Materiale de Exploatare

228Tehnologii avansate la alimentarea motoarelor auto

Cuprins

1.CONSIDERAII GENERALE DESPRE IEI7

1.1. Compoziia chimic a ieiului

1.2. Metode de prelucrare ale ieiului

1.3. Rafinarea produselor petroliere

2.BENZENE PENTRU AUTOVEHICULE13

2.1. Caracteristici fizico-chimice i de exploatare ale benzinelor

2.2. Notaia i asortimentul modern ale benzinelor

3.MOTORINE PENTRU AUTOVEHICULE20

3.1 Caracteristici fizico-chimice i de exploatare ale motorinelor

3.2. Notaia i asortimentul modern ale motorinelor

4.Combustibili alternativi26

4.1 Combustibili gazoi

4.2. Alcooli

4.3. Combustibili lichizi sintetici din crbune

4.4. Combustibili din uleiuri vegetale

5.CONSIDERAII GENERALE ASUPRA LUBRIFIANILOR PENTRU AUTOVEHICULE34

5.1 Funciile ndeplinite de lubrifiani

5.2 Clasificarea i compoziia lubrifianilor

5.3 Aditivarea lubrifianilor

6.Caracteristici fizico-chimice i de exploatare ale uleiurilor37

6.1 Caracteristici de viscozitate i la temperaturi joase

6.2 Caracteristici anticoroziune ale uleiurilor

6.3 Stabilitatea la oxidarea termic i proprietile detergena-dispersivitate a uleiului

6.4. Proprietile de ungere ale uleiurilor

6.5. Caracteristici antispumante ale uleiurilor

6.6. Proprietile de dezemulsionare ale uleuirilor

6.7. Stabilitatea fizic a uleiului

6.8. Compatibilitatea uleiului cu garniturile de etanare

6.9. Caracteristicile prezenei aditivilor n ulei

7.

ULEIURI PENTRU MOTOARE, TRANSMISII

I ULEIURI HIDRAULICE45

7.1. Particularitile condiiilor de lucru ale uleiurilor

7.2. Clasificrile moderne ale uleiurilor pentru motoare

7.3. Clasificrile moderne ale uleiurilor pentru transmisii cu angrenaje

7.4. Clasificrile moderne ale uleiurilor (fluidelor) pentru transmisii automate (ATF)

7.5. Clasificrile uleiurilor hidraulice

7.6. Degradarea uleiurilor

8.UNSORI CONSISTENTE (PLASTICE) 59

8.1. Proprietile fizico-chimice i de exploatare ale unsorilor

8.2. Notaia i asortimentul modern ale unsorilor plastice

9.LICHIDE TEHNICE I MATERIALE COSMETICE AUTO63

9.1. Lichide pentru sistemele de rcire ale motoarelor

9.2. Lichide pentru sistemele hidraulice de frnare i mecanismele de funcionare ale ambreiajelor

9.3. Lichide de amortizoare

9.4. Lichide de demarare (Starting Fluide)

9.5 Lichide (uleiuri) de splare

9.7. Materiale cosmetice auto

1. noiuni GENERALE DESPRE IEI

1.1. Compoziia chimic a ieiului

Actualmente, sursa principal de obinere a combustibililor i uleiurilor pentru autovehicule este ieiul, care reprezint un lichid cu o compoziie chimic compus. El conine 84...87% de carbon, 12...14% de hidrogen, restul, 1...5% de sulf, 1...3% de oxigen, 0...1% de azot. Carbonul i hidrogenul, prezeni n iei, formeaz hidrocarburi CnHm n cantitate de mii de tipuri. De exemplu, benzinele conin 500600 tipuri de hidrocarburi cu 5...11 atomi de carbon n molecul, motorinele sunt alctuite din hidrocarburi cu 12...20 de atomi de carbon, iar uleiurile conin 20...50 de atomi.

n fig. 1.1 este prezentat clasificarea hidrocarburilor.

Fig. 1.1. Clasificarea hidrocarburilor

Hidrocarburile alcanice (parafinice, metanice).Formula general a alcanilor este CnH2n+2 (n = 1, 2, 3, ...). n dependen de aranjamentul moleculelor n spaiu exist alcani (parafine) cu structur liniar (normal) i desfurat (izomer).

Parafinele normale sunt compuse din molecule, aranjate n lan, cu monolegturi liniare ntre ele.

De exemplu, formula general a octanului normal este C8H18, i posed urmtoarea structur molecular n spaiu:

.

Izoparafinele posed monolegturi laterale ntre molecule.

De exemplu, structura izooctanului:

Parafinele normale (alcanii) sunt binevoite n motorinele de var, datorat sensibilitii nalte la autoaprindere i stabilitii chimice, ns sunt mai puin dorite n benzine, avnd rezisten mic la detonaie i n uleiuri, posednd proprieti nesatisfctoare de lubrifiere. La temperaturi joase parafinele normale provoac tulburarea i congelarea produselor petroliere, de aceea, sunt limitate n motorinele de iarn i lubrifiani, fiindc agraveaz proprietile lor.

Izoparafinele posed o rezisten nalt la detonaie, ce le face dorite n benzinele de calitate nalt, ns, avnd o sensibilitate joas la autoaprindere sunt limitate n motorine.

Hidrocarburile nesaturate. Hidrocarburile nesaturate sunt prezente cu duble i triple legturi ntre molecule.

Alchenii (olefinele) cu formula general CnH2n posed o dubl legtur ntre molecule, de exemplu, CH2 = CH2 eten.

Alcadienii cu formula general CnH2n-2 posed cel puin dou legturi duble ntre molecule,

de exemplu, CH2 = CH CH = CH2 butilena.

Alchinii cu formula general CnH2n-2 posed o legtur tripl, de exemplu, triplena:

Apariia legturilor duble n molecula olefinelor cu structur normal sporete sensibil rezistena la detonaie, n comparaie cu hidrocarburile saturate.

Hidrocarburile nesaturate posed o stabilitate chimic foarte joas, provocnd aptitudini de polimerizare i de oxidare sporit, ceea ce micoreaz durata de depozitare a produselor petroliere.

Conform cerinelor standardelor EURO coninutul de hidrocarburi nesaturate n benzine este limitat, ns sunt utilizate pe larg la obinerea combustibililor i uleiurilor sintetice (procesele de achilare, polialfa-olefine).

Hidrocarburile aromatice (arenii). Hidrocarburile aromatice cu formula general CnH2n-6k posed unul sau cteva inele benzenice (k = numrul de inele). Pentru aceste hidrocarburi este caracteristic duble legturi ntre molecule. n cazul n care hidrocarbura este prezentat de un singur inel se numete monociclic, iar de mai multe inele policiclice.

De exemplu: benzenul C6H6 posed un inel benzenic (k = 1), iar naftalina C10H8 posed dou inele benzenice (k = 2).

Hidrocarburile aromatice pot avea i legturi laterale saturate sau nesaturate, de exemplu, xilolul C8H10.Hidrocarburile aromatice posed rezisten nalt la detonaie i stabilitate chimic, ns sensibilitate mic la autoaprindere. O cantitate sporit n benzine provoac depuneri de calamin i sporete coninutul de hidrocarburi n gazele de eapament, de aceea, coninutul lor n benzine este limitat de standardele EURO.

Coninutul aromaticilor n uleiuri influeneaz considerabil viscozitatea uleiului la variaia temperaturii. Nu este dorit prezena acestor hidrocarburi n motorine, fiindc provoac funcionare violent a motorului.

Hidrocarburile aliciclice (ciclanii). Cicloalcanii cu formula general CnH2n sunt reprezentai prin existena unui inel cu o singur legtur ntre molecule. De exemplu:

Pentru cicloalcheni este caracteristic formula general CnH2n-2 i existena a dou inele cu monolegturi ntre molecule etc. Exemple:

Pentru cicloalchini este caracteristic formula general CnH2n-4 i existena a trei inele cu monolegturi ntre molecule.

Pentru ciclani n general este caracteristic formula general Cn H2n-2(k-1) i monolegturi ntre molecule: monociclice un inel, (k = 1), policiclice dou i mai multe inele (k = 2, 3, 4...).

Ciclanii pot s posede i lanuri laterale, de exemplu:

Ciclanii ocup un loc intermediar ntre hidrocarburele parafine i aromatice i mai des sunt prezente n uleiuri. Ei sunt dorii n motorina de iarn datorit temperaturii joase de cristalizare, care amelioreaz proprietile lor.

Compuii cu sulf. Compuii cu sulf se clasific n: activi (sulf liber S, hidrogen sulfurat H2S, mercaptani RSH (R-radical de hidrocarbur) i pasivi sau neactivi (sulfuri R-S-R, polisulfuri R- (S)n R, teofene (C2H2)2S etc.).

Prezena compuilor activi de sulf n combustibil este nedorit, fiindc ei pot uor intra n reacie cu metalele, provocnd coroziunea ultimelor. Prezena compuilor pasivi (neactivi) de sulf n combustibil este limitat (nu provoac coroziunea direct, ns pot forma soluii, care corodeaz metalele).

Prezena compuilor pasivi n uleiuri amelioreaz proprietile lor antiuzur i antigripare.

n combustibili n rezultatul procesului de ardere se formeaz anhidrid sulfuroas i sulfuric

care provoac corozie gazoas a pieselor sistemului de eapare al motorului i poluarea mediului ambiant, de aceea este strict limitat coninutul de sulf n combustibil de cerine EURO.

n rezultatul arderii hidrogenului se formeaz apa. Anhidrida sulfuroas i sulfuric reacioneaz cu apa cu formarea acizilor minerali:

Diminuarea complet a compuilor de sulf din combustibil economic nu este convenabil, iar prezena unor compui n uleiuri amelioreaz proprietile lor antiuzur i antigripare.

Compuii cu oxigen. Acizii organici RCOOH i oxiacizii OHRCOOH cu masa molecular mai nalt amelioreaz proprietile de ungere ale uleiurilor. Hidrogenul poate fi nlocuit cu metale prin formarea srurilor ce provoac corodarea metalelor i, n primul rnd, celor neferoase. Acizii organici i oxiacizii particip la formarea depunerilor n mecanisme i, n primul rnd, n motor.

Fenolii R-OH (R radical aromatic) reprezint un lichid foarte otrvitor.

Gumele n uleiuri amelioreaz proprietile de ungere, ns prezena gumelor n combustibili i uleiuri provoac formarea depunerilor (precipitailor, lacurilor, calaminei). Gumele sunt instabile i provoac formarea asfaltenelor, carbenelor i carboidelor.

Asfaltenele sunt substane solide, se dizolv n uleiuri i nu se dizolv n combustibili.

n uleiuri de transmisie amelioreaz proprietile de ungere, ns prezena n combustibili i n uleiuri provoac formarea depunerilor n mecanisme.

Carbenele i carboidele sunt substane solide i insolubile. Provoac uzura abraziv i formarea depunerilor n mecanisme.

Compuii cu azot n iei sunt prezeni prin: piridin C5H5N, hinolin C7H7N, amoniac NH3 etc. Posed un miros neplcut i foarte negativ influeneaz asupra catalizatoarelor n procesul de prelucrare a ieiului.

Compuii neorganici n iei sunt prezeni de la 100 pn la 300 mg/l n form de sruri (cloruri, sulfuri etc.) i de ap, care provoac corodarea metalelor i degradarea catalizatoarelor n procesul de prelucrare a ieiului. Sunt eliminate totalmente din iei prin deshidratare i desrare chiar n prima etap de prelucrare a ieiului.

1.2. Metode de prelucrare a ieiului

Sunt practicate dou metode de prelucrare a ieiului: fizic i chimic.

Metoda fizic const n prelucrarea ieiului fr schimbarea structural a hidrocarburilor, iar distilarea fracionat se petrece la temperaturile de fierbere a fraciilor. Cea mai rspndit metod de prelucrare fizic este distilarea direct a ieiului n atmosfer i n vid.

La distilarea n atmosfer, ieiul nclzit pn la temperatura de 360C ntr-un cuptor tubular fig. 1.2, este ndreptat n partea de jos a coloanei de fracionare atmosferic. Pe nlimea coloanei sunt aranjate desprituri talere cu orificii i ajustaje acoperite cu capace n form de clopote (fig. 1.2, b).

