experimentale
armonizate prin initiative CFR (Cooperative Fuel Reserch )-familia
IT-9 (IT-9/2 IT 9/6) (RUS)-familia WAUKESHA (SUA)Primele 2 metode
difera prin conditia de incercare intre cere cele mai importante
sunt avansurile la aprindere si turatia de incercare.motor/s
(RAC)n(rot/min
Research13600 6
Motor26900 9
Monocilindrii experimentali sunt in 4 timpi si au raport de
comprimare variabile intre 410 pentru motoare vechi si 4..18
motoare noi.Aceste motoare au preluat solutia de variatie a lui cu
cilindru additional de la motorul experimental utilizat pentru
determinarea rapoartului critic de compresie. DESEN
Cilindrul additional 3 este conectat la camera de ardere a unui
cilindru prin canalizatia 2.Variatia raportului de comprimare este
adigurata prin deplasarea in interiorul lui 3 a pistonasului 4,
deplasare controalta de mecanismul cu surub 5 actionat din ext de
manivela 6. In mod evident avand in vedere = =>
CO/R>CO/M.Pentru aceeasi benzina parametrul CO=CO/R - CO/M se
num sensibilitatea combustibilului si pune in evident influenta
conditiilor de incerare asupra cifrei octanice.Conditiile de
incercare sunt specifice fiecarei metode.Se mai defineste in
practica incercarii benzinelor indicele de performanta IP pentru
calificarea dpdv al rezistentei la detonatie al benzinelor
superoctanica sau supercarburant care au in consecinta CO > 100
(motoare sport,motor de aviatie cu piston ). Metodica de incercare
esti definite ptr reproducerea calitatilor la detonatie al
supercarburantilor se utilizeaza supravolume de izooctan si/sau
aditivare de TEP (tertraetil de plumb).In acest caz IP=100+3
(CO/M-100) unde cifra octanica difera de cea uzuala a.i CO/M
>100.Avand in vedere conditia de incercare respective regimul de
turatie mai scazut tip Research se poate aprecia ca met R este mai
potrivita ptr calificarea benzinelor utilizate pe motoare fol
frecvent la regimurile de cuplu maxim.Acest regim este unul
sensibil dpdv al pct de detonatie. Turbulenta practice nula din
camera de ardere a mot cat si radamentul foarte bun det o crestere
a tendintei la detonatie.Pentru benzinele auto produse in Romania
standardele de calitate prevad1. CO/R=95 CO/ M =85; CO=13 CO/R= 99
CO/M =87; CO=12
3.CO/DMetoda nu mai presupune incercarea benzinei pe motor
experimental de aceasta data benzina se incearca direct pe mot care
echipeaza autovehiculul si in concluzie cifra octanica de drum este
specifica ptr un autovehicul dat diecarei motorizari in parte. A
fost utilizata initial in anii 80 de VAG pentru nevoi interne si a
fost ulterior preluata si standardizata de catre americani.Pentru
uniformizarea conditiei de incercare s-a stability ca benzina sa se
incerce ;a regimul cel mai sever de exploatare al vehiculului dpdv
al conditiei la detonatie astfel se verifica sensibiliatea la
detonatie si sensibilitatea acestuia cu aparatura specifica la
bordul autovehiculului in mars la accelerare in prize directa intre
vit 10-50 mph pe drum perfect orizontal si rectiliniu.Cu alte
cuvinte in cadrul acestei incercari se stabileste caloarea minima a
cifrei octanice care se poate utilize pe un vehicul, valoare care
asigura eliminarea detonatiei la incercarea autovehiculului in
acest regim foarte favorabil detonatiei.Sub aspect analytic det
cifrei octanice de drum a fost asimilata prin met extinsa a
curbelor limita de detonatie sau metoda Bordeline modificata.
Curs 4: Cifra cetanica (CC) a motoarelor autoTemperatura de
autoaprindere (taa)Temperatura de autoaprindere reprezinta
temperatura minima la care un combustibil se autoaprinde fara
interventia unei surse exterioare de initializare a reactiei de
oxidare .Taa reprezinta unii din principalii parametrii ai
combustibilului pt. motoarele cu aprindere prin comprimare
(motorine si petroluri).Factori de influienta, asupra temperaturii
de autoaprindere::Metoda de determinare prin forma si materialul
din care este construita instalatia experimentala.Natura mediului
gazos in care are loc incercarea. Mediul poate fi in functie de
metoda , aer, aer comprimat sau oxigen pur.Presiunea mediului in
care are loc incercarea.S-a pus in evidenta, ca in domeniul
presiunilor realizabile la MAC temperatura de autoaprindere scade
pe masura cresterii presiunii.In figura se prezinta rezultatele
experimentale pt. diversi combustibili la incercarea in aer
comprimat, care este considerata cea mai potrivita data find
apropierea de conditiile de functionare ale
motorului.DESENCombustibilii traditionali pt. motoarele de
autovehicul au temperaturi de autoaprindere care scad pana la 1000
la compresiune de 20 bari, dupa care se manifesta o usoara tendinta
de crestere.De observat ca temperatura de autoapridee a motorului
este de 100 fata de cea a benzinei, fapt care explica util
motorizarea in MAC.Taa depinde de starea tehnica si la oxidarea
moleculelor constituiente.Aceste proprietati sunt oarecum invers
proportionale cu masa moleculara, respectiv cu nr. de atomi de
carboni din molecula avand in vedere reprezentarea celor 4 serii
chimice de hidorcarburi regasiti in motorine, se poate aprecia ca
temperatura de autoaprindere in functie de seriile chimice scade in
urmatoare ordine: aromatice, naftene, alcani.In anumite conditii
experimentale se poate stabili o legatura directa intre temperatura
de autoaprindere si durata intarzierii autoaprinderii aa. Definita
ca intervalul de timp sau unghiular scurs in momentul de inecput al
injectiei de combustibil si cel al autoaprinderii amestecului
[s];[RAC].DESENIn concluzie durata intarzierii la autoaprindere
reprezinta cel mai important parametru caracteristic al unui
combustibil in aplicatii diesel.
Cifra cetanica a motorinelorMotoarele cu aprindere prin
comprimare necesita combustibil a carui molecula sa cracheze cu
usurinta in perovizi si alte solutii de oxidare incompleta si care
sa aiba o durata aa rezonabila.Este necesara stabilitrea unui
criteriu care sa califice combustibilii din pct de vedere al
marimii lui aa. S-a incercat punerea la punct a unei metode simple
de laborator fara rezultate semnificative.S-a trecut la incercarea
motorinelor pe motor experimental. Pentru a se compara motorina cu
un combustibil etalon in conditii identice de incercare din pct de
vedere al aa, combustibilul etalon este compus din 2 hidrocarburi
chimic pure in faza lichida la parametrii de stare specifici
incercarii si care au calitati diametral opude din pct de vedere al
intarzierii la autoaprindere.Durata itarzierii la autoaprindere
influenteaza direct urmatoarele caracteristici ala
motoarelor:Stabilitate a functionariiEconomicitatea motorului si
uniformitateGradul de uzuraNivelul de zgomotScara cifrei cetanice
se defineste intre 0 si 100. Cu cat un combustibil are cifra
cetanica mai mare cu atat acesta va avea o durata aa mai mica,
respectiv se va autoaprinde mai usor si la temperaturi mai
scazute.Cele 2 hidorcarburi etalon sunt: catan-ul alcan. C16H34
CH3-CH2-CH2--CH2-CH3De 14 oriProprietati fizice:Temp. congelare
= -91Temp. fierbere = +98
Datorita structurii liniare si moleculii foarte lungi se
descompun cu usurinta in prezenta oxigenului in teroxizi si alte
produse de oxidare incompleta.Are stabilitate termica si la oxidare
foarte reduse se autoaprinde foarte usor la teperaturi scazute se
atribuie valoarea CC=100.
