ing. FLORIAN DAN            ing. CARMEN-EVA DAN

    

  

COMBUSTIBILI,POLUARE, MEDIU

     

EDITURA DACIACluj-Napoca

    

 

CUPRINS

Cap. 1. INTRODUCERE.............................................................................. 17 Cap. 2. COMBUSTIBILI............................................................................. 27       2.1. Combustibili conventionali. Hidrocarburi........................................ 27       2.2. Proprietati fizice si chimice ale hidrocarburilor............................... 29            2.2.1. Compozitia fractionata.......................................................... 30            2.2.2. Densitatea............................................................................ 33            2.2.3. Viscozitatea........................................................................... 34            2.2.4. Tensiunea superficiala........................................................... 35

2.2.5. Caldura specifica si conductivitatea termica.......................... 362.2.6. Temperatura de aprindere si autoaprinderea....................... 372.2.7. Cifra cetanica si indicele diesel.............................................. 382.2.8. Cifra octanica........................................................................ 402.2.9. Continutul (cifra) de cocs....................................................... 432.2.10. Puterea calorica.................................................................. 432.2.11. Aditivi pentru combustibili.................................................... 442.2.12. Poluarea datorata combustibililor conventionali.................. 46

       2.3. Combustibili neconventionali. Generalitati..................................... 492.3.1. Gazul petrol lichefiat.............................................................. 502.3.2. Pila de combustie.................................................................. 542.3.3. Propulsia hibrida................................................................... 572.3.4. Energia solara....................................................................... 58

 Cap. 3. ARDEREA. GENEZA POLUANTILOR.............................................. 60

3.1. Aprinderea amestecului de combustibil si aer............................... 603.2. Arderea......................................................................................... 61

3.2.1. Viteza de ardere a amestecului carburant............................ 613.2.2. Procesul arderii in m.a.s........................................................ 663.2.3. Procesul arderii in m.a.c........................................................ 70

       3.3. Poluarea chimica. Generalitati....................................................... 743.3.1. Geneza si efectele CO........................................................... 773.3.2. Geneza si efectele NOx.......................................................... 813.3.3. Geneza si efectele HC........................................................... 833.3.4. Geneza si efectele aldehidelor.............................................. 853.3.5. Geneza si efectele produsilor cu sulf..................................... 863.3.6. Geneza particulelor. Plumbul si efectele acestuia.................. 873.3.7. Geneza si efectele fumului.................................................... 883.3.8. Geneza si efectele ozonului.................................................. 90

3.4. Poluarea sonora............................................................................ 943.5. Poluarea electromagnetica............................................................ 973.6. Poluarea prin deseuri.................................................................... 97

 Cap. 4. CONVERTORUL CATALITIC.......................................................... 98

4.1. Generalitati................................................................................... 984.2. Unitatea catalitica. Reactii chimice............................................... 1004.3. Invelisul activat........................................................................... 1024.4. Catalizatori din metal pretios...................................................... 1034.5. Suportul catalitic.......................................................................... 104

4.5.1. Suportul ceramic.................................................................. 1044.5.2. Suportul metalic.................................................................. 105

4.6. Transferul de masa..................................................................... 1074.7. Functia catalizatoare................................................................... 1084.8. Gradul de conversie.................................................................... 1124.9. Durabilitatea catalizatorului........................................................ 113

4.9.1. Temperaturi inalte............................................................... 1134.9.2. Calitatea combustibililor. Otravuri si inhibitori..................... 1144.9.3. Pierderi de strat catalitic..................................................... 1174.9.4. Incercarea catalizatorilor..................................................... 117

4.10. Sonda lambda........................................................................... 1174.11. Tipuri de catalizatori.................................................................. 1224.12. Catalizatori zeolitici................................................................... 1244.13. Metode de reducere catalitica a NOx......................................... 1254.14. Noi proiecte de catalizatori........................................................ 1284.15. Noi aditivi catalitici..................................................................... 1304.16. Controlul functionarii catalizatorului.......................................... 132

 Cap. 5. NIVELUL POLUARII ADMIS DE LEGISLATIA ACTUALA............ 135

5.1. Nivelul poluarii chimice................................................................. 1355.2. Nivelul poluarii sonore................................................................. 143

 Cap. 6. TENDINTE IN DEZVOLTAREA MOTOARELORCU ARDERE INTERNA............................................................................... 146

6.1. Consumul si rezervele energetice mondiale................................ 1466.2. Tendinte legislative in domeniul auto.......................................... 1476.3. Tendinte constructive in domeniul auto....................................... 151

 Cap. 7. DIMENSIUNI ECONOMICE ALE POLUARII.POLITICI DE MEDIU............................................................................... 159 

7.1. Impactul activitatilor de transport asupra mediului..................... 1597.2. Metode economice de evaluare a poluarii mediului..................... 1647.3. Costurile datorate poluarii autovehiculelor................................. 165

7.3.1. Costurile datorate poluarii chimice...................................... 1707.3.2. Costurile datorate poluarii sonore...................................... 1737.3.3. Alte costuri.......................................................................... 174

       7.4. Politici de mediu.......................................................................... 175 Bibliografie.............................................................................................. 185

 

 

 

 

Lista de abrevieri

CDI – Common Rail Direct Injection;CO – monoxid de carbon;CO2 – dioxid de carbon;COV – compusi organici volatili;dB(A) – decibel pe curba audio de tip A (u.m.); – raportul de compresie;EGR – sistem de recirculare a gazelor arse;EMS – sistem electronic de gestionare a motorului;GPL – gaz petrol lichefiat;HC – hidrocarburi;HDI – High Direct Injection;LEV – Low Emission Vehicle;MAC – motor cu aprindere prin comprimare;MAS – motor cu aprindere prin scanteie;NOx – oxizi de azot (noxe);NMHC – hidrocarburi fara metan;NSCR – metoda de reducere catalitica neselectiva;O3 – ozon;OBD – On Board Diagnostics;p – presiunea;Pa – pascal (u.m.);pmi – punct mort inferior;pms – punct mort superior;Pb – plumb;PIB – produs intern brut;ppm – particule pe milion (u.m.);PVR – presiunea de vapori reid;RCC – raport critic de comprimare;s – secunde (u.m.);SCR – metoda de reducere catalitica selectiva;SO2 – dioxid de sulf;TLEV – Transitional Low Emission Vehicle;TEP – tetraetil de plumb;u – viteza de propagare a flacarii in m/s;ULEV – Ultra Low Emission Vehicle;W – viteza masica de ardere in kg/s;W – watt (u.m.);WHO – World Health Organisation;Z.E.V. – Zero Emission Vehicle; – coeficientul de exces de aer.

Motto

Pazea!Pazea ca trece-n goana,

Alearga,Vajaie ca vantul,

Si daca n-ai urechi normale te face una cu pamantul!El vine drept din arsenalul Progresului uman

Modern,Si te trimite-n bezna rece a Absolutului etern.

Pazea!Ca trece-n zbor copilul civilizatiei eterne

(…)Pazea, ca e iresponsabil

El are flacari in artereSi te paleste fara veste cu patruzeci de cai putere!

 G. Toparceanu

 

1. INTRODUCERE

Aparitia si dezvoltarea societatii omenesti a impus fara indoiala si nevoia de transport. Omul primitiv trebuia sa se deplaseze in cautarea hranei, mergand pe jos, iar mai tarziu folosindu-se de animale de povara (primele mijloace de transport).

In antichitate, transporturile au jucat un rol determinant in dezvoltarea societatii si formarea statelor. Primele orase luau nastere la intretaierea cailor de comunicatie naturale (confluente ale raurilor, porturi, intersectii de drumuri comerciale etc.). In aceasta perioada si ulterior in evul mediu, transporturile au cunoscut o sensibila dezvoltare dar, datorita caracterului limitat al productiei si circulatiei marfurilor, ele se limitau cu preponderenta in sfera comerciala, proprietarul mijloacelor de transport avand posibilitatea de a efectua atat activitatea de transport cat si pe cea de comercializare a marfurilor respective [53]. Transporturile se rezumau, indeosebi, la cele bazate pe tractiunea animala, pentru zona continentala si la mici ambarcatiuni ce traversau marile, fluviile si raurile navigabile.

O data cu aparitia si dezvoltarea societatii industrializate, importanta atribuita procesului de transport s-a accentuat, ajungand sa exercite o influenta deosebita pe orizontala asupra intregului sistem productiv. Astfel, transporturile structureaza spatiul marilor orase moderne, influentand implan-tarea intreprinderilor si stimuland dezvoltarea schimburilor internationale.

Epoca moderna, caracterizata prin dezvoltarea fortelor de productie si adancirea diviziunii sociale a muncii, a productiei, consumului si circulatiei marfurilor, a determinat si modernizarea si perfectionarea mijloacelor si cailor de transport, astfel incat s-a ajuns la delimitarea transporturilor fata de alte activitati economice, acestea devenind o ramura de sine statatoare. Evident ca aceasta veriga are o importanta covarsitoare in buna desfasurare a activitatilor umane, orice dereglare sau defectiune a acesteia producand perturbatii majore in celelalte compartimente ale productiei si consumului, ale economiei, in ansamblu. Mai mult, tendintele epocii moderne, de globalizare a activitatilor economice, au sporit rolul transporturilor fata de celelalte sectoare. Asigurarea aprovizio-narii fiecarei „celule” economice, a fiecarei localitati, desfacerea produselor pe piata interna si pe pietele externe, mobilitatea populatiei depind de modul in care transporturile raspund exigentelor impuse. Un transport eficient reprezinta, in mod cert, un aspect al calitatii vietii, maximizarea rezultatelor activitatii acestuia conducand la numeroase si permanente tendinte si evolutii.

Transportul nu reprezinta un scop in sine, ci un mijloc de realizare a unei multitudini de scopuri practice. Omul primitiv nu se deplasa si nu ducea cu sine cele necesare fara un tel anume, iar dupa o evolutie majora in timp, spatiu si concepte, societatea moderna de azi ofera nenumarate motivatii pentru deplasarea oamenilor si marfurilor. De aceea, se poate afirma ca transportul influenteaza toate laturile vietii economico-sociale, iar dezvoltarea echilibrata, armonioasa a acestora, in pas cu cerintele reproductiei largite, constituie un obiectiv important al politicii oricarui stat.

Transporturile, in evolutia lor, au devenit plurimodale, internationale, mondiale. Dupa productia agricola, in stadiul atins de dezvoltarea sociala, ele constituie o necesitate vitala. De altfel, acest sector de activitate reprezinta un mediu viu, in permanenta evolutie, in care se confrunta, uneori prea accentuat, interese opuse [90].

Evolutia in timp a sistemelor de transport s-a realizat cu certitudine ca raspuns la cerintele societatii. Nevoilor tot mai accentuate privind mobilitatea bunurilor si persoanelor le-au fost oferite mijloace, modalitati de transport din ce in ce mai sofisticate atat din punct de vedere tehnic, logistic cat si infrastructural. La proiectarea acestora au prevalat intotdeauna ratiuni de natura economica, pe un plan ceva mai indepartat fiind luate in calcul si cele de ordin social. Validarea oricarei miscari in spatiu a bunurilor si persoanelor depindea exclusiv de scopul urmarit, de efectele economico-sociale ce urmau a fi obtinute. Cu toate acestea, evolutia de ansamblu a societatii omenesti a demonstrat, mai ales in ultimii ani, ca scoaterea din contextul natural a tuturor activitatilor umane, deci si cea

specifica transporturilor, nu numai ca nu este benefica societatii, analizate in ansamblul ei, dar poate deveni periculoasa, atat pentru calitatea vietii umane cat si pentru factorii de mediu.

Aceste aspecte se pot demonstra stiintific apeland la cea de a doua lege a termodinamicii conform careia entropia totala dintr-un sistem inchis trebuie intotdeauna sa creasca in timp [4], [6]. Deoarece entropia poate fi asimilata haosului sau dezordinii unui sistem prin ecuatia Boltzmann [4], aceasta este echivalentul afirmatiei ca dezordinea trebuie sa creasca in sistemele inchise. Legea a doua a termodinamicii poate fi folosita pentru a arata de ce multe activitati umane genereaza consecinte negative ambientale ce nu pot fi evitate. Motivul principal pentru care dezordinea (entropia) se creeaza in mediu este nevoia de energie pentru a produce ordine in interiorul subsistemului. Conform principiilor stabilite ale termodinamicii, producerea de energie este posibila doar prin transformarea materialelor cu entropie scazuta (carbune, titei, gaz natural, uraniu) in reziduuri cu entropie mare (dioxid de carbon, dioxid de sulf, protoxid de azot, materiale radioactive, caldura reziduala etc.). Fiindca producerea de energie are loc in afara subsistemului, cresterea de entropie neta apare in restul mediului inconjurator unde cauzeaza diferite efecte nedorite.

De vreme ce entropia este o masura a haosului sau a dezordinii, nu este surprinzator ca unii cercetatori au propus cresterea entropiei in mediul inconjurator, ca o masura alternativa pentru poluare. De pilda, Kümmel [75] a folosit entropia ca indicator al poluarii in modelele macroeconomice, iar Faber [50] a sugerat formularea unei functii a poluarii in care cresterea entropiei, datorita dispersiei si reactiei unor impuritati specifice, este folosita ca o masura a poluarii. Analiza rationala pentru utilizarea entropiei ca indicator inlocuitor pentru perturbarile de mediu a fost recomandata si de Ayres care mentioneaza: „Pe masura ce materialele reziduale ating un echilibru local cu mediu, potentialul pentru o producere viitoare de entropie este o masura a potentialului lor de a antrena procese chimice si fizice necontrolabile, in sistemele ambientale. Ecotoxicitatea este, nici mai mult, nici mai putin decat perturbare ambientala. Deci, entropia potentiala poate fi privita ca o masura a probabilitatii a priori a ecotoxicitatii [5].”

Un produs chimic este eliminat accidental in mediul inconjurator prin doua mecanisme primare, si anume, dispersia fizica si reactia chimica nedorita. Este interesant de notat cum aceste doua mecanisme de crestere a entropiei au o paralela cu paradigma de risc comun, care spune ca produsele chimice comporta un risc relativ la mediu sau la sanatate, doar daca exista o cale de expunere (adica produsele chimice trebuie sa se raspandeasca pentru a ajunge la un receptor sensibil) si daca produsul chimic este daunator receptorului (adica declanseaza reactii chimice nedorite, care sunt vatamatoare organismului) [70]. Pe baza acestei aprecieri, pare potrivit sa se utilizeze potentialul pentru cresterea entropiei, ca masura de inlocuire a poluarii mediului inconjurator. De fapt, paradigma entropie-poluare poate fi folosita pentru a intelege eforturile de remediere dintr-o noua perspectiva. In general, tehno-logiile de remediere incearca sa inverseze sau sa limiteze cresterea entropiei in mediul afectat, fie prin controlul sau inversarea dispersiei de agenti poluanti, fie prin punerea impuritatilor sa reactioneze pentru a ajunge la echilibrul chimic, (starea in care entropia este maximizata) inainte ca acestea sa aiba sansa de a se dispersa in mediu si de a ajunge la receptorii sensibili. Trebuie notat faptul ca, dintr-o perspectiva practica pentru impuritatile cele mai dispersate si persistente, este putin probabil sa fie vreodata inlaturate din mediul inconjurator. Din nou, conform legii a doua a termodinamicii, este nevoie de o cantitate imensa de energie pentru a concentra materialele extrem de dispersate [50]. O data ce impuritatile s-au dispersat in mediul inconjurator, tehnologiile de remediere sunt extrem de ineficiente in solutionarea problemei – de fapt, incercarile prea zeloase pot fi contraproductive.

Aceasta conduce la al doilea tip de tehnologii, de remediere, care sunt concepute sa limiteze cresterea entropiei in mediul inconjurator, prin „neutralizarea”  compusilor vatamatori inainte ca ei sa se disperseze in mediul inconjurator unde ar putea antrena reactii chimice nocive. Un exemplu simplu este neutralizarea reziduurilor acide cu baze, pentru a crea un amestec cu pH neutru, care este mult mai putin nociv decat deseurile originale. Exista multe tehnologii de remediere care utilizeaza reactii chimice sau biologice pentru a face reziduurile mult mai putin reactive, inainte ca acestea sa fie eliberate in atmosfera. Din perspectiva entropiei, reziduurile ating echilibrul chimic (adica entropia maxima) in camera de reactie, nu in mediul inconjurator. Exemple de tehnologii de tratament chimic si biologic sunt incinerarea, neutralizarea si bioremedierea.

Desi tehnologiile de tratament chimic si biologic sunt cu siguranta mult mai eficiente decat acele eforturi de remediere care incearca doar sa limiteze, sau sa inverseze dispersia impuritatilor, este important de stiut ca multe din aceste tehnologii au si efecte secundare nedorite. De exemplu,

incinerarea poate genera gaze de ardere care contin cantitati minuscule de dioxina, ce sunt extrem de toxice. In plus, se produce cenusa, care contine metale toxice si care trebuie de asemenea tratata.

Pana si bioremedierea, o tehnologie cu impact scazut, ce se bazeaza pe bacterii native care metabolizeaza agentii poluanti, poate cauza formarea de intermediari, care sunt mult mai toxici decat substanta initiala (de exemplu clorura de vinil, care este cancerigena in timpul bioremedierii solventilor clorurati. De asemenea, adaugarea de anumite substante chimice, care sunt folosite pentru stimularea bioremedierii, poate avea un impact negativ asupra ecologiei solului, sau depunerilor locale.

Trebuie avute in vedere necesitatea de energie si de caldura reziduala care este emisa in mediul inconjurator ca rezultat al proceselor de control a poluarii. Este posibila calcularea „echivalentului termic al substantelor nocive”  care este definit ca fiind caldura reziduala produsa prin tehnologiile de control a poluarii si care poate fi folosit ca indice de poluare totala in modelele economice [74].

Privite astfel, emisiile de substante pot fi, in principiu, convertite prin procesele de control al poluarii in emisii de caldura, care sunt considerate in general o forma mai benigna de poluare a mediului. Totusi, emisiile de caldura reziduala cu export de entropie pot deveni critice (periculoase) cand aportul de caldura antropogena in biosfera, care este de obicei 1013 W, atinge «bariera de incalzire» maxima permisa, de aproximativ 3 x 1014 W. De pilda, instalatia de tratare a apelor reziduale de la complexul chimic uzinal BASF din Germania foloseste tot atata energie cat un oras de 50 000 de locuitori [50]. Nu numai ca sunt emise in mediu cantitati imense de caldura reziduala, ca rezultat al acestui tratament, dar deteriorarea mediului este asociata intotdeauna cu orice forma de producere de energie. Asadar chiar si tehnologiile eficiente, de remediere chimica si biologica, pot avea efecte negative asupra mediului, multe dintre ele nefiind abordate datorita focalizarii limitate a stiintei si tehnologiei curente de mediu.

Pentru ca majoritatea tehnologiilor de remediere nu sunt foarte eficiente in tratarea impuritatilor dispersate si de aici – pe baza legii a doua a termodinamicii – consecintele negative secundare ale operatilor de curatare, sunt in mod inerent inevitabile, s-a propus ca procesele industriale sa fie reconcepute in asa fel, incat sa fie realmente fara emisii, astfel ca poluarea ambientala sa fie prevenita in primul rand. In ultimul deceniu al secolului trecut, cercetarea de mediu a inceput astfel sa se concentreze asupra prevenirii poluarii, s-a nascut chiar si o noua disciplina academica: ecologia indus-triala, cu misiunea de a concepe procese industriale cu emisii zero [46],[2].

Activitatile economice curente produc o poluare grava in mediul inconjurator din cel putin doua motive; primul: peste 90% din energia care pune in miscare economia mondiala provine din combustibili minerali neregenerabili, ai caror produsi secundari de combustie, printre care CO2, SO2, NOx, HC etc. si particule, produc poluarea masiva a aerului si incalzirea globala; al doilea motiv: ca naturii deosebit de poluante a sistemului industrial actual tine de faptul ca materialele trec in mod linear prin economie (fig.1.1), resursele naturale sunt extrase din mediu si transformate in materii prime care sunt ulterior prelucrate in produse de consum. Dupa consum, reziduurile se reintorc in mediu, unde adeseori provoaca reactii negative asupra ecosistemelor.

 

Figura 1.1.

Dupa cum s-a subliniat mai sus, misiunea ecologiei industriale este de a reconcepe procesele industriale curente astfel incat sa le faca mult mai compatibile cu mediul [46], [2].

Pentru a evita numeroasele efecte negative, asociate cu dispersia reziduurilor in mediu, ecologistii industriali si-au concentrat cel mai mult atentia asupra „inchiderii ciclului materialelor” [2].

Figura 1.2.

Dupa cum este aratat in fig. 1.2, teoretic, este posibil sa se izoleze aproape complet economia de mediul inconjurator, recicland toate reziduurile in materiale ce pot fi prelucrate pentru obtinerea de bunuri de consum. De vreme ce reciclarea in procent de 100% nu este realizabila termodinamic [19], ar putea totusi sa fie posibil reducerea masiva a pierderii de reziduuri si a efectelor poluante ce tin de aceasta. In plus multe procese industriale ar putea fi de asemenea reconcepute, pentru eliminarea produsilor secundari toxici, sau a reziduurilor, astfel ca eliberarea de materii in mediul inconjurator, daca ar aparea, accidental, sa fie relativ nevatamatoare. Astfel, inchizand ciclul materialelor si eliminand scurgerea de substante toxice, ar putea fi posibila conceperea de procese industriale viitoare care sa fie virtual fara emisii poluante si sa aiba un impact neglijabil asupra mediului.

Totusi, unul din cele mai importante aspecte este faptul, trecut cu vederea frecvent de catre majoritatea ecologistilor industriali si a specialistilor in prevenirea poluarii, ca este nevoie de o cantitate semnificativa de energie, pentru a conduce procesele industriale cu emisie zero in cadrul fluxului economic si ca producerea oricarei energii este asociata cu efecte negative asupra mediului. Considerand cantitatea limitata de combustibili minerali ramasi [25] si riscurile extreme pe termen lung, legate de producerea de energie nucleara, este clar ca in viitor intreaga energie trebuie sa provina din resurse regenerabile, adica trebuie sa fie direct sau indirect derivata din energia solara. In consecinta, intr-o economie constand din procese industriale cu emisii zero, alimentata cu energie regenerabila, singurele influente asupra mediului care mai raman sunt cele legate de conversia energiei solare.

Transporturile influenteaza si, la randul lor, sunt influentate de caracteristicile dezvoltarii economico-sociale. Este bine stiut, de altfel, ca ele contribuie substantial la formarea PIB, la crearea de oportunitati privind angajarea fortei de munca si a beneficiilor indirecte orientate catre dezvoltarea regionala si globalizare. Din aceste considerente, se poate spune ca transporturile reprezinta o putere economica, un liant si un factor de influenta al celorlalte sectoare de activitate. Totodata, este din ce in ce mai evident ca politica din domeniul transporturilor se afla la un moment de rascruce. In timp ce este unanim recunoscuta importanta deosebita a existentei unor sisteme de transport moderne si eficiente, in cadrul noilor tipuri de structuri economice trebuie avute in vedere si alte aspecte, mai putin comensurabile si luate in calcul, precum deteriorarea mediului, a starii de sanatate, daca judecam activitatea la nivel local, sau accentuarea fenomenelor de incalzire a planetei si ploile acide sau diminuarea rapida a unor resurse energetice, in speta a petrolului, largind contextul la nivel planetar.

In ultimul deceniu al secolului trecut, agenda poluarii europene si nord-americane a parcurs intregul ciclu, revenind astfel, in atentia forului mondial problema calitatii aerului urban, ce fusese la ordinea de zi pe agenda europeana, spre sfarsitul anului 1950. Motoarele cu aprindere prin comprimare, spre exemplu, nu au mai fost considerate ca fiind nepoluante pentru mediu, in momentul in care epidemiologi, oameni de stiinta cu experienta laboratorului si grupuri de experti [140] au descoperit ca particulele emise ar putea fi raspunzatoare de cresterea vizibila a manifestarii bolilor cardiovasculare si respiratorii chiar si fata de nivelurile comparativ scazute de poluare a aerului din orasele occidentale.

Aceste aspecte nu au fost sesizate pana acum, deoarece metodele statistice mai vechi nu erau suficient de puternice sa detecteze rata foarte scazuta a efectului poluarii aerului, raportat la alte cauze ale instabilitatii sanatatii si datorita faptului ca nu erau larg raspandite calculatoarele, care sa poata stoca mari cantitati de date. Un mare numar de studii epidemiologice au urmarit efectul diferitelor emisii din traficul rutier asupra sanatatii. Ingrijorarea populatiei pentru calitatea aerului este accentuata de efectele acesteia asupra copiilor si a condus la asocierea cu astmul, ale carui incidenta si raspandire au crescut dramatic in perioada celei de a doua jumatati a secolului. Dovezi curente sugereaza faptul ca poluarea aerului provoaca simptome la cei cu astm preexistent, dar nu exista dovada concreta ca astmul este cauzat de poluarea aerului. Sunt de asemenea temeri in ce priveste cancerul, deoarece anumite componente ale hidrocarburilor din gazele de esapament ale autovehiculelor, mai ales hidrocarburile aromate policiclice care provin de la motoarele cu ardere prin compresie, plus benzenul si 1,3-butadiena sunt cancerigene cunoscute [153].