Aburii, ridicndu-se n sus pe coloan, se rcesc, condensndu-se lng ajustaje, unde se formeaz un lichid omogen, care conine hidrocarburi cu aceleai temperaturi de fierbere. Ca rezultat al distilrii atmosferice se produce cocs petrolier, bitum, pcur, uleiuri, motorin, petrol reactiv (kerosin), benzin neetilat i gaze.

Benzina, obinut prin aceast metod n limitele de doar numai 10...15%, posed o activitate chimic ridicat, o stabilitate joas la detonaie, de aceea, n continuare ea este supus unei prelucrri chimice etilrii. Ca produs rezidual n procesul de fracionare atmosferic al ieiului este pcura, utilizat la producerea bitumului, uleiurilor, cocsului petrolier etc.

n instalaiile de prelucrare a ieiului se obine gaz hidrogenat care servete ca materie prim la sinteza chimic i este folosit ca combustibil general.

Pcura, ca rmi rezidual, trecnd prin cuptorul tubular cu vid, se nclzete la temperaturi nalte i este transportat n partea inferioar a coloanei de rectificare pentru producerea uleiurilor distilate, din care apoi se produc uleiuri de ungere. Vidul se folosete pentru a evita descompunerea hidrocarburilor.

Gudron sau semigudron sunt numite rmiele distilrii pcurii de uleiurile distilate i sunt utilizate ca combustibil la focare, pregtirea bitumului, ca uleiuri cu viscozitatea nalt i materie prim al procesului de cracare.

Metoda chimic. La prelucrarea ieiului, prin folosirea metodelor chimice, structura hidrocarburilor se schimb esenial, de aceea proprietile fizice i chimice ale produselor prelucrrii fa de proprietile materiei prime difer esenial. Cele mai rspndite metode chimice, folosite la obinerea combustibilului sunt: cracarea, reformarea, izomerizarea, alchilarea, polimerizarea.

Fig. 1.2. Schema fluxului tehnologic de fabricare i prelucrare

a combustibililor (a) i seciune prin coloana de fracionare (b):

1 rezervor de iei; 2 cuptor; 3 coloan de fracionare;

4 rezervor de gaz; 5 compresor; 6 fracionare gaze;

7 alchilare; 8 reformare; 9 separare;

10 tratare termic; 11 cracare termic; 12 cracare catalitic;

13 hidratare catalitic; 14 solvent furforol;

15 purificare; 16 hidratare; 17 aditivare a uleiurilor;

18 deasfaltare (ulei rezidual); 19 cracare a rezidirilor;

20 fabricare bitum.

Procesul de cracare const n descompunerea moleculelor compuse i grele n molecule mai simple i uoare care formeaz gazul, benzina, combustibilul reactiv (petrolul) i motorina.

Schema procesului de cracare poate fi reprezentat prin exemplul urmtor:

.

cetan octan octen

tc = 287 C( tc = 126 C( tc = 126 C(.

Actualmente sunt utilizate trei feluri de procese de cracare: termic, catalitic i hidrocracare.

La cracarea termic (fig. 1.3) descompunerea moleculelor se petrece la temperatura de 480-550C i presiunea 4...7 MPa.

n calitate de materie prim servete semigudronul, rmi la producerea uleiurilor. Benzinele obinute prin aceast metod posed o stabilitate mic la detonaie, fiindc conin hidrocarburi nesaturate.

Fig. 1.3. Schema dispozitivului de cracare termic (a) i catalitic (b).

La cracarea catalitic (fig. 1.3, b) descompunerea moleculelor se efectueaz la temperatura de 450...500 C i presiunea de 0,05...0,07 MPa n prezena catalizatorului (silicat de aluminiu sau eolite).

n calitate de materie prim este folosit gudronul, semigudronul i distilai de ulei. Benzinele obinute prin aceast metod posed rezisten destul de nalt la detonaie, datorit mbogirii cu hidrocarburi aromatice i izoparafinice.

Hidrocracarea este cea mai modern metod de prelucrare chimic a ieiului. Descompunerea moleculelor se petrece la temperatura de 350...450 C(, presiunea de 3...14 MPa n prezena hidrogenului i catalizatorului (molibden sau platin).

n dependen de condiiile de petrecere a procesului (temperatur, presiune), utilizarea tipului de catalizator (silicate de aluminiu sau eolit) i a materiei prime (distilai n vid, gudron sau semigudron) se obin benzine de o calitate nalt, motorine, combustibili pentru motoare cu reacie, uleiuri.

Reformarea reprezint procesul de transformare a hidrocarburilor parafine normale i a hidrocarburilor naftenice (cicloalcanice) n hidrocarburi aromatice i izoparafine cu o rezisten nalt la detonaie. n calitate de materie prim servete benzina obinut prin distilare primar a ieiului.

Izomerizarea este un proces de transformare structural a hidrocarburilor parafine normale n izomerii lor cu rezisten nalt la detonaie. n calitate de materie prim servete benzina cu compoziie fracional uoar, obinut n rezultatul distilrii primare a ieiului.

Alchilarea procesul de alipire a moleculei de hidrocarburii nesaturate la molecula hidrocarburii parafine sau aromatice cu obinerea unei molecule saturate mai grele cu rezisten nalt la detonaie, de exemplu

Ca materie prim servesc gazele degajate n procesul fizic de prelucrare a ieiului.

Polimerizarea. n rezultatul polimerizrii olefinelor cu 3...4 atomi de carbon se obin produse lichide (benzine) cu rezisten nalt la detonaie, de exemplu, dimersol cu RON = 97. Materia primgazele olefine, obinute n rezultatul efecturii proceselor de cracare. Polimerizarea (olegomerizarea) olefinelor este utilizat i pentru obinerea uleiurilor sintetice (polialfaolefine).

1.3. Rafinarea produselor petroliere

Distilaii de combustibili i de uleiuri, obinui prin diverse metode, necesit rafinarea pentru diminuarea compuilor care nrutesc calitatea produselor petroliere. n fig. 1.4 i fig. 1.5 se prezint metodele de rafinare a combustibililor, respectiv a uleiurilor.

Fig. 1.4. Clasificarea metodelor de rafinare a combustibililor Fig. 1.5. Clasificarea metodelor de rafinare a uleiurilor

Rafinarea cu acizi de sulf H2SO4 este metoda cea mai veche i mai scump. Este utilizat pentru diminuarea hidrocarburilor nesaturate, gumelor, compuilor cu azot i cu sulf, cu excepia lui H2S i S.

Hidrocarburile nesaturate se polimerizeaz sub influena catalizatorului H2SO4. La fel gumele se polimerizeaz cu formarea asfaltenelor, o parte din care se dizolv n acid sulfuric, ns majoritatea se comprim cu formarea gudronului acid. Acidul sulfuric concentrat este un oxidant foarte puternic.

Rafinarea cu alcalin se utilizeaz pentru diminuarea acizilor organici, compuilor activi cu sulf (hidrogenul sulfurat H2S, mercaptanul, sulful liber) i pentru neutralizarea acidului sulfuric dup rafinarea cu acid.

Compuii diminuai sunt decantai i nlturai de la produsul petrolier rafinat, apoi produsul este splat cu ap pentru nlturarea rmielor de alcalin.

Rafinarea selectiv cu dizolvani polari const n utilizarea dizolvanilor (nitrobenzol, furfurol, fenol), care dizolv compuii cu sulf, cu azot i hidrocarburile policiclice aromatice i-i transform n produse reziduale, nedezvoltnd ali compui.

Rafinarea selectiv cu dizolvani nepolari (propan i butan lichizi) este destinat pentru nlturarea rmielor de prelucrare a ieiului gudronului, hidrocarburilor aromatice, asfaltenelor i a primit denumirea de deasfaltizare.

Rafinarea cu absorbani. Procedeul const n absorbirea selectiv de porii absorbanilor a acizilor organici, gumelor, hidrocarburilor nesaturate (are loc polimerizarea), rmielor de H2SO4, gudronului acid, nitrobenzolului, furfurolului i fenolului.

n calitate de absorbani sunt utilizate luturile albe Gumbrin, Nalcichin, Trepel etc., dup denumirile regiunilor de unde provin. Pot fi utilizai i absorbani sintetici.

Deparafinisarea. Procesul este destinat pentru diminuarea hidrocarburilor parafine cu mas molecular nalt i const n amestecarea produsului petrolier cu aceton (CH3COOH3), apoi rcirea amestecului pn la temperatura de -50 ...-40 (C cu nlturarea, prin filtrare, a cristalelor de hidrocarburi parafine formate.

Hidrorafinarea reprezint unul din procesele moderne de rafinare i const n transformarea compuilor de sulf, azot i oxigen n faz gazoas uor nlturat sub aciunea hidrogenului la temperaturi de 300...400 C i presiuni de 2...5 MPa n prezena catalizatorului (compui de aluminiu cobalt - molibden i aluminiu nichel - molibden.).

2. BENZiNE PENTRU AUTOVEHICULE

2.1. Caracteristici fizico-chimice i de exploatare ale benzinelor

Caracteristici antidetonaie ale benzinelor.

Cauza principal a arderii cu detonaie este formarea i acumularea n amestecul aer-combustibil a compuilor primari de oxidare ale hidrocarburilor peroxizilor R-O-O-R i hidroperoxizilor R-O-O-H, care sunt foarte activi i se descompun n ultima faz de ardere. La oxidarea ulterioar sunt formate aldehide, acizi organici, alcooluri i ali compui. Produsele finale la oxidarea hidrocarburilor sunt bioxidul de carbon CO2 i apa H2O.Procesele de oxidare a hidrocarburilor au un caracter de lan. Concomitent cu formarea produselor finale sunt restabilii i peroxizi (hidroperoxizi), care din nou se descompun cu degajarea cldurii i provoac formarea focarelor noi ale reaciilor de oxidare. n rezultatul reaciilor care se repet n continuu se formeaz lanuri cu un numr mare de centre active, care provoac auto accelerarea reaciilor. n momentul cnd concentraia peroxizilor (hidroperoxizilor) atinge concentraia critic pentru tipul dat de combustibil are loc arderea cu explozie a amestecului cu formarea undelor de oc cu viteza propagrii 20002500 m/s, care lovindu-se de pereii camerei de ardere i reflectndu-se de mai multe ori de la ele, provoac vibraii cu distrugerea pieselor motorului n primul rnd a pistonului.

Factorii principali care iniiaz arderea cu detonaie sunt: presiunea i temperatura amestecului n camera de ardere, durata aflrii amestecului n condiiile de presiune i temperatura amestecului n camera de ardere, durata aflrii amestecului n condiiile de presiune i temperatur nalt, compoziia chimic a combustibilului. Restul factorilor sunt, de regul consecin a aciunii factorilor numii. Cea mai nalt rezisten la detonaie posed hidrocarburile aromatice i izoparafine, ns creterea concentraiei hidrocarburilor aromatice de la 25% la 50% sporete intensitatea formrii calaminei de 3 ori. Apariia legturii duble n molecula hidrocarburilor olefine sporete sensibil rezistena la detonaie n comparaie cu hidrocarburile saturate respective.

Fig. 2.1. Influena compoziiei chimice a benzinei asupra rezistenei la detonaie

1 hidrocarburile parafine normale; 2 hidrocarburile izoparafine; 3 hidrocarburile aromatice

Rezistena benzinei la detonaie este apreciat cu cifra octanic (numr octanic), care reprezint procentul de izooctan (cifra octanic = 100) ntr-un amestec etalon cu heptanul normal (cifra octanic = 0), care posed aceeai rezisten la detonaie ca i combustibilul ncercat.

C8H18 hidrocarbur izoparafinC7H16 hidrocarbur parafin normal

Regimul de determinare a cifrei octanice motor MON (motor octanic number) corespunde funcionrii motorului unui autocamion ncrcat care se deplaseaz pe drumuri interurbane n condiiile de relief muntos. Regimul de determinare a cifrei octanice de cercetare RON (research octanec number ) corespunde funcionrii motorului unui autoturism care se deplaseaz n condiiile de ora: opriri dese, utilizarea incomplet a puterii motorului etc. i este respectiv mai moderat dect regimul pentru determinarea MON, cifrei octanice motor RON pentru aceeai benzin este mai mare dect MON. Diferena dat caracterizeaz sensibilitatea benzinei la metoda de ncercare. La staiile de alimentare pe continentul american este utilizat notaia indice antidetonaie, care se determin cu relaia:IAD=(RON+MON)/2.

