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 etc

Ca 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 azot

Titeiul 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 titeiului

Cei 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+C

Hidrocarburile 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-6

Masura 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-CO95

Sunt 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.

Naftene

Fiind 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%

Aromatice

Se 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 repriza

Olefinele

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 O2

acizi grasi sau se recombine intre eipolimelizare; - Reactivitate chimica de 50 de ori mai mare fata de celelalte serii chimic la formarea smogului-poluant Heterocumpusi

- 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 acestuia

Normele 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 reactie

2 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 olefinelor

3 Metoda punctului de anilina

Diferenta intre punctele de anilina inainte si dupa sulfurarea comb reprez masura participatiei

aromaticelor in comb. Pct de anilina, dupa sulfurarea reprez masura participatiei naftenelor

Volatilitatea combustibilului

Trecerea 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.

DESEN

1-kerosen

2-benzina auto

3-white-spirit

4-petrol lampant

5-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.

DESEN

Standardul 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 5 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 demaraj

Timp de porinire la rece si la cald

Performantele de accelerare

Functionarea 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=10PVR+7E(70%) unde : PVR [kPa]

E(70%) reprezinta procesul volumic evaporat a respectivului combustibil la temp. de 70 Valorile 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 (V) 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 : V = 5201100

[Kj

Kgcomb.] pana la 23.5 ori mai mare.

Acesti 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

SI [Kg/m3].

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

420[-].

Daca de exemplu se cunoaste densitatea combustibilului la o temperatura relativa oarecare t 20 , densitatea relativa standard se va calcula cu :

420 = 4

+ ( 20) 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 [API].

D=141.5

6060

-131.5 [API]

6060 =

()

()

60[]15.56[]

D=141.5

15.5615.56

-131.5

Produsele petroliere romanesti au densitati relative cuprinse in urmatoarele domenii :

Produs 420[-]

Benzine 0.680.76 Petrol 0.750.87 Motorine 0.830.92

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:

PCH=12104[Kj

Kg]

PCC=3.412104[Kj

Kg]

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 condensat

In concluzie relevanta pentru functionarea motorului cu ardere interna este puterea calorifica inferioara a

amestecului:

Pciam=Pci

1+Lo[/]

unde : Lo=cantitatea de aer stoichiometrica necesara arderii complete a unitatii de masa de combustibil

Lo=8H+

8

3C-O

23 [Kj/Kgamestec]

Unde: H,C,O = participatiile masice ale carbonului, hidrogenului si oxigenului la o unitate de masa de

combustibil

Obs.: Puterea calorifica a amestecului este constatata pentru toti combustibilii cunoscuti indiferent de starea lor

de agregare.

Combustibili Pei[Kj/Kg comb] Lo [Kg aer/Kg comb.] Pciam[Kj/Kgamestec]

Benzine 43.830 15.0 2744

Motorine 41.940 14.1 2744

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 evacuare

Arderea 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) C8H18

Este 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/l

II 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 0

Proprietati

- temperatura de congelare -91 C

- temperature de fierbere + 98 C

20

= 0,689 kg/l la 20 C

Cifra 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 heptan In conluzie CO este 91

Metode de derminare a cifrei ocatanice

1)Metoda Motor - CO/M 2)Metoda Research (SUA) CO/R

3) Metoda de drum (SUA) CO/D Primele 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

Research 13 600 6

Motor 26 900 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 sCO/R= sCO/M => 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 prevad

1. CO/R=95 CO/ M =85; CO=13 CO/R= 99 CO/M =87; CO=12

3.CO/D

Metoda 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 auto Temperatura 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.

DESEN

Combustibilii 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]. DESEN

In concluzie durata intarzierii la

autoaprindere reprezinta cel mai important

parametru caracteristic al unui combustibil

in aplicatii diesel.

Cifra cetanica a motorinelor

Motoarele 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 functionarii

Economicitatea motorului si uniformitate

Gradul de uzura

Nivelul de zgomot

Scara 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-CH3 De 14 ori

Proprietati fizice:

Temp. congelare = -91 Temp. fierbere = +98

20

=0.684[kg

l]

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 C Temp. fierbere = +278 CH3 C CH

20

=0.773[kg

l] CH CH

C

CH CH

Determinarea 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

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 unitati

La 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[cm2] = 8 36

Conditii de incercare :

n= 9009 [rot/min] i=13[] pi=1031 [bar] ta=1003[] ta inj=383[]

Aerul admins in motoare se preincalzeste:

Taer=662 Exista 3 metode experimentale care folosesc acelasi IT9-3:

Raportul critic de compresie

Metoda intarzierii la autoaprindere

Metoda coincidentei autoaprinderilor

In 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=+17.8[]

Densitatea 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 stadardizate

DESEN

Nomograma 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

ID=AD

100;A[]; D[API]

A[]=9

5 A[]+32;

Scala Baume: D=141.5

60[]60 [] -131.5=

141.5

15.56[]15.56 [] -131.5

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 generale

CC=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 combustibili Acestia 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 | CH3

Def. 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+4C2H5 Pb 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.