Monoxidul de carbon (CO) este prezent in orasele tarilor in curs de dezvoltare, la niveluri suficient de mari pentru a genera boli cardiovasculare, prin deteriorarea capacitatii de transport de oxigen a sangelui. Introducerea de convertoare catalitice a facut ca astfel de niveluri sa tina de domeniul trecutului, daca, asa cum a fost cazul particulelor fine, tehnici imbunatatite nu permit detectarea efectelor, la niveluri mult mai scazute decat se proceda anterior. Acelasi lucru este adevarat si pentru plumb, despre care se cunoaste ca, la nivelul concentratiilor din anii anteriori provoaca afectiuni neurotoxice si coeficient de inteligenta scazut la copii [156]. Din studii de laborator se stie de mult ca bioxidul de sulf (SO2) produce tuse, la expunerea pe scurta durata, la concentratii mari, indeosebi la astmatici. Oxidul de azot (NO), alaturi de compusii organici volatili, este si el un precursor al ozonului de la nivelul solului (O3) si al altor poluanti fotochimici. Se cunoaste ca O3 inrautateste simptomele astmului si ca este asociat cu o crestere a numarului de internari de urgenta respiratorie, daunand si culturilor agricole. O diferenta majora dintre O3 si emisiile primare de la sursele de transport este aceea ca timpul necesar formarii O3 este suficient de mare incat cele mai mari concentratii sa fie gasite, chiar si la 100 km de sursa, fiind astfel un poluant regional.

Exceptand conditiile cele mai grave de smog fotochimic, valorile masurate de O3 la nivelul strazii, din diferite centre urbane, tind sa fie mai scazute decat in alta parte, sau chiar zero, din cauza apropierii surselor de oxid de azot (NO) din traficul rutier, care elimina O3 pentru a forma bioxidul de azot (NO2). Unii cercetatori au inceput sa descrie O3 ca fiind un poluant global, deoarece valorile de fond cresc de-a lungul intregii zone nord-atlantice, datorita emisiilor combinate din traficul rutier nord-american si vest-european. Ceea ce ramane de vazut este gradul in care poluarea aerului prin emisiile din transport este responsabila pentru aceasta si ce modalitate de transport cauzeaza cea mai mare, sau cea mai mica producere de O3 la nivelul solului.

Organizatia Mondiala a Sanatatii (World Health Organisation) a realizat studii ample, cu privire la efectele unui anumit numar de poluanti asupra mortalitatii si morbiditatii [156]. Estimarile efectelor lor au fost folosite de altii, pentru a calcula aspectele evenimentelor negative din sanatate, care se pot atribui poluarii. De exemplu, in Marea Britanie, COMEAP (Departamentul din Regatul Unit al Comitetului de Sanatate al Efectelor Medicale ale Poluarii Aerului) a calculat ca poluarea cu particule avand diametrul de 10 µm, simbolizate cu prescurtarea PM10, a fost asociata cu 8100 de decese si cu 10.500 de internari in spital pe probleme respiratorii (cauzate si aditionale) din zonele urbane din Marea Britanie. Pentru SO2 cifrele respective au fost de 3500 de decese si 3500 de internari de urgenta in spital. Efectele ozonului au fost: 700 de decese si 500 de internari, daca se considera ca nu exista efecte asupra sanatatii la o concentratie mai mica de 50 ppm, si 12.500 decese si 9900 internari, daca nu exista nici un prag [124]. Riscul datorat ozonului este mai crescut pentru locuitorii din zonele rurale, deoarece emisiile de NOx din traficul rutier urban au efect de descompunere a ozonului in orase [32], [41].

Rapoartele pregatite pentru conferinta ministeriala a OMS, asupra Mediului si Sanatatii, de la Londra din iunie 1999, [137], [144], au luat in considerare efectele cronice ale poluarii aerului, expunerea populatiei la PM10 si o evaluare economica a efectelor asupra sanatatii. Acestea au relevat faptul ca Austria, Franta si Elvetia suporta circa 50 milioane de euro, cheltuieli in domeniul sanatatii, legate de poluarea aerului, din care putin sub 30 milioane de euro, tin de traficul rutier. In SUA, au fost calculate beneficiile anuale de sanatate, cu privire la preparativele de atingere a noilor standarde PM2.5, relative la concentratiile ambientale din 1994-1996. Acestea par a se situa la o medie de 32 de milioane dolari anual. O dificultate majora, in cuantificarea impactului poluarii aerului asupra sanatatii este aceea ca un mare numar de oameni sunt expusi unor nivele relativ scazute, pe perioade lungi de

timp, avand ca rezultat probleme de sanatate usoare si rare, ce sunt dificil de evaluat sau dificil de atribuit unei surse date de poluare.

Iata ca, impresia larg raspandita ca aerul curat, aparent, este cu adevarat curat pare deci sa fi disparut, in ultimele doua decenii ale secolului trecut si spre deosebire de jumatatea aceluiasi secol, transportului i se acorda cea mai mare atentie ca sursa de poluare a aerului. Faptul ca poluarea aerului generata de transportul modern este in mare masura invizibila pare a avea ca rezultat nu ignorarea acesteia, ci perceptia ei tot mai infricosatoare, iar radiatia ionizanta invizibila a devenit un subiect cauzator de multa teama si suspiciune, in majoritatea societatilor.

Astfel, in deceniul sapte al secolului trecut, s-a observat brusc faptul ca, in zonele foarte poluate din „Black Triangle” (Triunghiul Negru) din Germania de Est, Cehoslovacia si Polonia, copacii pareau sa moara in masa [68] si o multime de pesti morti apareau la suprafata raurilor si lacurilor suedeze, precum si in medii similare din America de Nord. Initial, s-a dat vina, in mare masura, pe folosirea carbunelui in marile arderi ale fabricilor, cu emisii constante de bioxid de sulf transformat in acid sulfuric prin oxidarea atmosferica.

Conform conventiilor internationale (Geneva in 1979 si Helsinki in 1985) referitoare la reducerea emisiilor, urmatorul pas pentru reducerea emisiilor poluante putea fi inlocuirea carburantului mineral cu energia nucleara. Orientarea politica ecologica (a verzilor) din Germania, mai ales de pe linia frontului razboiului rece nuclear, s-a opus totusi acestei tendinte, iar atentia s-a indreptat catre automobilele particulare, ca surse de precursori ai oxidului de azot la concentratia atmosferica tot mai crescuta de acid azotic.

Convertorii catalitici tridirectionali pentru controlul emisiilor de oxizi de azot, hidrocarburi si monoxid de carbon au fost folositi in Germania din 1984, cu noua ani inainte ca legislatia europeana sa faca obligatoriu controlul acestor emisii [125]. Suedia si Elvetia au introdus si ele standarde ale emisiilor vehiculelor inaintea celorlalte tari ale Europei, in 1976 si, respectiv, in 1982. Astfel, Europa a inceput sa ajunga din urma Statele Unite, in ceea ce priveste controlul emisiilor provenite din transport, dar impactul asupra mediului, care a dus la schimbare, a fost diferit de cele doua parti ale Atlanticului.

Transportul rutier se deosebeste de alte surse de poluare a aerului prin aceea ca emisiile au loc in imediata vecinatate a receptorilor umani. Aceasta reduce posibilitatea ca atmosfera sa dilueze emisiile, lucru care le-ar face mai putin daunatoare sanatatii omului. In plus, in majoritatea centrelor urbane, in atmosfera concentratiile de gaze de evacuare provenite de la autovehicule sunt accentuate de faptul ca multe strazi au de-a lungul lor cladiri. Efectul acestor cladiri este de a proteja strada, reducand viteza vantului la sursa emisiilor, comparativ cu viteza vantului pe un drum deschis. Contributia emisiilor din traficul de pe acel drum la concentratiile de poluanti de pe trotuar este intensificata de acelasi factor. O astfel de marire are adesea un impact mic la expunerea totala zilnica a populatiei, la un poluant dat, in mare parte pentru ca oamenii petrec o mai mare parte din timp inauntru [66].

Totusi, mare parte din munca legata de poluarea aerului s-a focalizat asupra mediului exterior constatandu-se ca multi indivizi au un mai slab control asupra aerului pe care-l respira in afara locuintei decat in propriile lor case, iar nivelurile ridicate de poluare a aerului de pe strazile oraselor coincid cu zgomotul, mirosul, praful si congestionarea traficului, percepute in mod neplacut si conducand la sporirea si mai accentuata a preocuparii relative la posibilele efecte asupra sanatatii. Mai mult, impactul major al emisiilor din traficul rutier asupra sanatatii omului poate surveni in interiorul cladirilor aflate de-a lungul strazilor, unde concentratiile de poluanti din traficul rutier sunt determinate in mare masura de concentratiile exterioare, adiacente ferestrelor si usilor [73].

Epoca in care problematica specifica transporturilor era tratata, pana de curand, doar din perspective de ordin economic precum, de exemplu, cazul proiectarii unui segment de drum care se facea conform prognozei privind cererea de transport dinspre sau catre centre de atractie aflate pe traseul acestuia, este pe cale de disparitie. In prezent, isi face loc, din ce in ce mai rapid, o analiza complexa care sa aiba in vedere, simultan, trei cerinte: economice, ecologice, sociale.

Un motiv important, pentru care se accepta din ce in ce mai mult acest nou tip de abordare, este acela ca astfel se incearca o eficientizare a activitatii de transport, atat din perspective economice, cat si ecologico-sociale. Totodata, se creeaza premisele stimularii unei concurente reale intre diferitele modalitati de deplasare (rutiera, feroviara, navala sau aeriana).

 

 

2. COMBUSTIBILI

2.1. Combustibili conventionali. Hidrocarburi

Combustibilii conventionali utilizati la motoarele cu ardere interna sunt de natura petroliera, proveniti din combinatii chimice ale carbonului cu hidrogenul (hidrocarburi). Combustibilii neconventionali sunt de alta natura decat petroliera, si anume sintetici sau naturali, in stare lichida, gazoasa sau chiar solida.

Un atom de carbon poseda patru electroni pe orbita exterioara si se poate combina cu patru atomi de hidrogen, deoarece atomul de hidrogen are un singur electron pe orbita exterioara. Atomii de carbon se pot combina si intre ei, rezultand lanturi deschise de atomi de carbon (hidrocarburi aciclice), astfel:

 

Figura 2.1 In figura 2.1, in ordine, sunt metanul (CH4), etanul (C2H6) si propanul (C3H8).Hidrocarburile aciclice

se numesc normale, daca lantul atomilor de carbon este neramificat, si ramificate, daca lantul are ramificatii:

 

Figura 2.2.

 In figura 2.2, in ordine, sunt butanul normal (C4H10) si izobutanul (C4H10). Lantul atomilor de carbon

poate fi inchis si in acest caz (fig.2.3), hidrocarburile numindu-se ciclice (ex: ciclobutanul C4H8):

Figura 2.3.

 Intre atomii de carbon pot sa se realizeze si legaturi chimice mai complicate (duble sau triple), de

exemplu: 

Figura 2.4. In figura 2.4, sunt, in aceeasi ordine, etenul (C2H4), acetilena (C2H2) si benzenul (C6H6).Tipul legaturilor dintre atomii de carbon constituie un criteriu important de clasificare a

hidrocarburilor. Se deosebesc astfel hidrocarburi saturate (cu legaturi simple intre atomii de carbon) si nesaturate (cu legaturi duble sau triple intre atomii de carbon). Hidrocarburile saturate pot fi parafinice (alcani-aciclice) si naftenice (cicloalcani-ciclice). Hidrocarburile parafinice sunt cu catena (lantul atomilor de carbon deschis), iar cele naftenice sunt hidrocarburi ciclice saturate [86]. Datorita structurii lor ciclice, hidrocarburile naftenice sunt mai stabile decat cele parafinice, in ceea ce priveste descompunerea si oxidarea.

Hidrocarburile nesaturate se impart de asemenea in olefine (alchenele), acetilenice (alchinele) si aromatice.

O sistematizare a clasificarii hidrocarburilor saturate si nesaturate este prezentata in tabelul 2.1 [10]:

 Tabelul 2.1

Clasificarea hidrocarburilor 

HIDROCARBURI

NESATURATEcu legaturi duble sau triple intre atomii de

carbon

SATURATEcu legaturi simple intre atomii de carbon

Aromatice Acetilenice Olefinice Naftenice Parafinice

benzen 

C6H6

acetilena 

C2H2

etena 

C2H4

ciclopropan 

C3H6

metan 

CH4

 Daca in cursul reactiei chimice molecula unei hidrocarburi cedeaza un atom de hidrogen, se

obtine un radical R, cu o valenta libera, foarte activ in procesul chimic.Combinarea hidrocarburilor cu oxigenul conduce la numerosi compusi organici, care se clasifica

pe baza grupelor functionale de atomi. Alcoolii sunt substante organice a caror molecula este formata dintr-un radical de hidrocarbura legat la grupul hidroxil OH(R-OH).

Aldehidele (R-CHO), cetonele (R-CO-R), acizii organici (R-COOH) si eterii (R-O-R) sunt alte combinatii ale atomilor de carbon, oxigen si hidrogen, cu proprietati specifice, in functie de grupele functionale de atomi. Continutul petrolului brut (titeiului) in hidrocarburi si alte substante difera foarte mult de la un zacamant la altul.

  

2.2. Proprietati fizice si chimice ale hidrocarburilor

Combustibilii lichizi pentru motoare se pot obtine atat din petrolul brut cat si pe cale artificiala, din diferite gudroane si uleiuri prin hidrogenare sau sinteza. Schema 2.1 prezinta produsele care rezulta prin distilarea petrolului brut. Prin distilarea si rafinarea benzinei brute, care contine hidrocarburi din seria parafinelor (pentanul, hexanul, heptanul si octanul), se obtin: eterul de petrol (gazolina), care distila intre 50 si 60ºC; benzina de extractie, care distila intre 60 si 100ºC si benzina pentru MAS, cu limita de distilare intre 50 si 200ºC, avand o densitate relativa de 0.700-0.745 la 20ºC. Petrolul si motorina utilizate la MAC distila intre 170-300ºC si respectiv, 220-400ºC [10].

Pacura, desi reprezinta reziduul distilarii fractionate a petrolului brut, este utilizata ca materie prima pentru obtinerea, prin cracare, a benzinelor de cracare si ca materie prima pentru fabricarea motorinelor grele. Pacura amestecata cu motorina se utilizeaza pentru MAC lente. La unele motoare stationare si mai putin la cele mobile se utilizeaza si combustibili gazosi (gazul metan, gazul de sonda etc.). Utilizarea combustibililor solizi la motoarele cu ardere interna este in faza experimentala.

 

Schema 2.1

 O parte din proprietatile fizico-mecanice ale combustibililor influenteaza procesele care au loc in

motor (pulverizarea, vaporizarea, autoaprinderea si arderea combustibilului, precum si uzura motorului), o alta parte influentand alimentarea motorului cu combustibil, transportul, depozitarea si manipularea acestuia. Astfel, pulverizarea, vaporizarea, autoaprinderea si arderea combustibilului sunt influentate deurmatoarele proprietati: compozitia fractionata, densitatea, viscozitatea, tensiunea superficiala, caldura specifica si conductivitatea termica, temperatura de autoaprindere, cifra cetanica, cifra octanica, indicele Diesel, indicele de cocs si puterea calorica. Uzura motorului este influentata nefavorabil de alcalinitatea minerala, de aciditatea organica, de continutul de impuritati mecanice; asupra transportului, depozitarii simanipularii combustibilului influenteaza: punctul de congelare, punctul de inflamabilitate, culoarea etc.

 2.2.1. Compozitia fractionata

Arderea combustibililor lichizi in motoarele cu ardere interna are loc in conditii avantajoase, numai in faza gazoasa (stare de vapori). Cu cat gradul de vaporizare a combustibilului este mai accentuat, se asigura o pornire mai usoara, o functionare mai economica si o uzura mai redusa a pieselor in miscare relativa.

Combustibilii lichizi fiind formati din fractiuni care se deosebesc dupa temperaturile de fierbere, compozitia pe fractiuni a combustibilului se numeste compozitie fractionata (curba de distilare fractionata). Compozitia fractionata indica deci continutul volumic, procentul de hidrocarburi (fractii) care fierb (distila) pana la o anumita temperatura.

 In general prin curbele de distilare se urmareste cunoasterea temperaturii la care distila 10%; 35%; 50%; 90 si 97.5-98% din produsul supus distilarii, precum si determinarea punctului de distilare mediu. In figura 2.5, este prezentata curba de distilare ASTM pentru un combustibil lichid, abscisa reprezentand temperatura de distilare, iar ordonata, volumul de combustibil distilat, in procente [22].

 

Figura 2.5.

Temperatura t10% reprezinta temperatura la care distila primele 10% fractiuni, in volum, de combustibil si constituie o masura a continutului de fractiuni usoare ale combustibilului. Cu cat t10% este maiscazuta si cu cat PVR este mai mare, continutul de fractiuni usoare ale combustibilului este mai mare. Pe langa procesele de pornire ale motorului, de percolare, de givraj si de formare a dopurilor de vapori, continutul de fractiuni usoare influenteaza comportarea la rece a motorului si prin

aceasta nivelul emisiilor poluante in timpul pornirii si incalzirii motorului. Daca benzina are un continut ridicat de fractiuni usoare, atunci se micsoreaza considerabil emisiile de CO si CH, in perioada incalzirii, se asigura o distributie mai uniforma a amestecului carburant in cilindrii motorului, avand drept urmare reducerea emisiilor din gazele de evacuare. In acelasi timp insa, pierderile prin evaporare din rezervorul de combustibil si din carburator cresc, iar reactivitatea hidrocarburilor la formarea smogului fotochimic creste. In figura 2.6 este redata compozitia fractionata a unor combustibili utilizati in motoare termice: 1-benzina de aviatie; 2-benzina auto; 3-withe spirit; 4-petrol lampant; 5-petrol pentru tractoare; 6-motorina [10].

Figura 2.6.

La MAS cu carburator, temperatura t10% caracterizeaza volatilitatea benzinei. Aceasta se apreciaza prin temperatura t10% si prin presiunea de vapori Reid (PVR), caracteristica avand importanta in special pentru pornirea usoara a motorului (in practica, se considera ca pornirea este usoara, daca arborele cotit trebuie antrenat mai putin de zece rotatii inainte ca motorul sa inceapa sa functioneze independent).

Functionarea MAS cu carburator este influentata si de continutul de fractiuni grele din combustibil, care se apreciaza prin temperatura t90%. Cu cat temperatura la care distila 90% din combustibil este mai mica, cu atat combustibilul contine mai putine fractiuni grele. Combustibilul cu un continut mai mare de fractiuni grele se vaporizeaza mai greu, influentand nefavorabil consumul de combustibil si uzura motorului.

La MAC, unde procesul aprinderii si arderii combustibilului are loc tot in faza gazoasa, viteza de formare a amestecului combustibil-aer depinde atat de pulverizarea cat si de vaporizarea picaturilor de combustibil. Cu cat turatia motorului este mai ridicata, timpul disponibil pentru formarea amestecului este mai redus, deci importanta vitezei de vaporizare este mai mare.

Amestecul se formeaza mai usor daca temperatura de vaporizare este mai scazuta. Compozitia fractionata mai influenteaza viteza de crestere a presiunii in timpul arderii, temperatura gazelor de evacuare si procentul de fum al acestor gaze. In exploatare s-a constatat influenta pe care o are compozitia fractionata asupra economicitatii. Prin trecerea de la un combustibil cu t90% la 300ºC la un altul cu t90% la 355ºC, consumul specific de combustibil a crescut pana la 17%. Prezenta fractiunilor grele in combustibilii utilizati in motoare termice cu piston influenteaza de asemenea formarea depunerilor carbunoase, caremaresc uzura pieselor principale ale motorului, inrautatind si procesele de injectie si ardere.

 2.2.2. Densitatea

Densitatea combustibililor lichizi variaza in limite restranse, dupa natura hidrocarburilor, fiind proportionala cu numarul de atomi de carbon din molecula conform tabelului 2.2. Raportul dintre densitatea combustibilului la +20ºC si densitatea apei la +4ºC si 760 torr se numeste densitate relativa a combustibilului 4

20.

Daca temperatura combustibilului nu este + 20ºC, densitatea relativa se recalculeaza conform relatiei 2.1 [10], care tine seama de variatia de volum a combustibilului cu temperatura, t fiind temperatura la care se face determinarea, iar a coeficientul de corectie a densitatii relative pentru 1ºC (tabelul 2.3).

 Tabelul 2.2

Valorile densitatii relative a unor combustibili

Combustibilul Densitatea relativa

Benzina 0,682 – 0,767

Petrol 0,755 – 0,874

Motorina 0,820 – 0,910

                                  2.1.

 

 Tabelul 2.3

Valorile coeficientului de corectie a densitatii relativepentru 1°C, la produse petroliere

Densitatea relativa

aDensitatea

relativaA

0,740-0,7500,750-0,7600,760-0,7700,770-0,7800,780-0,7900,790-0,8000,800-0,810

0,0008440,0008310,0008180,0008050,0007920,0007780,000765

0,810-0,8200,820-0,8300,830-0,8400,840-0,8500,850-0,8600,860-0,8700,870-0,880

0,0007520,0007380,0007280,0007130,0006990,0006860,000673

Densitatea relativa a produselor petroliere lichide se determina cu areometrul sau cu balanta Mohr-Westphal, conform STAS 35-81.

 2.2.3. Viscozitatea

Rezistenta opusa la curgerea unui fluid din cauza frecarii sale interioare se numeste viscozitate. Viscozitatea dinamica se masoara in poise (1P = 0,1N·s/m2), iar viscozitatea absoluta cinematica, in stokes (1St = 10-4m2/s) sau centistokes (cSt). In determinarile practice se utilizeaza mai des viscozitatea conventionala Engler (ºE), (1 St = ºE 0.076(1-1/ºE3)).

Viscozitatea este o proprietate principala a combustibililor, de care depinde in foarte mare masura calitatea pulverizarii si formarea amestecului, mai ales in MAC. Pentru buna functionare a motoarelor termice este necesar ca in intervalul temperaturii de exploatare, variatia viscozitatii sa fie, pe cat posibil, mai mica. Pentru motorinele folosite la MAC, STAS 240-80 prevede ca viscozitatea sa fie cuprinsa in intervalul 1,17…2º E. Limita inferioara a viscozitatii este impusa de conditia asigurarii unei ungeri satisfacatoare a pieselor mobile din instalatia de injectie, iar limita superioara, de caracteristicile injectiei. Pentru benzine nu se indica limite in ceea ce priveste viscozitatea.

Variatia viscozitatii motorinei utilizate la motoarele D 110 cu temperatura si presiunea este redata in figura 2.7, respectiv, figura 2.8. [10].

Daca se compara influentele temperaturii si ale presiunii asupra viscozitatii, se constata ca in procesul de injectie la presiunea de 140 daN/cm2 viscozitatea a crescut cu circa 47% (fig. 2.8), iar sub influenta cresterii temperaturii de la 15 la 50ºC a scazut cu 35% (fig. 2.7).

   

Figura 2.7.

 

Figura 2.8.

Se observa deci ca, in procesul de injectie, influenta temperaturii si a presiunii asupra viscozitatii combustibilului se compenseaza, in afara de cazul pornirii la temperaturi joase, cand influenta presiunii este preponderenta. In perioada de pornire, cand temperatura elementilor pompei de injectie este sub 15ºC, viscozitatea combustibilului depaseste cu mult valoarea de 1.7º, care este limita superioara impusa de calitatea pulverizarii si uzura sistemului de injectie.

 2.2.4. Tensiunea superficiala

Tendinta combustibililor de a-si micsora suprafata libera pana la o anumita limita reprezinta fenomenul de tensiune superficiala. Tensiunea superficiala este o caracteristica principala a combustibililor, ea influenteaza direct pulverizarea combustibilului. Cu cat tensiunea superficiala este mai mare, cu atat diametrul mediu al picaturilor de combustibil pulverizat este mai mare, deci finetea si omogenitatea pulverizariise inrautatesc.

Tensiunea superficiala a combustibililor depinde de natura combustibilului, de temperatura si de presiune. Cu cat continutul de fractiuni grele este mai ridicat, cu atat tensiunea superficiala se mareste. Dintre metodele existente pentru determinarea tensiunii superficiale, cea mai indicata este metoda ascensiunii in capilar. Din ecuatia de echilibru a greutatii coloanei de lichid cu forta tensiunii superficiale aplicata pe circumferinta capilara rezulta [10]: 

                        2.2de unde

 [dyn/cm]                         2.3

 

unde,  este tensiunea superficiala a combustibilului; r – raza interioara a tubului capilar, in cm; h – inaltimea de urcare a combustibilului in tubul capilar, in cm; g – acceleratia gravitatiei, in cm/s2;  – densitatea combustibilului, in g/ cm3.

Variatia tensiunii superficiala in functie de temperatura, pentru un combustibil utilizat, la motoarele diesel, conduce la scaderea acesteia cu cresterea temperaturii.

 2.2.5. Caldura specifica si conductivitatea termica

Marimea caldurii specifice si a conductivitatii termice influenteaza schimbul de caldura dintre combustibil si aerul din camera de ardere, intarzierea la autoaprindere etc.