Alfa metal naftalina (C11H10-aromatica) CH CH Temp. congelare =
+18 CTemp. fierbere = +278 CH3 C CH CHCHCCH CHDeterminarea
structurii compacte cu dublu legatura este foarte stabil termic si
la oxidare, problema autoaprinderii se poate pune doar dupa
separarea totala a hidrogenului de molecula. Se autoaprinde foarte
greu chiar la presiuni ridicare, i se atribuie pe scara cifrei
cetanice CC=0.DEF: Cifra cetanica a unui combustibil lichid
reprezinta procesul volumic de cetan dintr-un amestec lichid,
omogen de cetan si alphametin naftalina (la parametrii de stare
atmosferici), care are o aceeasi intarziere la autoaprindere (aa)
ca si motorina de incercat in conditii identice, stabdardizate de
incercare.Observatie!!!! In ameste cetanul si aplhametin naftalina
sunt perfect amestecabile intre ele.Este dificil ca in aplicatia
experimentala sa se gaseasca exact aceelasi amestac care are aa
identic cu al motorinei incercate. Motorina se incadreaza in doua
amsetecuri a caror durata aa se afla in relatia. aa amestec 1
SUA, ASTM-D-613- se prevede ca in locul alphametin naftalin, ca
hidrocarbura sa se utilizeze hapta-metil-nomam (C16H34), care este
un izomer al catanuluiCH3-CH-CH-CH-CH-CH-CH-CH-CH3
CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 Pe scara cifrei cetanice americane
acesteia I se atribuie valoarea CC=15.Deci cifra cetanica se va
defini in mod diferit, determinand prin calcul tot in functie de
procentul volumic de cetan x din amestecul etalon.CC=X+0,15
(100-X)Unde : x= procent volumic de cetan.Conditiile functionale pt
determinare cifrei cetanice dupa ASTM sunt:-wankesa mono (IT 9-3)n=
9009 [rot/min]i=13[pi=1031 [bar]Standardul romanesc de fabricatie
prevede fabricarea a 3 sorturi de mot. brute:Una avand : CCmin=40
unitati Celelalte doua: CCmin=48 unitatiLa combustibilii obisnuiti
folositi la motoarele Diesel, cifra cetanica variaza intre 4.5si
55. Motorinele cu cifra cetanica mai mari de 55 unitati se
utilizeaza in conditii speciale (motoarele functioneaza la
altitudin foarte mari sau in regim sever tropical)Motorinele de
iarna trebuie sa aiba temperaturi de congelare cuprinse intre -60
si -40 grade celsius.Parametrul realizabil doar de motorinele
aromatice, care au cifrele cetanice cuprinse intre 38-40, acestea
se aduc in intervalul uzual 45-55 in mod artificial prin aditivare
spacifica.Este de preferat motorina aromatica care sa fie in mod
natural la limita de inget.Instalatia experimentala (motor
monocilindric experimental IT9-3)D=82.6 [mm]S=114.3 [mm]Vu=652[ =
8
Conditii de incercare :n= 9009 [rot/min]i=13[pi=1031
[bar]ta=100ta inj=38
Aerul admins in motoare se preincalzeste:Taer=66Exista 3 metode
experimentale care folosesc acelasi IT9-3:Raportul critic de
compresieMetoda intarzierii la autoaprindereMetoda coincidentei
autoaprinderilorIn Romanaia si Europa se foloseste metoda 3 , cifra
cetanica obtinuta prin aceasta metoda se noteaza CC/MC.
INDICELE DIESEL (ID)Metoda cifrei cetanice presupune echiparea
cu motor experimental. Indicele diesel este o metoda alternativa,
simpla, ieftina si eficienta.S-a pornit de la obesrvatia ca aa cat
si CC reflecta compozitia chimica a combustibiluilui respectiv,
participatia seriilor chimice.Indicel diesel va considera
compozitia chimica ca masura a lucrurilor prin doua criterii
distincte pentru o precizie mai buna.Punctul de anilina: anilina
proaspat distilata se dizolva intr-o cantitate precizata de
combustibil la o temperatura perfect determinata. Aceasta
temperatura constituie punctl de anilina a respactivului
combustibil.Pe de alta parte s-au obeservat ca participatia
aromaticilor in produsul final este invers proportionala cu punctul
de anilina.Exemplu : Aceton=+94.4[A-m-n=+17.8Densitatea relativa a
combustibilului: s-a constatat ca, cresterea participatiei
alcanilor in dauna scaderii participatiei aromaticelor intr-un
combustibil este direct proportionala cu densitatea relativa a
acesteia.Ambele criterii evidentiaza participatia aromaticelor in
produs final. Indicele diesel, relativ la calitatile de
autoaprindere ale motorinei, variaza similar cifrei cetanice.Cu cat
indicele diesel este mai mare, motorina are un comportament mai bun
la autoaprindere, respectin un aa mai mic.Se determina in doua
moduri:Cu ajutorul nomogramei stadardizateDESENNomograma contine 3
scale. Se figureaza pozitiile pentru A si D ale motorinelor
incercate pe scalele corespunzatoare si se unesc printr-o derapta
care va intersecta scala din mijloc la valoarea indicelui diesel a
motorinei.Prin calcul
Scala Baume: Standardul roman de fabricare, prevede fabricarea a
4 sorturi de motoare cu indicele diesel= intre 56 si 76.Intre cifra
cetanica si indicele diesel exista o corelatie foarte buna.
Exceptie face cazul in care motorina are un continut ridicat de
izoalcani. Corelatia intre cifra cetanica si indicele diesel poate
fi determinata grafic pe nomograma CC=f(ID), dependenta de
compozitia chimica de baza a motorinei sau prin relatii empirice
generaleCC=0,6666*ID+0,1224*tnf-19,824 Unde: tnf = temperatura
medie de fabricare a picaturilor [grade C]Pentru motorine cu
compozitii medii cifra cetanica se poate determina pe baza
punctului de anilina.
CURS 5: Aditivi pentru combustibiliAcestia sunt substante
chimice care adaugate in combustibil in cantitati foarte mici
amelioreaza una din calitatile functionale ale combustibilului
relativ la cerintele motorului. Acestia ca regula generala trebuie
sa nu fie deficitari, sa aiba un cost redus, iar prin adaugarea in
combustibil sa nu afecteze nici una din celelalte proprietati
fizico-chimice si calitati ale combustibilului.Intr-un combustibil
se pot adauga diversi aditivi, fiecare vizand o anumita calitate
functionala. Se poate pune deci problema compatibilitatii
fizico-chimice a aditivilor dizolvanti in combustibil astfel incat
fiecare sa actioneze independent si sa nu afecteze actiunea
celorlalti aditivi. Clasificare: -pt benzine -pt motorine Aditivi
antidetonanti Tetractilul de Plumb ( TEP) Pb(C2H5)4 CH3 | CH2 | CH3
CH2 PbCH2CH3 | CH2 | CH3Def. Aditivii antidetonanti sunt substante
chimice care adaugate in benzine in concentratii extrem de mici
amelioreaza substantial cifra octanica a benzinei baza (cea reala)
din procesul tehnologic de fabricatie, fara a afecta celelalte
calitati functionale ale benzinei. Aditivul imbunatateste
comportamentul benzinei la detonatie TEP= cel mai vechi aditiv,
utilizandu-se in Europa si SUA circa 70-80 de ani. Este cel mai
eficient aditiv antidetonant. In Romania conform unei reglari
Europene a fost scos din uz etapizand in perioada anilor 2005-2008.
Este un lichid incolor mai greu decat apa, avand in concentratii
mici un miros dulceag, iar in concentratii mari un miros puternic
respingator. Este insolubil in apa, dar perfect solubil in benzine,
alcooli, eteri, acetone si alti solventi organici. Temperatura de
fierbere TEP=199o C. Scoaterea din uz a TEP se datoreaza faptului
ca este foarte otravitor. Patrunde in corpul uman pe cale
digestiva, respiratorie sau direct prin piele provocand
hiperexcitarea sistemului nervos, ingalbenirea pielii, caderea
parului, convulsii, hipotermii. Periculozitatea TEP consta in doza
totala extrem de mica si a caracterului cumulativ a acestuia. Odata
patruns in organism in cantitati extrem de mici se va regasi in
sange sub forma unor compusi perfect stabili. Otravirile repetate
cu doze mici de TEP pot conduce prin cumulare la moarte chiar si in
cateva zeci de ani. TEP este foarte eficient in combaterea
detonatiei in cantitati extrem de mici. Mecanismul de actiune al
acestuia este inca subiectul unor discutii contradictorii. De-a
lungul istoriei utilizarii sale s-au conturat 2 teorii relative la
mecanismul de actiune. Ambele teorii tin cont de faptul ca in
prezenta aerului TEP se descompune: Pb(C2H5)4 Pb+4C2H5Pb si radical
etil disocierea fiind favorizata de actiunea caldurii si a luminii
solare sau chiar a razelor ultraviolete artificiale. Dizolvarea TEP
debuteaza sub aspectul aportului de caldura dupa trecerea acestuia
in stare de vapori, respectvi peste 200oC si se considera
definitiva la 500-600oC. Acest interval de temperatura este uzual
pt regimul termic al motorului.1. Prima teorie acorda rolul
primordial descompunerii peroxizilor organici initiata de primele
reactii de ardere din cilindrii motorului. In camera de ardere Pb
rezultat prin desocierea TEP reactioneaza cu O din aerul aspirat:
Pb+O2PbO2 bioxid de Pb = se combina ulterior cu peroxizii organici
initiali degenerand in compusi inerti care atenueaza reactiile in
lant specifice detonatiei. In ultima perioada aceasta teorie este
tocmai putin sustinuta.2. A doua teorie ia in considerare teoria
generala a desfasurarii polistadiale a arderii cu detonatii.