TEP TMP

T fierbere [oC] 199 110

T congelare [oC] -130,2 -30,3

Continut de Pb 64 77,5

20 1,66 1,995

Presiunea de vaporizare[la 15

oC]

0,167 17

Presiunea de vaporizare[la 50

oC]

2,01 100

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 combustibili

1. 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 supape

In 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 odorizanti

Pentru 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 interzise

Se 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 alternativi

Piata 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 poluante

Pt. 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-OH

C3H7-OH alcool propilic (CH3-CH2- CH2-OH )

TBA: C4H9-OH alcool butilic tertiar, CH3-CH2- CH2- CH2-OH

Eteri

Derivati 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+H2O

In 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 + 2H2 Cei mai utilizati eteri:

MTBE: C2H-O-C4H9

ETBE: CH3-O-C4H9 TAME: CH3-O-C5H11

Pretul 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.

Esteri

Se 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, miristic

R`-COO-R

Utilizarea 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 biocombustibililor

1) PVR Volatilitate-presiune de vapori PVR 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>120C

In 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/kg benzina= 80 kcal/kg Aceasta 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 = 1170C Aceasta 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/CC

Alcoolii 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 5

Etanoli:

CC= 7 10

Daca 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 1416

Pt 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 alimentare

2) cifra cetanica mult mai scazuta a uleiurilor vegetale 3) 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 motorinei

5) formarea de calamine pe injectoare 6) efectul coroziv al uleiurilor vegetale 7) functionarea cu fum cu miros puternic de acroleina 8) capacitatea lubrifianta redusa a uleiurilor vegetale Aceste 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 + O2 Total nepoluant; reactia de oxidare = inversa disocierii

2H2 + 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 largi

S-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 frecare

Lubrifiantii- 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 lubrifiantului

1) lubrificatie, ungere a pieselor metalice aflate in contact a.i acestea sunt protejate la uzura si frecarea dintre ele se reduce

2) etansare la gaze, lichide, contaminanti 3) racire a pieselor metalice 4) spalare a supraf metalice in cuple 5) protectie chimica la actiunea coroziva a unor lichide, gaze, etc 6) transportul impuritatilor, particulelor metalice, depozitelor desprinse catre filtrul de ulei 7) transmiterea de energie de miscare in sist auto 8) analizarea socurilor la amortizoare si disiparea energiei

1) Onctuozitatea Capacitatea 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, etc

2) Vascozitatea dinamica La 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 =

(12)

[]SI= 1

2

= [

2],

[]CGS= 1[P] = 1[ Poise]

1[P] = 10-1*

2

Vascozitatea cinematica =

[]SI =

2

3

=

2

[]SI = 1[st] = 1[stokes]

1[st] = 10-4 [2

]

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 temperatura

Probl 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*logT unde: - vascozitatea cinematica

c= coef a, b pt uleiuri cu > 1,5 CST T= to absoluta a uleiului

a,b = coef care se det experimental

A doua relatie = reprez mai facila a variatiei in

coordonate logaritmice, curba de variatie fiind o dreapta.

= (T)

CURS 8: Proprietati fizice ale uleiurilor lubrifiante .Vascozitate Influenta 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:

=

100

U=,vascozitate cinematica [] a uleiului de incercat la = 40 L=vascozitate la = 40 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> 100.

=10 1

0,00715+ 100 [ ]

=

100

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 presiune

In relatiile de dezv toate vascozitatiile se admit in cst

S-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

= 0

ep , =1

ln (

0).

=vasc dinamica a uleilui pa p de strivire a filmului de ulei p

0=vasc dinamica a uleiului sub o p de strivire 0 =0.

Ambele vasc sunt considerate la aceeasi temp de referinta:

=coef de variatie a vasc cu p sau coef de piezovasc. = [1] = (0,5 3) 108 pt uleiuri romanesti [1] Relatia lui Barus este aplicabila pt p cel mult medii asupra filmului de ulei.Pt toate categoriile de ulei

utilizate in A. ( < 0,5 ) Caracteristici ale uleiurilor care privesc comportamentul sau la rece

1.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 MOTOR

Cerintele 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.