Figura 2.9 reda variatia caldurii specifice a doi combustibili in functie de temperatura, iar figura 2.10, variatia conductivitatii termice a unei motorine in functie de temperatura.

Curba 1 din figura 2.9 reprezinta variatia caldurii specifice a benzinei in functie de temperatura, respectiv curba 2, a motorinei.

Caldura specifica si conductivitatea termica a combustibililor este influentata intr-o oarecare masura si de presiune. Influenta presiunii asupra caldurii specifice a combustibilului la temperaturi mai mici decat cele critice este insa neglijabila.

  

Figura 2.9.

 

Conductivitatea termica este de asemenea foarte putin influentata de presiune, o influenta mai pronuntata observandu-se la combustibili sub forma de vapori.

 

Figura 2.10

 

Curba 1 din figura 2.10 reprezinta variatia conductivitatii termice a unei motorine in stare lichida, iar curba 2, variatia conductivitatii termice pentru motorina in stare gazoasa.

  

2.2.6. Temperatura de aprindere si autoaprindere

Temperatura de aprindere este aceea la care amestecul format din vapori de combustibil si aer, o data aprins, arde continuu cel putin 5 s, iar temperatura de aprindere este temperatura minima la care un combustibil in amestec cu aerul sau oxigenul se autoaprinde fara interventia unei surse exterioare.

Figura 2.11.

In figura 2.11, este redata variatia temperaturii de autoaprindere a combustibilului in functie de presiunea aerului, pentru urmatorii combustibili: 1 – benzen, 2 – benzina; 3 – motorina.

 2.2.7. Cifra cetanica si indicele diesel

Cifra cetanica (C.C.) serveste drept criteriu pentru aprecierea calitatilor la autoaprindere a combustibililor pentru MAC. Ea se determina prin compararea combustibilului dat cu un combustibil etalon, care trebuie sa aiba, in aceleasi conditii de incercare, calitati identice la autoaprindere.

Combustibilul etalon este format din doua hidrocarburi: cetanul (C16H34 – o hidrocarbura alcalina, care se descompune usor la temperaturi relativ joase, iar in prezenta oxigenului formeaza compusi intermediari de oxidare) si -metilnaftalenul (C11H10 – hidrocarbura aromatica cu rezistenta mare la autoaprindere).

Conventional, se considera ca cetanul are o cifra cetanica egala cu 100 unitati, iar -metilnaftalenul o cifra cetanica egala cu zero. Cifra cetanica reprezinta procentul in volume de cetan dintr-un amestec de cetan si -metilnaftalen, care are aceleasi calitati la autoaprindere ca si combustibilul incercat.

Astfel, daca un combustibil de incercat are aceleasi calitati la autoaprindere ca si un amestec de 50% cetan si 50% -metilnaftalen, combustibilul in cauza are cifra cetanica 50.

Determinarea cifrei cetanice pe motor se poate face prin mai multe metode, dintre care cele mai raspandite sunt: metoda raportului critic de compresiune, metoda intarzierii la autoaprindere si metoda coincidentei autoaprinderilor. Ultima metoda necesita dispozitive mai simple de inregistrare, precizia determinarii fiind de 1,5 unitati fata de 5 la prima metoda si 2,5 unitati la metoda a doua.

Cifra cetanica a combustibililor se determina pe un motor monocilindric cu raport de compresiune variabil. Pornirea motorului se face cu un electromotor care in timpul functionarii se transforma in frana electrica, mentinand constanta turatia motorului.

In exploatare, cifra cetanica a combustibililor influenteaza functionarea motorului printr-o serie de factori.

 Micsorarea cifrei cetanice a combustibilului ingreuneaza pornirea motorului (se mareste timpul necesar pornirii); de asemenea se mareste in general si consumul specific de combustibil. Pe de alta parte, cresterea exagerata a cifrei cetanice duce la sporirea consumului specific de combustibil. Avand un punct de congelare ridicat, combustibilii cu cifra cetanica inalta infunda conductele de alimentare

ale instalatiei de injectie in cazul exploatarii la temperaturi joase. Prin cercetari experimentale s-a stabilit ca domeniul favorabil al C.C. este cuprins intre 40 si 50 de unitati.

Deoarece cifra cetanica depinde foarte mult de compozitia chimica a combustibililor, aceasta poate fi considerata un criteriu principal in determinarea cifrei cetanice. Cifra cetanica cea mai mare o au alcanii, iar cifra cetanica cea mai mica, hidrocarburile aromatice.

Motorinele din tara noastra, formate din fractiuni cu intervalul de distilare intre aproximativ 200 si 400ºC, provenind mai ales din distilarea primara a titeiului, au cifra cetanica cuprinsa intre 34 si 68 deunitati, in functie de provenienta titeiurilor.

Indicele diesel (produsul dintre densitatea D, in grade API si punctul de anilina A, in ºF,  impartit cu 100) este o cifra caracteristica ce indica de asemenea comportarea motorinelor la autoaprindere (STAS 50-76):

 

                            2.4

 Punctul de anilina se determina prin metoda volumelor egale de anilina si produs petrolier,

reprezentand temperatura minima la care amestecul devine o faza omogena (STAS 178-82).Densitatea motorinei se determina conform STAS 35-81; in cazul cand se folosesc nomograme

pentru determinarea indicelui diesel, se raporteaza la 15,56ºC (60ºF).Indicele diesel al motorinelor din tara noastra, provenite din diferite titeiuri, are valorile intre 28 si 76.

Depedenta dintre indicele diesel si cifra cetanica este redata in tabelul 2.4:

 Tabelul 2.4

Corelatia intre indicele Diesel si cifra cetanica

Indicele

DieselCifra cetanica

Indicele

DieselCifra cetanica

24 30 41 45

34 35 56 50

42 40 64 55

 2.2.8. Cifra octanica

Ameliorarea indicilor economici ai MAS se poate realiza, in primul rand, prin cresterea raportului de compresie, care este insa limitat de aparitia detonatiei.

Raportul de compresie care corespunde aparitiei detonatiei se numeste raport critic de comprimare (RCC).

In figura 2.12 este redata dependenta raportului critic de compresie de numarul de atomi de carbon din lanturile laterale ale moleculei unei hidrocarburi aromatice [101].

Hidrocarburile aromatice sunt interesante deoarece se gasesc aproape toate in intervalul de fierbere a benzinei si au CO>100. Acestea au moleculele alcatuite din unul sau mai multe nuclee, benzenice, cu sau fara catene laterale. Prin aditionarea unui lant lateral la nivelul benzenic si prin cresterea lungimii lantului, RCC scade; ramificarea lantului mareste RCC.

Corelatia dintre structura moleculara a hidrocarburii si rezistenta la detonatie capata o anumita explicatie in lumina teoriei care considera detonatia un proces polistadial de autoaprindere.

Valoarea antidetonanta a hidrocarburilor, determinata de sporirea compactitatii moleculelor, creste, probabil, ca urmare a maririi rezistentei la atacul moleculei de catre oxigen si deci duce la formarea de peroxizi si flacari reci.

Deoarece combustibilii pentru motoare sunt amestecuri de hidrocarburi, cei care contin hidrocarburi cu structura chimica mai compacta (izoparafine, aromatice) prezinta o mai mare rezistenta la detonatie. O sporire a valorii antidetonante a combustibililor se poate obtine prin prelucrare chimica. Din figura 2.13 se poate observa influenta procedeului de fabricatie a benzinei asupra raportului critic de compresie.

 

Figura 2.12.

Figura 2.13.

Cifra octanica variaza in functie de compozitia fractionata numai pentru benzinele de distilare primara si cele de cracare (fig.2.14). In aceste cazuri, o data cu scaderea punctului final de fierbere scade continutul de alcani cu numar mare de atomi in molecula si creste continutul de hidrocarburi usor volatile [101]. Benzinele de cracare catalitica nu isi modifica cifra octanica datorita aromatelor. Benzinele de distilare primara sau cracare termica determina variatii importante ale CO pentru diverse motoare. Cifra octanica (procentul in volume de izooctan – C8H18 – in amestec cu normal-heptan – C7H16, care are aceeasi sensibilitate la detonatie ca si combustibilul de incercat), corespunzatoare raportului critic de compresie, permite aprecierea calitatilor antidetonante ale benzinelor.

Cifra octanica se determina prin doua metode: metoda motor si metoda cercetare. Diferenta dintre cifrele octanice ale aceluiasi combustibil, obtinute prin cele doua metode, constituie sensibilitatea combustibilului.

Figura 2.14.

Cifra octanica, prin metoda motor, se determina pe un motor in patru timpi, cu raport de compresie variabil intre 4 si 10, turatia 900 rot/min, racirea facandu-se cu apa la 1002C; aerul introdus in cilindru seincalzeste pana la 40-50C, iar amestecul de aer-combustibil, pana la 1991C. Cifra octanica, prin metoda cercetare, se determina la o turatie de 600 rot/min, aerul in amestecul aer-combustibil nefiind incalzit.

Sensibilitatea combustibilului (diferenta dintre cifrele octanice determinate prin cele doua metode) pune in evidenta influenta conditiilor de functionare a motorului asupra detonatiei. Cifra octanica determinata prin metoda cercetare este importanta in cazul motoarelor de automobil, la care momentul maxim se realizeaza la o turatie mai joasa decat cea nominala, tendinta de detonatie fiind mai mare. In tara noastra, cifra octanica se determina conform STAS 26-68, care precizeaza conditiile de functionare a motorului, reglarea dispozitivelor de inregistrare si conditiile de efectuare a determinarii.

Proprietatile principale ale benzinelor de fabricatie romaneasca, pentru automobile, sunt indicate prin STAS 176-80. Cifra octanica determinata in conditiile de laborator, pe un motor monocilindric, nu tine seama de particularitatile constructive si functionale ale motoarelor montate pe autovehicule. Se stie ca detonatia depinde, in afara de proprietatile combustibilului, si de particularitatile motorului (forma camerei de ardere, constructia dispozitivului de producere a scanteii electrice etc.), precum si de conditiile de functionare (sarcina, turatie).

Aprecierea calitatilor antidetonante ale benzinei pentru fiecare motor in conditii de exploatare este de foarte mare importanta. In acest sens s-au elaborat metode de determinare a asa-numitei cifre octanice de drum, care reprezinta cifra octanica necesara in conditii de drum, a unui combustibil, pen -tru un anumit motor de automobil.

 2.2.9. Continutul (cifra) de cocs

Procesul formarii depunerilor carbunoase in MAC depinde in foarte mare masura de natura combustibililor si a uleiurilor utilizate. Tendinta combustibililor de formare a depunerilor carbunoase, in camera de ardere, poate fi apreciata prin metode de laborator.

Metoda Conrdason, prin care se determina cifra de cocs – cantitatea de cocs formata, raportata la proba supusa analizei (STAS 28-69), este o metoda indirecta de apreciere a tendintei formarii depunerilorcarbunoase. Cu cat cifra de cocs este mai mica (cazul combustibililor cu fractiuni usoare), cu atat tendinta de formare a depunerilor carbunoase in motor este mai redusa.

Pentru motorinele fabricate in tara noastra, STAS 240-80 limiteaza continutul (indicele) de cocs la maximum 0.45. Metoda Ramsbotton 10, mult mai simpla fata de metoda Conradson, permite aflarea cifre de cocs, rezultatele fiind intr-o oarecare masura mai apropriate de cele obtinute pe motor.

 O particularitate esentiala este aceea ca formarea depunerilor carbunoase in camerele de ardere ale MAC are loc in prezenta unui exces de aer (de care nu se tine seama prin metodele Conradson si Ramsbottom).

 2.2.10. Puterea calorica

Puterea calorica a combustibililor reprezinta cantitatea de caldura care se degaja prin arderea completa a unui kilogram de combustibil, fiind exprimata in kcal/kg sau kJ/kg.

Puterea calorica a combustibililor lichizi se determina prin metoda calorimetrica (STAS 5269-82).Tabelul 2.5 indica puterile calorice inferioare ale unor combustibili lichizi. 

Tabelul 2.5Valorile puterii calorice inferioare a unor combustibili

Combustibilul Valoarea puterii caloricekJ/kg

Benzina 43.890

Petrol lampant 43.054

Motorina 41.800

Benzen 40.086

Alcool etilic 27.065

Hidrogen 121.126

Metan lichid 49.759

  

2.2.11. Aditivi pentru combustibili

Aditivii sunt substante care, adaugate in combustibili, in proportii mici, imbunatatesc unele caracteristici ale acestora, sau le confera altele noi.

Pentru benzine se intrebuinteaza frecvent aditivi care determina o crestere a rezistentei la detonatie, toate celelalte proprietati ramanand neschimbate.

Tetraetilul de plumb (TEP) – Pb(C2H5)4 – este unul dintre cei mai vechi aditivi cu actiune antidetonanta. Este un lichid incolor, transparent, insolubil in apa, dar usor solubil in benzina, eter, acetona; fierbe la 200ºC si este foarte toxic. Pentru utilizarea ca aditiv in benzina, tetraetilul de plumb se amesteca cu substante antrenante, in scopul combaterii tendintei de formare a depozitelor in motor; amestecul lor se numeste etil fluid.

Benzinele, in functie de compozitia lor chimica, prezinta o susceptibilitate diferita fata de adaosurile de TEP; cresterea rezistentei lor la detonatie, exprimata prin cifra octanica, variaza in limite largi.

Figura 2.15.

In figura 2.15 [10], se poate observa variatia cifrei octanice in functie de continutul de etil fluid pentru: benzina grea asfaltica 1; benzina cracata 2; benzina auto cu 40% benzina de cracare 3; benzina medie alcalina 4; benzina usoara alcalica 5; benzina de avion cu CO 72, 6.

Un alt aditiv antidetonant este pentacarbonil-fierul (CO)5Fe, care are avantajul ca nu este toxic. Ferocenul are o eficienta intermediara intre pentacarbonil-fier si TEP.

In prezent sunt in curs de experimentare si alti aditivi cu actiune antidetonanta. Pentru combaterea (eliminarea partiala sau in intregime) aprinderilor secundare din motoare se folosesc aditivi pe baza de fosfor sau bor.

In combustibilii pentru MAC, se adauga uneori aditivi cu functia de accelerare a reactiilor de oxidare care preced autoaprinderea combustibilului, numiti acceleratori. Acest efect se manifesta prin cresterea cifrei cetanice a combustibililor.

Aditivii anticorozivi sunt inhibitori; adaugati in combustibili, atenueaza sau inlatura coroziunea rezervoarelor de combustibil, a conductelor etc. Aditivii anticorozivi care au dat rezultate bune in exploatare sunt unii compusi organici ai fosforului sau ai sulfului.

Aditivii polifunctionali reduc uzura, formarea depunerilor carbunoase si coroziunea instalatiei de injectie, imbunatatind si procesul arderii combustibilului.

 2.2.12. Poluarea datorata combustibililor conventionali

Combustibilii lichizi pentru MAS sunt un amestec de hidrocarburi, compusi cu oxigenul, compusi ai sulfului, ai azotului, rasini si asfaltene, substante minerale. In privinta hidrocarburilor se poate sublinia faptul ca in benzina se pot regasi patru tipuri: hidrocarburi alcanice (parafinice), hidrocarburi cicloal-canice (naftenice), hidrocarburi aromatice si hidrocarburi olefinice.

Aparitia si intensitatea smogului fotochimic depinde de tipul de hidrocarburi preponderente in benzina; cele olefinice au reactivitate specifica de 50 de ori mai mare, iar cele cicloalcanice, de doua ori mai mare la formarea smogului fotochimic, comparativ cu hidrocarburile alcanice. Compusii de sulf din benzine contribuie la cresterea nivelului de poluare prin diversi compusi gazosi care apar in gazele de evacuare, in special dioxidul de sulf.

O componenta importanta a emisiilor poluante din gazele de evacuare o constituie compusii cu plumb, deversati sub forma unor aerosoli sau chiar particule. Prezenta lor este determinata de utilizarea aditivilor pe baza de plumb si a substantelor antrenante de tipul dicloretilenei Cl2C2H4 si dibrometilenei Br2C2H4.

In vederea diminuarii emisiei de plumb, unele state precum California, au interzis utilizarea benzinelor aditivate cu plumb, in timp ce alte state reduc treptat continutul maxim admisibil de plumb din benzine [113].

Combustibilii pentru MAC, in afara emisiilor existente la motoarele pe benzina, mai genereaza fum alb, albastru sau negru, precum si miros. Principalele proprietati ale motorinelor care influenteaza nivelul emisiilor poluante sunt volatilitatea si cifra cetanica (tab.2.6) [22]. 

Tabelul 2.6Dependenta emisiilor poluante de proprietatile motorinei

ProprietatileCombustibilulu

i

Emisii poluante

CO NOx CHFumalb si

albastru

Fumnegru Miros

Volatilitate  nesemni-

ficativnesemni-

ficativ

La sarcinimari

Cifra cetanica     

nesemnificativ 

 Influenta volatilitatii si a cifrei cetanice asupra emisiei de CO este puternic controlata de regimul

functional si de particularitatile constructive ale motorului.In ceea ce priveste influenta acestor proprietati asupra emisiilor de CH si NOx, aceasta este

nesemnificativa, insa fumul de orice culoare si mirosul sunt dependente de acestea. In urma arderii unui kilogram de combustibil in bombe calorimetrice, au fost obtinute concentratii ale substantelor poluante rezultate in urma arderii, care se regasesc in tabelul 2.7:

 Tabelul 2.7

Concentratia de substante nocive in gaze

Substante poluantela 1 kg combustibil

[grame]

MAS benzina[grame]

MAC motorina[grame]

CO 465 21

NOx 23 27

CH 16 13

SO2 0,86 7

Aldehide 1,0 0,7

 Un factor cu un aport major la nivelul de poluare il constituie carburantii care se comercializeaza pe

teritoriul tarii noastre. Majoritatea benzinelor comercializate in Romania contin plumb si sunt de calitate inferioara. Pana in anul 1998, Romania a avut cea mai ridicata limita pentru cantitatea de plumb din benzine din Europa (0,5g/l), aceasta scazand in cursul aceluiasi an la valoarea de 0,32g/l, reprezentand inca mai mult decat dublul nivelului admis in Uniunea Europeana (0,15g/l), dupa cum se poate observa din tabelul 2.8. [152]

Motorinele romanesti contin de zece ori mai mult sulf (ca volum) decat cele din Uniunea Europeana (0,5% in comparatie cu 0,045% in UE). Desi guvernul si-a declarat intentiile in aceasta problema, in continuare combustibilii si lubrifiantii romanesti nu respecta nici macar standardele nationale.

Daca tarile avansate economic si social au eliminat aproape in totalitate benzinele cu plumb, pentru Romania acest lucru este un obiectiv de perspectiva si este necesar sa se constituie intr-o directie obligatorie care va trebui sa fie in atentia factorilor responsabili din tara noastra, si anume reducerea treptata a consumului de benzina cu plumb in favoarea benzinelor fara plumb.

 

  

Tabelul 2.8

Concentratia de plumb din benzine in terte state europene

StatulConcentratia maxima

admisa

Procentaj benzina

fara plumb vanduta

Bulgaria 0,15 23%

Ungaria 0,15 48%

Lituania 0,37 23%

Romania 0,32 5%

Slovacia 0 100%

Uniunea

Europeana0,15 -

 In prezent structura carburantilor comercializati in Romania este indicata in figura 2.16. Avand in

vedere structura vanzarilor de carburanti, a fost posibila realizarea unei comparatii cu terte state, in ceea ce priveste emisiile de plumb datorate autovehiculelor din Romania, exprimate in grame / autovehicul / an (fig.2.17) [152]. In vederea reducerii poluarii atat chimice, cat si sonore este necesar sa se actioneze asupra tuturor celor trei elemente care determina sistemul traficului rutier [39].

  

Figura 2.16. 

Daca asupra omului se poate actiona prin procese de educatie, iar asupra drumurilor printr-o sistematizare corespunzatoare a traficului rutier, asupra autovehiculelor se poate actiona pe mult mai multe cai.

 Astfel, pentru autovehiculele care sunt in circulatie exista anumite metode de reducere a emisiilor poluante, iar pentru autovehiculele care urmeaza a se construi, exista unele masuri care se situeaza intr-un plan tehnic si unele orientari ale legislatiei care pot sa impuna anumite restrictii constructorilor de autovehicule.

Figura 2.17.

Comparatia din figura 2.17 a fost realizata cu datele existente in: 1 – Irlanda; 2 – Franta; 3 – Danemarca; 4 – Luxemburg; 5 – Olanda; 6 – Media in UE; 7 – Romania.

  

2.3. Combustibili neconventionali. Generalitati.

Alternative ale benzinei si motorinei pot fi combustibilii neconventionali. Dintre acesti combustibili, se apreciaza ca hidrogenul are viitorul cel mai deschis pentru alimentarea motoarelor termice, pentru aceasta pledand si faptul ca motoarele actuale, atat MAS cat si MAC, pot fi adaptate relativ usor pentru functionarea cu hidrogen.

Hidrogenul ofera o putere calorica masica de 121.126 kJ/kg, deci de 2,8 ori mai mare decat a benzinei. Energia de ardere este de 15 ori mai redusa, iar viteza maxima de propagare a flacarii este de 8 ori mai mare, iar vaporii de hidrogen nu sunt toxici [86].

Extinderea utilizarii hidrogenului la motoare termice este franata de costul ridicat al unitatii masice (volumice) de H2 lichid. Densitatea si puterea calorifica volumica (12250 kJ/m3N) sunt inferioare fata de cele ale benzinei si motorinei, iar viteza mare de ardere, propagarea rapida a flacarii, exploziile inverse in conducta de admisie sunt alte avantaje care trebuie exploatate.

Exista insa perspective de producere si stocare a H2 in conditii optime. Cercetarile stiintifice in aceasta directie vor rezolva toate problemele dificile, pentru a avea un inlocuitor sigur al combustibililor clasici (benzina si motorina).

Rezultate bune s-au obtinut si prin utilizarea combustibilor gazosi cum sunt gazul petrol lichefiat (GPL), care a condus la rezultate similare cu benzina [10], [92].

Diferite amestecuri ale etanolului si metanolului cu combustibilii clasici (benzina, motorina) au condus la rezultate plauzibile. Etanolul pur si cu apa (pana la 5%) poate functiona optim in MAS.

Solutia pretinde incalzirea electrica a amestecului pentru a se realiza distributia uniforma in cilindri, precum si eventuala pornire si functionare cu benzina pana la incalzirea motorului

Metanolul, de asemenea, a fost experimentat atat pe MAS in amestec cu benzina, cat si pe MAC in amestec cu motorina. La MAS metanolul pur impune unele modificari constructive, si anume, marireadiametrului jiglorului carburatorului si dublarea volumului rezervorului de combustibil, pentru a avea o energie echivalenta cu benzina.

La MAC, metanolul poate fi injectat direct in camera de ardere, spre sfarsitul comprimarii, ceea ce prezinta avantaje importante (nu se manifesta tendintele de oprire a aprinderii combustibilului si de bataie, chiar la procente de 90% metanol, in amestec cu motorina). Injectia de metanol in conducta de admisie permite inlocuirea motorinei pana la 30% [10].

  

2.3.1. Gazul petrol lichefiat

Introducerea gazului natural in transporturi constituie un pas inainte in vederea rezolvarii problemei acute a poluarii datorate traficului rutier. Acest combustibil este pastrat in stare lichida si este cunoscut sub numele de gaz petrolier lichefiat (GPL), capatand cea mai larga utilizare, dintre toate solutiile alternative pentru petrol, numarul autovehiculelor care il folosesc drept carburant ajungand sa fie de ordinul milioanelor [117]. Astfel, in Italia, numarul lor trece de un milion, in Olanda, consumul de GPL reprezinta 5% din consumul total de combustibili, iar in Franta, se incearca de cativa ani promovarea unor accize mai reduse decat cele pentru benzine sau motorine. Toti marii fabricanti au in vedere solutii constructive pentru adaptarea autovehiculelor la acest carburant [81].

In Romania, limitarea drastica a consumului de benzina in deceniul opt al secolului a condus la solutii „alternative”, mergand de la furtul din avutul statului si utilizarea gazolinei, pana la adaptarea autoturismelor la alimentarea cu GPL. Evident ca montarea instalatiilor era realizata clandestin, fara masuri de securitate. In prezent este foarte important ca GPL sa capete un statul legal clar, iar instalatiile sa fie omologate si inspectate periodic.

Denumit „gazul fatal” de catre petrolisti, deoarece reprezinta un subprodus inevitabil al distilarii petrolului, acesta este compus dintr-un amestec de circa 60% butan si 40% propan. In cazul utilizarii lui drept combustibil auto, procentajul are valori diferite pentru iarna si vara.

De asemenea nivelul emisiilor poluante are valori diferite in functie de compozitia de vara sau de iarna a acestuia (fig.2.18). In tabelul 2.9 sunt redate caracteristicile gazului petrolier lichefiat, comparativ cu benzina [117].

Prezinta marele avantaj de a putea fi lichefiat la o presiune de numai 5 bari, putand fi stocat si transportat cu usurinta in aceasta stare. GPL se adapteaza cu usurinta la autovehiculele existente, care isi conserva posibilitatea de a functiona cu benzina, fiind suficienta o simpla apasare de buton pentru a trece de la un combustibil la altul.