Conform acesteia Pb disociat cu TEP favorizeaza aparitia
peroxizilor organici reducand intarzierea la aprinderea flacarilor
reci. Radicalul etil actioneaza in stadiile finale inhiband
respectiv radicalii formati prin descompunerea peroxizilor organici
in flacarile reci initiale se inhiba astfel dezvoltarea reactiilor
in lant specifice detonatiei si se reduce viteza frontului de
flacara rece. In ambele cazuri insa plumbul fiind divizat in camera
de ardere in stare pura sau sub forma de oxizi participa la reactii
din care insa se regenereaza, astfel se explica eficacitatea sa in
combaterea detonatiei in concentratii extrem de mici.PbO2= compus
refractor avand temp de topire inalta-888oC. Este posibil ca in
anumite regimuri functionale PbO2 sa se afle in stare solida, fapt
care favorizeaza depunerea sa (sub forma de depozite) in camera de
ardere pe supape, scaune de supape, ghiduri, pe electrozii bujiei.
Daca depunerea pe elemente componente ale sistemului de distributie
este benefica, Pb si compusii sai avand actiuni lubrifiante,
depunerea pe peretii camerii de ardere favorizeaza cresterea
raportului de comprimare iar depunerea pe electrozii bujiei det
anularea scanteii, ancrasarea bujiei. Din acest motiv TEP nu se
utilizeaza ca atare si in solutie etil formata din TEP si o
substanta antrenanta (tot un aditiv). Substantele antrenante au rol
de a se combina cu Pb si oxizi sai degenerand in substante
volatile, cu puncte de topire si fierbere mult mai coborate.
Substante antrenate: Brom etil (in proportie molara de 2:1 fata de
TEP), Dibrometil si Dicloretil.Observatie Chiar in cazul utilizarii
aditionale a substantei antrenante formarea depozitelor de Pb in
camera de ardere nu este exclusa. Experimental s-a constatat ca
utilizarea substantelor antrenante reduce depunerea Pb de la 10%
din cantitatea totala de Pb vehiculata prin camera de ardere catre
2%. ( 10 % din cazul utilizarii exclusive a TEP). S-a constatat
experimental ca, cresterea concentratiei de TEP in benzina produce
o crestere puternica a depozitelor de Pb in camera de ardere.
Se constata ca la dublarea concentratiei de TEP depozitul se
dubleaza la acelasi nr de ore de functionare. S-a remarcat ca in
cazul motoarelor cu alimentare centrala ( monopunct sau carburator)
utilizarea TEP este limitata, aceasta distribuindu-se neuniform
catre cilindri. Temperatura de topire este foarte apropiata de
temperatura finala a fierberii benzinei (200oC), aceasta explicand
distribuirea neuniforma catre cilindri prin faptul ca pe
traiectoria galeriilor de adimisie TEP se regaseste in faza lichida
sub forma de picaturi fine dar cu masa si inertie mare.
Cilindrii de capat sunt favorizati prin efectul inertional si
tinand cont de ordinea de aprindere. Pe de alta parte cilindrii de
capat sunt evident cei mai reci.TEP aflat in concentratie mai mare
fiind defavorizat sub aspectul disocierii. Din acest motiv TEP a
fost inlocuit la un moment determinat cu o substanta avand
temperatura de fierbere ceva mai scazuta. TMP ( tetrametil de Pb)
temp de fierbere = 110oC. Pb ( CH3)4 CH3 | CH3PbCH3 | CH3 TEP si
TMP = similare ca disponibilitate, pret de cost si eficienta astfel
incat se poate face sub aspect fizico-chimic.TEPTMP
T fierbere [oC]199110
T congelare [oC]-130,2-30,3
Continut de Pb6477,5
201,661,995
Presiunea de vaporizare[la 15 oC]0,16717
Presiunea de vaporizare[la 50 oC]2,01100
In Europa si SUA utilizarea lor este interzisa, datorita
efortului dezactivator al convertoarelor catalitice obligatorii de
utilizat odata cu introducerea normativelor de poluare. Carta
mondiala a combustibililor impune in mod strident renuntarea la TEP
si TMP, desi tot mai multe state adera la aceasta carta benzinele
etilate se vor folosi pt perioade greu de estimat in tari din
Africa si Asia. MMT ( mangan metil- pentilcarbodiemil-tricarbomil)
A fost pus la punct in Canada in 1980. Utilizarea sa
generalizandu-se incepand cu 1985 in SUA.Utilizarea sa este foarte
controversata evidentiidu-se ca are un nivel de toxicitate ridicat
asupra corpului uman. Ca si amontaj: eficienta ridicata,
ireversibil la efectul antagonist al Sulfului din combustibil in
comparatie cu TEP si TMP, concentratii scazute in care se adauga in
combustibil 18 ml/l combustibil. Atunci cand se discuta toxicitatea
Mn cu Pb trebuie tinut cont ca sub aspectul masei cantitatea de MMT
utilizata in benzine reprezinta cca 12% din cea de TEP la eficienta
maxima. ( 0,12-0,14 g/l) la TEP. In cazul TEP se utilizeaza ca
agenti de antrenare: Dibrometil C2H4Br2 PbBr2 (T= 373oC) Dicloretil
C2H4Cl2 PbCl2 (T= 501oC) , degenerand in reactie cu Pb cu Temp de
topire si care permit antrenarea catre atmosfera a Pb odata cu
gazele de evacuare. In cazul MMT nu a fost pus la punct un agent de
antrenare, de ex temp de topire a diclorurii de Mn este mult mai
mare MnCl2 1190oC. In cele mai frecvente situatii Mn se regaseste
aproape in totalitate pe peretii camerei de ardere, pe electrozii
bujiei, pe supape, sub forma unei depuneri particulare intensa brun
roscata.
Alti aditivi antidetonanti Iodul; anilina, metil-anilina; (cu
probleme de solubilitate selectiva in benzina) Eteri, etc (mult mai
putin eficienti comparativ cu 3)
Aditivi modificatori ai calaminei (contra depozitelor in CA)Se
utilizeaza in mod special pt benzine aromatice aditivate intens
impotriva detonatiei. Este cunoscut ca acestea sunt sensibile cu
atat mai mult cu cat raportul de comprimare este in crestere. In
astfel de cazuri depozitele sunt corespunzatoare (mari) si pot
provoca aprinderi necontrolate de regula preaprinderi.
Preaprinderile se initiaza de la puncte rosii ale calaminei. Pt
combatare se utilizeaza acesti aditivi care fixeaza substante de
depozit sub forma de ortofosfat. Depozitul devine inert, fiabil,
fiind antrenat adesea in evacuare. Se utilizeaza:
Metil-fenil-fosfati Alchil-fosfati Trimetil-fosfati.