Metode de apreciere a cifrei octanice Metod direct (de arbitraj). Se stabilete regimul standard respectiv de funcionare a unui motor cu un cilindru alimentat cu combustibilul ncercat. Apoi, schimbnd gradul de comprimare al motorului, se obine apariia nceputului arderii cu detonaie de o anumit intensitate fixat cu ajutorul traductoarelor. n continuare se selecteaz un amestec atalonic de izooctan cu heptan normal, care n condiiile analogice va detona cu aceeai intensitate i n acelai regim.

n Federaia Rus sunt utilizate instalaiile UTI-65 i UTI-85, n SUA i rile Europene instalaia ASTMCFR F-2U.

Metode indirecte

1. Metoda indirect n baza msurrii permeabilitii dielectrice a benzinei ncercate i compararea cu benzine etalon (fig.2.2). Caracteristicile respective ale combustibililor etalon (testate) sunt pstrate n blocul electronic al instalaiei.

Dezavantajul principal al acestei metode este precizia joas.

2. Metod indirect n baza spectrometriei infraroii n rezultatul cruia se determin compoziia benzinei ncercate i automat este calculat cifra octanic reieind din valorile cifrelor octanice i coninutului componentelor respective ale combustibilului. n SUA este utilizat de exemplu instalaia PETRO SPEC GS-1000.

Metode de sporire a rezistenei benzinei la detonaie

3. Metoda indirect, n baza formrii n instalaie a proceselor identice cu procesele petrecute n camera de ardere a motorului. n camera respectiv a instalaiei se formeaz temperatura nalt, n rezultatul creia se petrece reacia termochimic la intensitatea creia se calculeaz automat cifra octanic (instalaia OKM-1 Ukraina).

Aditivarea benzinelor cu antidetonani metaloorganici este bazat pe ntreruperea reaciilor n lan de oxidare a hidrocarburilor combustibilului, micornd procesul de formare a moleculelor active de peroxid (hidroperoxid). Cel mai vechi antidetonant metaloorganic este tetraetilplumb (TEP) Pb (C2H5)4, mai rar a fost utilizat tetrametilplumb (TMP) Pb (CH3)4. Procesele petrecute n camera de ardere sunt urmtoarele:

; ; O

||

hidroperoxid aldehid

(produs foarte activ) (produs slab activ)

Oxidul de plumb PbO format se decanteaz n camera de ardere. Pentru nlturare este utilizat evacuatorul, de exemplu bromur de etil C2H5Br:

Amestecul de TEP i bromura de etil au primit denumirea de lichid etilic i, benzinele respective, sunt benzine etilate. n ultimul timp sunt utilizai antidetonani metaloorganici n baza de ferrocene Fe(C5H5)2. Concentraia de ferrocene reprezint 180 g la 1t de benzin, care sporete cifra octanic cu 4...5 uniti (fig. 2.3).

Fig. 2.3. Creterea cifrei octanice a benzinei n dependen

de concentraia de ferrocene.

Federaia Rus produce antidetonani n baza de ferrocene de mai multe tipuri: FK-4, Oktan-maximum, FERO-3, MAF, Ferrada, SOA, Standard 1 etc.

Antidetonani metaloorganici n baza de mangan: ciclopentadieniltercarbonil de mangan C5H5Mn(CO)3 i metilciclopentadieniltercarbonil de mangan C6H7Mn(CO)3 sunt cunoscui din anii 60 ale secolului XX. De exemplu Federaia Rus produce antidetonani n baza de Mangan HI-TECH-98; HI-TECH-20 i SUA respectiv HI TEC 3000 i HI TEC 3062.

Concentraia de mangan 100 g/1t de combustibil sporete cifra octanic cu 3...5 uniti.

Trebuie de menionat, c aditivarea benzinelor cu antidetonani metaloorganici n baza de Pb, Fe i Mn provoac formarea intensiv a calaminei n camera de ardere a motorului cu oxizi de Pb, Fe i Mn i, n primul rnd, pe electrozii bujiilor, durata funcionrii crora se micoreaz pn la 5...7 mii km. Consecina mai grav a utilizrii antidetonanilor metaloorganici este poluarea mediului ambiant cu noxe metalice. De exemplu, n 1975 (vrful utilizrii TEP-ului) n atmosfer s-a poluat de la 150 pn la 200 mii tone de plumb, care se adun n organismul omului, provocnd boli grave inclusiv cancer. Hartia Internaional a Productorilor de Combustibil din 1998 respinge utilizarea antidetonanilor metaloorganici. Cerinele EURO4 i EURO5 strict limiteaz coninutul de Pb n benzine 0,005 g/l maximum. (GOST 2084-77 pentru benzina A-76 etilat 0,24 g/kg).

Standardele Federaiei Ruse limiteaz concentraia de Fe pn la 37 mg/1l i de Mn pn la 18 mg/1l. n afar de antidetonani metaloorganici sunt utilizai aditivi fr cenu cu rezisten nalt la detonaie n baza de monometilanilin (MMA) C6H5NHCH3. Concentraia 1...1,8 % de MMA sporete cifra octanic cu 5...6 uniti. Federaia Rus produce aditivi n baza de MMA: BVD, Kaskad 3M, DAKS, ADA, EXTRALIN etc.

Aditivarea benzinelor cu oxigenai. La oxigenai se refer alcoolii alifatici C1...C4 i ester dialchili. Ca oxigenai sunt utilizai n primul rnd alcoolii etilici C2H5OH (etanolul) i alcoolii metilici CH3OH (metanolul). Sporirea rezistenei detonaii este legat cu concentraia ridicat de oxigen cee ce aduce la arderea mai deplin a hidrocarburilor, la micorarea cldurii de ardere; mai eficient este transferul de cldur din camera de ardere i n rezultat se micoreaz temperatura maximal de ardere. ns concentraia sporit de oxigen provoac creterea n gazele de eapament a aldehizilor toxice, de aceea concentraia maximal a oxigenului 2,7 %. Prezena n alcooli a grupei hidroxile OH sporete activitatea chimic, ce provoac corodarea, n primul rnd a metalelor neferoase. Alcoolii sunt hidroscopici, absorbnd apa i, ca rezultat, crete agresivitatea coroziv, provocnd stratificarea amestecului benzin-alcool. Pentru stabilizarea amestecului sunt utilizai stabilizatori alcooli alifatici C3...C12 (propanol, butanol, izopropanol etc.). Standardul European EN 228 limiteaz coninutul de metanol ca oxigenat n benzin cu 3% i coninutul de etanol cu 5%.

Alte tipuri de oxigenai utilizai n prezent sunt esteri.

EMBED CorelDRAW.Graphic.12

EMBED CorelDRAW.Graphic.12 Terbutilmetilesterul (TBME) este toxic n rezultatul arderii are loc poluarea cu metanol a solului i a bazinelor acvatice, de aceea n occident mai mult este utilizat terbutiletilesterul (TBEE). Utilizarea oxigenailor micoreaz emisia cu gazele arse a lui CO cu 32,5% i CH cu 14,5%.

Anamegatorii (magnei lichizi) n benzine asigur arderea mai deplin a combustibilului. Lanurile laterale ramificate ale moleculei hidrocarburii, n perioada de oxidare fr flacr, se distrug neformnd peroxizi. Oxidarea n perioada de ardere se petrece mai uor, oxigenul mai activ nlocuiete hidrogenul reacionnd o parte mai mare a hidrocarburilor.

Ukraina produce anamegatorii de tip Adizol.

2.1.2. Caracteristici de volatilitate ale benzinelor

Presiunea de vapori VP reprezint presiunea vaporilor de combustibil ntr-un vas nchis, cnd vaporizarea lichidului i condensarea vaporilor sunt n stare de echilibrare. Presiunea de vapori este determinat la t = 37,8 oC (fig. 2.4.) i caracterizeaz stabilitatea fizic a benzinei, proprietile de pornire i formarea dopurilor de vapori n sistemul de alimentare al motorului. Cu creterea VP crete volatilitatea combustibilului i respectiv proprietile de pornire (fig.2.5.), ns cresc pierderile combustibilului de la vaporizare n perioada de stocare, depozitare i de alimentare i este mai nalt probabilitatea formrii dopurilor de vapori n sistemul de alimentare al motorului. De aceea valoarea presiunii de vapori pentru benzine de var (VP=45...60 KPa) este mai joas dect de iarn (VP = 60...90 KPa). Compoziia fracionat a benzinei este apreciat prin temperatura iniial de distilare (Ti); temperatura de distilare a 10% din volum (T10) sau procentul evaporat la 70oC (E 70); temperatura de distilare a 50% din volum (T50) sau procentul evaporat la 100oC (E100); temperatura de distilare a 90%din volum (T90) sau procentul evaporat la 180oC (E 180) sau la 150oC (E 150); temperatura final de fierbere Tf; reziduu de distilare.

Temperatura iniial de distilare, temperatura de fierbere a 10% din volum i procentul evaporat la 70oC n primul rnd caracterizeaz proprietile de pornire ale benzinei (fig. 2.6)

Fig. 2.6. Influena Ti, T10 i E 70 la pornirea motorului la rece.

1-zon de pornire admisibil a motorului la rece; 2- zon de pornire inadmisibil a motorului la rece

Cu creterea Ti i T10 i respectiv scderea E70 crete stabilitatea fizic a benzinei i mai joas este probabilitatea formrii dopurilor de vapori.

Temperatura de distilare a 50% din volum i procentual evaporat la 100oC caracterizeaz durata nclzirii motorului dup pornire, capacitatea de repriz a motorului i omogenitatea amestecului. Micorarea T50 i respectiv majorarea E100 mbuntesc capacitile sus numite se (fig. 2.7).

Temperatura de distilare a 90% din volum, procentul evaporat la 150oC (180oC) i temperatura final de fierbere influeneaz nemijlocit asupra consumului de combustibil, puterii motorului, uzurii cilindrului motorului, lichefierii uleiului n baie de ulei (fig. 2.7).

Fig. 2.7. Influena T50, T90 i Tf la nclzirea, capacitateareprizei motorului lichefierii uleiului uzurii

i a economicitii motorului1 zona de nclzire rapid i capacitate satisfctoare a reprizei motorului; 2 zona de nclzire i capacitii de repriz a motorului nesatisfctoare; 3 zona de lichefiere nensemnate a uleiului; 4 zona de lichefiere moderat a uleiului; 5 - zona de lichefiere intensiv a uleiului; 6 uzura relativ a cilindrului motorului; 7 consumul relativ de combustibil.

Integral, volatilitatea benzinei este caracterizat de indicele de volatilitate care poate fi determinat cu relaia:

n dependen de valoarea caracteristicilor de volatilitate (E70,E100, E150, VP, VLI), standardul European EN 228 clasific benzinele n urmtoarele clase: A, B, C, D, E, F. Cea mai joas volatilitate posed benzinele de clasa A (clima cald) i, respectiv cea mai mare volatilitate posed benzinele clasei F (clima rece)

Densitatea combustibilului. Dup valoarea densitii se poate indirect de determinat gradul de amestecare a benzinei cu alte produse petroliere i este utilizat, la staiile de alimentare, ca indicator de transformare a mrimilor de mas n mrimi de volum a combustibilului lichid.

2.1.3. Stabilitatea chimic a benzinei

Sub aciunea oxigenului aerului, luminii, cldurii se petrec reaciile de oxidare i polimerizare ale hidrocarburilor combustibilului i n primul rnd nesaturate cu transformarea componenilor combustibilului:

Acizii organici i oxiacizii provoac corodarea metalelor neferoase, gume i asfaltene, provoac formarea depunerilor n motor, iar carbenele i carboidele reprezint substane solide i provoac uzura pieselor.

Stabilitatea chimic a benzinei este apreciat prin coninutul de olefine n benzine, n % i prin stabilitate nalt la oxidare (perioada de inducie), n minute. Hidrocarburile olefine sunt nesturate i foarte active la reaciile de oxidare i polimerizare, ns posed o rezisten nalt la detonaie. n conformitate cu cerinele standardului european EN 228 (EURO 4 i EURO 5) coninutul de olefine n benzine este limitat la 18%.