{ 15 20000 . 30000 .

: 50000 100000 .

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 motor Criterii 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 sale 3- temperatura de exploatare

4- proprietati de protectie la uzura

5- gradul de protectie chimica a uleiului; incarcarea chimica a acestuia datorita unor produsi

de ardere acizi

6- continutul de cenusa de sulfati(

Pana in 1947 uleiurile de motor erau clasificate in 3 clase: regular; premium; heavy-duty, fara a preciza

tipul motorului.Acest lucru a fost pus la punct prin clasificarea API in 1947 cu modificari importante in

1952, si 1970 SAE API ASTM(American Society of Testing Materials)

O clasa API se noteaza prin doua simboluri: X si Y

X-tipul semiciclului S-spark-MAS

C- compresion MAC

Y-nivel de performanta

Y- face referire la: protectia la uzura, volatilitate, si pierderi prin volatilitate, stabilitatea la oxidare, imbunatatirea

economicitatii prin reducerea frecarilor

OBS! Un ulei poate satisface exigente petru ambele tipuri de servicii, caz in care simbolizarea sa API va fi

corespunzatoare SX1 / CX2, MAS+MAC

MAS- SA-1947; SM-2005

Un ulei este cu atat mai performant cu cat al doilea simbol este mai indepartat de prima litera a alfabetului.

De exemplu un MAS la nivelul anilor 80, 90 poate folosi cusucces un ulei de casa S7

MAC CA, CB, CC, CD, CE, CF CD=satisfacator pt diesel de toate tipurile -1994 cand aceasta clasa a fost inlocuita de clasa CF

CD-2 CF-2 pentru motoare in doi timpi CE similara clasei CD dar testele include si incercari suplimentare pe motare Macks si Cummings

CF a redefinit in 1994 testele de incercare cat si performantele care trebuie sa satisfaca motorul. A introdus

dublarea duratei de serviciu a uleiului. Sunt acoperitoare pt toate motoarele diesel dar mai ales pt motarele diesel

cu injective indirect

CF4=presupune teste suplimentare pe motor monocilindru Caterpillar

CG-4; CH-4; CI-4; dedicate m. diesel grele, nivel de performanta ridicat. Ultima clasa introdusa in 2003 se

utilizeaza doar pt motoarele cu EGR

Clasificarea Energy Saver

OBS! Clasificarea API satisface in totalitate exigentele constructorilor de autovehicule din America si Japonia,

mai ales pentru interval normale de schimb(15000 km sau un schimb pe an)

API nu acopera in intregime exigentele constructorilor europeni; pentru unele cazuri de la BMW, MB, VW-

AUDI;. In astfel de cazuri alegerea unui ulei trebuie sa se raporteze la clasificarea ACEA pt nivel de performanta

si la SAE pt vascozitate

Primeste in mod special uleiurile care imbunatatesc economicitatea prin reducerea frecarilor

Exista 2 clase: Energy Saving si Energy Saving 2

Incadrarea unui ulei in cele 2 clase se face in functie de marimea cresterii de economicitate prin

comparatie cu economicitatea pe acelasi motor de incercare, lubrifiat insa cu ulei HR-2 testul fiind VI---HR=

High Reference

Prima clasa- acele uleiuri care det o imbunatatire a economicitatii de (0 - 1,5%)

A doua clasa (1,5 2,7 %) HR-2 ulei multigrad SAE20W30 Newtonian

Pe baza acestora s-a pus la punct in USA urmatoarea eticheta:

CURS 10: Clasificarea uleiurilor de motor. Clasificarea SAE (Society of American

Engineers) a uleiurilor de motor.

Cea mai veche si mai raspandita clasificare, utilizata in prezent la scara globala si preluata partial sau

integral de unele standarde nationale. Criteriul de baza al clasificarii este vascozitatea lubrifinatilor sub diverse

criterii specifice. In 1911 a fost revizuita in numeroase randuri. Este o clasificare deschisa in sensul ca admite noi

clase care sa reflecte perfectionarea uleiurilor lubrifiante in concordanta cu cerintele tot mai severe. Initial

continea 10 clase de vascozitate.

In 1926, prima revizie, introduce o simplificare a clasificarii prevazand 6 clase cu referire concreta la

limita de vascozitate la o temperatura unica, fixa. 10, 20, 30, 40, 50, 60.