CURS 6: Alti aditivi pentru combustibili1. Aditivi pt cresterea
cifrei cetanice Se utilizeaza pt motorine imbunatatindu-le
comportamentul la autoaprindere atunci cand se adauga in cantitati
mici. Cel mai frecvent- azotat de alchil, care de exemplu in
concentratie de 1000 ppm ridica cifra cetanica a motorinei cu 5
unitati. De retinut ca eficienta aditivarii depinde in mare masura
de cifra cetanica a motorinei de baza, fiind practic dubla pt
motorina cu difra cetanica initiala ridicata.2. Aditivi
antioxidanti (inhibitori de oxidare) Se utilizeaza pt benzine in
scopul stabilizarii benzinelor olefinice; data fiind instabilitatea
ridicata a olefinelor acestea, se degradeaza usor radicalii formati
regrupandu-se prin polimelizare in molecule imense care alcatuiesc
gumele actuale din benzine. Aditivii au actiune stabilizatoare
anihiland formarea radicalilor liberi activi de tipul R-O2 chiar in
perioada ruperii catenelor moleculelor de olefine.Formarea gumelor
actuale este posibila doar in prezenta oxigenului, deci acolo unde
benzina intra in contact cu atmosfera. Produse: fenil-diamina,
p-amino-fenoli, amine sulfonate substituite.3. Aditivi
dezactivatori de metale Se utilizeaza pt benzine. S-a constatat ca
unele metale (Fe, Cr, V, Ni, Cu, etc) chiar la nivelul de urme
chimice au un efect catalizator pt componentii instabili din
benzine conducand la baza mecanismului deja prezentat la formarea
de gume actuale. Produse: 1-2-propileu diamina, 1-2-etileu
diamina.4. Aditivi detergenti Au rolul de a impiedica formarea
depunerilor sub forma de depozit in canalizatiile sistemului de
alimentare al motorului. Ca mecanism de actiune impiedica anumite
reactii de polimerizare cat si polarizarea eventualelor impuritati
mecanice. Paleta de produse este foarte variata, acestea fiind
specifice motorului MAS sau MAC.5. Aditivi anticorozivi
(anti-rugina) Au rolul de a preveni coroziunea componentelor
metalice ale sistemului de alimentare la contactul cu apa din
combustibil. Sunt de regula alcooli, acizi grasi, alchil-fosfati,
amino-fosfati, substante care se absorb pe suprafete metalice ale
sistemului de alimentare formand filme protectoare.6. Aditivi
bactericizi+bacteriostatici Exclusiv pt motorine care au tendinta
de a se degrada la stocare indelungata din cauza continutului de
bacterii. Prima categorie are rolul de a distruge microorganismele
iar cea de a doua de a preveni inmultirea lor. Cel mai frecvent se
utilizeaza substante din categoria imidazolinelor.7. Aditivi
antigiuranti Au rolul de a depusa (cobori) punctul de inghet al
apei din combustibil, astfel incat acesta sa nu formeze dopuri de
gheata la functionarea motorului la temperaturi scazute. Se
utilizeaza atat pt benzine cat si pt motorine. Produse din familia
alcoolilor, cel mai frecvent utilizat izopropanol,
dimetilformamida.Exista si un efect secundar important in sensul ca
emulsioneaza apa in combustibil.8. Aditivi antispumanti Se
utilizeaza pt motorine, impiedicand spumarea (in rezervor). Cel mai
frecvent: siliconi (poli-silo-xani), foarte eficienti in
concentratii extrem de mici, 10-20 ppm.9. Aditivi contra incarcarii
electrostatice Prevenind incarcarea si descarcarea electrostatica
care poate provoca aprinderea benzinei, pe durata transportarii si
a depozitarii. AA-3 (Shell). Contine saruri de Crom+sulfosuscinat
de Calciu si un polimer organic. 10. Aditivi pentru protectia
scaunelor de supapeIn trecut astfel de aditivi nu erau necesari,
supapele si scaunele lor fiind protejate de depunerile de plumb. Pb
in sine si unii derivati ai sai constituie un foarte bun unguent
solid. Cele mai cunoscute produse au la baza metale alcaline ca
Sodiu si Potasiu si care in camera de ardere genereaza compusi moi
care se descompun pe supape si scaune.In Europa: - Lubrizol
(Germania); - Anabex (Slovacia) 11. Aditivi odorizantiPentru
motorine aditivate cu 6, au la baza principiile parfumeriei
clasice, cele mai utilizate fiind fie extrase natural, extrasi
sintetici, cetane. 12. Aditivi contra unor utilizari interziseSe
utilizeaza pt identificarea produselor proprii ale firmei, pt a
evidential amestecarea unor produse incompatibile voite sau
accidentale, pt impiedicarea fraudei cu combustibili subventionati.
Produsele fac parte din 2 categorii: - coloranti ( rosu, verde,
violet); - trasori chimici (furfurol); produc colorarea interna a
combustibilului la contactul cu anumiti reactivi care se introduce
in cantitati extreme de mici in combustibilul verificat.
Combustibili alternativiPiata combustibililor alternativi este
in continua dezvoltare. In 2000 conform Inst. francez al Petrolului
acestia aveau deja o cota de piata de 1.7% 2%. Din aceasta
categorie fac parte: - compusi organici oxigenati ( alcooli, eteni,
esteni); - gaze natural; - hidratii azotului; - hydrogen, etc.Din
categoria biocombustibililor: Compusi oxigenati, se obtin din
substante care provin de la vegetale sau animale nefosile,
cunoscute sub denumirea generic de biomasa. La ora actual acesti
din urma comb au perspectivele de dezvoltare cele mai bune, avand
in vedere corelati dintre proprietatile lor fizico-chimice si
cerintele motorului cat si anumite considerente legate de
producerea si stocarea lor si de pretul lor de cost. nu in ultimul
rand trebuie amintit ca compusii oxigenati ca si comb pot avea o
serie de avantaje:-imbunatatirea compusilor oxigenati la motorul cu
ardere interna-imbunatatirea in ansamblu a omogenitatii amestecului
si a arderii -reducerea emisiei poluantePt. toate produsele din
aceasta categorie este posibila utilizarea in amestec cu comb baza.
Pt. unele dintre ele e posibila si utilizarea ca subst chimic
pura.Alcooli de regula alcooli monohidroxilici, avand cel mult 4
atomi de C in molecula. ( R-OH)CH3-OH alcool metilic ( methanol)
C2H5-OH alcool etilic (etanol) CH3-CH2-OHC3H7-OH alcool propilic
(CH3-CH2- CH2-OH )TBA: C4H9-OH alcool butilic tertiar, CH3-CH2-
CH2- CH2-OHEteriDerivati functionali din 2 molecule de alcooli sau
2 molecule de fenoli ( R-O-R`) prin eliminarea unei molecule de
apa.R-OH+R-OH -> R`-O-R+H2OIn cazul metanolului trebuie
considerate si utilizarea metanolului ca baza a producerii de H
gazos la bordul A.In urma unei reactii de disociere:CH3-OH CO +
2H2Cei mai utilizati eteri:MTBE: C2H-O-C4H9ETBE: CH3-O-C4H9TAME:
CH3-O-C5H11Pretul de cost este foarte ridicat si desi dpdv
fizico-chimic pot fi utilizati in stare pura acestia se utilizeaza
doar pt aditionarea benzinelor ca aditivi antidetonanti.
EsteriSe utilizeaza pt alimentarea m.a.c fiind esteri metalici
ai unor vegetale.Cei mai utilizati sunt esteri metalici ai unor
acizi grasi: oleic, palmitic, stearic, miristicR`-COO-RUtilizarea
acestora pp. modificari si adaptive ale unor sisteme si echipamente
ale motorului in scopul compatibilitatii acestora cu proprietatile
fizico-chimice ale comb.Proprietati fizico-chimice ale
biocombustibililor1) PVR Volatilitate-presiune de vaporiPVR a
metanolului la t=00C este de 4-5ori mai mica decat a benzinei.
Practic metanolul nu vaporizeaza sub 100C. Se estimeaza ca pornirea
motorului pe metanol pur este posibila la t>120CIn acest scop
cel mai frecvent metan se aditiveaza cu produse foarte volatile,
proportii masice de 8,5% cu : - izopropil; -metileter
2) Caldura latenta de vaporizare.CLV a metanolului este cam de
3,5 ori mai mare decat a benzinei.metanol= 265 kcal/kgbenzina= 80
kcal/kgAceasta rezulta ca un amestec echivalent aer-metanol
comparative cu aer-benzina necesita si cederea vaporizarilor
completi a comb in aport de caldura de cca. 7 ori mai mare.Daca
vaporizarea comb se face exclusiv pe baza aportului caloric local
al aerului aspirat se ajunge la o racire locala. t = 1500C (pt.
metanol), t = 1170CAceasta racire cauzeaza in general la motorul cu
alimentare centrala fenomenul de giuraj care inseamna practic
obturarea sectiunii de curgere ale aerului cu gheata provenind din
umiditatea atmosferica.Cu toate acestea pata calda.Utilizarea
incalzirii locale cu surse auxiliare.Alte proprietati:CO/CCAlcoolii
au o mare rezistenta la denotatie, avand in general compusi
oxigenati > 100. In acelasi timp se autoaprind foarte greu,
avand CC scazute.Metanoli:CC = 0 5Etanoli:CC= 7 10Daca se pune
problema utilizarii metanolului in stare pura ca si comb diesel se
constata in mod paradoxal ca se preteaza mai bine la rapoarte mici
de comprimare 1416Pt utilizarea alcoolilor la diesel se recurge la
aditivarea cu nitrati alchilici care de ex. permit cresterea CC
pana la valoarea de 52 dar cu o crestere a costului de 30%.