Stabilitatea la oxidare reprezint timpul, n minute, pe durata cruia hidrocarburile combustibilului aflat la temperatura 100 oC i presiunea 0,7 MPa nu ncep oxidarea n prezena oxigenului pur (fig. 2.8). Stabilitatea chimic determin durata depozitrii benzinelor. Pentru a rezerva benzina pe o durat mai ndelungat este necesar ca perioada de inducie a benzinei s fie nu mai mic de 600...900 minute. Majoritatea benzinelor produse n conformitate cu EN 228 posed stabilitate la oxidare - 360 minute.

2.1.4. Caracteristicile fizico-chimice ce influeneaz formarea depunerilor, corodrii i uzurii pieselor motorului

Coninutul de gume, (mg/100ml) provoac depuneri n motor. Precipitaii sunt depuneri de temperaturi joase i se depun pe pereii rezervoarelor de combustibil, filtrelor, conductelor, pompei de combustibil care pot deranja funcionarea motorului.

Locurile sunt depuneri de temperaturi medii, se depun n galeria de admii, mrind rezistena la umplerea cilindrilor motorului i micornd transferul de cldur. Depuneri de lac pe tija supapei de admisie (fig. 2.9) deranjeaz funcionarea bun a mecanismului de supape, care poate provoca suspendarea supapelor.

Depunerile de calamin n camera de ardere micoreaz volumul camerei i transferul de cldur de la gazele de ardere, ridicnd temperatura i presiunea n camer i respectiv provoac arderea combustibilului cu detonaie. Coninutul de gume n benzine n perioada depozitrii crete n rezultatul oxidrii i polimerizrii a hidrocarburilor. Este considerat faptul c resursa motorului scade cu 20..25%, dac cantitatea de gume n benzin va depi norma de 2..3 ori.

Indice de neutralizare (mg KOH/100ml) caracterizeaz coninutul de acizi organici n benzin, care provoac procesul de corodare asupra metalelor neferoase i reprezint cantitatea de

mg KOH necesar pentru neutralizarea acizilor organici n 100 ml de combustibil.

Coroziune pe lamela de cupru caracterizeaz coninutul n combustibil a compuilor activi cu sulf (hidrogen sulfurat H2S, mercaptane RSH), care nemijlocit provoac corodarea metalelor. Lamela de cupru lefuit este introdus, pe o durat de 3 ore, n benzina ncercat la temperatura de 50oC, dup aceea aspectul ei este comparat cu lamele etalon cu determinarea clasei respective (1, 2, etc.).

Coninutul de sulf, n %, mg/kg, ppm, (vezi capitolul 1). Determinarea coninutului de sulf este bazat pe arderea unui volum de combustibil i determinarea cantitii de anhidrid sulfuroas SO3 format. La temperaturi nalte are loc corodarea gazoas (supranclzirea motorului), iar la temperaturi joase (perioada de nclzire a motorului) electrochimica (fluid). Exist temperatur optimal, la care viteza de corodare este minim.

Coninutul de ap provoac mbcsirea filtrelor, formarea gheii la temperaturi joase i corodarea metalelor, particip ca catalizator la formarea precipitaiilor. n benzine cu oxigenai provoac stratificarea amestecului benzin-alcool.

Coninutul de impuriti mecanice provoac uzura pieselor sistemului de alimentare i a cilindrului motorului, particip la formarea depunerilor i mbcsirea filtrelor.

Metodele de determinare a coninutului de ap i impuritilor mecanice n combustibil sunt studiate i utilizate la efectuarea lucrrilor de laborator.

Electrizarea combustibililor. Ca rezultat al frecrii combustibilului lichid cu pereii metalici, cu aerul, cu esturi metalice i textile, n procesele de transportare i alimentare, provoac tensiuni electrostatice, care pot ajunge pn la 3000 V. O scnteie electric poate fi declanat i la 200...500 V. Evitarea descrcrilor electrice se efectueaz prin legarea la pmnt a cisternelor, rezervoarelor i prin compartimentarea cisternelor de transportare.

2.2. Notaia i asortimentul modern a benzinelor

Unificarea benzinelor n Europa are loc n conformitate cu cerinele standardului EN 228 i cu cerinele ecologice EURO. n conformitate cu EN 228 sunt produse benzinele REGULAR (RON=91..92), PREMIUM (RON 95) i SUPER (RON 98...100). cerinele ecologice EURO sunt date n tab. 2.1.

Tabelul 2.1. Cerinele ecologice EURO privind

calitatea benzinelorDenumirea caracteristicilorValoarea caracteristicilor

EURO 2

1996EURO 3

2000EURO 4

2005EURO 5

2009

1. Coninut de plumb, mg/l, max13555

2. Coninut de sulf, max.: % mg/kg (ppm)0,050,0150,0050,001

3. Coninut de benzen, %, max.500

5150

150

110

1

4. Coninut de hidrocarburi aromatice, %, max.-423535

5. Coninut de hidrocarburi nesaturate olefine, %, max.-181818

Standardul interstatal ale rilor CSI GOST 31077-2002 prevede fabricarea benzinelor Normal 80, Regular 91,

Regular 92, Premium 95 i Super 98 cu cerinele ecologice EURO 2. Pentru benzinele Normal 80 i Regular 91 se permite utilizarea antidetonanilor n baza de mangan.

Standardul Federaiei Ruse GOST R 51866-2002

(EN 228-99) prevede fabricarea benzinelor neetilate

Regular Euro-92, Premium Euro-95 i Super Euro-98 cu cerinele ecologice EURO 3. Data implementrii standardului - 1.01.2008.

Parial sunt produse i benzinele n conformitate cu standardul vechi GOST 2084-77 de tip A-76, AI-93 n care litera A indic benzina pentru automobile, cifrele 76 i 93 indic valoarea cifrei octanice RON (prezena literei I) sau MON (lipsa literei I).

Legislaia Federaiei Ruse permite producerea benzinelor n conformitate cu prescripiile tehnice (TU) cu coninutul de Fe pn la 37 mg/1l, de Mn pn la 18 mg/1l i de Pb pn la 0,15 g/1l.

n tabelul 2.2 sunt date caracteristicile benzinei moderne Super 100 cu cerinele ecologice EURO 5 propuse pe piaa Republicii Moldova de SA PETROM-MOLDOVA.

Tabelul 2.2. Caracteristica benzinei SUPER 100

CaracteristicaU. M.Valoare

Min.Max.

1234

Densitate (la 15 C)kg/m3720775

Cifra octanica Research, COR100

Cifra octanica Motor, COM88

Continut de plumbmg/l5

Continut de benzen% (V/V)1

Continut de sulfmg/Kg10

Continut de gume (spalare cu solventi)mg /100ml5

Aspectlimpede si transparent

Coroziune pe lama de cupru cotareclasa 1

Stabilitate la oxidare minute360

Distilare:

evaporat la 70 C (E70)% (V/V)

vara20,048,0

iarna22,050,0

evaporat la 100 C (E100)46,071,0

evaporat la 150 C (E150)75,0

Punct final de fierbereC210

Reziduu la distilare% (V/V)2,0

Presiunea de vapori, VP:KPa

vara45,060,0

iarna60,090,0

1234

Indice de volatilitate

vara1000

iarna1250

Tipul de hidrocarburi continute:

- olefine

- aromatice% (V/V)18,0

35,0

Continut de oxigen% (m/m)2,7

Continut de compusi oxigenati% (V/V)

- metanol0,5

- etanol5

- alcool izopropilic10

- alcool izobutilic10

- alcool tert-butilic7

- eteri15

- alti compusi oxigenati10

3. MOTORINE PENTRU AUTOVEHICULE

3.1 Caracteristici fizico-chimice i de exploatare ale motorinelor

Caracteristici de viscozitate i de volatilitate ale motorinelor. Viscozitatea reprezint rezistena dintre straturile lichidului la deplasarea lor reciproc sub aciunea forei exterioare. Fora de frecare interioar Ff ntre dou straturi (fig. 3.1) este calculat cu relaia.

;

unde S suprafaa stratului, m2;

dv/dhgradientul vitezei de micare a straturilor n direcia h, s-1;

coeficientul de frecare interioar sau viscozitatea dinamic, PasViscozitatea cinematic reprezint raportul dintre viscozitatea dinamic i densitatea la aceeai temperatur:

Unitatea de msur pentru viscozitatea cinematic n sistemul SI este m2/s, mai des sunt utilizate unitile de msur mm2/s sau centistox (cSt). Fiindc mrimea viscozitii variaz n dependen de temperatura (fig. 3.2.), viscozitatea cinematic a motorinei este normat la temperatura de 40oC (n standardele mai vechi la 20oC).

Motorin cu o viscozitate prea nalt la temperaturi joase demineaz pompabilitatea, cauznd rezisten mare la deplasarea motorinei n conducte, prin filtre, orificiile injectorului etc. Este nrutit formarea amestecului: jetul de combustibil al injectorului are o penetraie slab, se micoreaz suprafaa de evaporare a combustibilului i, ca urmare, se va forma fumul bleau cu miros neptor. Toate acestea mresc durata ntrzierii la autoaprindere, prin urmare, mresc consumul de combustibil i funcionarea violent a motorului.

Viscozitatea prea joas a motorinei va favoriza pulverizarea foarte fin ns va pierde proprietile de ungere, ne asigurnd etanarea cuplului pompei de injecie. Se va forma fum negru, caracteristic lipsei de oxigen. Arderea se va petrece cu exces de combustibil n jurul injectorului.

Volatilitatea motorinei este determinat de compoziia fracionat care n rndul su este apreciat cu % (V/V) condensat la 250oC, E250, % (V/V) condensat la 350oC E350 i 95% condensat la temperatura respectiv T95, oC.

E250 caracterizeaz proprietile de pornire, durata perioadei de nclzire i capacitatea de repriz a motorului. E350 i T95 caracterizeaz vaporizarea total (nivelul vaporizrii) n cilindrul motorului i ca rezultat calitatea arderii, toxicitatea gazelor de eapament, lipsa splrii uleiului de pe pereii cilindrului i lipsa lichefierii uleiului n baie de ulei al motorului.

n conformitate cu standardul European EN 590 (EURO4 i EURO5) E 250 max. 65%, E 350 minim 85% i T95 max. 360oC.

Caracteristici de autoaprindere a motorineiProcesul de autoaprindere a combustibilului n camera de ardere a motorului Diesel trece prin cteva etape: injectarea combustibilului, pulverizarea combustibilului, reaciile prealabile de oxidare a hidrocarburilor combustibilului nainte de autoaprindere, autoaprinderea i arderea motorinei. Autoaprinderea motorinei injectate n cilindrul motorului este iniiat sub influena oxigenului, temperaturii ridicate a aerului comprimat i cldurii degajate la etapa de oxidare prealabil a hidrocarburilor. Durata etapei de oxidare prealabil a hidrocarburilor numit perioad de ntrziere a autoaprinderii, influeneaz esenial la procesul de ardere i funcionarea motorului. Dac perioada ntrzierii autoaprinderii este relativ scurt, motorina injectat n cilindru arde cu o cretere de presiune n cilindru lent. n cazul n care perioada de oxidare prealabil este lung, n cilindru este pregtit pentru autoaprindere o cantitate mare de combustibil, arderea se petrece cu creterea de presiune brusc n camera de ardere motorul funcioneaz violent (rigid). Este nedorit i o durat prea scurt de ntrziere a autoaprinderii, fiindc combustibilul injectat nu formeaz un amestec omogen pe tot volumul camerei de ardere i este autoaprins nemijlocit lng injector i poriunile urmtoare de combustibil sunt injectate n gazele arse, provocnd o ardere incomplet.

Durata perioadei de ntrziere a autoaprinderii depinde n primul rnd de sensibilitatea combustibilului la autoaprindere care este apreciat de cifra cetanic (numr cetanic) CC. Cifra cetanic a motorinei este procentul de cetan normal (CC- 100) ntr-un amestec etalon cu -metilnaftalin (CC=0) care posed aceeai sensibilitate la autoaprindere ca i motorina ncercat.