 Tabelul 2.9

Caracteristicile combustibililor auto

Caracteristici U. M.GPL

tip A

GPL

tip BBenzina

Densitate kg/litru 0,55 – 0,60 0,55 – 0,60 0,74 – 0,77

Propan

Butan%volum

35-50

50

83-87

13

0

4

Continut de sulf ppm max. 50 max. 50 1500

Continut tetraetil Pb g/litru 0 0 max. 0,32

Putere calorifica kJ/kg 43890 44308 42636

Consum litri/km 9 9 7,5

Pret lei/litru 10.900 10.900 24.500

 

Figura 2.18.

 O instalatie de alimentare cu gaz se compune dintr-o butelie, plasata in portbagaj, un vaporizator integrat cu un reductor de presiune si un dispozitiv de amestec cu aerul, plasat pe tubulatura de admisie, inaintea carburatorului, sau inaintea corpului clapetei la motoarele cu injectie (fig.2.19) [117].

Figura 2.19.

 Nu este necesara nici o modificare a aprinderii sau a unitatii electronice de comanda a injectiei si nici a catalizatorului, atunci cand acesta exista. Singurele adaptari vizibile sunt un indicator de nivel, specific, un comutator benzina/gaz si o gura de umplere, plasata discret pe caroserie. Avantajele ecologice ale folosirii unei astfel de instalatii, dar si inconvenientele sunt urmatoarele:                                  Gazele de evacuare sunt mai putin poluante fata de cele produse in cazul alimentarii cu

benzina – lipsa plumbului, valori ale emisiilor mult diminuate;                                  Durata de utilizare mai lunga a uleiului pentru motor (nu mai apare diluarea acestuia

in benzina);                                  Durata de viata a motorului mai indelungata, datorita lipsei depozitelor de carburi;                                  Lipsa detonatiilor conduce la scaderea vibratiilor;                                  Scade puterea motorului cu pana la 10% fata de alimentarea clasica;                                  Este necesar un rezervor mai mare datorita consumului la acelasi parcurs a

unei cantitati cu circa 10% mai mult GPL.O instalatie care poate fi procurata relativ usor si care este omologata in tara noastra, prin

Registrul Auto Roman, este instalatia LPG 132 E (fig.2.20):Pentru a raspunde noii orientari legata de cresterea pretului benzinei, o firma italiana a pus la punct

aceasta instalatie, care poate fi adaptata pe orice autovehicul alimentat cu benzina, prin carburator si care permite utilizarea alternativa a celor doi combustibili (GPL sau benzina). Pe plan international aceasta instalatie este omologata in conformitate cu Regulamentul 67 ECE-ONU [117].

In ceea ce priveste functionarea, dupa cum se poate observa, atunci cand comutatorul central de comanda U se afla in pozitia de alimentare cu benzina, electrovalva Q pentru alimentarea cu benzina se deschide, benzina trecand astfel catre carburatorul O.

 

Figura 2.20. 

In acest timp, electrovalva J, pentru alimentare cu GPL este inchisa. Pentru alimentarea cu gaz, comutatorul central U se afla in pozitia alimentare GPL, electrovalva Q pentru benzina este inchisa, iar electrovalva J pentru gaz se deschide, gazul trece catre reductorul vaporizator F, iar de aici in zona L, de amestec cu aerul, patrunzand in carburatorul M. Comutarea pe alimentarea cu GPL precum si cantitatea de gaz din rezervor sunt indicate la bord.

 2.3.2. Pila de combustie

 Constructorii de automobile sunt confruntati in prezent cu una din cele mai mari provocari din istoria de un secol a industriei de autovehicule: realizarea vehiculului nepoluant cu emisii zero, asa numitul Z.E.V. [76], [104], [113], [129], [136]. Una din variantele care ar putea asigura acest deziderat este autovehiculul electric [107], dar nu cel care inmagazineaza in baterii proprii energia electrica provenita dintr-o centrala hidro- sau termoelectrica, generatoare la randul ei de emisii poluante in procesul de obtinere a acestei energii. O solutie deosebita si total nepoluanta este folosirea pilei de combustibil ca sursa de energie electrica in locul bateriei electrice [117], [119]. Ideea pilei de combustibil dateaza de la inceputul secolului trecut si este legata de numele lui H. Davy. Cel care a demonstrat insa posibilitatea realizarii ei, in anul 1839, a fost William Grove. Dezvoltarea acesteia a fost accelerata de cercetarea spatiala care avea nevoie de o sursa de energie pentru statiile orbitale. Astfel, NASA, a folosit pile cu o putere de 2 kW in cadrul programelor Apollo si Gemini. Utilizarea ca sursa de energie pentru autovehicule a ramas, pana de curand, o utopie, datorita costurilor extrem de mari (2500 USD pe kilowatt, pentru o instalatie de 200kW) si volumului ocupat care depaseste posibilitatile curente de instalare. Cu toate acestea, Chrysler a prezentat inca din 1959 un autoturism marca De Soto echipat cu aceasta tehnologie, iar General Motors, o masina experimentala in 1966. Dupa prima criza petroliera, in anul 1975, Daf si Shell au prezentat impreuna un autovehicul experimental. Recent, Ballard, in Canada, a realizat si experimentat in conditii reale de functionare un autovehicul echipat cu pile de combustibil. De asemenea, firma Renault a demarat alaturi de alti cinci parteneri europeni proiectul FEVER, un studiu de tractiune electrica alimentata de o pila de combustibil [76], [117]. Programul s-a incheiat anul trecut prin realizarea unui model experimental, cu emisii zero si autonomie mare, realizat pe baza unui autoturism Renault Laguna. Prezentat Comisiei Europene, proiectul bogat in invataminte a permis firmei Renault sa achizitioneze cunostinte pretioase pentru dezvoltarea tehnologiei bazata pe pila de combustibil. Aceasta permite producerea energiei electrice la bordul vehiculului, folosind drept combustibil

hidrogenul sau metanolul (ca sursa de hidrogen) si oxigenul continut in aer. Singurele produse ale pilei de combustibil alimentate cu hidrogen sunt apa si energia electrica. In cazul alimentarii cu metanol, rezulta si o cantitate redusa de dioxid de carbon.

Pila de combustie este un dispozitiv electrochimic care converteste energia chimica a unui combustibil in energie electrica, avand urmatoarele particularitati:                                   procesul se bazeaza pe o reactie de tip redox;                                   forta motoare a procesului este afinitatea chimica a combustibilului fata de oxigen sau

stabilitatea mai mare a produsilor de reactie fata de reactanti;                                   energia de reactie se elibereaza sub forma de energie electrica, nu termica;                                   procesul este continuu;                                   conversia se face direct, fara forme intermediare;                                   absenta etapei termice permite emisii poluante minime;                                   conversia este eficienta (randamentul electric de 40-65%, fata de 20-50% in cazul

motoarelor termice).Principiul de functionare este prezentat in figura 2.21. Elementele principale sunt: sistemul de

alimentare cu combustibil, sistemul de alimentare cu oxidant, anodul, catodul, electrolitul, spatiul de reactie si consumatorul electric.

Figura 2.21.

Electrozii sunt alimentati cu combustibil si oxidant. La anod, in prezenta electrolitului are loc cedarea de electroni, iar la catod, are loc acceptarea de electroni. Circulatia electronilor intre anod si catod, in exteriorul pilei, determina un curent electric utilizat la consumator. Circulatia sarcinilor in interiorul pilei are loc prin ionii care parcurg electrolitul.

Reactiile chimice pentru electrolit sunt urmatoarele [86]; 

                                        la anod:                                       2.5

                                        la catod:                             2.6

                                        in pila:                                        2.7 

In pila de combustie reactia generala este descompusa in doua reactii individuale, astfel incat trecerea electronilor poate avea loc doar printr-un circuit extern. Tensiunea de echilibru a pilei U0 este data de relatia [22]: 

                                                                                                      2.8 unde ∆G0 este entalpia libera de reactie, n este numarul de electroni, iar F este constanta lui Faraday (96487 C/mol). Pentru reactia de formare a apei in conditii standard U0 =1,23V. In conditiile reale tensiunea la bornele pilei este 0,6 – 0,9 V, datorita unui set de pierderi, numite polarizari.

Este de remarcat saltul calitativ pe care l-a suferit constructia pilei de combustie datorita constientizarii de catre utilizatori a importantei reducerii poluarii si includerii in cercul de valori a acestui aspect.

Ca urmare a importantei conservarii mediului, legislatia unui numar tot mai mare de state impune limite din ce in ce mai reduse pentru emisiile de substante poluante.

Un avantaj important al pilei de combustibil este randamentul ridicat al conversiei care se cifreaza la 50-60%, (fig.2.22), in timp ce randamentul unui motor termic variaza intre 25% si 40%. In plus, acest randament ridicat se produce la sarcini partiale, la care motoarele termice realizeaza randamente mai scazute.

 

Figura 2.22.

Pentru ca pila de combustibil sa devina o sursa viabila de energie la autovehicule, este necesar sa se realizeze un sistem cu masa si volum compatibil cu spatiul disponibil intr-o masina, reducerea pretului de cost, obtinerea unor electrozi si membrane cu o durata de viata mai mare si inmagazinarea hidrogenului intr-un rezervor cu volum acceptabil. In ciuda progreselor remarcabile facute in ultimii ani, mai sunt multe de facut inainte ca solutia sa poata fi aplicata la autovehicule de serie. Inmagazinarea hidrogenului la bordul automobilului se poate face sub forma de gaz comprimat, in butelii la presiuni cuprinse intre 350 si 500 de bari, sau in butelii care contin o hidrura metalica speciala. Dupa anul 1990, principalii constructori de autovehicule si-au intensificat cercetarile pentru realizarea unor vehicule echipate cu pile de combustie. Astfel, firma Mercedes, a dezvoltat un monovolum capabil sa transporte 6 persoane, cu o autonomie de 250 km [117]. Firma Ford in urma cercetarilor a ajuns la concluzia ca utilitara este singurul vehicul care poate folosi sistemul pilei de combustibil, cu accesoriile de rigoare, fara a pierde din spatiul pentru bagaje si scaune [69].

In anul 2001, firma Hyundai a pus la punct un prototip denumit Santa Fe, rod al  colaborarii cu compania americana International Fuel Cell, pentru a carui fabricare au fost cheltuiti intr-un singur an 15 milioane de dolari. Acest prototip dezvolta o viteza maxima de 124 km/h, cu o acceleratie de la zero la 100 km/h in 18 secunde. Puterea acestui motor este de 75 kw. Rezervorul are o capacitate de 72 de litri de hidrogen, asigurand o independenta de 160 km. Firma Hyundai are prevazuta fabricarea a inca sapte autovehicule de acest tip, in urmatorii trei ani, alocand pentru acest proiect suma de 29 milioane de dolari americani [116].

Progresele in domeniul performantelor si al costurilor au fost atat de mari in ultimii 3-4 ani, incat, daca se mentine acelasi ritm si in continuare, vehiculul electric cu pila de combustibil va putea fi comercializat inainte de anul 2005 [107], [116].

 2.3.3. Propulsia hibrida

Sistemele hibride reprezinta o combinatie a doua sisteme de conversie si de stocare a energiei. De obicei motorul electric si motorul termic sunt sisteme de conversie a energiei, iar bateria si rezervorul de combustibil sunt sisteme de stocare a energiei. Sistemele hibride combina avantajele motoarelor cu ardere interna (performante ridicate) cu avantajele motoarelor electrice (poluare chimica si sonora reduse). Exista doua sisteme de propulsare a autovehiculelor hibride, in paralel, ceea ce inseamna ca atat motorul termic, cat si motorul electric pot pune in miscare autovehiculul, independent sau impreuna. Motorul termic reincarca bateria printr-un convertizor de cuplu in conditiile de functionare la sarcini partiale. Motorul electric actioneaza autovehiculul la sarcini reduse, specifice traficului urban, iar motorul termic asigura performante de accelerare rapida si putere in conditiile circulatiei din afara oraselor.

Propulsia hibrida a autovehiculelor combina tehnologiile de conversie a energiei cu cele de stocare (baterii cu ioni de litiu si nichel). Propulsia hibrida ofera cateva avantaje fata de propulsia traditionala cu motoare cu ardere interna:

                                   franarea regenerativa contribuie la reducerea energiei pierdute;                                   motorul este dimensionat la sarcina medie, reducandu-se gabaritul acestuia;                                   randamentul termodinamic creste, iar emisiile scad.

La nivelul anului 2000, Concernul Toyota a lansat modelul Prius, care poate fi considerat un pas important catre automobilul ecologic [99], [129]. Tehnologia THS (Toyota Hybrid System) se bazeaza pe utilizarea complementara a unui motor electric cu cel termic (fig. 2.23). Motorul termic 1 furnizeaza o putere maxima de 53kW la 4500 rot/min, cu un cuplu maxim de 115 Nm la 4200 rot/min. Motorul electric 2 produce 33 kW intre 1040 si 5600 rot/min si este conectat in permanenta la rotile motoare prin intermediul cutiei de viteze 4. Cuplul maxim de 350 Nm este produs la numai 400 rot/min si este ideal pornirii si repornirii in traficul urban. Generatorul 3 preia energia mecanica de la motor si o transforma in energie electrica necesara reincarcarii bateriilor 5, sau actionarii motorului electric. Generatorul are rol si de demaror. Autovehiculul este dotat cu un convertor care asigura tensiunea standard de 12V.

 

Figura 2.23.

Functia principala a motorului termic este aceea de a antrena autovehiculul. Orice exces de putere este canalizat catre generator. In utilizare normala, Prius este antrenat de ambele motoare. Daca este necesar, bateriile pot asigura un surplus de energie la manevre gen urcarea unei rampe sau depasirea unui alt autovehicul. In situatii particulare, cand motorul cu ardere interna este ineficient, acesta este oprit, autovehiculul functionand doar cu motorul electric cu emisii poluante zero. La decelerare sau franare, energia cinetica este convertita de generator in energie electrica, stocabila in baterii.

 2.3.4. Energia solara

Autovehiculele solare reprezinta o varianta de perspectiva a autovehiculelor electrice [27], [97], [109]. Acestea sunt usoare, isi reincarca bateriile prin intermediul energiei electrice produse de o suprafata de celule fotovoltaice. Performantele autovehiculelor solare de curse sunt apreciabile, ajungand la 86 km/h in anul 1996, ceea ce a condus la transferarea rezultatelor asupra unor autoturisme de oras, de dimensiuni reduse. Autovehiculele solare reprezinta un mijloc de transport individual care pastreaza avantajele automobilului electric, reducand aspectele negative ale utilizarii acestuia. In plus, apare problema costului mare al energiei electrice produse de bateriile fotovoltaice si de suprafata mare necesara pentru a asigura energia electrica. Prima problema este legata de raspandirea tehnologiilor fotovoltaice si reprezinta pretul pe care trebuie sa il platim ori de cate ori se introduce o sursa noua de energie regenerabila. A doua problema poate fi depasita printr-un compromis intre numarul masinilor solare si gradul deimbunatatire a calitatii mediului.

O ultima consideratie, de perspectiva mai indepartata, este legata de utilizarea energiei nucleare pentru a actiona motoarele autovehiculelor. Aceasta problema a fost deja abordata de catre lumea automobilistica, apreciindu-se ca in anul 2030 vor fi deja depasite problemele tehnologice, iar constructia si functionarea unui autovehicul nuclear nu vor mai fi de domeniul fantasticului.

  

 

3. ARDEREA. GENEZA POLUANTILOR

3.1. Aprinderea amestecului de combustibil si aer

Mecanismul aprinderii combustibilului este unul foarte complex, dar insuficient studiat. Cercetarile teoretice si experimentale permit, insa, o reprezentare a mecanismului fizico-chimic de producere a aprinderii la motoarele cu ardere interna. Dupa schemele cele mai larg acceptate ale procesului de aprindere, acesta se produce in doua moduri diferite [10], [22], [101]:                                   aprindere monostadiala la temperaturi inalte (MAS);                                   aprindere polistadiala la temperaturi joase (MAC).

Aprinderea la temperaturi inalte consta in producerea flacarii datorita autoaccelerarii progresive a reactiilor exoterme. Aceasta este pe deplin posibila deoarece intre electrozii bujiei se formeaza un arc electric de inalta temperatura (cca 10.000 K) care asigura ruperea coeziunii intermoleculare si formarea unor particule active (radicali liberi) care joaca rolul centrilor initiali ai reactiilor, ele dezvoltand reactiile in lant, viteza lor crescand exponential in timp. O data cu cresterea temperaturii initiale a amestecului, numarul centrilor activi creste si el, determinant pentru marirea vitezei initiale de reactie. Paralel cu autoaccelerarea reactiilor in lant creste si viteza de degajare a caldurii. Dupa ce aceasta depaseste viteza de trecere a caldurii prin peretii camerei de ardere, incepe perioada de crestere a temperaturii amestecului, ceea ce conduce la autoaccelerarea reactiilor in continuare si la dezvoltarea arderii. Deoarece nu exista o limita intre prima si a doua faza a aprinderii, procesul este tratat ca fiind monostadial.

Aprinderea la temperaturi joase este un proces caracteristic reactiilor din motoarele cu aprindere prin comprimare. Initial formarea radicalilor liberi este posibila printr-un proces de autooxidare cu formarea endotermica a unor peroxizi de tip R-CH2-O-O-H ce se realizeaza cu viteza crescatoare pana la atingerea unei concentratii critice, la care legaturile intermoleculare ale acestora inceteaza, producandu-se o scindare a moleculelor de combustibil, cu formarea unei flacari reci.

Aceasta se propaga in volumul amestecului proaspat cu o difuzie de particule active, fara transfer de caldura pentru ca incalzirea in acest caz este foarte redusa. In perioada flacarii reci, apar aldehidele si radicalii liberi. Dupa ce acumularea de peroxizi inceteaza, se produce oxidarea formaldehidei, cu aparitia unei flacari reci numita flacara albastra. Se formeaza masiv radicali si oxid de carbon. In aceasta perioada se produce o crestere a temperaturii si presiunii. Perioada flacarii albastre se caracterizeaza prin aparitia unor produse intermediare si particule active, respectiv CO si radicali liberi.

Urmeaza ultimul stadiu, cand reactiile se dezvolta pana la formarea CO2 si H2O, denumit stadiul flacarii calde, cand arderea este insotita de viteze inalte de degajare a caldurii.

  

3.2. Arderea

Procesul de transformare a energiei chimice a combustibilului in energie calorica prin reactii de oxidare, respectiv prin ardere, nu se produce instantaneu, cum s-a presupus la analiza ciclurilor ideale, ci printr-o inaintare treptata a frontului de ardere in masa de amestec de combustibil si aer.

Propagarea frontului flacarii in procesul arderii, adica deplasarea zonei de reactie, se poate face cu diferite viteze, in functie de influenta ce o manifesta factorii chimici si fizici ce insotesc arderea.

 3.2.1. Viteza de ardere a amestecului carburant

Viteza de propagare a flacarii impreuna cu viteza reactiilor de oxidare a moleculelor de combustibil determina durata arderii masei de amestec aflat in camera de ardere.

Durata totala a arderii intregii cantitati de amestec cunoaste urmatoarele  etape:–                                  timpul necesar pentru producerea primelor reactii de ardere (aparitia flacarii);–                                  timpul necesar pentru propagarea zonei de reactie in intregul volum al camerei de

ardere;–                                  timpul necesar pentru desavarsirea reactiilor de ardere care se produc in volum de gaze

deja strabatut de flacara (in pungile de gaze incercuite de frontul flacarii).Durata primei si ultimei faze de ardere depinde de viteza reactiilor chimice de oxidare

Wr exprimata prin cantitatea de substanta ce reactioneaza in unitatea de timp pe unitatea de volum, adica de cinetica procesului de oxidare (in kg/cm3 sau mol/cm3).

Durata celei de a doua faze a arderii este determinata de viteza de propagare a flacarii u in m/s care depinde nu numai de viteza reactiilor chimice, ci si de alti factori, spre exemplu, de turbionarea amestecului in camera de ardere. Parametrii W si u impreuna determina durata totala a procesului de ardere a unei mase de amestec date, precum si viteza masica de ardere prin care se intelege cantitatea de combustibil sau amestec ars in unitatea de timp in intregul volum al camerei de ardere (in kg/s sau mol/s).

Marimea vitezei masice de ardere W este determinata de vitezele W r si u dupa urmatoarele relatii [22]:

 W=Wr·V [kg/s]                                    3.1

sauW=Wr·V [kg/s]                                    3.2

 unde:   V – volumul strabatut de zona de reactie [m3];

S – suprafata frontului flacarii [m2]; – densitatea amestecului [kg/m³];u – viteza de propagare a flacarii [m/s].

 Viteza masica de ardere sau pe scurt, viteza de ardere este un parametru foarte important al ciclului, deoarece marimea sa determina viteza de degajare a caldurii si impreuna cu aceasta presiunea si temperatura gazelor in perioada arderii.

Procesul arderii decurge in timp, deci la volum variabil. De aceea, in ciclurile reale aportul de caldura in procesul arderii este insotit de pierderi de caldura prin peretii camerei de ardere.

In ansamblu, caracterul desfasurarii procesului de ardere, determinat de viteza de ardere, manifesta o influenta hotaratoare asupra desfasurarii ciclului real si prin urmare, asupra puterii si economicitatiimotorului. La motoarele cu cicluri diferite, procesul de ardere se desfasoara diferit, deoarece caracterul sau depinde de o serie de factori ca modul de formare a amestecului si procesul de aprindere a acestuia.

La motoarele cu carburator cu aprindere prin scanteie amestecul este practic omogen. Amestecul pregatit in prealabil este caracterizat de coeficientul de exces de aer . Arderea acestui amestec in stratul frontului flacarii care se propaga in camera de ardere de la punctul de aprindere in directia amestecului nears, este foarte intensa si se caracterizeaza in acest caz nu prin viteza reactiilor chimice, care la temperatura flacarii este suficient de ridicata, ci prin viteza de propagare a flacarii, care la motoarele cu aprindere prin scantei este de ordinul 40 m/s, valoare destul de ridicata.

La motoarele cu aprindere prin comprimare arderea decurge mai putin intens, ceea ce se explica prin lipsa unei pregatiri prealabile foarte bune a amestecului de compozitie determinata si prin lipsa unei surse suplimentare de aprindere. In acest caz are loc o autoaprindere, arde un amestec eterogen de combustibil si aer, de compozitie variabila, in timp si ca dispunere in volumul camerei de ardere.

La aceste motoare viteza de ardere a combustibilului injectat in cilindru se limiteaza nu de catre viteza de propagare a flacarii, ci de alti factori ca viteza de pregatire pentru autoaprindere a

primelor cantitatide combustibil injectat (la inceputul procesului) si viteza de amestecare a combustibilului cu aerul (in ultima parte a procesului). Viteza de amestecare a combustibilului cu aerul depinde de viteza de difuzie dintre moleculele de combustibil si oxigen si intensitatea transportului turbionar de masa in timpul arderii.

Prin urmare arderea in motoarele cu aprindere prin scanteie este foarte diferita de arderea din motoarele cu aprindere prin comprimare ceea ce impune analiza separata a arderii in aceste tipuri de motoare.

Combustibilii utilizati in motoare sunt constituiti din anumite tipuri de hidrocarburi a caror ardere completa este descrisa de ecuatiile arderii complete a carbonului si hidrogenului.

 C + O2 = CO2                                    3.3

2H2 + O2 = 2H2O                      3.4 In conditiile reale reactiile de oxidare nu se produc direct ci cu formarea unor produse

intermediare de tipul peroxizilor, care sunt extrem de instabili si din care cauza compozitia si reactiile lor ulterioare nu au putut fi inca suficient studiate. Printre teoriile arderii hidrocarburilor cea mai raspandita este teoria reactiilor accelerate sau in lant ramificat. In lumina acestei teorii procesul aparitiei flacarii se produce in lant, fiind nu numai o sursa puternica de caldura, dar si de particule active (atomi si radicali liberi) care difuzeaza in gazele nearse, astfel incat, in masa acestora se dezvolta reactii de ardere si noi difuzii de particule active, deci o autoaccelerare a reactiilor de ardere [22].

Teoria reactiilor in lant analizeaza doua cai posibile de dezvoltare a reactiilor in masa de amestec. Prima cale, cand datorita consumului a peste jumatate din substantele de ardere viteza de reactie, incepe sa scada de la un maxim atins, fara formarea flacarii dupa cum se poate observa de pe curba 1 din figura 3.1. A doua cale, cand dezvoltarea reactiei in lant conduce la o asemenea viteza de degajare a caldurii, care asigura autoaccelerarea progresiva a vitezei de reactie care produce aprinderea masei de amestec date (conform curbei 2 din figura 3.1).

Conditia autoaprinderii este atingerea unei viteze critice de reactie Wcr, la care viteza de degajare a caldurii este suficienta pentru asigurarea temperaturii de explozie. Cele prezentate mai sus se refera atat la motoarele cu aprindere prin scanteie cat si la cele cu aprindere prin comprimare.

 

Figura 3.1.

In ambele cazuri aparitia flacarii este precedata de un fenomen numit intarzierea la aprindere (τ1). Insa in cazul aprinderii prin scanteie a amestecului, temperatura sursei de aprindere este mai

mare decat temperatura mediului ce urmeaza a fi aprins si de aceea reactiile de ardere pe timpul necesar formarii initiale au loc cu o degajare de caldura.