In 1950, a doua revizie foarte importanta, introduce pentru prima oara trei clase de iarna. Intreaga notatie

este modificata. Se admit doua temperaturi de referinta fixe pe categorii de clase, la care se prescriu domeniile de

vascozitate: -18C pentru uleiul de iarna, +98,9C pentru uleiul de vara. In 1967, urmatoarea revizie modifica temperatura de referinta (iarna, vara), in scopul armonizarii

sistemului SAE cu SI.

In 1970, se aplica abia incepand cu 1982. Se introducee clasa de uleiuri de iarna 15W la solicitarile

producatorilor europeni de lubrifianti si de motoare.

In 1992, se revizuieste radical clasificarea. Se introduc doua noi clase pt uleiul de iarna, 0W si 25W, si se

decide definitiv clasa provizorie 15W. Se introduce ultima clasa pentru uleiul de vara (60). La acelasi moment se

introduce un criteriu suplimentar pentru uleiul de iarna, cel al pompabilitatii cu incercarea uleiului pe

vascozimetru rotativ CCS (Cold Cranking Simulator) in care se determina vascozitatea uleiului la rece sub efort

precizat de forfecare a filmului in conditii similare celor din lagarele motorului in regim de pornire la rece.

In 2001, ultima revizie, un nou criteriu pentru uleiul de vara cu determinarea vascozitatii la temperatura

ridicata in viscozimetru rotativ Ranvenfield dupa metoda HTHS, la 150C sub efort de forfecare corespunzator (SHEAR) unei viteze de deformare a filmului de 106[sec-1] similar conditiilor celor mai severe din lagarele

motorului cald.

- 6 clase de uleiuri de iarna W(winter): 0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W - 5 clase de vara: 20, 30, 40, 50, 60.

In prezent criteriile pentru uleiuri sunt urmatoarele:

Uleiuri de iarna: 1. Vascozitatea dinamica: maxima la uleiuri la temperaturi negative, pe clase de vascozitate. max [cP] Ex.: 0W, 6200 [cP], la t= -35C. 2. Limita de pompabilitate: sub forma temperaturii minime la care vascozitatea dinamica nu creste peste

valoarea 6*104[cP]. Aceasta limita este comuna pentru toate uleiurile de iarna. Ex.: 0W, tmin= -40 [C]. 3. Vascozitatea cinematica minima la cald: (100C). Ex.: 0W, min3,8 [cSt].

Observatii: un sortiment de ulei clasificat intr-o clasa de iarna satisface simultan limitele specifice clasei

respective la toate cele 3 criterii.

Uleiuri de vara: 1. Vascozitatea cinematica minima: [cSt], la temperaturi ridicate, respectiv la t=100C. 2. Vascozitatea cinematica maxima: la fel ca la 1. 3. Vascozitatea dinamica minima (min [cP]): dupa metoda HTHS, la temperaturi de 150C si viteze de

deformare la forfecare de 106[sec-1].

Observatii: un sortiment de ulei clasificat intr-o anumita clasa de vara satisface simultan toate cele 3 criterii

pentru respectiva clasa.

Uleiurile monograd: uleiuri care satisfac criteriile specifice pentru o singura clasa SAE, sunt de regula

uleiuri minerale care prezinta o variatie insemnata a vascozitatii cu temperatura si avand in momentul de fata

indicele de vascozitate IV100. Ex: SAE 10W, SAE 40 Uleiurile multigrad: uleiuri care satisfac criteriile specifice de vascozitate la 2 clase SAE de regula, o

clasa de vara si una de iarna. In general uleiurile multigrad satisfac criteriile de vascozitate si pentru toate clasele

intermediare celor 2 extreme pe scara SAE.

Exista uleiuri minerale superioare de tip multigrad ca si majoritatea celor sintetice. Variatia vascozitatii

cu temperatura este redusa IV>100, obisnuit IV=150...200. uleiurile multigrad sunt mai scumpe, chiar pentru cele

minerale se obtin prin superfinisare si aditivare inalta. Uleiurile monograd sunt foarte potrivite pentru motoare in

regim stationar. La sarcina, turatie si regim termic constant pe toata durata de exploatare. Uleiurile multigrad sunt

potrivite pentru motoare cu schimbari frecvente de regim de functionare, cu variatii ale incarcarii la arbore si pe

un interval extins de temperaturi. Din acest motiv motoarele de autovehicul solicita un ulei multigrad.

Observatii: pentru uleiurile multigrad, cu cat ecartul dintre clasele extreme satisfacute este mai larg cu

atat variatia vascozitatii cu temperatura este mai redusa. Ex: SAE 10W40 are o vascozitate cu temperatura> 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

rezid