CURS 7: Toxicitatea comb alternativi
Cel mai toxic = metanol. O doza de 510g metanol pur patrunsa in
organism pe cale bucala provoaca orbirea iar doza letala este in
functie de rezistenta organismului intre 4075g. Orbirea poate
surveni si prin inhalari repetate a vaporilor de metanol. Din acest
motiv normativele de protectia muncii limiteaza concentratia
vaporilor de metanol in aer iar la 250 mg/m3 de aer, iar la
concentratia de 300 mg/m3 aer se opreste lucrul. Este foarte
periculos si fiindca pot fi evidentiate si efecte cancerigene ale
produselor de ardere ale metanolului inferioare insa celor ale
benzenului.Benzenul = cel mai cancerigen carburant, de cca 10ori
mai cancerigen , de exemplu decat motorina.
Combustibili pe baza de uleiuri vegetale
Unele uleiuri cum sunt cele de palmier, arahide, soia au
proprietati fizico-chimice foarte apropiate de cele ale motorinei.
Altele, floarea soarelui, ricin, rapita, ar putea fi folosite drept
comb diesel in stare pura, caz in care trebuiesc considerate o
seama de probleme:1) vascozitatea mult mai mica a uleiurilor
vegetale in medie de 40 ori mai mica decat a motorinei la temp
intalnite uzual in sist de alimentare2) cifra cetanica mult mai
scazuta a uleiurilor vegetale3) puterea calorifica inferioara
scazuta aprox cu 15%4) probleme de congelare la temp scazute,
astfel temp de filtrabilitate a uleiurilor vegetale este aprox de
00C, mult superioara celei a motorinei5) formarea de calamine pe
injectoare6) efectul coroziv al uleiurilor vegetale7) functionarea
cu fum cu miros puternic de acroleina8) capacitatea lubrifianta
redusa a uleiurilor vegetaleAceste probleme se rezolva cel mai
simplu si ieftin prin amestecarea cu motorina. Procentul in care se
vor regasi creste pe masura ce proprietatile respectivului ulei
sunt mai apropiate de ale motorinei. Uleiul cel mai potrivit pt
inlocuirea motorinei este in fapt un derivat de tipul monoester al
uleiului vegetal obtinut prin cracare sau transrterificare.Cel mai
apropiat este metil-ester de ulei de soia care a dat rezultate bune
pana la participatii de 50%.CE 590/1999, Standard European
reglementeaza adaugarea in motorine de max 5% monoesteri si
acizilor grasi. Metanolul datorita toxicitatii se admite in prop
max 3%, in comb si max 5% in lichidele de spalare parbriz.Antidotul
metanolului = carbonat de amoniu
Hidrogen
Considerat comb viitorului datorita unor avantaje in primul rand
H este inepuizabil. pe planeta noastra provine prin disocierea
apei: 2H2O2H2 + O2Total nepoluant; reactia de oxidare = inversa
disocierii2H2 + O2 2H2O
Proprietati fizico-chimice- gaz inodor, incolor, insipid, foarte
usor- puterea calorifica inferioara PCIH2 = 28570 kcal/kgH2 X 4,18
kJ/kcal = 3xPCI- comportamentul in motor = tendinta mare la
detonatie chiar si la rapoarte de comprimare mici- CO = 60- limite
de inflamabilitate foarte largiS-a reusit aprinderea amestecului H-
aer in prop de la 475% comparativ de ex. cu 29% la benzina; 516%
gaz metan.Acest aspect care sugereaza ca H poate fi ars cu exces
foarte mare de aer pune in evidenta posibilitatea reducerii
substantiale a nivelului de poluare cu noxe ( NOx).Cele mai
importante probleme puse de H sunt legate de producerea, stocarea
si transportul sau la bordul autovehiculelor. S-au dezvoltat 2
directii de cercetare pt asimilarea cu H:1) transportul H
imbuteliat la 1530 MPa pt asigurarea unei autonomii echivalente
autov., buteliile de stocare sunt nepermis de voluminoase si
grele.Pe de alta parte lichefierea H se realizeaza la t= -25470C cu
un consum energetic foarte mare.2) stocarea H la bord sub forma de
hidruri metalice; apar probleme de volum si greutate a bateriilor
de stocare. S-a det ca stocarea H echivalent cu 1kg benzina
necesita o baterie de stocare din hidrura metalica din fier-titan
de 15kg.Dupa ultimele statistici piata lubrifiantilor auto a ajuns
la o cota de piata de 50% pe plan mondial, in vreme ce de ex
lubrifiantii industriali la 33%, 17% alti lubrifianti.Din acest
volum cca 75% este reprezentata de lubrifiantii de motor.O prima
clasificare:- uleiuri minerale, semisintetice, sintetice-
lubrifianti semisolizi uneori consecinte pt rulmenti si
articulatii- lubrifianti solizi uneori ca aditivi in suspensie in
uleiuri- pelicule protectoare care se depun pe supraf in contact in
cuplele de frecareLubrifiantii- produse de foarte inalta tehnologie
cu fomulari extrem de complexe si care trebuie sa raspunda unor
cerinte formulate prin standarde foarte severe.Constituie o sursa
foarte utila de informatii privind comportamentul cuplelor de
frecare in regim de lubrificatie prin analize periodice de urmarire
pe durata serviciului.Proprietati fizice:Functiile lubrifiantului1)
lubrificatie, ungere a pieselor metalice aflate in contact a.i
acestea sunt protejate la uzura si frecarea dintre ele se reduce2)
etansare la gaze, lichide, contaminanti3) racire a pieselor
metalice4) spalare a supraf metalice in cuple5) protectie chimica
la actiunea coroziva a unor lichide, gaze, etc6) transportul
impuritatilor, particulelor metalice, depozitelor desprinse catre
filtrul de ulei7) transmiterea de energie de miscare in sist auto8)
analizarea socurilor la amortizoare si disiparea energiei
1) OnctuozitateaCapacitatea lubrifiantilor de a adera la
suprafetele metalice sub forma de pelicula sau filtru separandu-le
in contact chiar sub actiunea unor presiuni mari. In virtutea
onctuozitatii elimina frecarea uscata intre supraf conjugate ale
unei cuple de frecare asigurand ungerea cel putin in regim
limita.Filmul protector este realizat din molecule active polare.