Viteza reactiilor chimice depinde de temperatura si concentratia reactantilor. Aceasta se poate exprima in functie de presiune si temperatura dupa cum se poate observa in relatia 3.5:

 

                                   3.5 unde:

A – este constanta care depinde de proprietatile combustibilului si de compozitia amestecului;p – presiunea;n – ordinul reactiei;E – energia de activare;T – temperatura;RM – constanta generala a gazelor [86].Arderea cu flacara poate sa inceteze in amestecuri foarte bogate (ciocniri trimoleculare) sau

foarte sarace (ciocnirea cu gaze inerte). Limitele acestor amestecuri sunt determinate practic de catre limitele superioare si inferioare ale aprinderii, cand variatia cantitatii de combustibil in amestec, conduce la imposibilitatea aprinderii (tabelul 3.1).

 Tabelul 3.1

Limitele aprinderii amestecului combustibil – aer 

Temperaturaamesteculuiinainte de

aprindere [ºC]

Limita aprinderiiin functie de amestec

Temperaturaamesteculuiinainte deaprindere

[ºC]

Limita aprinderiiin functie de amestec

superioara inferioara superioara inferioara

0 0,53 1,23 200 0,40 1,60

50 0,42 1,45 250 0,40 1,67

100 0,40 1,60 300 0,40 1,86

150 0,40 1,60      

 O data cu cresterea temperaturii, limitele aprinderii amestecului se largesc, in special, limita

amestecurilor sarace. Aceste limite prezinta importanta pentru reglajul motoarelor. La motoarele cu carburator, la amestecuri cu λ cuprins in intervalul 0,85÷0,9 (in zona amestecurilor bogate), se pot obtine valori maxime de ardere si prin urmare si puterea maxima, dar cu o economicitate scazuta. La amestecuri sarace cu λ in intervalul 1,05÷1,15, viteza de ardere va fi mai mica, puterea se va micsora, insa economicitatea se va mari, prin reducerea consumului specific. Prezinta importanta si pierderile de caldura, care in cazul amestecurilor sarace vor fi mai mari deoarece arderea amestecului se va incetini si se va prelungi, sfarsindu-se cand gazele ocupa un volum mare si o suprafata de racire prin pereti [22].

Pentru amestecuri neomogene problema limitelor de autoaprindere dupa compozitia amestecului isi pierde sensul, deoarece in procesul formarii amestecului (formare interioara prin injectie) se obtin campuri de concentratii cu limite largi ale coeficientului λ, care variaza de la zero la infinit. La injectarea combustibilului lichid apar zone cu compozitie optima a amestecului, deci cu conditii optime pentru producerea aprinderii, comparabile cu cele ale amestecului omogen gazos.

Se presupune, ca in jurul fiecarei picaturi de combustibil injectat se formeaza un invelis sferic de amestec in care, pentru conditii corespunzatoare de temperatura si presiune de vapori a combustibilului se obtine zona de amestec optim de combustibil.

  

 3.2.2. Procesul arderii in m.a.s.

Pentru dezvoltarea optima a procesului de degajare a caldurii cu calcularea timpului de ardere a amestecului, aprinderea se efectueaza inainte ca pistonul sa ajunga in p.m.s. in cursa de comprimare. Unghiul manivelei corespunzator acestui moment fata de p.m.s. se numeste unghi de avans la producerea scanteii (s) si pentru motoarele moderne cu carburator se afla in limitele 2÷35 RAC inainte de p.m.s. (figura 3.2) [10].

 

Figura 3.2.

In aceeasi figura este prezentata diagrama indicata desfasurata in coordonate p-, care permite urmarirea caracterului variatiei presiunii gazelor in cilindru in functie de unghiul de rotatie a arborelui cotit.

Dupa cum se vede, intre momentul producerii scanteii 1 si punctul 2 nu se produce o crestere apreciabila a presiunii. Dupa punctul 2, presiunea creste rapid pana la valoarea maxima 3, iar apoi in cursa de destindere descreste spre punctul 4.

Intreaga perioada de ardere in motorul cu aprindere prin scanteie poate fi considerata, din punctul de vedere al cresterii presiunii, ca fiind constituita din trei faze: faza I, de initiere a arderii (1), faza a II-a, de propagare a flacarii (2) si faza a III-a, de desavarsire a arderii in timpul destinderii (3) la 30÷50RAC. Faza I este faza initiala sau perioada de inductie. In aceasta faza se arde o cantitate redusa de amestec in jurul bujiei (6÷8), iar presiunile si temperaturile nu cresc vizibil deoarece caldura degajata abia compenseaza pierderile de caldura prin peretii camerei de ardere. Aceasta faza se desfasoara pe 5÷7RAC si se mai numeste intarziere la aprindere.

Faza a II-a, care este faza principala de ardere si se desfasoara pe 10÷25RAC, determina mersul linistit al motorului, caracterul cresterii presiunii, care se apreciaza prin cresterea de presiune pe 1RAC, respectiv dp/d (fig.3.3) [22].

 

Figura 3.3. 

Pentru perioada de la inceputul arderii pana la atingere presiunii maxime, la motoare cu ε = 6,5÷8, viteza medie de crestere a presiunii este:

 

 [MPa/ºRAC]                     3.6

 Acesta este un indice foarte important deoarece manifesta influenta asupra uzurii motorului si

prin urmare asupra durabilitatii motorului in ansamblu. Experienta a aratat ca motoarele au o functionarecorespunzatoare daca:

 

 [MPa/ºRAC]                   3.7

[MPa/ºRAC]                 3.8

 pentru ca la valori mai mici arderea se prelungeste in destindere, iar la valori mai mari motorul are o functionare dura. De asemenea eficienta maxima de ardere se atinge la 10÷15RAC dupa p.m.s.

Caldura degajata prin dezvoltarea primelor reactii se transmite particulelor cu care vin in contact, aprinzandu-le si provocand arderea celeilalte parti de amestec (faza a II-a), adica incepe propagarea flacarii. Arderea care se produce dupa aceasta schema se numeste in general normala sau fara detonatie. Mecanismul propagarii flacarii in acest tip de ardere este legat de transmiterea caldurii prin convectie si difuzia particulelor active, precum si de ambele procese prin actiunea de turbionare asupra procesului. Flacara se propaga in camera de ardere in toate directiile, cu o viteza medie de 20÷30 m/s si uneori chiar de 40 m/s. Viteza de propagare a  flacarii depinde de multi factori printre care cei mai importanti sunt: intensitatea procesului chimic de oxidare, constructia motorului (raportul de comprimare, temperatura pieselor, turbionarea asigurata), energia surselor de aprindere, numarul bujiilor etc.

Faza a III-a este faza finala si incepe dupa atingerea presiunii maxime corespunzatoare punctului 3, incheindu-se in destindere. In aceasta faza de postardere sau ardere intarziata se desavarsesc reactiile de ardere a combustibilului care nu a ars in fazele precedente. Viteza de ardere in acest caz are valori reduse, iar aria frontului de flacara se micsoreaza. Durata acestei faze este de 30÷50RAC, iar sfarsitul arderii este greu de precizat, putandu-se aprecia numai dupa cantitatea de combustibil arsa, respectiv dupa caldura degajata in raport cu caldura furnizata ciclului.

Pe diagrama indicata desfasurata (vezi fig.3.2.), prima faza de ardere incepe in momentul aparitiei scanteii la electrozii bujiei si se sfarseste in punctul 2, adica in momentul inceperii cresterii presiunii de ardere fata de presiunea de comprimare. In acest fel in prima faza se include nu numai perioada formarii flacarii (aprinderii), ci si timpul necesar pentru propagarea sau formarea flacarii intr-un volum suficient de amestec pentru accelerarea reactiilor cu o insemnata crestere de presiune (punctul 2).

Dezvoltarea in continuare a arderii asigura propagarea flacarii in volumul camerei de ardere, factor determinant in aprecierea vitezei de ardere si deci si a puterii si economicitatii.

Frontul flacarii se deplaseaza in directia amestecului nears (fig.3.4), insa directia de deplasare fata de peretii camerei de ardere e determinata nu numai de propagarea propriu-zisa a flacarii in amesteculproaspat, ci si de caracterul deplasarii amestecului in camera de ardere [11], [22].

Figura 3.4.

De aceea, in conditii reale viteza de propagare a flacarii este constituita dintr-o viteza de propagare laminara in amestec, numita viteza normala (un), si din viteza conditionata de miscarea turbulenta a gazelor (ur).

Prin viteza normala se intelege viteza cu care se propaga flacara de la un strat de gaze, cu difuzie de particule active si transmitere de caldura in directie normala la suprafata frontului sau. Viteza normala de ardere a amestecurilor de benzina si aer oscileaza in limitele 2÷3 m/s. Insa pentru dezvoltarea procesului o importanta hotaratoare o are viteza de ardere determinata de miscarea amestecului, adica de pulsatia turbulenta a gazelor.

Intensitatea actiunii pulsatiilor turbulente asupra procesului de ardere e determinata pe scara acestor pulsatii (micro- si macroturbulenta).

In primul caz acceleratia propagarii flacarii se asigura de catre intensitatea transportului de substante si particule active din flacara spre amestecul nears, fara schimbarea suprafetei frontului flacarii, iar in al doilea caz, cand turbulenta se accentueaza, se deformeaza frontul flacarii, care provoaca miscarea dezordonata a gazelor proaspete si arse, ceea ce mareste suprafata cuprinsa de flacara si viteza maxima de ardere (vezi fig.3.4).

Scara pulsatiilor turbulente depinde de adancimea zonei de ardere  si de amplitudinea oscilatiilor frontului flacarii l. Daca l, se poate vorbi de o microturbulenta, iar daca l, exista o macroturbulenta, lputand ajunge la valori de zeci de mm. Deplasarea frontului flacarii in amestec, uniform, in camera de ardere inchisa, depinde de raportul de comprimare a amestecului  inca nears, care este puternic comprimat (de 7-8 ori) prin destinderea gazelor care au ars pana in momentul respectiv in directia partii de volum cu gaze arse.

Dupa cum se vede, se respecta in general o succesiune in dezvoltarea procesului de ardere in ansamblu.

Prima zona de ardere se formeaza sub actiunea vitezei normale de ardere (transmiterea de caldura, difuzie). O data cu dezvoltarea zonei de ardere si formarea unor fronturi de ardere devin posibile pulsatii turbulente, scara carora nu depaseste inca adancimea zonei de ardere (microturbulenta).

Insa pulsatiile amplifica viteza normala, pentru ca transmiterea de caldura si difuzia particulelor active cresc. La sfarsit scara turbulentei devine mai mare decat adancimea zonei de ardere si rolul vitezei normale se reduce, deoarece prevaleaza influenta vitezei ur, conditionata de turbulenta asupra arderii (macroturbulenta).

Uneori, este posibil, catre sfarsitul arderii normale, sa apara in fluidul motor (amestecul combustibil-aer) fenomene de autoaprindere caracterizate de viteze ridicate de propagare a flacarii. In acest caz, arderea se numeste detonanta. Acest tip de ardere limiteaza cresterea puterii si economicitatii, prin marirea raportului de comprimare. Se produc unde puternice de soc, ce se propaga cu viteze de circa 1200 m/s. Arderea detonanta este insotita de zgomote metalice, asemanatoare unor ciocanituri, de tendinta de supraincalzire a motorului si

de scaderea puterii. O functionare indelungata duce la uzura segmentilor si la cresterea nivelului de emisii poluante.

 3.2.3. Procesul arderii in m.a.c.

Arderea amestecului neomogen se deosebeste esential de arderea amestecului omogen. Procesul formarii amestecului si pregatirea lui pentru aprinderea in motorul cu aprindere prin comprimare incep din momentul injectarii combustibilului in camera de ardere, adica de la 10÷40RAC inainte de a ajunge pistonul in p.m.s.

Timpul disponibil pentru toate procesele de pregatire a amestecului pentru autoaprindere este foarte scurt si in motoarele cu aprindere prin comprimare aceste procese se realizeaza in 0,04÷0,001 s, valorile mari referindu-se la motoarele lente, iar cele mici, la motoarele rapide.

Timpul disponibil pentru pregatirea si formarea amestecului pentru aprindere la motoarele cu carburator este de cateva ori mai mare decat la motoarele cu aprindere prin comprimare.

Fazele de formare si pregatire a amestecului pentru autoaprindere la motoarele cu aprindere prin comprimare (pulverizarea combustibilului din injector si proiectarea lui in camera de ardere, incalzirea picaturilor  si vaporizarea lor, formarea produselor intermediare de oxidare si in final, aprinderea) se suprapun in timp una alteia si se prelungesc pana dupa aprindere. In aceasta consta particularitatea si in acelasi timp complexitatea studierii proceselor de ardere in aceste motoare.

Combustibilul injectat in cilindru ajunge in mediul comprimat si prin urmare incalzit, aerul avand in general presiuni de 3÷4 MPa si temperaturi de 800÷1000K.

In figura 3.5., se prezinta diagrama indicata desfasurata, unde 1-2 este perioada de intarziere la autoaprindere, 2-3 perioada de crestere brusca a presiunii, 3-4 perioada dezvoltarii temperaturii maxime a ciclului si 4-5 perioada desavarsirii arderii. In figura 3.6, se prezinta caracteristica de injectie si de degajare a caldurii. Curba i=f1() descrie legea de injectie a combustibilului, curba x=f2() reprezinta variatia fractiunilor de caldura degajata, pinj=f3() arata variatia presiunii de injectie si dx/d viteza de degajare a caldurii in functie de timp, sau de unghiul de rotatie al arborelui cotit [10].

Figura 3.5.

Fazele de ardere sunt reprezentate in fractiuni din timpul de desfasurare a ciclului (fig.3.6) sau pot fi delimitate intr-o diagrama p- in RAC. Dupa cum se vede din caracteristica variatiei marimilor x, dx/d,caldura degajata la sfarsitul fazei a treia este importanta, insa viteza de degajare a caldurii scade, desi procesele se desfasoara la temperaturile cele mai inalte, aceasta putandu-se explica prin diminuarea contactului dintre oxigen si combustibil sau produse de ardere

incompleta care se accentueaza datorita maririi concentratiei gazelor inerte in amestec (azot si produse de ardere).

Simultan cu aceasta are loc si o inrautatire a conditiilor de formare a amestecului, datorita faptului ca injectia si pulverizarea in faza a III-a se produc cu viteze mai scazute si coeficientul de exces de aer in timp este mai mic. Caracterul propagarii flacarii in camera de ardere a motorului cu aprindere prin comprimare nu a fost pe deplin elucidat ca la motorul cu carburator. Astfel, este posibil sa existe diferite puncte de vedere asupra descrierii fenomenelor fizice ce apar in procesul arderii amestecurilor de combustibili si aer in motoarele cu aprindere prin comprimare. In literatura de specialitate actuala, privind procesul de ardere, in general se considera ca acesta este constituit din patru faze.

Figura 3.6.

Impartirea pe faze este conventionala pentru motoarele cu aprindere prin comprimare deoarece multe aspecte ale arderii nu au fost inca studiate in detaliu. Desi conventionale, fazele procesului de ardere reflecta suficient de fidel fenomenele petrecute in cilindru.

O imagine cat mai apropiata de realitate asupra procesului de ardere din motorul cu aprindere prin comprimare se poate obtine daca la baza analizei desfasurarii fazelor se iau in calcul factorii care au o influenta constanta asupra proceselor, ca spre exemplu legea de injectie a combustibilului si legea degajarii caldurii, care, la randul lor, determina temperatura si presiunea ciclului.

Intreaga perioada de ardere din motorul cu aprindere prin comprimare cunoaste urmatoarele faze:

I   – faza pregatirii zonelor de autoaprindere (intarzierea la autoaprindere);II – faza dezvoltarii zonelor de autoaprindere si propagarii flacarii denumita si faza arderii rapide;III – faza de ardere a masei de baza a amestecului (arderea moderata);IV – faza arderii relativ incetinite a componentelor de amestec ramase din faza precedenta

(postarderea cu ardere in destindere).Prima faza se desfasoara in intervalul de timp dintre momentul inceperii reale

a injectarii combustibilului, 1, pana in momentul cresterii rapide de presiune, 2. In decursul acestei perioade se producepregatirea fizico-chimica a acelei parti de combustibil care a patruns in cilindru in acest interval de timp.

Viteza de degajare a caldurii in aceasta perioada fiind foarte mica, nu se produce o crestere vizibila a presiunii. In timpul acestei faze patrunde in cilindru 30÷40 din intreaga cantitate de combustibil pentru un ciclu (la unele motoare rapide cantitatea de combustibil injectat poate fi chiar de 100 ). Durata primei faze este de 0,002÷0,006 s sau 10÷30 RAC si determina caracterul desfasurarii fazelor urmatoare in functie de diferiti factori. Cum se vede din figurile 3.5, respectiv 3.6, la sfarsitul primei faze incepe procesul degajarii active de caldura, adica in acest timp pregatirea formarii zonelor de autoaprindere se incheie.

In a doua faza se observa o foarte intensa degajare de caldura (dx/d  max) si o crestere brusca de presiune, corespunzatoare perioadei 2-3, acum injectia de combustibil continua marind concentratia acestuia in amestec. La sfarsitul acestei faze, maximul vitezei de degajare a caldurii coincide practic cu maximul presiunii de ardere pz.

In aceasta faza se degaja 30÷50% din intreaga caldura furnizata ciclului. Un criteriu de apreciere a intensitatii arderii pentru perioada a doua este viteza de crestere a presiunii, obtinut ca si la motoarele cu aprindere prin scanteie, din raportul cresterii de presiune a gazelor ∆p pentru o perioada oarecare a procesului, raportat la cresterea corespunzatoare a unghiului de rotire a arborelui cotit, adica viteza momentana W si viteza medie Wm, respectiv:

 

 [MPa/ºRAC]                            3.9

                       3.10 Conform datelor experimentale, marimea Wm, care caracterizeaza rigiditatea functionarii

motorului, oscileaza in limitele 0,4÷0,6 MPa/ºRAC. Valorile mari corespund unor perioade indelungate de intarziere la autoaprindere, iar cele mici unor intarzieri scurte [22].

In faza a treia injectia de combustibil de obicei inceteaza si arde masa de baza a amestecului combustibil-aer. Se mai numeste si faza arderii progresive, deoarece mentine presiunea aproape constanta pentru o anumita perioada de timp. In aceasta faza cantitatea totala de caldura degajata este de 40÷50%.

Faza a patra incepe din momentul atingerii temperaturii maxime de ardere in cilindru. Se considera ca limita sfarsitului arderii poate fi momentul cand degajarea de caldura atinge 95÷97% din caldura totala degajata pe ciclu. Faza este caracterizata prin micsorarea vitezei de degajare a caldurii (dx/dα  0) si de micsorarea vitezei de ardere.

  

3.3. Poluarea chimica. Generalitati

Activitatea umana la ora actuala se confrunta cu o stringenta cerinta de ecologizare datorata in primul rand dinamicii deosebite a productiei de bunuri materiale si servicii, care pun in pericol echilibrul natural al planetei. Faptul este fara precedent si nu poate fi tratat ca un accident in dezvoltarea umanitatii. Este deci necesar ca orice act de creatie tehnica in primul rand sa se puna in acord cu echilibrul atat de precar al naturii, care se afla permanent in pericol.

Fenomenul dinamic al dezvoltarii industriale a adus dupa sine, pe langa factorul activ de progres, si cateva elemente negative, daunatoare mediului si implicit sanatatii omului, elemente care trebuie limitate si atenuate cu maxima exigenta. Aceste asa-numite reziduuri rezultate in urma activitatii industriale au fost denumite generic «poluanti» si constituie un pericol in conditiile in care concentratia (densitatea) lordepaseste limitele posibilitatilor de absorbtie sau toleranta, fiind astfel pus in pericol echilibrul ecosistemelor care asigura functiile biologice ale planetei.

Tabelul 3.1Persistenta unor poluanti in atmosfera

Componenta Persistenta Mecanism de indepartare naturala

CO2 4 ani Fotosinteza, absorbtie in apa

CO 3 ani Putin cunoscute

Sox 4 zile Oxidare si transformare in sulfati

Nox 5 zile Oxidare, foto-oxidare si transformare in nitrati

Hidrocarburi 16 ani Reactii fotochimice cu NOx si O2

In tabelul 3.1 este redat ciclul de descompunere naturala a celor mai cunoscute substante rezultate in urma arderii combustibilului in motoarele cu ardere interna [33].

In masura in care un reziduu al activitatii economice industriale sau sociale depaseste o concentratie maxima admisibila (egala cu capacitatea de absorbtie sau de toleranta a ecosistemului), acesta este definit in mod cert ca poluant si atentia acordata reducerii lui implica severe masuri tehnico-economice ce nu de putine ori, in ultimul timp, au dus la reorientari ale proceselor tehnologice sau ale productiei industriale in ansamblu. In tabelul 3.2 sunt trecute valorile maxim admise la nivel mondial, pentru gazele poluante generate de traficul auto [152], [156].

Tabelul 3.2

Concentratia maxima admisa pentru diferiti poluanti

PoluantulConcentratia maxima admisa

(g/m3)Timp mediu de

expunere

Ozon 120g/m3

(0,06 ppm) 8h

NO2

200g/m3

(0,11ppm)1h 

40-50 g/m3

(0,021-0,026 ppm) anual

SO2

500 g/m3

(0,175 ppm)10 min

 

125 g/m3

(0,044 ppm)24 h

 

50 g/m3

(0,017 ppm) anual

CO

100 mg/m3 [90 ppm]60 mg/m3 [50 ppm]30 mg/m3 [25 ppm]10 mg/m3 [10 ppm]

15 min30 min

1 h8 h

Pb 0,5 – 1 mg/m3 anual

 Agresivitatea asupra mediului reprezinta una dintre cele mai noi probleme aparute in

dezvoltarea societatii si lezeaza caracterul durabil al acesteia. O data cu importanta sporita acordata calitatii vietii sidepasirea ingrijoratoare a nivelului de poluare in ultimele doua decenii, transporturile au ajuns in centrul dezbaterilor legate de protectia mediului [93]. Activitatea de transport este responsabila de circa 35% din totalul emisiilor de CO2. In centrul marilor aglomerari urbane, traficul rutier este generatorul a 90-95% din concentratiile de CO si Pb regasite in aer, 60-70% din cele ale noxelor si hidrocarburilor, precum si a unui important procent de particule aflate in suspensie [123].

Motoarele cu ardere interna, folosite in transporturi, genereaza o poluare a aerului pe unitatea de energie mai mare decat orice alt consumator energetic. Prin folosirea acestor tipuri de motoare se produc emisii de substante in cantitati si de natura sa cauzeze efecte daunatoare eco-bio-sistemelor atat la nivel local, cat si la nivel global. Datorita activitatii de transport cu vehicule motorizate neelectrice, se emit numerosi poluanti care contribuie la realizarea efectului de sera. In secolul incheiat de curand, rezultatul acestui efect a condus la incalzirea suprafetei terestre cu aproape 2,3 W/m2. Tendinta crescatoare a valorii temperaturii medii la sol in ºC se poate observa in figura 3.7 [67], [142]:

Figura 3.7.

In randul generatorilor de substante poluante cu aport la cresterea efectului de sera, autovehiculul figureaza poluant cu o pondere insemnata [34]. Sursa principala de poluare la

autovehicule o constituie carburantul, avand o pondere de peste 96%. Alaturi de carburant, cu o contributie minora, participa la poluare acumulatorii auto (2,7%), vopseaua de caroserie (0,85%), scurgerile de ulei (0,45%) [117].

Se constata ca ponderea majora este ferm orientata in directia carburantului, considerat a fi un poluant activ, pentru ca in toate starile de transformare pe care le sufera in cursul reactiilor chimice care au loc in scopul obtinerii energiei mecanice acesta emana in atmosfera substante poluante. Meca-nismele prin care se produce poluarea de catre carburanti sunt determinate de doua principale fenomene chimice.

 Evaporarea combustibilului – s-a determinat ca pentru fiecare litru de combustibil, in momentul alimentarii, se raspanesc in mediul inconjurator, in medie 1,2 grame de combustibil. De asemeneaneetanseitatile rezervoarelor conduc la pierderea prin evaporare a pana la 15% din valoarea poluantului.

Eliminarea gazelor arse in atmosfera – pentru o ardere completa a combustibilului se produc vapori de apa (13%), dioxid de carbon (13%) si azot (74%). In motor arderea combustibilului nefiind completa, se mai produc oxizi de azot, hidrocarburi, produsi oxidanti, oxizi de sulf, particule etc.

In functie de procedeul de ardere (aprindere prin scanteie sau comprimare), respectiv de combustibilul folosit (benzina sau motorina), atat din punct de vedere calitativ cat si cantitativ, structurile emisiilor poluante ale motoarelor autovehiculelor prezinta diferente notabile:

– in cazul MAS, ponderea importanta o au emisiile de CO, hidrocarburi si plumb;– in cazul MAC, ponderea majoritara este cea a emisiilor de NOx; mai sunt de evidentiat

emisiile scazute dar semnificative de SO2 (0,25%) si cele de particule (fum).

In paginile urmatoare vor fi tratati atat poluantii primari, cat si poluantii secundari, ca rezultat al combinarii in anumite conditii a celor primari.