Funcionarea violent a MAC-ului i consumul specific de combustibil n dependen de cifra cetanic CC sunt reprezentate n fig. 3.3

Corecia cifrei cetanice CC cu cifra octanic RON i MON a combustibilului este urmtoare:

Cifra cetanic a combustibilului poate fi determinat prin dou metode: direct i indirect.

Fig. 3.3. Influena cifrei cetanice la funcionarea violent a motorului i consumului specific de combustibil:

1- creterea relativ a presiunii n camera de ardere a motorului;

2- consumul specific de combustibil.

Metoda direct (metoda arbitraj) cifra cetanic a motorinei este determinat la motorul monocilindric de tip IT9-6, IT9-2m prin coincidena autoaprinderilor motorinei ncercate i combustibilului etalon. La motorul monocilindric alimentat cu motorina ncercat este instalat unghiul de avans la injecie fa de PMS egal cu 13o RAC i gradul de comprimare pentru cazul n care autoaprinderea se petrece exact n PMS. Dup aceea motorul va funciona cu amestecul etalon selectat, n aa mod, nct autoaprinderea va avea loc tot n PMS. Procentul de cetan normal n amestecul etalon va indica valoarea cifrei cetanice a combustibilului.

Metoda indirect, analogic determinrii cifrei octanice a benzinelor, este bazat pe determinarea permeabilitii dielectrice a motorinei ncercate i compararea cu motorine etalon.

Sensibilitatea motorinei la autoaprindere i respectiv cifra cetanic poate fi sporit prin optimizarea compoziiei chimice a combustibilului (creterea cantitii de hidrocarburi respective) i prin aditivarea motorinei cu promotoare de autoaprindere n baz de alchilnitrai R-O-N-O2 i alchilperoxizilor R-O-O-R1. Principiul de acionare este bazat pe descompunerea uoar a moleculelor alchilnitrailor sau hidroperoxizilor pe legturile O-O sau N-O. Radicalele libere formate R-O- iniiaz autoaprinderea combustibilului.

Utilizarea promotoarelor de autoaprindere este limitat deoarece provoac micorarea punctului de inflamabilitate i sporirea cocsificrii motorinei. La fel alchilnitraii provoac sporirea emisiilor de NOx cu gazele de eapament. Cifra cetanic a motorinei calculat sau determinat pn la aditivarea cu promotoare de autoaprindere a primit denumirea indice cetanic ic, care practic regleaz calitatea motorinei la etapa intermediar de fabricare. ;

unde T10, T50 i T90 temperaturi de distilare ale 10%, 50% i 90% din volumul motorinei, oC.

unde 20 viscozitatea cinematic la 20oC, mm2/s (cst);

20 densitatea combustibilului la 20oC, g/cm3.

Proprietile de pornire la temperaturi joase i indirect sensibilitatea motorinei la autoaprindere caracterizeaz indicele diesel id

unde 15 densitatea combustibilului la 15 oC, g/cm3;

A punct de anilin, oC.

Punctul de anilin este temperatura critic de solvabilitate a combustibilului n anilin C6H5NH2 n proporie 1:1: la temperaturi mai nalte componenii formeaz o soluie omogen, divizndu-se la temperaturi mai joase. Corelaia aproximativ a cifrei cetanice CC cu indicele diesel ID este urmtoarea:

CC=12,9+0,66ID

Caracteristici la temperaturi joase. Caracteristicile motorinei la temperaturi joase sunt: punctul de tulburare, temperatura limit de filtrare i punctul de curgere(de congelare).

Tulburarea motorinei este provocat de formarea micro- cristalelor de hidrocarburi parafine. Temperatura la care microcristalele formate pot mbcsi filtrul fin standard de combustibil se numete temperatura limit de filtrare sau indice de filtrabilitate, oC. La temperaturi mai joase viscozitatea motorinei crete, microcristalele de parafin cresc, formnd o structur, care exclude curgerea combustibilului motorina, i pierde fluiditatea. Punctul de curgere este temperatura la care suprafaa A a motorinei ntr-o epruvet nclinat la 45o nu se schimb n timp de o minut (fig. 3.4)

Fig. 3.4. Schema determinrii punctului de curgere a motorinei

a motorina n faz lichid; b motorina n faz solid (congelat)

Metode de micorare a temperaturilor de tulburare, curgere i de filtrare:

micorarea temperaturii finale de fierbere a combustibilului de la 360oC pn la 320oC, n procesul de fabricare, ns se obine o cantitate mai mic a produsului final i, respectiv, metoda nu este efectiv din punct de vedere economic;

deparafinizarea motorinei provoac concomitent scderea sensibilitii motorinei la autoaprindere i, respectiv, cifrei cetanice;

aditivarea motorinelor cu depresani: moleculele depresantului se decanteaz pe microcristalele formate de parafin i nu permit mpreunarea lor n conglomerai mari;

adugarea kerosenului sau benzinei n motorine: provoac scderea cifrei cetanice i nrutirea proprietilor de ungere ale motorinei, de aceea concentraia de kerosen (benzin) nu depete 10...15%;

nclzirea filtrului fin de combustibil sau combustibilului n rezervor cu utilizarea metodelor fr flacr deschis.

Caracteristici anticalamin i antiincendiu ale motorinei

Depunerea calaminei pe pulverizatorul injectorului agraveaz calitatea pulverizrii eseniale, schimb jetul de combustibil, iniiaz fumul gri n gazele de eapament, micoreaz economicitatea de funcionare a motorului. Ancrasarea acului injectorului poate defecta complet funcionarea lui.

Depunerea calaminei n camera de ardere a motorului la fel nrutete transferul de cldur ce provoac supranclzirea motorului.

Aptitudinea motorinei la formarea calaminei este apreciat cu un ir de indicatori.

Cifra de iod, gI2/100g reprezint cantitatea de iod care ntr n reacie cu hidrocarburile nesaturate. Hidrocarburile nesaturate sunt instabile se oxideaz i se polimerizeaz cu formarea acizilor organici i gumelor. n standardele moderne este utilizat caracteristica - stabilitate la oxidare.

Reziduu de carbon sau cifra de cocs reprezint procentul de cocs format dup vaporizarea i descompunerea combustibilului fr acces de aer la temperaturi de 800...900oC. Pentru ncercare este utilizat 10% reziduu distilat al motorinei (fig. 3.5)

Cenua reprezint procentul de cenu format n rezultatul arderii combustibilului ntr-un vas deschis.

Caracteristica antiincendiu este punctul de inflamabilitate temperatura minimal la care produsul petrolier nclzit n condiiile strict determinate (ntr-un vas nchis pentru combustibili i deschis pentru uleiuri) degajeaz o cantitate de vapori necesar pentru formarea cu aer un amestec care se aprinde brusc de la flacra deschis.

Fig. 3.5 Curba distilrii motorinei

Temperatura minimal, la care vaporii se aprind de la flacra deschis i arde pe o durat mai ndelungat, se numete punct de aprindere. n conformitate cu EN 590 (EURO4 i EURO5) punctul de inflamabilitate minim al motorinei - 55oC.

Caracteristici anticorodare i antiuzur ale motorinelor Coroziune pe lamela de cupru, coninut de sulf i indice de neutralizare ca caracteristici anticorodare sunt descrise n cap. 2.

Coninutul de impuriti mecanice provoac uzur cilindrilor motorului i elementelor de refulare ale pompei de injecie i ale injectorului. La fel impuritile mecanice particip la formarea calaminei i la mbcsirea filtrelor sistemului de alimentare.

Coninutul de ap provoac coroziunea metalelor, mbcsirea filtrelor i formarea gheii n timp de iarn, ns temperaturile nalte din camera de ardere favorizeaz nlturarea calaminei (carbonului): .

Contaminare total, mg/kg caracterizeaz contaminarea motorinei cu compui organici i neorganici insolubile. n conformitate cu EN 12662 o poriune de combustibil 250...500g este filtrat la temperatura 40oC prin filtrul cu membran la presiune 2...5 kPa i calculat contaminarea ,

unde M masa filtrului cu impuriti, mg;

m masa filtrului curat, mg;

MC masa poriunii de combustibil ncercat, g.

n standardul Federaiei Ruse GOST 305 pentru aprecierea contaminrii totale cu compuii organici i neorganici insolubili este stipulat coeficientul de filtraie. Prin filtrul de hrtie consecutiv sunt trecute 10 poriuni de combustibil ncrcate a cte 2 ml fiecare. Coeficientul de filtraie este determinat ca raportul dintre timpul de trecere prin filtru a ultimei poriuni de combustibil la timpul de trecere a primei poriuni. Cu ct acest raport este mai aproape de unitate, cu att mai joas este contaminarea combustibilului.

Capacitatea de lubrifiere a motorinei este apreciat prin determinarea diametrului corectat al petei de uzur, m. n baza metodei este utilizat oscilarea cu amplitudine foarte mic a unei bile pe suprafaa lamelei metalice acoperite cu motorina ncercat, n condiiile de temperatura 60 oC i sub sarcina stabilit.

3.2. Notaia i asortimentul modern al motorinelor

Unificarea cerinelor privind calitatea motorinelor n Europa este efectuat n conformitate cu standardul EN 590 (EURO 1, 2, 3, 4 i 5).

Cerinele respective pentru clim moderat sunt date n tab. 3.1 i pentru clima rece i arctic n tab. 3.2.Standardul Federaiei Ruse GOST 52368 2005 (EN 5902004) corespunde cerinelor EURO 4 i EURO 5 (tab. 3.1 i 3.2) cu excepia coninutului de sulf a primului tip de combustibil 350 mg/kg (EURO3).

Tabelul 3.1.Caracteristica motorinelor EURO DIESEL 4 i EURO DIESEL 5 (pentru clim moderat)

Denumirea caracteristicilorValoarea caracteristicilor

minimmax

EURO 4EURO 5EURO 4EURO 5

12345

1. Cifra cetanic5151

2. Indice cetanic4646

3. Densitatea la 15oC, kg/m3820820845845

4. Hidrocarburi aromatice policiclice, %1111

5. Coninut de sulf, mg/kg5010

6. Punct de inflamabilitate, oC 5555

7. Reziduu de C cifra de cocs (n 10% rezidiu de distilare, %)0,30,3

8. Cenu, %0,010,01

9. Ap, mg/kg200200

10. Contaminare total, mg/kg2424

11. Coroziune pe lamela de cupru (3h la 50oC), cotare clas 1clas 1clas 1clas 1

12. Stabilitate la oxidare, g/m32525

13. Capacitatea de lubrifiere (diametrul corectat al petei de uzur (wsd 1,4) la 60oC, m)460460

14. Viscozitatea cinematic la 40oc, mm2/s (cst)2,02,04,54,5

15. Distilare

% (v/v) condensat la 250oC

% (v/v) condensat la 350oC

95% condensat la temperatura, oC858565

36065

360

16. Coninut FAME, %55

17. Temperatura limit de filtrabilitate (CFPP), oCclasa A clasa B clasa C

+5 0 -5

clasa D clasa E clasa F

-10 -15 -20

Tabelul 3.2. Cerinele specifice privind calitatea motorinelor pentru clim rece i arcticDenumirea caracteristicilorValoarea caracteristicilor

clasa 0clasa 1clasa 2clasa 3clasa 4

1. Cifra cetanic, minim4949484747

2. Indice cetanic, minim4646464343

3. Densitatea la 15oC, kg/m3800-845800-845800-840800-840800-840

4. Viscozitatea cinematic la 40oc, mm2/s 1,5-4,01,5-4,01,5-4,01,4-4,01,2-4,0

5. Distilare

% (v/v) condensat

la 180oC, max.

% (v/v) condensat

la 340oC, min.10

9510

9510

9510

9510

95

6. Punctul de tulburare, oC, max.-10-16-22-28-34

7. Temperatura limit de filtrare (CFPP), oC, max.-20-26-32-38-44

Federaia Rus produce motorine n conformitate cu GOSTul 305, de exemplu L 0,2 62; Z 0,1 minus 30; A 0,12. Litera L indic motorin de var (), litera Z motorin de iarn () i liter A motorin arctic. Cifrele urmate dup litere indic coninut de sulf, %. Pentru motorina de var suplimentar este indicat punctul de inflamabilitate, oC i pentru motorine de iarn respectiv punct de curgere, oC.