Dispunerea acestora sub forma de filtru se realizeaza ca urmare a
unei actiuni fizice si a uneia chimice.Sub aspect fizic fortele de
mentinere a filmului sunt de natura electrostatica realizand
absorbtia moleculelor pe suprafetele metalice. Acest aspect pp o
existenta a unor molecule polare. Actiunea chimica denumita
chemisorbtie se bazeaza pe fortele caracteristice legaturii
metalice. In uleiuri se regasesc urm substante cu molecule polare:
acizi grasi, fenoli, alcooli, etc2) Vascozitatea dinamicaLa
curgerea unui fluid apar forte de frecare intre straturile
fluidului; cu cat aceste forte sunt mai mari cu atat fluiditatea
este mai redusa. Rezistenta generata de straturile interne ale unui
fluid aflat in proces de curgere constituie vascozitatea. Abordarea
problemei are la baza un model fizic care contine 2 placi plane,
paralele apartinand la 2 straturi vecine ale curentului de fluid
dispuse la distanta h. Actiunea fortei F asupra primei placi det
deplasarea ei cu V1 pe directia placii. In virtutea rezistentei
interioare a fluidului se pune in miscare si placa a 2-a cu o
viteza V1 dar mai mica.Vascozitatea dinamica reprezinta = []SI= 1 =
[], []CGS= 1[P] = 1[ Poise]1[P] = 10-1*
Vascozitatea cinematica = []SI = = []SI = 1[st] = 1[stokes]1[st]
= 10-4 []1[cst] = 10-2 [st]
3) Vascozitate relativa v [oE], [oEngler]Raportul intre timpii
de scurgere ai unui volum dat de ulei lubrifiant si apa, ambele la
to = 20oC in aparatul Engler.v = Variatia vascozitatii cu
temperaturaProbl foarte importanta data fiind plaja de variatie
larga a temp in motor si transmisie. S-au pus la punct numeroase
formule, indici pt modelarea acestei variatii.Walter Uberlode: + c
= Walter Mcloull log[log ( +c)] = a-b*logTunde: - vascozitatea
cinematicac= coef a, b pt uleiuri cu > 1,5 CSTT= to absoluta a
uleiuluia,b = coef care se det experimentalA doua relatie = reprez
mai facila a variatiei in coordonate logaritmice, curba de variatie
fiind o dreapta. = (T)
CURS 8: Proprietati fizice ale uleiurilor lubrifiante
.VascozitateInfluenta temperaturii asupra vascozitatii.Indicele de
vascozitate(IV):-parametru mecanic adimensional.Definirea sa a
pornit la obs ca influenta temp asupra vascozitatii este mult mai
mare, pentru uleiurile minerale de natura aromatica spre deosebire
de natura parafinice a caror vascozitate variaza mai putin .Scara
IV utilizeaza 2 referinte:-ulei
parafimic(Pennsylvania):IV=100.-ulei naftenoaromatic(Gulf
Coastal):IV=0.Obs:Cu cat un ulei prezinta o variatie mai redusa a
vascozitatii sale cu temperatura mai redusa cu atat va avea un
indice de vascozitate mai mare.Initial Scara IV a fost definita
intre 0100; Pe baza avem algoritm:
U=,vascozitate cinematica a uleiului de incercat la
L=vascozitate la a uleiului de incercat (IV=0) dar care are aceeasi
vascozitate ca si uleiul de incercat la t=100.H=vascozitate la t=40
a uleiului de referinta la t=100 .Pe masura dezv si a aplicarii
uleiurilor sintetice a fost necesara extinderea IV;IV.
L,H-aceleasi; Se mentine conditia ca uleiul de referinta si cel
incercat sa aiba aceeasi vasc la temp ridicate raportarea
facandu-se la o valoare a temp mai mare de 100.IV a fost formulat
in diverse variante,cea anterioara fiind cea mai larg
raspandita(desen Danis).Obs:La nivelul actual uleiurile minerale au
IV cuprins intre 80-97 cele mai performante sintetice si
nesintetice hidrocracare, IV-200.Acestea practic nu prezinta
variatii ale vasc cu temp in domeniul de temp in care lucreaza pe
motor.Sunt avantajoase deci la pornire la rece.Obs:S-a observat ca
uleiurile care pot fi caracterizate ca vasc prezinta de regula cele
mai mari variatii avand deci un IV scazut.Variatia vascozitatii cu
presiuneIn relatiile de dezv toate vascozitatiile se admit in
cstS-a observat ca in filmul de ulei la cresterea p creste vasc
uleiului.Avand in vedere domeniul larg in care p de strivire a
filmului de ulei poate lua valori in cuplele de frecare ale
sistemelor A. este important sa se cunoasca variatia vasc cu p
influenta cresterii p asupra filmului de ulei dpdv al vasc este
similara cu cea a scaderii temp.In ambele cazuri vasc uleiului
creste ca urmare a scaderii distantelor intermoleculare,ca si in
cazul anterior s-a observat ca uleiul mai vascoare prezinta o
variatie mai importanta a vasc cu p.Aceasta variatie este
principala cauza care det formarea si mentinerea unui film
separator de ulei intre supraf de frecare din contactele mecanice
mai ales dintre cuplele din clasa I si II.Aceasta variatie este
benefica pt ca compenseaza partial sau total pierderile de vasc
cauzate de cresterea temp.Barus ,.=vasc dinamica a uleilui pa p de
strivire a filmului de ulei p=vasc dinamica a uleiului sub o p de
strivire 0.Ambele vasc sunt considerate la aceeasi temp de
referinta:=coef de variatie a vasc cu p sau coef de piezovasc.
pt uleiuri romanesti Relatia lui Barus este aplicabila pt p cel
mult medii asupra filmului de ulei.Pt toate categoriile de ulei
utilizate in A. Caracteristici ale uleiurilor care privesc
comportamentul sau la rece1.Temperatura de congelare.-temp cea mai
inalta la care uleiul inceteaza sa mai curga pe efect al racirii
sale in conditii standardizate de incercare.2.Temperatura de
curgere-t cea mai scazuta la care uleiul isi mentine curgerea pe
durata incercarilor de 5 sec pe plan absolut H sub efect de racire
in conditii standardizate.3.Vascozitate la rece sub efect de
forfecare.-se det intr-un vas special ,rotativ cu racire.CCS(Cold
Craking Simulator) .Are rolul de a avalua comportamentul filmului
de ulei la pornire rece sub efectul unor incercari mari de
forfecare specifice lagarelor paliere.(Obs. numai pt ulei de
motor).4.Temperatura de pompabilitate(filtrabilitate)-se det
intr-un vas special de tip M.R.V.(Mimi Rotary Viscozimeter). Se
evalueaza limitele pana la care uleiul poate asigura ungerea
lagarelor mot sub efect de racire dpdv al rezistentei hidraulice al
filtrului de ulei si a cresterii vasc uleiului ca urmare a
racirii.Utilizate si dpdv al circulatiei uleiului prin
canalizatiile mici la temp scazute.5.Comportarea uleiului la
oxidare-regimul ridicat de solicitare termica si mecanica a
uleiului in motor cat si permanenta sa amestecare cu aerul
atmosferic favorizeaza cracarea moleculelor de hidrocarburi din
ulei cat si catalizarea reactiilor de oxidare in general.Datorita
acestor procese u. se degradeaza= se evalueaza din urm
parametrii.:-pierderi prin evaporare;-cresterea
vascozitatii;-cresterea aciditatii,prin acumularea de produsi
acizi;-scaderea rezervei de bazicitate metoda TBH-cresterea cant de
insolubile in benzen.
ULEIURI DE MOTORCerintele M fata de L sunt tot mai severe:1)-a
crescut mult in ultimul timp solicitarea termica ,iar in unele zone
cele mai fierbinti ale M la temp maxime de 250-300.-au crescut
solicitarile mecanice ale M prin dezv retelei de autostrazi care
presupun solic indelungi la regimuri f mari.2)-trafic urban tot mai
dificil cu solic alternative a uleiului de tip rece /cald.3)-dezv
productiei de motoare economice care presupun u. f
subtiri;avantajoase dpdv al economicitatii dar care sunt sensibile
la oxidare.Apare fen de nitro-oxidare favorizat de arderea
amestrecurilor sarace specifice motoarelor economice.4)-exigentele
tot mai ridicate dpdv al protectiei mediului au eliminat din ulei
aditivi antiuzura si care erau in totalitate compusi forfatosi cu
actiune puternic degradata asupra convertorilor catalitici.Uleiul
devine mai labil la uzura si la oxidare.5.Tendinte de simplificare
si rationalizare-se manifasta in 2 directii: -crearea de retele
unice de ulei (MAS-MAC). -diminuarea rezervei de ulei din baie. Cu
toate aceste constrangeri sub p concurentei prod de A si cei de
uleiuri au ridicat intervalele de schimb de ulei la niveluri
nepermis (nejustificat)de mari.
Cele mai expuse sunt motoarele diesel rapide supraalimentate pt
autot mai ales ca unele cerinte vizavi de ulei sunt contradictorii
astfel:-sunt necesare uleiuri putin vasc ,econamicoase in
contradictie cu cerintele de lubrifiere ale turbinelor de supraal
si eventual pompele injector(pompe diuze). Cele mai ieftine uleiuri
sunt cele utilizate in vehicule grele, minerale ,aditivate
mediu,intervalele de schimb sunt explicabile prin volumul de ulei
rezerva pe unitate de cilindree,minim 3l pe l de cilindree. Cele
mai frecvent utilizate sunt uleiurile minerale de tip HD,aditivate
superior .O rezistenta mai buna la oxidare si deci intervalele de
schimb mai lungi le au uleiurile sintetice si semisintetice de
hidrocracare.Calitatea unui ulei rezida in 3 aspecte:1)-titeiul de
baza.2)-procesul tehnologic de rafinare.3)-calitatea
aditivitarii.