 3.3.1. Geneza si efectele CO

Originea oxizilor de carbon a fost mult timp discutata, insa, in urma cercetarilor mai serioase in aceasta directie, s-a ajuns la concluzia ca o prima sursa importanta de CO este disocierea dioxidului de carbon la depasirea unui anumit prag de temperatura, conform reactiei 3.11 [3], [44], [94], [101]:

 

                           3.11 

O alta sursa importanta de CO este considerata arderea incompleta in cilindru datorita lipsei de oxigen (ec. 3.12):

 

                              3.12 Acest proces are loc in conditiile unui amestec sarac generat de lipsa aerului (λ<1) si

caracterizeaza o buna parte din regimul de functionare a motorului (la accelerare si la decelerare).

 

Figura 3.8.

S-a constatat ca in conditii de amestec bogat (λ<1) emisiile de CO scad simtitor (fig.3.8). Este definit ca dozaj stoichiometric λ=1 unde λ este definit de relatia 3.13 [12], [20] si care exprima raportul dintre cantitatea de aer disponibila pentru arderea unui kg de combustibil si cantitatea de aer teoretica necesara pentru arderea a 1 kg de combustibil:

 

                                                             3.13 

unde L si Lmin se exprima in kg aer/kg combustibil.La motoarele cu aprindere prin comprimare, oxizii de carbon apar in cantitate redusa in gazele de

ardere. Geneza lor are ca explicatie arderea incompleta datorita deficientelor de amestecare [20].Oxidul de carbon este un gaz incolor si inodor. Masa kilomolului de oxid de carbon este 28,01

kg/kmol. Intr-un kilogram de oxid de carbon se afla 0,4287 kg de carbon si 0,5713 kg de oxigen. Este putin solubil in apa, iar sub influenta radiatiilor ultraviolete reactioneaza cu aceasta:

 

                      3.14 In prezenta unui agent catalitic (Pt) in mediu umed, se poate obtine dioxidul de carbon si

hidrogen (rel.3.15): 

                     3.15 Oxidul de carbon din atmosfera poate fi transformat in dioxid de carbon de plante, cu o viteza de

1,45 μmol/dm2h (planta de fasole). Oxidul de carbon reactioneaza cu hemoglobina (Hb) [91]. Aceasta este o substanta albuminoida cristalizabila si se gaseste in sange. Omul are circa 700 g hemoglobina. In procesul de oxigenare a sangelui, aerul trece prin peretele endotelial al alveolei pulmonare si se dizolva in plasma. Cea mai mare parte din oxigen reactioneaza cu hemoglobina conform reactiei 3.16, oxigenand mai departe tesuturile vii:

 

                            3.16 

Oxidul de carbon ajunge in organism pe cale pulmonara sau cutanata. Si oxidul de carbon este solubil in plasma sangvina unde reactioneaza cu hemoglobina conform reactiei 3.17:

 

                          3.17

  Carboxihemoglobina astfel formata este mult mai stabila decat oxihemoglobina. In plus,

afinitatea hemoglobinei pentru oxidul de carbon este de aproximativ 200 de ori mai mare decat pentru oxigen. Ca urmare prezenta oxidului de carbon in sange blocheaza hemoglobina si impiedica mecanismul oxidarii sangelui producand anoxemie, adica diminuarea oxigenului vehiculat catre celule, ceea ce determina stari de asfixie a tesuturilor [135]. Prin urmare circa 0,1% oxid de carbon in sange duce la blocarea sub forma de carboxihemoglobina a jumatate din hemoglobina existenta in sange, ceea ce are drept efect o intoxicatie grava. Afectiunile produse de oxidul de carbon se numesc oxicarbonism, avand manifestare acuta sau cronica. Primele simptome ale bolii incep de la o concentratie de peste 10% din totalul hemoglobinei (figura 3.9), si constau in dureri de cap, ameteli, oboseala, greata, voma, aritmii, dureri in zona inimii [3].

 

Figura 3.9.

Oxidul de carbon sporeste riscul de infarct miocardic datorita afinitatii acestuia pentru mioglobina stimuland producerea unor tulburari in irigarea cu sange a muschiului cardiac. O alta actiune grava este cea teratogena asupra fatului [152].

Un studiu recent al unui grup de specialisti vienezi a subliniat ca o expunere timp de o ora la efectul unor concentratii variabile de oxid de carbon (50÷100 ppm) are drept efect o scadere lineara a atentiei participantilor la traficul rutier, acest lucru fiind un generator de accidente de circulatie si un factor de crestere a nivelului de poluare [101], [135].

Oxidul de carbon este greu de detectat cu mijloace obisnuite, determinarea concentratiei lui in gazele de evacuare si in atmosfera necesitand aparatura speciala. Determinarea emisiei de oxid de carbon se face cu aparate electrice –, prin masurarea gazelor de postardere, sau cu aparate cu raze infrarosii cu o fidelitate mai ridicata si care se bazeaza pe proprietatea gazelor poliatomice cu structuri eterogene de a absorbi selectiv energia radianta in infrarosu [44], [94], in functie de lungimea de unda.

 

3.3.2. Geneza si efectele NOx

Azotul formeaza cinci oxizi, prin combinarea cu oxigenul [86]:– hemioxidul de azot N2O;– monoxidul de azot NO;– sescvioxidul de azot (anhidridele azotoase) N2O3;– dioxidul de azot NO2;– hemipentoxidul de azot (anhidride azotice) N2O5.

Dintre acestea prezinta interes, monoxidul de azot, dioxidul de azot si hemioxidul de azot. Monoxidul de azot este prezent in gazele de evacuare intr-o proportie mult mai redusa. Evaluarea concentratiei se face in parti pe milion (1ppm = 1cm³ / 1m³ sau 10000 ppm = 1,0% concentratie).

Desi concentratia nu depaseste 2000-4000 ppm, este suficient de mare pentru a avea efecte nocive asupra omului si a naturii. In urma cercetarilor [3], [20], [101], [85] s-a ajuns la concluzia ca exista o stransa dependenta intre calitatea amestecului si concentratia noxelor (fig. 3.10).

Astfel, amestecurile sarace care contin peste 10% aer in exces genereaza un continut maxim de NOx.

 

      Figura 3.10.

Reactiile care conduc la aparitia oxidului de azot sunt urmatoarele [101]: 

                        3.18

                           3.19 Pentru λ>1,2 reactia se desfasoara in prezenta gruparii OH si este urmatoarea: 

                           3.20 Prin oxidari repetate se ajunge fie la azotul molecular, fie la bioxidul de azot [101]. S-a constatat

faptul ca reactia de formare a noxelor este dependenta de cinetica arderii, astfel ca in procesul de formare a oxizilor de azot cresterea temperaturii are un rol esential [86]:

 

                                                    3.21

 unde A si B sunt constante determinate experimental. Practic, se constata ca procentul de oxizi de azot din gazele de evacuare depinde de temperatura gazelor arse, de calitatea amestecului si de timpul de reactie (cinetica arderii). Gradul de nocivitate a noxelor este excesiv. S-a constatat faptul ca inhalarea a circa 100 ppm noxe timp de o ora determina imbolnaviri, iar 700 ppm inhalate timp de o ora constituie o doza mortala.

Oxizii de azot actioneaza asupra aparatului respirator fara a produce iritatie. Ei se combina cu umezeala, formand acid azotic ce distruge tesutul alveolelor pulmonare in orice concentratie. Toxicitatea acizilor de azot este foarte mare si specialistii o considera cu mult mai mare decat a oxidului de carbon. Prezenta ploilor acide se datoreaza in mare masura prezentei in atmosfera a unui surplus de noxe, care seregasesc in aceste ploi alaturi de SOx si hidrocarburi [61], [101]. De asemenea oxizii de azot combinati cu HC, pe timp insorit genereaza ozonul troposferic cauzator al efectului de sera [32], in combinatie cu diversi oxidanti dau nastere la smogul fotochimic uscat.

Acesta provoaca iritatii la nivelul ochilor, nasului, gatului, afectand functionarea plamanilor, accentuand astmul bronsic, modificand unii parametri ai sangelui [101]. Pentru masurarea cantitatii de oxizi de azot din gazele de evacuare se folosesc metode bazate pe principiul chemiluminiscentei [11], [44], [67], [149].

3.3.3. Geneza si efectele HC

Geneza hidrocarburilor si existenta lor in gazele de ardere sunt legate de o ardere nesatisfacatoare a amestecului carburant in cilindrii motorului, ca urmare a unei amestecari incomplete intre aer si combustibil [3], [101].

Fenomenul de intrerupere a propagarii flacarii, care sta la baza arderii incomplete, este intretinut de:

– racirea locala intensa a amestecului carburant, provocata de contactul flacarii cu peretii camerei de ardere;

– diluarea excesiva a amestecului cu gazele reziduale;– imbogatirea excesiva a amestecului;– saracirea excesiva a amestecului (fig. 3.11).

Reactiile de aprindere polistadiale au doua etape: reactiile lente si reactiile foarte rapide. Geneza hidrocarburilor din gazele de ardere are loc in faza reactiilor lente, cand sunt dezvoltati produsi intermediari: peroxizi si aldehide.

De asemenea, arderea uleiului patruns in camera de ardere contribuie la aparitia hidrocarburilor. Hidrocarburile generate de MAC au un grad de transformare mai mare, existand astfel mai mult combustibil cracat datorat conditiilor de presiune si temperatura din cilindru decat combustibil nears.

Concentratia de hidrocarburi scade o data cu saracirea amestecului de ardere pana la valori ale coeficientului de dozaj de circa 1,25, dupa care se constata o crestere a emisiilor datorata instabilitatii propagarii  flacarii (fig. 3.11).

Figura 3.11.Exista doua situatii in procesul arderii, in camera de combustie: cand flacara se stinge in masa de

amestec, respectiv, cand flacara se stinge la peretele camerei. In prima situatie, propagarea completa aflacarii depinde de depresiunea din conducta de admisie, iar in conditiile unei depresiuni foarte mari, depinde de calitatea amestecului. Flacara nu reuseste sa se propage prin amestecul situat in dreptul supapei de evacuare. Gradul avansat de diluare a amestecului din aceasta zona cu gazele reziduale constituie o limita a propagarii. In urma unor teste efectuate, s-a demonstrat faptul ca exista un grad de diluare limita, peste care propagarea flacarii se stinge.

Stingerea flacarii in apropierea peretelui cilindrului are loc datorita transferului intens de caldura (fig. 3.12), fapt care impiedica aparitia reactiilor de initiere a procesului de ardere.

Hidrocarburile formate cand flacara cuprinde amestecul initial in intregime se datoresc intreruperii propagarii flacarii in apropierea peretilor. Miscarea turbionara a gazelor din cilindru genereaza un strat limita la suprafata peretilor, in care temperatura variaza relativ putin din cauza transferului de caldura in apropierea peretilor (fig.3.12: 1 – gaze arse; 2 – strat limita; 3 – peretele cilindrului; 4 – lichidul de racire) [3]. Cand flacara ajunge in dreptul stratului limita, din cauza temperaturilor reduse, reactia chimica inceteaza. In stratul limita raman hidrocarburi nearse.

Figura 3.12. 

Principala actiune nociva a hidrocarburilor o are reactia chimica cu alti poluanti, fapt ce conduce la formarea smogului fotochimic. Hexanul la 40.000 ppm provoaca decesul, etanul, propanul si etina sunt anestezice, benzenul in cantitati mari este hematotoxic si neurotoxic. Hidrocarburile policiclice aromatice (de exemplu benzen(a)pirenul) sunt cancerigene [38], [44], [133].

Masurarea continutului de hidrocarburi nearse se poate face prin metoda absorbtiei energiei radiante nedisipative in spectrul de radiatii infrarosii. O alta metoda de masurare este metoda ionizarii [44], [67]. Aceasta este cuprinsa in STAS-11369 si se bazeaza pe faptul ca atomii de carbon pot fi separati la temperaturi inalte in ioni pozitivi si electroni liberi.

 3.3.4. Geneza si efectul aldehidelor

Aldehidele sunt produse ale arderii incomplete a combustibilului din motoarele cu ardere interna. Formula generala este R-CHO, unde R este un radical alchil. Cele mai des intalnite sunt formaldehida, cu formula chimica H-CHO, si acroleina, cu formula C2H3-CHO. Acroleina, numita si aldehida acrilica, este incolora, cu miros deosebit de patrunzator, cu limita de percepere 0,004 mg/l. Este inflamabila, are masa de 56,06 kg/kmol, temperatura de condensare 52,5ºC. Inhalarea in doza mare conduce la edem pulmonar.

Figura 3.13.

Un alt produs este acetaldehida (CH3-CHO), foarte volatila, cu miros puternic, ceea ce face ca limita de percepere a acesteia sa fie 0,0001 mg/l. Masa kilomolului este 44,05 kg/kmol, temperatura de condensare 20,8ºC, limita inferioara de inflamabilitate 4,1%, iar cea superioara 55%. Are o actiune iritanta asupra mucoasei oculare, a mucoaselor nazale, iar la concentratii de peste 20 ppm, apar senzatii de sufocare, tuse puternica si cefalee [101], [133].

Aldehidele se formeaza in motor la aparitia detonatiei. Acestea apar la temperaturile joase ale reactiilor de flacara rece. In functie de cantitatea de aer suplimentar, reactiile de oxidare decurg cu sau faraluminozitate si genereaza aldehide din cauza temperaturilor scazute [3].

Acesti compusi de oxidare partiala sunt generati in zona amestecurilor preformate neinflamabile, care se micsoreaza prin ridicarea presiunii si temperaturii la aparitia mersului in sarcina (fig.3.13). Aldehidele sunt indezirabile, pentru ca atribuie gazelor evacuate proprietati rau mirositoare sau proprietati iritante.

 3.3.5. Geneza si efectele produsilor cu sulf

Produsii cu sulf care vizeaza poluarea sunt: sulful ca particule solide, dioxidul si trioxidul de sulf, SO2, SO3, respectiv acidul sulfuros H3SO3 si acidul sulfuric H2SO4. Dioxidul de sulf este un gaz incolor, neinflamabil, in concentratii de peste 0,3 ppm poate fi detectat prin gust, iar peste 3 ppm, prin mirosul sau iritant. Are masa molara 64,06, condenseaza la –10ºC, iar marimile de stare critice sunt temperatura de 157,2ºC si presiunea de 77,7 bari. Reactioneaza cu oxigenul la 400ºC rezultand trioxidul de sulf [101].

Sulfura de hidrogen H2S si SO2 se formeaza in conditii specifice, cea dintai fiind caracteristic pornirii motoarelor, in timp ce bioxidul de sulf este prezent in functionarea motoarelor la toate regimurile de exploatare (fig.3.14).

Exista doua tipuri de reactii care sunt tratate din punctul de vedere al contributiei sulfului la producerea emisiilor de fum. Prima reactie vizeaza producerea de sulf ca emisie de particule solide [101]:

 

                3.22  Reactia este exoterma si ratia optima se produce la temperaturi de pana la 320°C, cu ponderea

maxima la 210°C. Cea de a doua reactie este de tip endoterm si vizeaza producerea acidului sulfuric prin combinarea dioxidului de sulf cu particulele fine de vapori de apa aflate in suspensie in gazele de evacuare, la temperaturi de 400-600°C.

 

             3.23 Radicalul liber de hidrogen permite reluarea primei reactii care este favorizata de lipsa oxigenului

in gazele de ardere.

Figura 3.14.

Oxizii sulfului produc iritatii, lezarea cailor respiratorii, constrictii bronhiale localizate in canalele alveolare si in bronhiile terminale. In general, cresterea cantitatii de dioxid de sulf in atmosfera are ca efect o intensificare a gradului general de morbiditate a populatiei. La concentratii de 0,52 ppm, in prezenta si a altor particule solide, creste rata mortalitatii [38]. La ora actuala cercetarile sunt indreptate spre ameliorarea calitatii combustibililor conventionali in vederea reducerii concentratiei de sulf din motorine pana la valori inferioare lui 0,1% [96], [98], [131], [136].

 3.3.6. Geneza particulelor. Plumbul si efectele acestuia

Emisia de particule a fost considerata multa vreme formata numai din particule de plumb sau compusi ai acestuia. S-a crezut ca o reducere a plumbului din benzine conduce implicit la o reducere a continutului de particule in gazele de evacuare. Cercetarile ulterioare au demonstrat ca in anumite conditii de functionare a motorului particulele care se formeaza au un continut preponderent de carbon. Unele substante cum ar fi plumbul, fosforul, aditivii organici din benzine si compusii alcalino-pamantosi din ulei formeaza in timpul arderii particule solide care se elimina prin gazele de evacuare. Compozitia particulelor depinde de dimensiunile acestora. In cazul benzinelor care contin plumb, particulele au dimensiuni mari si contin 60-65% saruri de plumb, 30-35% oxid de fier si 2-3% carbon. Particulele foarte fine au o compozitie totaldiferita, carbonul fiind in proportie de circa 28%.

Plumbul este un metal moale, cu masa molara 207,21 kg/kmol, punctul de topire 327ºC, densitatea 11,34 kg/dm3. S-a constatat ca plumbul liber si chiar si combinatiile plumbului rezultat din gazele de evacuare au doua maxime in cursul unei zile, in perioadele migrarii spre locurile de munca si la revenirea catre casa (fig. 3.15) [38], [101].

Figura 3.15.

Din atmosfera, unde se gasesc sub forma de aerosoli, acesti compusi ajung in organismul uman, unde se fixeaza in oase sub forma de trifosfat de plumb, de unde genereaza o inhibare a sintezei hemoglobinei prin blocajul combinatiei fier-porfirina. Se tulbura metabolismul albuminelor, al glucidelor si al vitaminelor. O concentratie de plumb in sange de 0,2-0,4 ppm inhiba activitatea enzimelor. Intoxicatia cu plumb, numita saturnism, duce la anemie, encefalopatie, cu un efect final letal. Saturnismul provoaca avortul, duce la degenerescenta si predispozitie la tuberculoza [106].

Masurarea emisiei de particule se face prin metoda gravimetrica. Determinarea particulelor necesita un sistem de dilutie capabil sa mentina gazele diluate de evacuare sub 52ºC si sa evite condensarea apei, precum si de un sistem de prelevare a particulelor cu filtre speciale.

 3.3.7. Geneza si efectele fumului

Fumul din gazele de evacuare ale motoarelor cu aprindere prin comprimare este de trei categorii: alb, albastru si negru.

Fumul alb este caracteristic momentului de pornire la rece a motorului. Se compune dintr-o suspensie de hidrocarburi lichide nearse sau oxidate partial, particulele avand diametrul de peste 1 µm. Regimul termic coborat impiedica arderea intregii doze de combustibil din cilindru. Este posibil ca la temperaturi coborate, o fractiune din combustibilul injectat sa nu se evapore, fiind evacuata sub forma de fum alb.

Fumul albastru poate sa apara la mersul in gol sau la sarcini mici, contine combustibil nears si eventual ulei de ungere. Din cauza unor conditii nefavorabile de concentratie, temperatura si timp disponibil pentru ardere, combustibilul nears ajunge sa condenseze in timpul evacuarii sub forma unor picaturi foarte fine cu diametrul de circa 0,5 µm. Culoarea albastra rezulta din dispersia preferentiala a luminii la lungimi de unda reduse produsa de aceste particule.

Fumul negru apare numai in amestecuri cu combustibil in exces, fiind compus dintr-un ansamblu de cristale. Elementul primar il constituie o retea de ordinul a 35 de grupe hexagonale cu circa 90 atomi de carbon. Intr-un prim stadiu se formeaza un compus intermediar (acetilena) ce apare la circa 3000 K. In faza a doua, particulele cresc prin coagulare pana la o dimensiune finala medie de 1 µm, alcatuind produsul final numit si funingine (fig.3.16) [3].

 

Figura 3.16.

Compozitia chimica arata existenta unor hidrocarburi aromatice policiclice solubile (benzpiren, antracen, piren) pe de o parte, si carbon insolubil, pe de alta parte.

Poluantul denumit generic fum a fost considerat ani de zile ca o masura a gradului de poluare produs de motoarele cu aprindere prin comprimare. Cercetarile recente arata ca gazele de evacuare mai contin particule ultrafine. Aceste particule submicronice au efecte daunatoare asupra sanatatii oamenilor, deoarece, din cauza dimensiunilor reduse, reusesc sa patrunda in tractul respirator unde se depoziteaza, generand fenomene inflamatorii acute. In timp pot sa apara fenomene de atrofiere a cailor respiratorii, de reducere a capacitatii de miscare a cililor vibratili si a cantitatii de mucus. Metodele pentru masurareagradului de fum (opacitatea gazelor) sunt [8], [12], [17], [148]: metoda filtrarii continue, dar este relativa; metoda masurarii discontinue, pusa la punct de firma Bosch; metoda masica si metoda absorbtiei luminii.

Opacitatea gazelor se determina in regim stabilizat si in regim de acceleratie libera. 3.3.8. Geneza si efectele ozonului

Avand in vedere perspectiva ca si in urmatorii 10 ani sa predomine utilizarea combustibililor fosili (fig.3.17), atentia deosebita acordata ecologizarii autovehiculelor este pe deplin justificata.

Figura 3.17. 

Dupa cum se poate constata din figura 3.17, carburantii fosili vor detine inca pentru cativa ani buni ponderea majora de peste 95% [119], [151]. Concomitent, se manifesta si o alta tendinta care sta in atentia ecologistilor si nu numai cresterea numarului de autovehicule pe cap de locuitor. Daca in anul 1950 existau circa 50 milioane de autovehicule, in anul 2000 existau peste 700 milioane autovehicule. Aceste valori nu se repartizeaza uniform pe suprafata Pamantului, ci se concentreaza in

zonele cu densitate mare de populatie, amplificand efectele negative pe care le genereaza asupra planetei care devine o enorma masina termodinamica, starile ei energetice guvernand meteorologia pe termen scurt si variatiile climatice pe termen lung [44], [52].

 Compozitia chimica a atmosferei joaca un rol important in cinetica schimburilor atmosferice: absorbtia de energie de la soare sau eliminarea de energie in spatiu. In tabelul 3.3 sunt redate principalele componente gazoase prezente in momentul de fata in atmosfera terestra (coloana B), valorile din era preindustriala (coloana A) si rata anuala de crestere (coloana C).

Tabelul 3.3Compozitia chimica a atmosferei terestre.

Troposfera Procentaj [%] A [ppm] B [ppm] C [%]

Azot 78,084      

Oxigen 20,984      

Argon 0,934      

CO2 0,033 270 340 0,4

Neon 18·10–4      

Heliu 5,30·10–4      

Metan 1,70·10–4 1,00 1,7 2

Krypton 1,14·10–4      

Hidrogen 0,50·10–4      

NOx 0,30·10–4 0,28 0,30 0,25

Freon   0,0 0,00015 8

Ozon 0,02-0,1·10–4      

CO   0,05 – 0,2 0,13 3

SO2   0,001 0,002 2

NH3   0,004 0,006 2

C2H4   0,0 0,0002 2

 

Stratosfera        

Ozon 0,1-10·10–4      

Vapori de apa 3-5·10–4      

Apar doua forme de ozon [64], [94]. Cel stratosferic formeaza un ecran impotriva radiatiilor u.v. si face posibila viata pe Pamant. Acesta nu face obiectul prezentului studiu. Prezinta interes ozonul din troposfera, gaz format din substantele poluante emise de autovehicule. Efectele poluantilor genereaza urmatoarele fenomene nedorite [32], [108], [145]:

– Smogul;– Ploaia acida;– Gaura de ozon (stratosferic);– Sarcina de ozon (troposferic);– Efectul de sera.Unele efecte au caracter permanent, precum efectul de sera si diminuarea stratului de ozon

stratosferic [52], [84]. Sarcina de ozon, ploaia acida si smogul apar de regula in preajma surselor de poluare si a zonelor de aglomerare. Toate efectele au ca factor comun emisiile industriale, incendiile, traficul. Emisiile antropogene s-au amplificat de la inceputul secolului o data cu industrializarea. Substantele poluante ajung in atmosfera unde sunt modificate prin procese fizice si chimice. Emisiile care provin de la autovehicule provoaca in primul rand diminuarea stratului de ozon, formarea de fotooxidanti in troposfera, efectul de sera si ploaia acida [94]. Acestea depind de straturile atmosferice, altitudine si temperatura. Toate aceste procese nu se petrec izolat, ci intr-o interdependenta complexa. Cele mai importante sunt acelea care au la baza fenomene fotochimice, asa-zisul smog fotochimic, precum si procesele care au drept consecinta efectul de sera. Pe langa gazele de esapament la formarea lor mai contribuie factori din industrie, energetica si menaj (FCKW), precum si ploaia acida (SO2) si efectul de sera (CO2). In timp ce procesele care produc ploaia acida se bazeaza pe reactiile dioxidului de sulf si ale oxizilor de azot, la smogul fotochimic contribuie si NOx, CO

si HC. Datorita radiatiei solare se formeaza substante cunoscute ca fotooxidante. O atentie deosebita trebuie acordata ozonului troposferic, O3, din urmatoarele motive:

– ozonul este compusul cel mai important procentual;– formarea de radicali care continua reactiile se datoreste fotolizei ozonului;– ozonul este cauza principala a efectului de sera.

Procesele de producere a ozonului in troposfera si stratosfera sunt diferite, de asemenea, si concentratia variaza [94]. Daca in troposfera concentratia de ozon creste, aceasta scade ingrijorator in stratosfera (fig.3.18).