La staia de alimentare poate fi utilizat i notaia motorinei de tip motorina EN 590/350 ppm motorina EN 590/10 ppm n care 350 ppm, 10 ppm etc. este indicat coninutul de sulf, mg/kg (ppm particule pri de milion).

Caracteristici ecologice ale motorinelor n conformitate cu standardele EURO sunt date n tab. 3.3.

Tabelul 3.3. Caracteristici ecologice

privind calitatea motorinelor

Denumirea caracteristicilorValoarea caracteristicilor

EURO 2

1996EURO 3

2000EURO 4

2005EURO 5

2009

1. Cifra cetanic, minim46515151

2. Indice cetanic, minim464646

3. Densitatea, kg/m3: min.,

max.820

845820

845820

845

4. Coninut de sulf, %

mg/kg (ppm)0,05

5000,035

3500,005

500,001

10

5. Coninut de hidrocarburi poliaromatice, %, max.111111

4. Combustibili alternativi

4.1 Combustibili gazoi

Gazul petrolier lichefiat LPG (Liquified Petrolium Gaz) este format din propan C3H8 i butan C4H10:

Hidrocarburile propanul i butanul sunt obinute n rezultatul proceselor de prelucrare a ieiului. Lichefierea propanului are loc la presiunea de 0,716 MPa i respectiv a butanului la 1,03 MPa.

Tabelul 4.1. Caracteristica gazelor petroliere lichefiate

pentru automobile

Denumirea caracteristicilorValoarea caracteristicilor

LPG GOST 27578GPL AUTO PETROM

PBA*PA*Tip ATip B

1. Compoziia:

propan; %

hidrocarburi

nesaturate, total, %

diene, % mol

sulf, %

hidrogen sulfurat, %

2. Cifra octanic MON

Presiunea de vapori, excedentar, MPa la temperatura:

40, (C

45, (C

- 35, (C

3. Presiunea de vapori excedentar la150 kPa min. la o temperatur, oC

5. Temperatura aerului ambiant la utilizare, oC50(10

6

-

0,01

0,003

96

-

1,6

-

-

Pn la -2090(10

6

-

0,01

0,003

98

-

-

0,07

-

-20-3035

0,5

0,01

Negativ

98

1,55

-

-

-10

-65

0,5

0,01

Negativ

98

1,55

-

-

-5

-

* PBA - propan-butan auto, PA - propan auto

Pentru butan i propan aracteristic este formarea a dou faze lichide - abur deasupra suprafeei libere de lichid, n cazul apariiei presiunii de vapori saturai - presiunii vaporilor n prezena fazei lichide n butelie.

n procesul umplerii buteliei primele doze de gaz repede se vaporizeaz, umplnd volumul liber al buteliei i formnd n ea presiune. n timpul utilizrii, presiunea din butelie se micoreaz, provocnd vaporizarea instantanee a gazului pn cnd vaporii gazului lichefiat nu vor atinge punctul de saturaie, ce permite stocarea propanului i butanului n butelie n volum necesar.

Presiunea vaporilor crete odat cu creterea temperaturii aerului atmosferic (fig.4.1):

Creterea presiunii mrete esenial volumul gazului, care se afl n stare lichid. n cazul umplerii depline a buteliei cu gaz cu faz lichid, creterea temperaturii poate provoca distrugerea buteliei. De aceea este necesar de umplut butelia la un volum de aproximativ 90 %.

Gazul comprimat natural CNG (Compressed Natural Gas) este format din metan CH4 (MON = 110) i este stocat pe bordul automobilului sub presiunea de 20 MPa.

Caracteristicile CNG, n conformitate cu standardul interstatal CSI . , sunt prezentate n tab. 4.2.

Tabelul 4.2. Caracteristica gazului comprimatDenumirea caracteristicilorValoare caracteristicilor la P=0,1013MPa i la t=20 (CMetoda de ncercare

1. Puterea caloric, kJ/m3, min. 31800GOST 22667

2. Cifra octanic calculat MON, minim105MON:

CH4=110

C2H6=108

C3H8=105

C4H10=94

3. Coninutul max.:

hidrogen sulfurat, g/m3mercaptane, g/m3impuriti mecanice, g/m3componente nearztoare, %

oxigen, %vapori de ap, % 0,02

0,036

1,0

7,0

1,0

9,0GOST 22387.2

GOST 22387.2

GOST 22387.4

GOST 23781

GOST 23781

GOST 20060

Numrul de automobile cu utilizarea gazului comprimat, n rile Comunitii Europene dup prognoz n anul 2020 va depi 23,5 mln sau 10% din parcul total de automobile.

Avantajele LPG i CNG n comparaie cu benzinele:

mai nalt rezistena la detonaie;

mai ieftin;

distribuie mai uniform ntre cilindrii motorului;

lipsete lichefierea uleiului n baia de ulei i splarea peliculei de ulei de pe cilindri i respectiv mai joas uzura pieselor;

mai nalt puterea caloric;

mai mic coninutul de CO i CH n gazele de eapament.

Dezavantajele LPG i CNG n comparaie cu benzinele mai joas este umplerea cilindrilor i ca rezultat scderea puterii motorului cu 15-20 %;

mai nalt este temperatura de ardere (benzina -750 (C, LPG-990 (C, CNG-1325 (C) i ca rezultat mai nalt coninutul de NOx n gazele arse i mai nalt uzura supapelor de evacuare;

mai nalt temperatura aprinderii (benzina 230-480 (C, metan - 537-600 (C, propan 450-465 (C, butan 475-585 (C) i ca rezultat mai joase sunt proprietile de pornire (gaz lichefiat minus 5 (C, minus 7 (C, gaz comprimat natural +3 (C minus 1(C);

este mai inflamabil;

la utilizarea CNG se micoreaz capacitatea automobilului (masa unei butelii de oel este de 93 kg) i parcursul cu o alimentare (volumul unei butelii 10m3 echivalent 10 l de benzin). n prezent se utilizeaz i butelii de mase plastice cu masa de 56 kg;

staiile de alimentare cu CNG sunt mai compuse n comparaie cu staiile de benzin.

Gazul natural lichefiat este format din metan lichefiat la temperatura de minus 162 (C. Temperatura aceasta trebuie s fie pstrat i pe bordul automobilului n rezervor izotermic.

Gazele de generator sau sintez-gaz sunt obinute nemijlocit pe bordul automobilului din combustibili solizi. (fig. 4.2).

n zona I este efectuat arderea combustibilului solid

C+O2(CO2+97650 kcal; 2H2+O2 = 2H2O+57810 kcal.

Temperatura n zona dat n rezultatul degajrii cldurii crete pn la 1350 - 1400 (C.

n zona II are loc restabilirea CO2 i H2OCO2+C(2CO minus 38690 kcal; H2O+C(CO+H2 minus 28380 kcal.

Temperatura n aceast zon scade pn la 1000 (C.

n zona III se petrece un proces de cocsificare, n rezultatul cruia sunt obinute H2, CH4, CO , gume, cocs. Temperatura n aceast zon scade pna la 400-500(C.

Fig. 4.2. Schema generatorului de gazen zona IV are loc preuscarea combustibilului solid la temperatura 150-200 (C.

Sintez-gazul (CO+H2) obinut este rcit, purificat i utilizat ca combustibil gazos pentru MAS.

Cele mai multe automobilele nzestrate cu generatoare de gaz au fost utilizate n anii 1930 - 1950

n prezent sunt firme care produc instalaiile respective n fig. 4.3 este prezentat un autovehicul, nzestrat cu astfel de instalaie.Hidrogenul cel mai rspndit gaz pe pmnt, ns lipsete n stare liber. n prezent peste 50 % de hidrogen se obine din gazul natural prin conversie.

Aburii de ap la temperaturi de 800 -1000(C se amestec cu metanul la o presiune nalt i n prezena catalizatorilor, elibernd hidrogenul:

CH4 + H2O(CO + 3H2; CH4 + 1/2O2(CO + 2H2;

CO + H2O(CO2 + H2

n procesul de cocsificare a combustibililor solizi are loc procesul de gazificare la temperaturi de 800-1300 (C, fr acces de aer cu formarea H2, CO, CH4 ca produse secundare.

Cea mai mare cantitate de hidrogen se conine n ap. Un km3 de ap din ocean conine 1,13108 t de H2. Din ap hidrogenul poate fi obinut n rezultatul electrolizei:

Pentru a obine hidrogenul din ap este necesar o cantitate de energie care este mai mare dect a cea obinut n rezultatul arderii hidrogenului n motor.

Hidrogenul poate fi obinut din biomase, n rezultatul gazificrii termice fr acces de aer, la temperaturi de 500-800(C sau n rezultatul activitii bacteriilor.

Puterea caloric a hidrogenului este de trei ori mai mare dect a combustibililor lichizi ns pentru arderea unui kg de hidrogen este necesar de trei ori mai mult oxigen i, ca rezultat, puterea caloric a amestecului aer-hidrogen este mai joas dect a combustibililor petroliere. Temperatura de ardere a hidrogenului este de 590 (C, mai nalt dect a benzinei (230-480 (C).

Amestecurile de aer hidrogen sunt caracterizate cu o zon larg de ardere (475 % din volum) i de explozivitate (13,8din volum) ce nrutete proprietile antiincendiare i antiexplozive.

Hidrogenul este cel mai ecologic combustibil n rezultatul arderii se obine ap distilat, ns aerul conine azot, de aceea n gazele de eapament sunt prezeni compuii azotului NOx.

La bordul automobilului hidrogenul poate fi stocat n form lichid, n rezervor criogenic, la o temperatur de minus 253 (C - temperatura de lichefiere a hidrogenului. Pentru lichefierea hidrogenului este necesar de un consum mare de energie. Eficient este stocarea hidrogenului n form de hidruri metalice MeH. Metoda este bazat pe capacitatea unor metale (aliaje) i compui intermetalici de a absorbi reversibil i selectiv cantiti mari de hidrogen. Absorbirea este efectuat la presiuni ridicate: de exemplu, pentru aliajul FeTi la presiunea de 1 MPa consumul de energie este de 10 ori mai mic dect la lichefiere. Eliberarea hidrogenului poate fi efectuat cu nclzirea moderat sau crearea unei depresiuni.

Dezavantajul este masa nalt a acumulatorului de hidrogen. De exemplu, containerul cu LaNi5H6 care conine 0,5 kg de hidrogen are masa de 40-45kg.

Mai moderne sunt structurile metaloorganice MOFs i carcasele covalentoorganice COFs, care posed suprafa specific foarte nalt i densitatea foarte mic: un gram de MOFs posed suprafaa total de pori 4500 m2. n rile Comunitii Europene, dup prognoza n 2020, peste 11,8 mil (5%) de automobile vor utiliza hidrogenul.

Biogazul produs gazos obinut n rezultatul fermentrii fr acces de aer a produselor organice: verdea, bligar, apele de scurgere ale sistemelor de canalizare etc. Fermentarea (descompunerea) deeurilor organice are loc n rezultatul activitii bacteriilor psihofile (la temperaturi 5-20 (C), mezofile (la temperaturi 30-42 (C) i termofile (la temperaturi 54-56 (C). Compoziia biogazului este format din metan CH4 55-70%, bioxid de carbon CO2 28-43% i parial hidrogen H2, hidrogen sulfurat H2S etc. n procesul de rafinare a biogazului se elimin CO2, H2S. Dintr-o ton de materie prim poate fi obinut 80-100 m3 de biogaz cu capacitatea caloric 5500-6000 kcal/m3 (CH4 n conducte 7000 kcal/m3). Parial gazul obinut este utilizat pentru nclzirea materiei prime, iniiind activitatea bacteriilor respective.

La staiile de prelucrare a apelor de scurgere din sistemul de canalizare n localitate cu 100 mii de locuitori se obine zilnic 2500 m3 de biogaze. Concomitent este evitat poluarea mediului ambiant i se obin ngrminte organice de calitate nalt.

Pentru automobile biogazul este utilizat ca gaz comprimat analogic cu gazul comprimat natural.

n 2006, n Suedia a fost construit cea mai mare uzin pentru obinerea biogazului pentru automobile. Anual crete volumul vnzrilor automobilelor de biogaz.

n rile Comunitii Europene, dup prognoz n 2020 peste 18,8 mil (8%) de automobile vor utiliza biogaz.