Curs 9: Uleiuri de motorCriterii si specificatii(de
clasificare)
Pentru sistematizarea uleiurilor relativ la cerintele de
exploatare au aprut criteriile si specificatiile de clasificare. Cu
exceptia clasificarii SAE care se raporteaza in primul rand la
vascozitate si variatia acesteia cu temperatura, celelalte
specificatii fac referire la:1- tipul motorului(MAS, MAC, Asipirat,
Supraalimentat)2- incarcarea motorului la priza de putere;
incarcarea lagarelor sale3- temperatura de exploatare4- proprietati
de protectie la uzura5- gradul de protectie chimica a uleiului;
incarcarea chimica a acestuia datorita unor produsi de ardere
acizi6- continutul de cenusa de sulfati( SAE 5W50.DIAGRAMA
Clasificarea autohtona a uleiurilor de motor
STAS 871/1981 si reactualizari ulterioare [SRS] clasifica
uleiurile dupa urmatoarele criterii: 1. Clasificarea SAE; 2.
Destinatia uleiurilor; 3. Nivel de performanta. 2. 7 clase: - M MAS
in 4 timpi; - D MAC in 4 timpi; - M2T motoare in 2 timpi; - AVI
aviatie cu piston; - RC rodaj si conservare; - N motoare navale; -
MG motoare cu gaze.3. 5 nivele: - Extra: MAS cu solicitari cel mult
medii; - Super 1: MAS cu solicitare normala / MAC solicitare
moderata, aspiratie normala; - Super 2: MAS / MAC solicitate sever,
MAC supraalimentat usor; - Super 3: MAS / MAC intens solicitate,
MAC supraalimentat de nivel mediu, ulei de tip Long-Life; - Super
4: MAS / MAC foarte intens solicitate, supraalimentare medie si
inalta.
Uleiuri lubrifiante. Constituenti. Uleiuri de baza.
Structura chimica: Uleiurile minerale: constituite din HC,
distingem urmatoarele clase de constituenti:1. HC alcanice
(parafinice), structure liniara, se pot regasi in uleiuri minerale
chiar si HC solide alcanice dizolvate in suspensie.2. Naftene
(ciclo alcani)3. Aromatice (natura benzenica): nu sunt de dorit
datorita volatilitatii ridicate la temperaturi specifice
functionarii motorului.4. HC mixte: combinatii intre una din
primele 2 categorii cu cea de-a treia (cicleno aromatice), contin
grupari alchilice.5. Rasini si asfaltene: substante putin studiate
si cunoscute. In majoritatea cazurilor cu structura policiclica,
inrautatesc calitatea, trebuie eliminate. In uleiurile rafinate
apar chiar si in procesul de distilare (pt rasini care sunt
volatile) sau prin antrenare in asfaltene, nevolatile. In mod
obisnuit masa moleculara medie a HC din uleiurile minerale este
300...800, acestea avand intre 20 80 atomi de C in molecula.
Rasinile si asfaltenele au molecule mult mai mari. Masa moleculara
medie a rasinilor este de 1500 1700 iar a asfaltenelor 3000 3500.
Policiclii care contin rasini si asfaltene se grefeaza pe urme de
O, S, N, si pe Ni+Va; dupa dezasfaltarea uleiului se pot regasi
urme metalice, in special Vanadium Va. Efectul Va in concentratii
foarte mici este benefic, conferind moleculelor constituente
polaritate electrica si deci tensioactivitate.
Tehnologia uleiurilor minerale.
Uleiurile minerale se obtin din pacura ca reziduu de la
distilarea atmosferica a titeiului (primara) in vederea obtinerii
combustibilului. Pacura se supune distilarii in vid, obtinandu-se
fractiuni de ulei si un reziduu secundar. Toate acestea se supun
dezasfaltarii prin tratare sau barbotare cu propan lichid rezultand
precipitarea asfaltului si separarea mecanica. In continuare uleiul
se supune unui proces de deparafinare, in scopul coborarii
punctului sau de congelare (variante chimice). Are loc o prima
etapa a rafinarii uleiului prin tratare cu solventi selectivi, in
special pentru imbunatatirea indicelui de vascozitate IV si
scaderea cifrei de cocs (reducerea reziduului de cenusa) si uleiul
se numeste ulei rafinat. Etapa urmatoare este cea de finisare, se
face in doua feluri: Hidrogenare catalitica usoara (hidrofinare);
Tratare cu H2SO4 + filtrare cu pamanturi active.
Observatie: se poate face si hidrofinare inalta caz in care se
obtin uleiuri cu IV110, varianta care elimina necesitatea tratarii
cu solventi selectivi. Uleiurile rezultate din finisare reprezinta
uleiurile de baza.In functie de natura titeiului din care sunt
rafinate uleiurile de baza sunt: - parafinice; - naftenice; -
aromatice.Pentru motor se admit doar primele doua.Cele mai bune
produse finale sunt cele rezultate din uleiurile parafinice
intrucat: au calitati bune de ungere la temperaturi scazute;
variatie redusa a vascozitatii cu temperatura; volatilitate redusa
la temperaturi inalte.Etapa cea mai importanta in procesul de
fabricatie consta in selectionarea uleiului de baza.Calitatea cea
mai importanta este rezistenta sa la oxidare. Procesul oxidarii
uleiului este cel care ii altereaza calitatile, ii schimba
culoarea, il face acid, il degradeaza. Procedurile chimice de
alegere a uleiului de baza erau foarte sofisticate, conform unui
nou concept, uleiul de baza trebuie sa respecte 3 criterii de
baza:1. constitutia HC de baza definitorie pentru susceptibilitatea
la aditivare antioxidanta;2. continutul de S in uleiul de baza,
definitoriu pentru rezistenta naturala la oxidare;3. concentratia
uleiului in substante prooxidante (combinatii bazice ale azotului).
Definitorie pentru durata mentinerii efectului aditivarii
antioxidante si al rezervei naturale la oxidare.
Curs 11: Uleiuri mineraleIn ultimele 2 decenii s-au facut
progrese importante in toate etapele elaborarii uleiurilor minerale
de la selectionarea titeiului pana la testarea produselor.
Scopurile eforturilor de cercetare au vizat ameliorarea variatiei
vascozitatii cu temp, cresterea rezistentei la oxidare, vascozitate
redusa la temperature joase, rezidul de cenusa scazut, capacite
portanta ridicata a filmului de ulei,volatilitate redusa, puncte de
aprindere ridicate.Uleiurile minerale superioare sunt de 2
tipuri:-rafinate la care se aplica tratarea cu solvent selective.
Se aplica aceasta procedura titeiurilor selectionate cu extragere
chimica adanca, produsul rafinat distileaza intr-un interval mic de
temperature. Se obtin uleiuri cu iv=95-100 cu temperature de
congelare 13,5 [cst] - pentru SAE 250 =>41[cst]Uleiul 70 W se
utilizeaza ptr regimul polar iar cele din 140 si 250 in regim
tropical la incercari mecanice severe. In mod uzual, pentru
autovehicule se fol uleiuri intre 75 -90 W.S-a observant ca stiict
dpdv al vascozitatii, unle uleiuri de transmisie sunt compatibile
cu unele uleiuri de motor.Transmisiemotor
SAE 75WSAE 10W
SAE 80WSAE 20
SAE 90WSAE 50
Determinarea vascozitatii cinematice pentru incadrarea la al
doilea criteriu se face cu vascozimetre capilare. Notiunile de ulei
monograd sau multigrad cunoscute de la clasificarea SAE a uleiului
de motor isi pastreaza semnificatia. De exemplu, cel multigrad 75W
140 este superior celui multigrad 80W 90 in sensul ca pe domeniul
de temperaturi specifice transmisiei primul prezinta o variatie a
vascozitatii cu temperatura mai redusa.