Figura 3.18

Concentratia maxima admisa de ozon este de 100 µg/m³ [142], [143]. Depasirea acestei valori la om provoaca iritatii ale ochilor si mucoaselor precum si greutate in respiratie la efort [44], [133]. Ozonul are efect toxic in biosfera si se presupune ca are efect negativ asupra padurilor. Partea de ozon din troposfera este conditionata de transportul din stratosfera si de formarea troposferei. La formarea acesteia oxizii de azot au un rol la fel de important ca si compusii CO, CH4 si hidrocarburile superioare [108]. Deosebit de important este raportul dintre NOx si O3. Ozonul se formeaza la reactia oxigenului molecular cu cel atomic; cel atomic se produce de pilda prin fotoliza NO2:

                                                 NO2+hν => NO+O                                      3.24

 Cea mai eficienta descompunere se face prin reactia urmatoare: 

                                                                            3.25Formarea ozonului nu se datoreste insa in exclusivitate acestor reactii. Radicalul de hidroxil OH

format din reactia aburului cu oxigenul atomic are si ea importanta la generarea ozonului, procesul fotochimic fiind reprezentat in figura 3.19 [94].

 

Figura 3.19

In troposfera, ozonul se formeaza in prezenta atat a hidrocarburilor care nu contin metan, cat si in prezenta oxizilor de azot. O reducere unilaterala a unuia dintre cei doi poluanti ar conduce la crestereaformarii de ozon (fig. 3.20) [18], [35], [84], [94], [108]. De aceea este necesar ca in zonele de aglomerare sa fie reduse ambele componente. In ansamblu, pentru reducerea emisiilor poluante este necesara o reducere a consumului de carburant, inlocuirea cu combustibili „curati” [136], introducerea de tehnici eficiente de reducere a gazelor la evacuare (catalizatori).

Figura 3.20 

3.4. Poluarea sonora

In afara de poluarea chimica produsa de autovehicule, din cauza cresterii nivelului de zgomot, a aparut notiunea de poluare sonora. Este definit drept zgomot orice sunet suparator.

Dintre principalele surse de zgomot la autoturisme fac parte motorul cu instalatiile de admisie si evacuare, precum si vibratiile caroseriei. Agregatul de forta (motorul cu cutia de viteze) poate sa produca vibratii intense; de asemenea, pot produce vibratii axul cardanic, puntea-spate si rotile. La viteze mari de deplasare ale autovehiculului, unele tipuri de anvelope constituie importante surse de zgomot. Principalii factori care influenteaza nivelul si spectrul zgomotului la autovehicule sunt [13], [30], [102]: tipul caroseriei si al motorului, uniformitatea alternarii curselor de lucru in motor; turatia, puterea, frecventa de lucru a supapelor; tipul racirii motorului; jocurile constructive in lagare, precum si jocul dintre piston si cilindru [28]. Un rol hotarator in producerea zgomotului de catre autovehicule il are tipul imbracamintii rutiere, precum si neuniformitatile drumului [118].

Defalcat pe componente, nivelul general al zgomotului este dat de zgomotul sistemului de admisie al motorului care este de circa 8-10 dB; zgomotul produs de ardere are valoarea 2 – 4 dB; zgomotul mecanismului de distributie este de circa 5 dB; zgomotul sistemului de racire poate mari zgomotul total cu pana la 10 dB in cazul ventilatoarelor axiale; transmisia are si ea un cuvant de spus la nivelul total al zgomotului care poate fi redus prin folosirea unor roti dintate cu module mici si cu numar mare de dinti cu inclinatie de pana la 15º, de asemenea prin cresterea preciziei de executie a rotilor dintate. Tipul anvelopelor folosite poate genera un surplus de zgomot de pana la 10 dB. Posibilitatea combaterii zgomotului autovehiculelor si a motoarelor de autovehicule este o problema complexa cu multe aspecte, dintre care sunt amintite cele mai importante:

– Cercetarea calitativa a aspectului fizic al aparitiei zgomotului, stabilirea cauzelor producerii acestuia in diferite agregate si diferite elemente ale autovehiculului, precum si analiza componentelor zgomotului [42], [102];

– Stabilirea unor masuri pentru reducerea zgomotului la sursa de aparitie sau pentru localizarea lui [7], [15];

– Punerea in evidenta a relatiei cantitative dintre nivelurile de zgomot si indicatorii constructivi ai diferitelor agregate ale autovehiculului, precum si fata de regimurile de exploatare: de viteza, respectiv, desarcina [13], [26];

– Perfectionarea metodelor tehnice existente pentru calcului acustic al atenuatoarelor, precum si punerea la punct si proiectarea unor atenuatoare ale zgomotului de admisie si evacuare a motoarelor [14].

Zgomotul produce asupra omului o serie de efecte, atat fiziologice cat si psihologice. In functie de taria zgomotului, exista mai multe categorii de efecte daunatoare. Principalele reactii la niveluri de zgomot mari sunt: aparitia unor afectiuni ale urechii, afectiuni psihice, reducerea eficientei muncii, reducerea posibilitatilor de comunicare. Se apreciaza ca zgomotele pana la 30 dB(A) nu afecteaza sanatatea si odihna. In intervalul 30-65 dB(A), sunt cuprinse zgomotele obisnuite ale activitatii cotidiene, care sunt totusi suparatoare pentru odihna. Zgomotele care au intensitatea sonora intre 65-90 dB(A) sunt in general produse de traficul rutier si de industrie. Pe termen lung afecteaza starea de sanatate, producand tulburari psihice si fiziologice. Zgomotele puternice de peste 90 dB(A) pot cauza leziuni ale urechii interne, care conduc la surditate. Normele internationale si standardele prevad ca spectrul de zgomot la evacuare se obtine cu fonometrul plasat la nivelul capatului tevii de esapament, la distanta de 1 m perpendicular pe directia de iesire a gazelor. Fonometrul este un aparat portabil care serveste masurarii nivelului de presiune acustica in camp sonor [115].

Cercetarile efectuate la nivelul Uniunii Europene au ajuns la concluzia ca circa 25% din populatie este afectata de zgomotele civilizatiei. Din analizele realizate s-a constatat ca sursele de zgomot cele mai nocive provin de la traficul rutier (fig.3.21) [58] si, mai exact, de la autocamioane, autobuze, motociclete si autoturisme sport.

 Figura 3.21.

 

Sunetele provenite de la aceste surse se suprapun zgomotului generat de autoturismele „normale” participante la trafic, generandu-se astfel un fond sonor continuu, cu varfuri stridente. La orele de varf pragul de 70dB(A), considerat drept limita tolerabila, este cu regularitate depasit pe arterele aglomerate ale asezarilor urbane. Acelasi lucru se intampla si in zonele rezidentiale. Zgomotul stradal are un caracter aleator si este influentat in fiecare punct de numarul si densitatea autovehiculelor, precum si de tipul acestora si de cladirile din vecinatatea arterelor. Cu cat fluxul de autovehicule tinde spre o valoare constanta, zgomotul produs va tinde catre un zgomot aleator stationar, cu variatii in jurul unei valori medii aproximativ constante in timp. Acestea justifica pe deplin tendinta de separare a traficului de autoturisme de cel de autocamioane si de transport greu in general si eliminarea acestuia din urma din zonele centrale si de locuit ale oraselor [43], [80], [134].

 3.5. Poluarea electromagnetica

Principalele sisteme ale autovehiculelor implicate in acest tip de poluare, evident ca sunt cele electrice, echipamentul de procesare a informatiei, echipamentul de comunicatie si echipamentul de navigatie.

Subansamblele electrice cele mai puternic perturbatoare sunt sistemul de aprindere, electromotoarele cu diferite functiuni, alternatorul, electrovalvele etc.

Echipamentele de procesare a informatiei cuprind calculatorul de bord si sistemele specializate in monitorizarea si diagnosticarea principalelor componente ale autovehiculului. Orice tronson de cablu insuficient ecranat este practic o antena ce radiaza perturbatii, sau poate receptiona perturbatii.

Echipamentele de comunicatie sunt sistemele radio si telefonia mobila GSM. Echipamentele de navigatie cuprind radare de bord, receptoare ale satelitilor, sistemele GPS.

O data cu modernizarea autovehiculelor rutiere, functiile echipamentelor electronice de la bord se diversifica, activitatea lor perturband alte echipamente electronice. Problemele specifice compatibilitatiielectromagnetice isi au originea in necesitatea functionarii simultane a numeroase echipamente electronice cu functii diferite.

Cele doua aspecte ale compatibilitatii intre autovehicul si mediu, respectiv intre autovehicul si sistemele inconjuratoare, sunt: sensibilitatea exprimata prin valorile minime ale perturbatiilor receptionate acceptabile fara ca functionarea normala sa fie afectata prin pastrarea integritatii semnalelor transmise si poluarea electromagnetica generata, data de un minim posibil de perturbatii. Testele constau inmasurarea tensiunilor, curentilor si campurilor perturbatoare si a incadrarii lor in limite precise [83].

 3.6. Poluarea prin deseuri

Autovehiculul reprezinta o sursa importanta de deseuri produse atat in timpul procesului de fabricatie si in exploatare, cat si dupa perioada de functionare. In cel mai bun caz, autovehiculul este supus unui proces de reciclare, insa in urma acestuia se reutilizeaza numai 75% din masa sa. Raman astfel nerecuperate circa 24,5% din masa autovehiculului, defalcat pe materiale: 8,5% mase plastice; 4% cauciuc; 3,5% sticla; 3% echipamente electrice; 2,8% alte materiale; 1% uleiuri si unsori [119].

 Muntele de fier vechi creste anual cu circa 2-3 milioane de autovehicule. Acest fapt a dus la aparitia in tarile Uniunii Europene a unei adevarate industrii axata pe reciclarea materialelor provenite de la autovehicule.

4. CONVERTORUL CATALITIC

4.1. Generalitati

Faptul ca substantele rezultate din urma procesului de ardere, sau a trecerii din starea lichida in alta stare de agregare, respectiv gazoasa, nu se afla in echilibru electrochimic este cauza pentru care in gazele de evacuare ale motoarelor cu ardere interna se afla poluanti in cantitati apreciabile.

Un echilibru electrochimic real este singurul care practic ar elimina toate substantele poluante, incarcate electric puternic electropozitiv, fapt care le face sa reactioneze cu substante din mediul inconjuratorcare au legaturile valente slabe: verdeata, derma umana etc. Insa acest echilibru nu poate fi atins decat la temperaturi inalte, datorita vitezei prea mici a reactiilor chimice.

Convertorul consta dintr-o unitate catalitica fragila, din ceramica, plasata intr-o carcasa metalica (fig. 4.1). Carcasa convertorului e confectionata uzual din otel inoxidabil fier/crom seriile 409 din categoria tobelor de esapament, care e rezistent la coroziunea oxidanta interna si externa [78], [94].

 

 Figura 4.1.

 In interspatiul dintre carcasa de otel si exteriorul unitatii catalitice exista un strat maleabil care

strange unitatea catalitica cu o forta suficienta pentru a preveni miscarea unitatii acesteia inauntrul canistrei si care compenseaza diferentele de dilatare termica dintre catalizator si carcasa metalica. Se folosesc mai multe tipuri de straturi maleabile si toate au proprietati elastice ce asigura forta necesara de strangere la orice temperatura de evacuare.

Plasa metalica ondulata si impletita a fost primul strat maleabil folosit cu succes. Se foloseste un material bazat pe vermiculita, care se dilata la aplicarea caldurii (pe la 300°C), sub forma unei plase metalice infasurata de mai multe ori in jurul unitatii catalitice. Sistemul de montare cu strat maleabil s-a dovedit a fi durabil pe toata perioada de viata a automobilului. Unitatea catalitica e proiectata pentru a asigura o suprafata suficienta, astfel incat toate gazele de evacuare sa intre in contact cu suprafetele catalizatorului pe masura ce trec dinspre motor spre teava de esapament.

Pentru a functiona imediat dupa pornirea motorului, unitatea catalitica trebuie sa se incalzeasca rapid pana la temperatura de lucru. De aceea trebuie sa posede proprietati bune de schimbare a caldurii pentru a extrage caldura necesara din gazul de evacuare. O data ce temperatura minima de operare a catalizatorului e atinsa, unitatea catalitica e astfel proiectata incat sa maximizeze transferul noxelor din gazul de evacuare spre suprafata unitatii catalitice. Transferul de caldura si transferul de masa sunt conduse de diferenta de temperatura si respectiv de diferenta de concentratie. La temperaturi de lucru de peste 300 sau 350°C reactiile catalitice sunt atat de rapide incat numai suprafetele exterioare ale catalizatorului sunt folosite pentru functia catalitica.

Catalizatorii de evacuare ai automobilului au fost proiectati pentru a maximiza suprafata disponibila de catalizare la curgerea gazului de evacuare fara a antrena o cadere excesiva de presiune. Au fost studiate extensiv doua tipuri: tipul monolitic de fagure si tipul peleta (granular).

Utilizarea convertorului peletat, perfectionat si folosit de General Motors cu incepere din 1975, a intrat in declin din 1980. Avantajul convertorului peletat, care consta dintr-un strat compact de bilute sferice de cca 3 mm in diametru, este acela ca bilele sunt mai ieftin de manufacturat decat fagurele monolitic. Dezavantajele erau: cantarea de doua pana la de trei ori mai mult si ocupa tot de atatea ori un volum mai mare, ii trebuia mai mult timp de incalzire si era mai predispus la faramitare si pierderea catalizatorului in timpul lucrului.

Fagurele monolitic poate fi montat cu orice orientare, in timp ce convertorul peletat trebuie montat pe flux descendent. In plus, caderea de presiune a fagurelui monolitic e de o jumatate pana la un sfert din cea a unui convertor peletat similar in functiune. Convertorii peletati sunt folositi de General Motors pentru camioanele de mare putere alimentate cu benzina, deoarece peletii au caracteristici fizice mai bune la temperatura inalta, convertorul fiind reproiectat pentru a minimiza caderea de presiune pentru aceasta aplicatie. Totusi, se asteapta ca ele sa fie inlocuite de convertoarele monolitice.

In Japonia, taxiurile foloseau convertoare peletate si combustibil GPL (propan) inca din anii ’60. Catalizatorul din aceste convertoare se schimba o data pe an. Se considera ca e mai usor sa schimbe peletii decat sa se schimbe un catalizator monolitic fagure. Desi aceasta practica a schimbarii cataliza-torului ramane, convertorul monolitic fagure se mentine activ si complet functional pe toata durata de viata a automobilului, mai ales cand se lucreaza cu un combustibil curat precum GPL.

  

4.2. Unitatea catalitica. Reactii chimice

Unitatea catalitica consta intr-un strat acoperitor activat, imprastiat uniform pe un substrat monolitic. Catalizatorul, utilizat la inceput, cu predominanta in Statele Unite si Canada, este cunoscut sub denumirea de catalizator cu conversie tridirectionala, pentru ca el distruge toate cele trei tipuri de poluanti: HC, CO si NOx. Intre 1975 si inceputul anilor ’80 era folosit un catalizator de oxidare. Utilizarea lui a intrat in declin o data cu dezvoltarea catalizatorului tridirectional.

Figura 4.2.

Eficienta acestui tip de catalizator este indicata in figura 4.2. La temperaturi mai mari de 300°C, acesta reduce efectiv HC, CO si NOx atunci cand amestecul carburant e aproape de punctul stoichiometric. In acest moment, se realizeaza o valoare optima de conversie pentru toate trei componentele.

Componentele asupra carora se actioneaza in principal sunt urmatoarele [94]:

– HC (hidrocarburi nearse);– CO (oxid de carbon);– NOX (oxizi de azot).

Principalele reactii chimice ale catalizatorului tridirectional sunt: () Reactii de oxidare:

                                                                                      4.1.

                                                                                    4.2.

                                              4.3.

                                                                             4.4.

                              4.5.

                                                                              4.6.

                                                                               4.7.(schimb de vapori de apa)

                                                            4.8.(refacerea vaporilor de apa)

 () Reactii de reducere:

                                                              4.9.

                                                                      4.10.

                                       4.11.

                                                                          4.12.                      (la 200˚C – sub temperatura gazului de evacuare)

                                                                           4.13.

 () Reactii asupra sulfului din combustibil:

                                                                                        4.14.

                                                                                 4.15.

                                                                                     4.16.

                                      4.17.

                                                            4.18.unde MP este metal pretios.

  

4.3. Invelisul activat

Stratul de invelis activat al unui catalizator tridirectional se aplica pe suprafata geometrica superioara a corpului monolitic de tip fagure sau pe substrat. Metalele pretioase sunt dispersate in acest strat catalitic, care contine particule mici de ordinul 10 μm. Grosimea stratului se cifreaza intre

25 si 100 μm. Substratul de tip fagure are in mod obisnuit o suprafata geometrica exterioara de 27 cm2/cm3, astfel incat pentru un vehicul tipic un volum de catalizator de 1,6 l va contine 4,6 m 2 de suprafata geometrica exterioara.

Stratul de acoperire activat creste suprafata totala la 7000 de m2, ceea ce inseamna cu mai mult de trei ordine de marime. Zona suprafetei totale consta din suprafata combinata interna si externa a tuturor particulelor minuscule continute in stratul de acoperire activat. Suprafata totala a zonei se masoara cu tehnica clasica Brunauer-Emmet-Teller (BET), care implica absorbtia la temperatura joasa. Micile particule din invelis (10 μm) sunt tipic din oxid de aluminiu, Al2O3. Aceste particule pot avea zone exterioare (BET) de 100 pana la 300 m2/g.

Proprietatile termice si fizice ale fazelor cristaline de alumina variaza in functie de faza initiala (hidroxid de aluminiu sau hidrat) si de tratamentul termic. Se foloseste alumina deoarece aceasta e inerta si asigura o zona de suprafata superioara necesara pentru a dispersa eficient componentele scumpe de catalizator activ.

Cu toate acestea, nici o faza de alumina nu poseda proprietati termice, fizice sau chimice ideale pentru un perfect strat acoperitor activat. S-au facut cercetari intense in cautarea modificarilor care pot face mai adecvate una sau mai multe faze cristaline de alumina [94].

 De exemplu, componente precum oxidul de ceriu, barita, oxid de lantan sau dioxid de zirconiu sunt adaugate in vederea amplificarii caracteristicilor termice ale aluminei. Figura 4.3 arata performanta termica a unui material de invelis activat cu alumina.

O suprafata superioara de alumina se poate sinteriza puternic prin expunerea la temperaturi de peste 900°C. Sinterizarea e un proces prin care micii pori interni din particule se strang si pierd portiuni mari din suprafata exterioara totala. Acest proces trebuie evitat deoarece acopera unele din zonele de metal pretios ale catalizatorului. Reteaua de pori mici si canalele de transfer ale gazului se prabusesc si restrictioneaza schimbul liber de gaz spre interiorul si spre exteriorul stratului activat de catalizator, conducand la dezactivarea termica a catalizatorului.

Figura 4.3.

Stratul de invelis activat trebuie sa posede doua proprietati suplimentare. Trebuie sa adere cu tenacitate la suprafata de fagure monolitic in conditiile unor schimbari termice rapide, curgere inalta si condensarea umiditatii, evaporare sau inghet. El trebuie sa aiba o structura poroasa deschisa pentru a permite trecerea usoara a gazului prin stratul de acoperire si inapoi spre curentul principal de evacuare. Este necesar ca acest strat sa-si mentina structura poroasa chiar si dupa expunerea la temperaturi ce depasesc 900°C.

  

4.4. Catalizatori din metal pretios

Metalele pretioase sunt depuse in intregul strat al invelisului activat al catalizatorului. Rodiul joaca un rol important in reducerea NOx si e combinat cu platina si/sau paladiu pentru oxidarea HC si CO. Numai o mica cantitate din aceste materiale scumpe se foloseste. Metalele sunt dispersate pe particulele din zona suprafetei exterioare sub forma unor solutii metalice pretioase si apoi reduse la

cristale mici de metal prin diverse tehnici. Reactiile catalitice au loc pe suprafetele de metal pretios. In timp ce metalul din cristal nu poate participa direct la procesul catalitic, el poate juca un rol cand oxizii metalici de suprafata sunt influentati prin metalul rezistent sa sustina reactiile redox. Unele reactii de evacuare a gazului, de exemplu oxidarea alcanilor, pretind cristale mai mari de Pt decat alte reactii, precum cea de oxidare a CO.

Cristalele mici de metal pretios pot exista sub forma de cristalite metalice sau de oxizi metalici, ambele avand proprietati catalitice. Oxidul de rodiu are o tendinta de a reactiona cu alumina pentru a forma o solutie solida. Pentru a minimiza aceasta reactie bioxidul de zirconiu se foloseste cu alumina.

  

4.5. Suportul catalitic

Materialul de suport catalitic de tip monolitic fagure e fabricat atat sub forma ceramica, cat si metalica. Ambele sunt folosite la catalizatorii de automobile si fiecare poseda proprietati specifice. O proprietate comuna e zona de suprafata cu geometrie superioara care e inerta si nu reactioneaza cu stratul catalitic.

 4.5.1. Suportul ceramic

Suportul ceramic este un monolit cu structura de fagure, care, in general, este obtinut prin presare-sinterizare. Fagurii pot avea diferite forme (rotund, oval, dreptunghi) si pot fi asezati pe directia de deplasare a gazelor. Numarul de celule este cuprins intre 200 si 500 pe unitatea de suprafata. Datorita posibilitatii aparitiei temperaturilor inalte, materialul este stabilizat termic (se numeste cordierit – compus din Mg, O, Al, Si) si este caracterizat prin stabilitate mecanica si termica. Cordieritul poseda un coeficient foarte mic de dilatare termica si e rezistent la soc termic. Procesul de fabricatie implica extrudarea mixturii initiale (care e amestecata cu apa si framantata intr-un fel de aluat) printr-o matrita complexa, pentru a forma structura de fagure.

Piesa extrudata e uscata si arsa intr-un cuptor de uscare pentru a forma cordieritul. Exteriorul sau dimensiunea circumferentiala date de matrita se taie la lungime ulterior cu un ferastraul ceramic. Extrudarea fagurelui a fost un progres semnificativ in procesul de adoptare a catalizatorului monolitic tip fagure de catre industria de automobile ca mijloc preferat de control al emisiei.

Conjugat, s-a dezvoltat sistemul de montare, care asigura unitatea catalitica bazata pe substrat de ceramica fragila intr-o carcasa protectoare. Unele din proprietatile fizice avute in vedere la selectarea unui substrat pentru un convertor catalitic sunt date in tabelul 4.1 [72].

Cea mai uzuala structura celulara folosita e de 62 celule/cm2, cu un perete gros de 0,152 mm. Aceasta densitate celulara este relativ optima in ceea ce priveste caderea de presiune, zona suprafetei geometrice, rezistenta fizica si rezistenta generala. Grosimea peretilor celulelor nu poate fi prea mare pentru a obtine o suprafata cat mai mare de transfer a gazelor.

Acest lucru este important pentru a nu duce la aparitia de presiuni in sistemul de evacuare, ceea ce ar conduce la scaderea performantelor motorului. In practica s-au impus catalizatorii cu pana la 400 de celule pe unitatea de suprafata, cu grosimea peretilor de cca 0,3 mm.

Tabelul 4.1

Structura celulara Structura transversala

Grosimea peretelui [celule/cm2]: 62Caderea de presiune [%]: 100Suprafata geometrica [cm2/cm3]: 27Rezistenta izostatica [N/m2]: >103Greutatea specifica [g/cm3]: 0,4

Grosimea peretelui [celule/cm2]: 46Caderea de presiune [%]: 90Suprafata geometrica [cm2/cm3]: 24Rezistenta izostatica [N/m2]: >103Greutatea specifica [g/cm3]: 0,4

Grosimea peretelui [celule/cm2]: 46Caderea de presiune [%]: 120Suprafata geometrica [cm2/cm3]: 22Rezistenta izostatica [N/m2]: >206Greutatea specifica [g/cm3]: 0,5Sectiunea transversala:

 Temperatura suportului ceramic nu trebuie sa depaseasca 900°C deoarece, in timp, duce

la scaderea ratei de conversie a catalizatorului. Cauza este scaderea suprafetei active prin procese de sinterizare.

 4.5.2. Suportul metalic

Suportul metalic este folosit din ce in ce mai des in ultima perioada, deoarece prezinta urmatoarele avantaje:

– Are rata de conversie mai mare;– Are durata de exploatare mai indelungata;– Are volumul mai mic, prin scaderea grosimii peretilor, de asemenea si o contrapresiune mai mica in calea gazelor de evacuare (fig.4.4) [94];

– Nu necesita sisteme de fixare si etansare in incinta catalizatorului;– Functioneaza la temperaturi mai ridicate.Ca dezavantaj, este racirea mai rapida la sarcini scazute, datorita masei scazute si

a conductivitatii termice sporite. De aceea acest gen de catalizatori se amplaseaza cat mai aproape de motor. Monolitul se realizeaza dintr-un element metalic (otel bogat in ferita, stabil termic).

Figura 4.4

Substantele metalice sunt de asemenea folosite ca suport pentru stratul de invelis activat. O clasa de aliaje metalice continand Fe, Cr si Al cand sunt stabilizate cu Y sau Ce au o rezistenta la oxidare foarte buna la temperaturile extreme care se intalnesc in evacuarea de la automobile.