Condensaii gazoi reprezint un amestec de hidrocarburi care, n condiiile subterane, la presiuni mari, se afl n form de gaze i extrai la suprafaa pmntului trec n faz lichid.

Federaia Rus produce motorine n baza de condensai gazoi de tip GL- de var i GZ de iarn.

4.2. Alcooli

Din mai multe tipuri de alcooli R-OH pentru motoare auro pot fi utilizai metanol i etanol.

Metanolul CH3OH este un produs obinut din gaze, crbune, lemn etc. n rezultatul conversiei catalitice cu mbogirea ulterioar cu hidrogen.

Fig. 4.4. Schema obinerii metanoluluiEtanolul C2H5OH (bioetanolul) este un produs obinut din biomase (sfecl de zhar, cartofi, orez, gru, porumb etc.), care conin zahr i amidon ca rezultat al fermentrii i distilrii ulterioare. n calitate de combustibil pentru automobile este utilizat bioetanolul nerectificat.

Un litru de bioetanol poate fi obinut din 14,3 kg de trestie de zahr; 11,8 kg de sfecl de zahr; 9 kg de cartofi; 2,92 kg de orez, gru, porumb. Biomasele obinute de la un hectar de pmnt echivaleaz cu aproximativ 2 tone de combustibil de iei.

Avantajele alcoolilor n comparaie cu benzinele:

posed rezisten nalt la detonaie (C2H5OH MON>99);

asigur ardere mai stabil i mai complet n camera de ardere a motorului, mai ampl este umplerea cilindrilor;

n rezultatul arderii mai complete, emisiile de CO i CH n gazele de eapament sunt mai mici; concentraia hidrocarburilor aromatice policiclice n gazele arse este mult mai joas;

avnd o temperatur de ardere mai joas emisiile de NOx sunt mai mici;

resursele pentru obinerea bioetanolului sunt regenerabile.

Dezavantajele alcoolilor n comparaie cu benzinele:

puterea caloric este cu 30-40% mai joas i ca rezultat consumul de combustibil crete de 2 ori;

prezena n alcooli a grupei hidroxile-OH sporete activitatea chimic, ce provoac corodarea, n primul rnd, a metalelor neferoase Pb, Sn, Cu (la automobilele braziliene unele piese din Cu i Zn sunt nlocuite cu Ni);

influen negativ asupra materialelor garniturilor utilizate pentru MAS cu benzin;

cldura de vaporizare de 3 ori mai mare, presiunea de vapori mai joas, lipsesc fraciunile uoare posednd proprieti nesatisfctoare de pornire i funcionare nesatisfctoare a motorului la temperaturi joase (pentru mbuntirea proprietilor de pornire n alcooli se adaug 4-6% de izopentan sau 6-8 % de dimetilester);

alcoolii sunt hidroscopici prezena apei provoac corodarea metalelor;

mai nalt este emisia aldehizilor cu gazele de eapament;

metanolul este otrvitor.

Cele mai mari succese n domeniul utilizrii bioetanolului a atins Brazilia. n anul 1974, n timpul crizei mondiale de combustibil dependena de la importul ieiului a alctuit 86 %, n 2005 4 %. La sfritul anului 1980 5 mln de automobile au fost nzestrate cu sisteme de alimentare cu boietanol i 9 mln cu sisteme benzin-bioetanol. n prezent majoritatea automobilelor n Brazilia folosesc ca combustibil amestec ( bioetanol i benzin). Anual Brazilia produce peste 16 mln. litri de etanol cu pre de cost cel mai jos n lume.

n Comunitatea European, ponderea utilizrii bioetanolului n structura combustibililor este de 2,755,75 %.

n occident este utilizat combustibilul sub denumirea GAZOHOL E10 (10%C2H5OH + 90% benzin), E85 (85% C2H5OH + 15 % de bezn), M15 (15% CH3OH+85 %benzin). n Federaia Rus n conformitate cu GOST R 52201-2004 T . sunt combustibili cu coninutul 5-10 % de C2H5OH i 90-95% de benzin.

4.3. Combustibili lichizi sintetici din crbune

Combustibilii lichizi sintetici din crbune pot fi obinui prin utilizarea metodelor de piroliz, hidrogenare, gazificare i lichefiere cu dizolvani organici.

Piroliza este un proces de descompunere termic la temperaturi nalte fr acces de aer al combustibililor organici, inclusiv crbunele. n rezultatul procesului se obine cocs (semicocs), gume i gaze (CO, H2, CH4). Gumele obinute reprezint un amestec de hidrocarburi care este supus distilrii ulterioare cu obinerea combustibililor lichizi.

Hidrogenarea reprezint saturarea carbonului din crbune cu hidrogen cu transformarea combustibilului solid ntr-un produs lichid - iei sintetic (ieiul conine 12-15% de hidrogen, crbune de pmnt - 5% ).

Procesul de hidrogenare a crbunelui se petrece n reactoare sub presiuni i temperaturi ridicate (fig. 4.5)

Fig. 4.5. Schema procesului de hidorogenare a crbuneluin rezultatul distilrii amestecului de hidrocarburi (ieiul sintetic) se obine (benzin 30%, motorin 40%, uleiuri 8% i gaze 20%). Dintr-o ton de crbune i 200 m3 de hidrogen se obine 600 kg de iei sintetic.

n prezent procesul de hidrogenare nu este rspndit datorit utilajului i tehnologiei scumpe i unui consum nalt de energie. n anul 1943 n Germania au fost obinute cca. 4 mil. t. de combustibil sintetic din crbune prin hidrogenare.

Gazificarea crbunilor este efectuat n rezultatul prelucrrii crbunilor cu oxigen i aburi de ap (fig. 4.6).

Fig. 4.6. Obinerea sintez-gazului

Sintez-gazul este utilizat ca materie prim pentru transformarea n combustibili lichizi (fig. 4.7)

Fig. 4.7. Schema obinerii combustibilului lichid din sintez-gazProcesul FIER-TROP reprezint reaciile de formare a hidrocarburilor din CO i H2 n prezena catalizatorului:

n rezultatul distilrii ulterioare a amestecului de hidrocarburi (CnH2n+2 ) se obin motorine i combustibili pentru turbine.

Mobil-proces

n anii 70 al secolului XX specialitii firmei MOBIL au inventat o clas de eolite sintetice ZSM, care sunt utilizai ca catalizatori pentru modificarea metanolului sau sintez-gazului (bicatalizatori), la temperaturi de 350-400 C i presiune 1,5 MPa , ntr-un amestec de hidrocarburi alifatice i aromatice (C5...C11), care fierbe n limitele de temperaturi caracteristice pentru benzine.

Lichefierea crbunelui poate fi efectuat cu dizolvani organici, care posed capacitatea de donor de hidrogen, n prezena catalizatorului (magnetit, pirit etc.). Ca dizolvani organici sunt utilizai tetralin, crezolul. De exemplu, amestecul de tetralin i crezol la temperatura de 427 i presiunea 13,8 MPa dizolv pn la 75 % de crbune brut cu obinerea combustibililor gazoi i lichizi. Compania Sasol Synfuels format n mijlocul secolului XX, n Republica African de Sud, astzi este un lider mondial n domeniul tehnologiilor obinerii combustibililor sintetici din crbune, prelucrnd anual peste 47 mln tone de crbune i producnd 7 mln tone de combustibili lichizi.

4.4. Combustibili din uleiuri vegetaleUleiurile vegetale (triglicide) reprezint esterii compui ale glicerinei i acizilor organici grai cu formula general (RCOOCH2CH(COOR') CH2COOR). Pentru obinerea uleiului vegetal sunt utilizate zeci de tipuri de plante oleaginoase. Cantitatea medie de ulei produs la un hectar este dat n tab.4.3.Tabelul 4.3. Plantele oleaginoase i cantitatea de ulei produs la ha.

Denumirea planteiCantitatea de ulei, kg/haDenumirea planteiCantitatea de ulei, kg/ha

1. Soia

2. Alune

3. Semine de dovleac

4. Coriandru

5. Mutar

6. Cuscut

7. Susan

8. ofran

9. Dovleac

10. Copac de ulei374

405

449

450

481

490

585

653

665

79011. Floarea soarelui

12. Arahide

13. Mac

14. Rapia

15. Mslin

16. Ricin

17. Avocado

18. Cocos

19. Palmier

20. Plante acvatice 801

887

978

999

1019

1188

2217

2260

5000

90000

n Europa combustibilul pentru automobile se obine din rapi. Schema obinerii combustibilului din rapi (biodieselului) este prezentat n fig.4.8.

Fig. 4.8. Schema obinerii biodieseluluiReacia de esterificare:

Ulei vegetal Metanol Glicerin Metilesteri ai

acizilor grai

Pentru construcia unei uzine cu o productivitate anual de 100 mii tone de biodiesel, sunt necesare investiii capitale n sum de (12...20)109 euro. Cerinele, privind calitatea biodieselului obinut din uleiuri vegetale, sunt stipulate n standardul european EN14214-2003 FATTY ACID METHYL ESTERS, FAME (tab.4.4.).

Tabelul 4.4. Caracteristici ale biodieselului

FAME (EN142214)

Denumirea caracteristicilorValoarea caracteristicilor

minmax

1. Coninut de esteri, %

2. Densitate la 15 C, kg/m33. Viscozitatea cinematic la 40C, mm2/S (cst)4. Punct de inflamabilitate, C

5. Sulf, mg/kg (ppm)

6. Cifra cetanic

7. Cenu sulfurat, %

8. Ap, mg/kg9. Contaminarea total, mg/kg10. Corodarea lamelei de cupru (3h la 50C)

11. Stabilitate la oxidare la 110C, h12. Indice de neutralizare, mg KOH/g

13. Cifra de iod, mgI/100 ml

14. Metanol, %

15. Monogliceride, %

16. Digliceride, %

17. Tergliceride, %

18. Glicerin liber, %

19. Glicerin, total, %

20. Metale alcaline (Na+K), mg/kg21. Fosfor, mg/kg96,5

860

3,5

120

51

Clasa 1

6900

5

10

0,02

500

24

Clasa 1

0,5

120

0,2

0,8

0,2

0,2

0,02

0,25

5

10

Tabelul 4.5. Producerea biodieselului n anul 2006

Denumirea riiVolumul producerii, mii tDenumirea riiVolumul producerii, mii t

1. SUA

2. Germania

3. Italia

4. Frana

5. Spania

6. Cehia2200

2681

857

775

224

2037. Polonia

8. Austria

9. Estonia

10. Lituania

11. Letonia

Total rile CE150

134

20

10

8

6069

Biodieselul posed un nivel sczut al emisiilor nocive, ceea ce l indic drept combustibil ideal n zone de pduri, rezervaii naturale i n oraele intens poluate. Prin ciclul de producere i utilizare a biodieselului se emite cu 80% mai puin CO2, cu aproximativ 100% mai puin SOx, se reduce cu 90% nivelul total al hidrocarburilor nearse. Singurul agent poluant emis rmne NOx, a crui concentraie poate fi mai mare.

Biodieselul, nimerind n flor nu aduce pagube naturii, n timp de 28 de zile el este deplin descompus n rezultatul activitii microorganismelor.

5. LUBRIFIANII FOLOSII LA AUTOVEHICULE NOIUNI GENERALE

5.1 Funciile ndeplinite de lubrifiani

Lubrifianii, care sunt utilizai n autovehicule au un rol bine determinat, ndeplinind funciile de:

ungere (lubrifiere) ntr-un intervalul larg de temperaturi n procesele de pornire, nclzire i funcionare;

de rcire;

de etanare;

de protecie chimic.

Funcia de ungere const n realizarea ntre piesele ce se gsesc n micare relativ a unei pelicule de lubrifiant n scopul de a reduce forele de frecare, uzura i de a preveni griparea. Procesele de frecare ale suprafeelor influeneaz direct asupra valorii randamentului mecanic al motorului, deci asupra performanelor de putere i economicitate, precum i asupra uzurii i degradrii pieselor, deci asupra fiabilitii.

Funcia de rcire const n evacuarea, cu ajutorul lubrifiantului, a unei importante cantiti de cldur din zona de frecare a suprafeelor i concomitent n splarea i ndeprtarea produselor uzurii pieselor, impuritilor mecanice ce pot proveni din mediul ambiant.