Clasificarea API.Are drept unic criteriu severitatea
serviciului. Este deasemeni o clasificare deschisa adougand noi
clase pe masura cresterii exigentelor fabricantilor de
transmisii.Contine urmatoarele clase:- GL -1; -GL-2 , nu se mai
folosesc in prezentSeveritatea serviciului actual este superior
acestei clase. Serviciul GL-2 este mai sever decat GL-1. GL-3 se
mai utilizeaza doar in cateva tari cu clima favorabila cu
variatiile mici de temperatura de-a lungul anului. Serviciul nu
pune pretentii deosebite nici un faza de pornire, nici in
exploatarea la cald.GL-4 pentru cutii si transmisii cu incarcare
comunaGl-5 pentru Cutii de viteze si transmisii incarcate sever in
conditii de incarcare mecanica ridicata.GL-6 pentru cutii si
transmisii incarcate foarte sever in regim sever de
solicitare.Clase speciale. - GL-5-LS (limited slip) ulei special
pentru transmisii cu organe de frictiune imersate in ulei. Se
utilizeaza pentru punti autoblocante echipate cu diferential
controlat prin ambreiaj multidisc imersat in ulei. Previne
functionarea sacadata a transmisiei cu intreruperi ale transmiterii
cuplului motor. Pe langa aditivarea EP specifica e necesara
aditivarea cu modificari ai frecarii. Utilizarea acestui ulei
contribuie si la reducerea nivelului de zgomot si vibratii.- Gl-MT1
: ulei de folosit in transmisiile autovehiculelor sport. Sunt
dedicare in mod special pentru solicitari foarte ridicate si la
turatii foarte mari. Se apreciaza ca este acel ulei cu rezistenta
foarte buna la co... . In plus, aceste uleiuri sunt total
neagresive fata de etansarile C.V. si total pasive fata de
elementele cuproase din C.V. si transmisie. Realizeaza o protectie
foarte buna la uzarea prin oboseala a flancurilor din angrenaje.In
SUA clasificarea API s-a ultilizat pana in 1997 cand a fost rescris
standardul militar pentru cel de transmisie. Trecerea la acest
standard s-a facut pentru considerente de simplitate. In mod
obisnuit autovehiculele autocamioane utilizeaza C.V. mari cu
rezerve de ulei corespunzatoare. In consecinta, exigentele de
ungere sunt satisfacute de clase de servicii militare (MIL)
echivalent cu GL-S si GL-S. Clasificarea romana a uleiurilor de
transmisie preia integral clasificarea SAE adoptand initiala T :
T90; T80W90.Curs 12: Unsori consistenteO unsoare consistenta este
un ulei lubrifiant in care s-a introdus un aget de degrosare
.Rezultatul este material plastic lubrifiant care se utilizeaza pt.
lubrifiere acolo unde aceasta nu se poate realiza cu ulei sau
ungerea cu ulei este nepotrivita si care la pres. Potrivita si
temp. ambianta nu curge.Dpv fizic unsoarea este omogena fiind
constituita din 2 medii:-mediu de dispersie=faza lichida=ulei
lubrifiant -mediu dispersat=faza solida=agent de
ingrosare=gelifiantAcestora li se mai adauga si alte substante ca
fiind in combinative 260
tfumedaC(2% apa)>160>185>205
Cod de culori:LHM=VERDEPOLIGLICOLIETERI(DOT3+DOT4)-GALBEN
PALDOT5-ROSU INTENS APRINSDOT5.1-ROSU TRANSPARENTSUPER
DOT4-ALBASTRUI
Curs 14: Garnituri de frictiuneSunt organe destiante sa incarce
progresiv si controlat franele autov. Sau transmisiile acestora
.Foarte multa vreme a fost utilizat ca material principal azbest
datorita calitatilor sale inert fibros rezistent la uzura
ieftin.Actualmente interzisa folosirea datorita toxicitatii.Unul
din cei mai puterniciagenti cancerigeni ,patrunde in org uman pe
cale resp azbestul transf. in pulbere in urma franarii.A fost
interzis prin registul EC- ONU nr 90 Lyon 1995Asupra garniturilo de
frictiune se formuleaza urm cerinte:1. sa aiba un coef de frecare
la contactul cu organele franei aflate in miscare de rotatieSa aiba
un coef de frecare cat mai mare si constant in conditii de frecare
cat mai diverse2. sa aiba rezistenta mecanica ridicata la uzura3.
sa acumuleze si sa transmita cat mai multa calduraCalitatile care
trebuie sa le posede un astfel de material pot fi grupate
astfe:Triboogice-coef de frecare ridicat;stab. ridicata a coef de
frecare cu temp; abrazivitate si duritate ridicata; sa se rodeze
repede;Fizice-porozitate pt a diminua influienta apei in suprf de
contact; omogeitate cat mai ridicata;Mecanice : rezistenta la
copresiune intindere incovoiere ridicata; rezistenta
buna;Economice: materialele cat si tehnologiile de fabricatie sa
fie ieftineDe ordin tehnologic: sa nu fie toxice pt om si
mediuAvand in vedere aceste calitati putem aprecia ca nu exista o
reteta universal pt garniturile de frictiuneIn domeniul
materialelor auto este domeniul cu cel mai multe secrete de
fabricatie de ex reteta Volvo pt garniturile de frictiune contine
48 de elemente.Mat care intra intra in compozitia garniturilor de
frictiune pot fi grupate astfel :1. Fibra care da rezistenta
garniturilor de frictiune; se spune ca fibra ramforseaza garnitura
de frictiune a fost necesara pt intarirea garniturii in zonele cu
degajari tehnologice; in exploatarea garniturilor de frictiune se
dezintegreaza direct la suprf de contact cu disc sau tambur. De
calitatea fibrei depinde durata de viata a garniturii.Ex-azbestLana
de otel tocata,otel nealiat sau otel inoxLana de Al tocata pt
garniturile de frictiune cu regim termic mai scazutFibre
minerale(fibra de sticla,C)Fibre organice(aramidice,celulozice)2.
Material de umpluturaConstituie masa placutei care se uzeaza prin
exploatare si care este armata cu respectiva fibra .Trebuie sa
permita in primul rand rezistenta la uzura si sa aiba calitati
termice (conductibilitate termica buna)Ex:carbonat de calciu,argile
minerale 3. LiantSunt lianti pretentiosi deosebiti fiind de fapt,
termolianti fixarea componentelor are loc la tem de 230Ccu
mentinere intre 4-6hAu fost incercate si alte substante dar care nu
confera calitatile necesare garniturii la temp ridicate.4.
Modificatori ai frecarii -elastomeri care confera garnitururii
abrazivitate, adezivitate la suprf mecanica a organului conjugat al
franei, un coeficient de frecare acceptabil si stabil5. Aditivi
-materiale metalice moi de tip aliaj alama zinc; au rolul de
mentinere a suprafetelor de contact curate-suprf active ale
garniturilor si organelor ????? nu se impregneaza cu materiale
rezultate prin uzura.-garnituri de frictiune care folosesc ca
material de umplutura lana metalica tocata se numesc metalice
Clasificarea garniturilor de frictiune. Un prim criteriu
utilizat a fost cel al nivelului cuplului la rece, conditia la rece
fiind de 93C. S-a constatat experimental ca:1. Campul de
temperatura nu este uniform pe intraga suprafata decontact.2. Pe
masura ce frana se incalzeste, coef de frecare se stabilizeaza
pentru intervalul 150- 200C. La incalzirea ulterioara a
franei(280-315) se constata fenomenul de slabire a franelor, cand
coeficientul de frecare in suprafata de contact este chiar mai mica
decat frecare in suprafata de contact este chiar mai mica decat la
rece(93)Standardul SAE J1661 utilizat in prezent a fost dezvoltat
de firma GM in vederea influientei factorilor ai umiditatii si
temperaturii asupra coeficientului de frecare.Baza experimentala
pusa la punct pentru studiul coeficientului de frecare trebuie sa
permita obtinerea eficacitatii franei in conditii cat mai
variate(temp, umiditate, punct de contact, viteza de rotatie a
discului sau tamburului).Standardul prevede determinarea
coeficientului de frecare la rece si la cald in conditii de
incercare bine precizate. Garnitura de frictiune are in cazul
acesta suprafata de 25,42 [mm2] . in functie de coeficientul de
frecare garnitura este inclusa intre una din cele 7 clase notate
C,D,E,F,G,H,Z. Cu cat o clasa este mai indepartata cu atat
respectiva garnitura este mai eficienta. Se folosesc aceleasi
notatii pentru ambele incercari (rece- cald). Unei garnituri
clasificare SAE i se atribuie un marcaj cu 2 majuscule (prima -
eficacitate la rece, a2-a eficacitate la cald)Symbol de clasa
SAE
C