Funcia de etanare are un coninut complex: existena lubrifiantului ntre piesele setului motor formeaz o pelicul, care asigur o etanare energetic a camerei de ardere cu implicaii directe asupra puterii i economicitii motorului asupra consumului de ulei i al degradrii acestuia.

Funcia de protecie chimic se manifest prin proprietatea lubrifianilor de a forma la suprafaa pieselor, cu care vin n contact, a unor pelicule aderente i persistente, care au i rolul de a proteja suprafeele metalice de aciunea coroziv a factorilor externi i interni cu aceiai importan att pe timp de funcionare ct i pe timp de depozitare.

5.2 Clasificarea i compoziia lubrifianilor

Lubrifianii, n dependena de starea de agregare, se clasific n: lubrifiani lichizi (uleiuri), lubrifiani semisolizi (unsori plastice) i lubrifiani solizi (grafit, MoS2 etc.).

Fig. 5.1 Clasificarea uleiurilor pentru autovehicule dup destinaien dependena de originea bazei uleiurile pot fi vegetale, minerale, sintetice i semisintetice. Uleiurile vegetale au fost larg utilizate n tehnic, ncepnd cu secolul de bronz pn n anii 60 al secolului XX. Uleiurile minerale sunt obinute din iei prin diferite metode (cap. 1).

Uleiurile sintetice sunt compuii organici sau elemente organici, obinute din diferite tipuri de materie prim - iei, crbune, gaze, esteri etc. Sunt cunoscute zeci de tipuri de uleiuri sintetice din care cea mai larg rspndire au primit hidrocarburile sintetice (polilfaolefine, oligomerii olefinelor), dialchilbenzenice (aromatic alchilat, alchilbenzene), neopentilice (esteri polioli), diesteri, polialchilenglicolice (poliglicoli, poliesteri), fluorcarburi, fosfororganice (esterii ale acidului fosforic), silicoane (siloxane, polisiloxane, poliorganosiloxane).

Poli--olefinele (PAO) au primit cea mai larg rspndire n calitate de uleiuri sintetice pentru motoare. Formarea moleculei cu lan de polialfaolefin (proces de oligomerizare) are loc n rezultatul ruperii unei legturi duble i unirea ulterioara moleculelor olefinelor ntre ele. De exemplu, n rezultatul procesului de oligomerizare a hidrocarburii olefine , n prezena catalizatorului (alumosilicate), se obine ulei sintetic . Poli--olefinele posed proprieti de lubrifiere i stabilitatea la oxidare nalt. Punct de curgere minus 60 minus 80oC.

Aromatica alchilat este un produs obinut ca rezultat al alipirii hidrocarburei olefine la hidrocarbur aromatic, cu formarea moleculei cu o mas molecular mai mare. De exemplu, alchilarea naftalinei cu hidrocarbur olefin C10H20:

Aromatica alchilat posed viscozitate nalt la temperaturi ridicate, punct de curgere mai jos de minus 53oC, stabilitate nalt la oxidare i volatilitate joas. Au primit o larg rspndire n regiunile cu clim rece.

Uleiurile neopentilice sunt obinute n rezultatul esterificrii alcoolilor neopentilice cu acizi organici monocarboxili:

EMBED Equation.3

alcool acid organic ester compus

(ulei neopentilic)

Uleiurile neopentilice se deosebesc de uleiurile minerale din iei prin stabilitate la oxidare i indice de viscozitate mai nalta. La fel, mai bune sunt proprietile de ungere i posed punctul de curgere mai mic.

Diesterii i poliglicolii reprezint produse sintetice cu urmtoarele formule generale:

Diesterii i poliglicolii posed proprieti nalte antiuzur i antioxidare, avnd punctul de curgere mai jos (minus 40...minus 45oC) i indice de viscozitate 135...180.

Fluorcarburile i silicoanele reprezint produse sintetice cu urmtoarele formule generale:

Uleiurile fosfororganice pot fi de tip diesteri (RO)2 P(O)OH sau monoesteri RO P(O)(OH)2..

Peste 80% din uleiurile sintetice utilizate sunt: poli--olefine - 45%, uleiuri neopentilice - 25% i poliglicoli - 10%.

Uleiurile semisintetice. Pentru obinerea uleiurilor semisintetice (mai corect parial sintetice) sunt utilizai uleiuri minerale de nalt rafinare n amestecuri cu poli--olefine i esteri.

Unsorile plastice sunt produse obinute n rezultatul dispersrii ngrotorului ntr-un lubrifiant lichid (ulei mineral sau sintetic) i aditivate cu adaosuri pentru asigurarea proprietilor necesare (fig. 5.2):

Fig. 5.2. Compoziia unsorilor plasticengrotorul formeaz carcasa spaial care reine n sine uleiul cu aditivi (fig. 5.3)

Fig. 5.3. Structura unsorilor plastice cu ngrotor

n funcie de destinaie unsorile pentru autovehicule sunt clasificate n trei grupe: de antifricie (lubrifiante), de protecie (anticoroziune) i de etanare.

ngrotorii unsorilor se clasific:

spunuri metalice Ca, Na, Li, Ba, Zn, Al;

spunuri complexe metalice;

hidrocarburi solide (parafin, cerezin);

neorganice (produse naturale) luturi bentonite i silicagel (SiO2) cu proprietile de absorbie foarte nalte;

organice policarbomid i pertetrafluoretilen (PTFE).

Spunul metalic este obinut din acizi organici grai conform reaciei:

5.3. Aditivarea lubrifianilor

Pentru mbuntirea proprietilor de exploatare ale lubrifianilor sunt utilizai aditivi, n cot de pn la 30%, ca adaosuri lubrifiantului de baz. De exemplu, formularea unui ulei de motor:

ulei de baz 70...90 %;

aditiv pachet de performan - 5...20 %;

modificator de viscozitate 0...20 %;

depresant al punctului de curgere 0...1 %.

Aditivii, dup destinaie i funciile ndeplinite, se clasific n patru grupe:

1. Pentru protejarea suprafeelor metalice:

aditivi antiuzur i antigripare;

modificatori de frecare;

inhibitorii oxidrii i coroziunii;

detergeni;

dispersani.

2. Pentru protejarea uleiului:

antispumani;

antioxidani.

3. Pentru lrgirea domeniului de utilizare

depresani (anticongelani);

modificatori de viscozitate (ngrotori).

4. Aditivi multifuncionali pentru ameliorarea simulant a mai multe proprieti.

6. Caracteristici fizico-chimice i de exploatare ale uleiurilor

6.1 Caracteristici de viscozitate i la temperaturi joase

Viscozitatea constituie elementul hotrtor, care determin calitatea ungerii i pierderile mecanice dintr-o cupl cinematic n regim hidrodinamic de ungere.

Viscozitatea cinematic a uleiurilor n conformitate cu SAE (Societatea Inginerilor Auto SUA) i GOSTul 17479.1-85, 17479.2-85 este normat la temperaturile: 100 oC sau 210 oF i minus 17,8oC sau 0 oF pentru uleiurile de motor (tab. 6.1) i transmisii (tab. 6.2) i, respectiv, n conformitate cu ISO VG la 40 oC, pentru uleiurile hidraulice (tab. 6.3).

Viscozitatea convenional ENGLER, msurat n oE (grade Engler), reprezint raportul dintre timpul scurgerii a 200 ml de produs petrolier, la temperatura de ncercare i timpul scurgerii a 200 ml de H2O distilat la temperatura 20 oC.

Viscozitatea convenional SAYBOLT, msurat n SUS (secunde universal Saybolt), reprezint timpul scurgerii a 60 cm3 de produs petrolier prin orificiul calibrat al instalaiei standard.

Valorile viscozitii convenionale SAYBOLT, n conformitate cu SAE, sunt prezentate n tab. 6.1 i 6.2.

Corelaia dintre viscozitatea cinematic i cea convenional Engler se determin cu urmtoarele relaii: pn la 3,2 E: i mai mare de 3,2 E : .

Corelaia dintre viscozitatea cinematic i cea convenional Saybolt se determin cu urmtoarele relaii: pn la 100 sus: , mai mare de 100 sus: .

Valoarea viscozitii uleiului este neunivoc pentru ndeplinirea funciilor respective. Creterea viscozitii amelioreaz condiiile de frecare fluid la temperaturi de lucru, garanteaz etanarea mai bun a cuplelor, ns cresc pierderile mecanice, agraveaz circulaia uleiului n sistemul de ungere (motor), nrutete transferul de cldur i evacuarea produselor de uzur.

Tabelul 6.1. Clasificarea uleiurilor pentru motoare conform viscozitii

Clasa de viscozitate n conformitate cu SAE J 300Clasa de viscozitate n conformitate cu GOSTul 17479.1-85Viscozitatea cinematic la minus 17,8oC (0oF), mm2/s, max.Viscozitatea cinematic la 100oC, mm2/sViscozitatea convenional Saybolt la 210 oF (98,9oC), SUS

minmax.minmax.

SAE 0W-3,8-38,8-

SAE 5W3z12503,8-38,8-

SAE 10W4z26004,1-39,7-

SAE 15W5z60005,6-44,6-

SAE 20W6z104005,6-44,6-

SAE 25W-9,3-56,9-

SAE 2065,67,044,649,1

87,09,349,156,9

SAE 30109,311,556,964,7

1211,512,564,768,4

SAE 401412,515,068,477,9

1615,016,377,983,1

SAE 502016,321,983,1106,7

SAE 602421,926,1106,7124,4

Tabelul 6.2. Clasificarea uleiurilor pentru transmisii conform viscozitiiClasa de viscozitate n conformitate cu SAE J 306Clasa de viscozitate n conformitate cu GOSTul 17479.2-85Viscozitatea cinematic la 100oC, mm2/sViscozitatea convenional Saybolt la 210oF (98,9oC), SUS

minmaxminmax

SAE 70W4,1-39,7-

SAE 75W94,1-39,7-

SAE 80W127,0-49,1-

SAE 85W1211,0-62,9-

SAE 80W7,011,049,162,9

SAE 85W11,013,562,972,2

SAE 901813,52472,2118

SAE 1403424,041118192

SAE 25041,0192

Tabelul 6.3. Clasificarea uleiurilor hidraulice conform viscozitii

Clasa de viscozitate n conformitate cu ISO VGClasa de viscozitate n conformitate cu GOSTul 17479.3-85Viscozitatea cinematic la 40oC, mm2/s

min.max.

ISO VG 2-1,982,42

ISO VG 3-2,883,52

ISO VG 554,145,06

ISO VG 776,127,48

ISO VG 10109,0011,00

ISO VG 151513,516,5

ISO VG 222219,824,2

ISO VG 323228,835,2

ISO VG 464641,450,6

ISO VG 686861,274,8

ISO VG 10010090,0110

ISO VG150150135165

ISO VG 220-198242

ISO VG 320-288352

ISO VG 460-414506

ISO VG 680-612748

n dependen de construcia mecanismului, condiiile de lucru, gradul de uzur a pieselor este selectat pentru utilizarea uleiurile cu viscozitate mic, garantnd condiiile de frecare fluid pentru orice regim de funcionare.

Cu ct mai nalt este clasa de prelucrare a suprafeei piesei, cu att mai mic este nlimea proeminenelor i, respectiv, mai joas viscozitatea necesar a uleiului. Cu ct mai mare este viteza de alunecare a pieselor n cuplul de frecare, cu att mai joas trebuie selectat viscozitatea uleiului. Cu sporirea sarcinii specifice n cuplu de frecare, se micoreaz grosimea stratului de ulei, pentru ungere sunt necesare uleiuri cu viscozitate mai mare (uleiuri pentru transmisii cu angrenaje). La temperaturi mai joase ale aerului ambiant sunt utilizate uleiuri cu viscozitate mai joas. Regimul de funcionare al mecanismului (pornirea la temperaturi reci, supranclzirea etc.) ndatoreaz de a cunoate nu numai valoarea viscozitii la regimul de lucru (100 oC, 40 oC), dar i dependena viscozitii de temperatura uleiului (fig. 6.1 i 6.2)

Fig. 6.1. Caracteristica temperatur-viscozitate a uleiului

Fig. 6.2. Cerine fa de proprietile viscozitate-temperaturPentru caracterizarea uleiurilor, din punct de vedere al variaiei viscozitii