Se utilizeaza o folie de 0,04 – 0,06 mm in forma de banda ondulata, bobinata si supusa unui proces de lipire la temperaturi inalte. Zona de efect maxim se situeaza la 30-40 mm de la intrarea in catalizator si corespunde zonei de temperatura maxima. Cu cat grosimea peretelui suportului metalic este mai mica, cu atat suprafata de conversie este mai mare, fapt ce duce la scaderea presiunii in catalizator. Utilizarea otelurilor feritice cromate duce la posibilitatea functionarii la temperaturi pana la 1000°C, temperaturi la care invelisul nu rezista. Din acest motiv materialul invelisului este aliat cu 0,3% ytriu. Oxidul de ytriu sau ceriu e prezent pentru a stabiliza suprafata de oxid de aluminiu si a se opune exfolierii aluminei care altfel s-ar produce. Aliajul de oxid de ceriu stabilizat dezvolta o suprafata cu aspect de mustata. Stratul de invelis activat catalitic s-a constatat ca adera foarte bine la aceste suprafete.

Substratul metalic e proiectat sa asigure o densitate celulara similara cu a celui ceramic si poate fi construit in versiunile 46, 62 sau 93 celule/cm2. Cu toate acestea, grosimea peretelui poate fi mai subtire, cum ar fi 0,05 pana la 0,15 mm. Suplimentar, un material cu grosimea peretelui de 0,05 mm

poate fi construit in versiunile de 124 pana la 248 de celule/cm2. Avantajul unic este ca la un substrat metalic fata de omologul sau ceramic aceeasi suprafata geometrica poate fi cuprinsa intr-un volum mai mic sau ca pentru acelasi volum si arie de suprafata geometrica exista o cadere mai mica de presiune. Versiunile metalice cu 124 pana la 248 celule/cm2 au un avantaj suplimentar privind performanta potentiala asupra ceramicii datorita cresterilor mari in aria suprafetei geometrice.

Catalizatorii cu substrat metalic sunt folositi de Porsche la vehiculele de inalta performanta si de Chrysler la modelul Viper. In ambele cazuri caderea mai mica de presiune a gazului de evacuare rezulta dintr-o crestere a numarului de cai putere si a performantei. In viitor, suportii metalici pot sa fie folositi pentru catalizatorii mici localizati aproape de tevile de evacuare in scopul incalzirii mai rapide in sistemele de control a emisiei pentru a intruni standardele stricte de emisie joasa din California [132]. La catalizatorul cu suport metalic nu sunt necesare masuri suplimentare in ceea ce priveste dilatarea, deoarece suportul si carcasa au coeficienti de dilatare apropiati.

  

4.6. Transferul de masa

Tratarea catalitica a gazului de evacuare depinde de contactul eficient dintre gazul de evacuare si catalizator. In timpul primelor secunde de dupa pornirea motorului, gazele fierbinti de la valva de evacuare a motorului trec prin tevile de evacuare si intalnesc convertorul catalitic. Conditiile de curgere turbionara (numerele Reynolds depasesc 2000) apar ca raspuns la timpul de evacuare a fiecarui cilindru (aproximativ 6 pana la 25 ori pe secunda) inmultit cu numarul cilindrilor. Cu toate acestea, conditiile de curgere laminara sunt atinse la mica distanta (~ 0,6 cm) dupa intrarea in pasajele celulare ale fagurelui.

Procesul de incalzire catalitica si initiere a functiei catalitice este prezentat in figura 4.5, unde apar trei sau patru regiuni distincte. In functie de localizarea unitatii catalitice in sistemul de evacuare si de masa termica prezenta anterior unitatii catalitice, poate sa-i ia unitatii de cataliza 30 pana la 120 de secunde pentru a atinge temperatura de aprindere a catalizatorului, aproximativ 250-300°C (regiunea I). La temperaturi superioare acestui punct de aprindere, activitatea catalizatorului creste rapid cu temperatura (regiunea II). Unii catalizatori ajung intr-un punct unde cresterea rapida o data cu temperatura se schimba brusc dupa o panta usor ascendenta (regiunea III). Apoi, se atinge un punct la care performanta catalitica se imbunatateste putin o data cu cresterea in temperaturii (regiunea IV).

In regiunea I (sub punctul  de aprindere) nu exista activitate catalitica. In regiunea II activitatea specifica a catalizatorului este graduala, cu viteza limitata; aceasta e numita regiune controlata cinetic.

Figura 4.5. Catalizatorii foarte activi au un punct de aprindere mai scazut si afiseaza cresteri puternice ale

performantei catalitice o data cu cresteri mici ale temperaturii. Comportamentul unui catalizator in

regiunea II e important in selectarea unui catalizator auto de emisie deoarece catalizatorul cu aprindere joasa e un prim factor in realizarea timpurie a unui control adecvat al emisiei in testul F.T.P.

Regiunea III nu e prezenta la toti catalizatorii. Ea depinde de conceptia structurii poroase a catalizatorului si se regaseste adeseori numai la un catalizator folosit. Daca e prezenta, treapta de viteza limitata se numeste control de difuzie a porilor. Volumul unitatii catalitice dicteaza performanta catalizatorului in regiunile III si IV. Catalizatorii imbacsiti cu otravuri de mascare, precum lubrifiantul ars, vor afisa un comportament ca in regiunea III.

Regiunea IV e o regiune limitata de transfer de masa, adica reactiile catalitice se petrec atat de repede incat factorul de limitare a vitezei aduce reactantii la suprafata catalizatorului [37].

  

4.7. Functia catalizatoare

Catalizatorii de esapare a automobilului sunt exemple perfecte de substante care accelereaza o reactie chimica, dar nu se consuma. Reactiile se termina pe suprafata catalizatorului si produsii parasesc zona. Astfel, catalizatorul isi indeplineste functia. Catalizatorul permite de asemenea reactiilor sa aiba loc la temperaturi considerabil de joase. De exemplu, CO reactioneaza cu oxigenul la peste 700°C la o viteza apreciabila. Un catalizator auto de esapare face ca reactia sa se petreaca la o temperatura in jur de 250°C si la o viteza mult mai mare intr-un reactor de volum mai mic. Acesta e si cazul combustiei hidrocarburilor.

In ceea ce priveste reducerea NOx, catalizatorii auto cu actiune tripla prezinta o proprietate numita selectivitate. Selectivitatea catalizatorului are loc atunci cand mai multe reactii sunt termodinamic posibile, dar numai o reactie se deruleaza cu o viteza mai mare decat celelalte. In cazul catalizatorului tridirectional, CO, HC si H2 sunt toti potentiali reducatori ai NO. Pe de alta parte, e prezent O2, care oxideaza CO, HC si H2. Daca aceste reactii de oxidare sunt prea rapide, nici un reducator nu mai e disponibil pentru a transforma NO. Folosind catalizatori tridirectionali, reducerea NO e suficient de rapida ca sa fie substantial incheiata inainte ca reducatorii sa fie consumati de O2.

Doua clase de metale au fost studiate ca potentiale substante catalitice pentru controlul evacuarii la automobile: cateva serii de metale de baza, de tranzitie, de exemplu cobalt, cupru, crom, nichel, mangan si vanadiu si seriile de metale pretioase constand din platina – Pt; paladiu – Pd; rodiu – Rh; iridiu – Ir si ruteniu – Ru.

Metalele pretioase au o activitate catalizatoare specifica mult mai mare decat au metalele de baza. In plus, catalizatorii din metale de baza se sinterizeaza prin expunerea la temperaturile gazului de evacuare ce se gasesc in evacuarea motorului, pierzand prin aceasta performanta catalitica necesara pentru operarea la temperatura joasa. De asemenea, metalele de baza se dezactiveaza din cauza reactiilor cu compusi sulfurici la temperatura joasa finala a esaparii auto. Ca rezultat, un catalizator auto din metal de baza ar avea nevoie sa fie considerabil mai mare decat unul din metal pretios si chiar daca s-ar folosi un strat mare, acesta nu s-ar incalzi suficient de repede pentru a realiza performanta catalitica ceruta de sistemele de control al emisiei.

Functia catalitica intr-un curent de gaz de esapare poate fi inteleasa examinand curbele de performanta catalitica prezentate in figura 4.6. pentru un set specific de conditii de curgere pe masura ce temperatura de admisie a catalizatorului e crescuta incet. Acest test, condus intr-un reactor de laborator, foloseste un amestec gazos pentru a simula compozitia esaparii auto.

Pe masura ce temperatura creste de la valoarea temperaturii ambiante pana la 200°C, nu exista vreo actiune aparenta din partea catalizatorului in sensul consumarii vreunui reactant. Monoxidul de carbon prezinta o puternica chemosorbtie pe suprafata catalizatorului si previne accesul oxigenului. Pe masura ce temperatura gazului de admisie se apropie de 200°C, legaturile CO cu suprafata metalica se relaxeaza. Moleculele de oxigen sunt acum capabile sa se absoarba chimic, iar amorsarea catalitica are loc.

Figura 4.6.

Dincolo de punctul de amorsare catalitica apare o crestere rapida in performanta catalitica la cresteri mici ale temperaturii. O masura a performantei catalitice a fost considerata temperatura la care se realizeaza conversia a 50% din reactant. Pentru monoxidul de carbon acesta e adeseori numit T50CO. Proprietatea catalizatorului cu aprindere joasa e importanta pentru controlul emisiei de evacuare deoarece acest tip de catalizator trebuie sa actioneze cu siguranta de fiecare data cand motorul e pornit, chiar dupa conditii extreme de lucru ale motorului. O reprezentare a reactiei catalitice intalnim in figura 4.7. Un gaz poluant precum CO difuzeaza din curentul gazos principal in masa de baza poroasa a catalizatorului.

Figura 4.7.Exista o curgere clara de CO, din curentul principal de curgere, spre suprafata catalitica, deoarece

CO e la o concentratie mai mare in curentul de esapare si e atras spre o zona de metal pretios care e temporar neocupata. Din aceleasi cauze si moleculele de oxigen sunt atrase spre acea zona. Molecula de oxigen e absorbita chimic pe suprafata de metal pretios unde are loc intinderea legaturii moleculare de oxigen, conducand la disociere in atomi de oxigen care se leaga de suprafata catalitica.

Viteza la care are loc reactia depinde puternic de temperatura de la suprafata catalizatorului. Reactia dintre monoxidul de carbon si oxigen continua cu formarea CO2, care se desoarbe si reintra in esapare. Se gaseste mai putin CO2 in curentul de esapare care curge si mai mult pe suprafata, astfel incat exista o scurgere pronuntata de CO2 de pe suprafata catalizatorului.

Oxidarea HC si CO trebuie sa continue in echilibru cu reducerea de NOx de catre CO, HC sau H2. Pentru reactia de indepartare a NOx e nevoie de un reducator. La inceput NO e absorbit pe suprafata catalitica si se disociaza formand N2 care paraseste suprafata, dar atomii de oxigen raman. CO e cerut pentru a indeparta atomii de oxigen si a completa ciclul reactiei.

Un catalizator tridirectional trebuie sa fie capabil sa partajeze suficient CO prezent in esapare pentru fiecare din aceste reactii si sa asigure o suprafata care are afinitate pentru absorbtia de NO. Rodiul are o usoara preferinta pentru absorbtia de NO mai degraba decat pentru absorbtia de O 2; Pt prefera O2; Rh, de asemenea, nu catalizeaza reactia de eliminare a NH3 asa cum o face Pt si e mai

rezistent la sinterizare decat Pt. Cu toate acestea, concentratiile de O2 si NO trebuie sa fie echilibrate pentru maxima reducere preferata de NO si oxidare de CO. Aceasta se intampla aproximativ la punctul stoichiometric cu suficienti oxidanti (O2 si NOx) si reducatori (CO, HC si H2). Daca amestecul e prea bogat, nu exista suficient O2 si, indiferent cat de activ e catalizatorul, o cantitate de CO si HC nu e transformata. Daca amestecul e prea sarac, exista prea mult O2 si NO nu poate efectiv concura pentru zonele catalitice.

Intr-un sistem de evacuare controlat de semnalul senzorului de oxigen, stoichiometria nu e mentinuta niciodata, mai degraba ea oscileaza ciclic de la bogat la sarac cu o perioada de 1 pana la 3 ori pe secunda, ceea ce inseamna ca o jumatate din timp e prea mult oxigen si o jumatate din timp e prea putin. Incorporarea oxidului de ceriu sau a altor compusi care inglobeaza oxigen rezolva aceasta problema. Oxidul de ceriu absoarbe O2 care altfel ar scapa in timpul semiciclului sarac si, in timpul semiciclului bogat, CO reactioneaza cu substanta absorbita, O2.

Eficienta catalizatorului depinde de utilizarea Rh pentru a reduce NOx si de balanta adecvata de reactanti, senzorul de oxigen jucand rolul cheie in mentinerea balantei corecte.

  

4.8. Gradul de conversie

Gradul de conversie sau gradul de transformare este o masura a reducerii gazelor toxice din esapament ce depinde in principal de doi factori [36], [94]:

– temperatura gazului evacuat;– raportul aer-combustibil al amestecului carburant. Declansarea conversiei este o caracteristica a catalizatorului, care arata dependenta gradului de

conversie fata de temperatura gazelor. Temperatura de declansare este temperatura la care are loc un grad de conversie de 50%. Unul din obiectivele constructorilor de catalizatori este obtinerea unei temperaturi de declansare cat mai scazute.

 Punctul de 50% depinde de componenta toxica analizata si de tipul catalizatorului, fiind situat in domeniul 260-280°C. In figura 4.9 se observa ca pentru oxizii de azot se atinge un grad de conversie de cca 90% la o temperatura de sub 300°C.

Figura 4.8., 4.9.

Pentru hidrocarburi si oxidul de carbon acest grad se atinge la o temperatura de peste 300°C (fig.4.8), din care cauza la pornirea motorului la rece, cand catalizatorul nu are atins punctul de lucru, gradul de conversie este foarte scazut. Pentru a se elimina acest neajuns (in aceasta faza sunt eliminate cca 70% din totalul gazelor toxice) au fost initiate directii de cercetare in vede-rea preincalzirii catalizatorilor [119]. O solutie este folosirea stratului cu suportul metalic drept rezistenta de incalzire la pornirea la rece. O alta directie de dezvoltare este incalzirea catalizatorului prin injectia si arderea unei cantitati de combustibil, sau prin introducerea de reactori suplimentari inaintea catalizatorului [119].

In figura 4.10, se poate observa gradul de conversie dinamic in dependenta de raportul aer combustibil. In jurul valorii λ=1 este o plaja destul de ingusta in care gradul de conversie este optim, in rest dezideratul initial nu mai este atins [94].

Figura 4.10.  

4.9. Durabilitatea catalizatorului

Catalizatorii auto, teoretic, tin pe toata durata de viata a masinii. Practic, exista posibilitatea de declin a performantei catalitice totale prin expunerea la temperaturi foarte inalte, acumularea de otravuri ale catalizatorului sau pierderea stratului activ. Dupa un numar de ore de functionare, catalizatorul isi pierde din eficienta. Astfel, un catalizator cu tripla actiune, cu strat activ de platina-rodiu in proportie de 5:1, dupa 90.000 mile parcurse, prezinta o reducere a capacitatii de amorsare concretizata in cresterea temperaturii de activare de la 275°C la circa 350°C. De asemenea, eficienta reducerii emisiilor poluante scade cu 20% pentru NOx, cu 10% pentru HC si cu 2% pentru CO.

 4.9.1.Temperaturi inalte

Expunerea la temperaturi de peste 1000°C poate determina sintetizarea suprafetelor stratului activ, prabusirea, aglomerarea si exfolierea lor. Distrugerea suprafetelor provoaca acoperirea zonelor de metal pretios, impiedicand accesul liber la aceste zone. De asemenea, cristalele mici de metal pretios se pot uni si creste in cristale mai mari, diminuand prin aceasta suprafata totala de metal pretios si astfel numarul total de zone de suprafata activa. Daca temperaturile catalizatorului depasesc 1200°C, substratul se inmoaie si probabil se contracta. La aproximativ 1465°C substratul se topeste si apoi se distruge (tabelul 4.2).

 

Tabelul 4.2Temperatura si functionarea catalizatorilor actuali

Temperatura [°C] Comportamentul catalizatorilor

0 – 250 Functionare fara conversie

250 – 300 Amorsarea catalizatorului nou

300 – 400 Amorsarea catalizatorului uzat

400 – 900 Imbatranirea termica

900 – 1000 Limita functionarii

1000 – 1300 Supraincalzirea catalizatorului

1300 – 1400 Inmuierea suportului

1400 – 1500 Topirea suportului

 Temperaturile inalte ale catalizatorului sunt provocate de doua tipuri de factori. Primul e legat de

motor si poate fi corectat prin calibrare. Aceasta inseamna ca timpii de aprindere si amestecul

carburant, ca si incarcarea motorului, guverneaza temperatura gazului de esapare si astfel temperatura gazului de admisie la cataliza. Catalizatorul consuma componente de evacuare nearse si majoritatea reactiilor corespunzatoare sunt exotermice, rezultand mai mult catalizator si temperaturi crescute ale gazului de esapare.

De exemplu, arderea a 1% CO va da o crestere de 87°C a temperaturii adiabatice a gazului de esapare; arderea a 1000 ppm C6H6 va conduce la o crestere a temperaturii cu 103°C [72].

 4.9.2. Calitatea combustibililor. Otravuri si inhibitori

Al doilea tip de factori tine de calitatea combustibilului. Un rateu cel putin partial al amestecului carburant in camera de ardere face ca oxigenul nears si amestecul combustibil sa ajunga la catalizator, unde are loc arderea. Cresterea de temperatura de la combustie in catalizator e considerabila. Doi cilindri cu rateuri intr-un motor cu 4 cilindri vor face catalizatorul sa se apropie de temperatura de topire a substratului (1465°C). Exista multe cauze ale rateurilor. Principalele cauze sunt intreruperea energiei de aprindere provocata de o fisa de bujie defecta sau umeda si de asemenea de amestecul carburant, sarac sau bogat, necombustibil. Aprinderea electronica si dezvoltarea unor fise de bujie foarte durabile, precum si sisteme foarte perfectionate de dozare a combustibilului au redus foarte mult incidenta rateurilor.

Combustibilul fara plumb nu ancraseaza, corodeaza sau uzeaza bujiile, prelungindu-le durata de viata. Otravurile si inhibitorii de catalizator pot proveni din combustibil, lubrifiant, din uzura motorului si produse de coroziune si din ingestia aerului.

Principala otrava din zona catalizatorului a fost multi ani tetraetilul de plumb, C4H12Pb, indiferent daca s-a folosit benzina cu plumb in mod accidental. Nu numai ca plumbul e o otrava de catalizator, dar si sursele folosite in automobilism sunt un pericol pentru sanatate. Sursa acestui plumb provine din fabricatia si distribuirea benzinei cu plumb sau fara plumb in echipamentul de transport in comun si instalatiile de depozitare. In ultimii ani ai deceniului ’90 atat de putina benzina cu plumb a fost distribuita incat contaminarea cu acest metal tindea spre zero (<0,26 ppm/l).

Mecanismul de otravire a catalizatorilor de evacuare de la automobile a fost identificat. In timpul arderii din cilindru, tetraetilul de plumb produce oxid de plumb care se acumuleaza in camera de ardere, exceptie facand etilena dobromida sau alti compusi haloizi care au fost adaugati benzinei impreuna cu tetraetilul de plumb, pentru a forma compusi volatili de halogenura de plumb. Astfel depozitele de plumb din cilindru si de pe bujii sunt minimalizate. Halogenurile de plumb volatile (bromuri si cloruri) sunt eliminate din camera de ardere, iar compusi volatili vor difuza in suprafetele catalitice, prin aceleasi mecanisme ca si cele folosite de compusii monoxidului de carbon. Cand e absorbita de zona catalitica a metalului pretios, halogenura de plumb face inactiva zona catalitica.

Compusii plumbului n-au fost depistati in vecinatatea stratului de invelis activat, ci mai degraba numai asociati cu metal pretios [94]. Zonele de Pt sunt mai putin otravite de plumb decat sunt zonele de Pd sau Rh deoarece zonele de Pt sunt protejate de sulful din combustibil care e convertit in SO 2 in timpul procesului de combustie si Pt oxideaza usor SO2 in SO3 in zona catalitica. SO3 reactioneaza cu compusii plumbului pentru a forma PbSO4, care paraseste zona catalizatorului astfel incat sulfatul de plumb nu e o otrava catalitica grava. Nici Pd nici Rh nu sunt asa de active fata de SO 2 in reactia SO3 si de aceea nu se bucura de aceeasi protectie ca si Pt.

Oxizii de sulf rezultati din arderea sulfului din combustibil adeseori inhiba randamentul catalizatorului in regiunile II, III si intr-o portiune a regiunii IV (vezi fig.4.5) in functie de metalele pretioase folosite in catalizatori si de raportul de amestec.

Catalizatorii monolitici in general isi recapata performanta cand se foloseste benzina cu continut scazut de sulf, deci inhibitia e temporara. Pd e mai sensibil decat Rh sau Pt. Ultimul e cel mai rezistent. Catalizatorii care contin Pd localizati in zonele mai fierbinti ale curentului de evacuare, cum ar fi aproape de teava de esapament, functioneaza cu putina inhibitie la sulf. Sulful din combustibil e responsabil de asemenea pentru un fenomen cunoscut ca stocare si eliberare de compusi sulfurici. Oxizii de sulf (SO2, SO3) reactioneaza usor cu sescvioxidul de ceriu, un compus de stocare a oxigenului incorporat in cei mai multi catalizatori, si de asemenea cu alumina. Cand amestecul carburant devine temporar bogat si temperatura de catalizare se gaseste intr-un anumit interval, sulful stocat se elibereaza sub forma de H2S producand un miros de oua stricate la esapare. O cantitate mica de oxid de nichel incorporat in catalizator indeparteaza H2S si-l elibereaza mai tarziu sub forma de SO2.

Agentii de mascare dezactiveaza de asemenea catalizatorii si sunt numiti generic otravuri. Mici picaturi de lubrifiant, de exemplu, sunt emise de la motor si depozitate pe suprafata catalizatorului. Lubrifiantul contine o cantitate mica de elemente anorganice precum zinc, fosfor, calciu si bariu. In timp ce fractiunile organice ale lubrifiantului se ard pe suprafata catalizatorului, aceste fractiuni anorganice pot ramane pe catalizator in mod obisnuit sub forma de oxizi. Oxidul de zinc si pentoxidul de fosfor au fost gasiti in cantitati enorme pe suprafetele catalitice. O glazura de pirofosfat de zinc a fost descoperita pe su-prafata catalizatorului dupa expunerea la anumite temperaturi. Aceasta glazura mascheaza complet zone mari din suprafetele catalizatorului, impiedicand patrunderea gazelor in structura poroasa a catalizatorului. Substante precum calciul inhiba formarea acestei glazuri.

Reziduul siliconic introdus in benzina cu toluen se depune in catalizatorii auto. De asemenea, imbunatatitorul octanic bazat pe mangan, cunoscut sub prescurtarea MMT, s-a demonstrat ca acopera suprafetele catalitice. Acumularea de materie pe suprafata catalizatorului limiteaza patrunderea gazului in catalizator prin mecanismul cunoscut sub denumirea de astupare a orificiului porului (vezi fig. 4.11). E suficienta o cantitate mica de material pe suprafata catalizatorului pentru a limita trecerea libera a gazelor spre si in afara stratului poros activ de catalizator.

Figura 4.11.

 4.9.3. Pierderea de strat catalitic

 Aceasta este a treia cauza de dezactivare. Faramitarea, eroziunea sau pierderea aderentei si exfolierea stratului catalitic activ, duc la pierderea performantei catalizatorului. Catalizatorul de tip fagure monolitic e proiectat sa reziste la toate aceste mecanisme. Apare o oarecare eroziune pe marginea de admisie a celulelor la intrarea in fagurele monolitic, dar aceasta pierdere e minora. Catalizatorul peletat e mai susceptibil la pierderile prin faramitare, deoarece granulele din stratul catalitic se freaca una de cealalta. Ameliorarile in proiectarea convertorului peletat, suprafata dura a granulelor si adancimea stratului activ al lor minimalizeaza pierderea de performanta a catalizatorului prin faramitare in acel convertor [94].

 4.9.4. Incercarea catalizatorilor

Emisiile poluante se masoara efectuand diverse teste, in conformitate cu diferite regulamente specifice tarilor respective. Rezultatele depind de eficienta sistemului catalitic, dar si de parametrii constructivi si functionali ai motorului de autovehicul.

Pentru determinarea eficientei proprii a catalizatorului, Concernul german Volkswagen a perfectionat o procedura pentru testarea catalizatorilor:

– La pornire se determina gradul de conversie in functie de temperatura gazelor de evacuare la intrare in catalizator;

– Se studiaza conversia HC, CO, si NOx, in functie de coeficientul de exces de aer la temperatura si viteza spatiala constante;

– Se constata gradul de conversie al HC, CO si NOx, pentru o valoare medie a coeficientului de exces, cu variatii ciclice referitoare la amplitudine si frecventa.

Astfel, un sistem catalitic performant implica amorsarea rapida a catalizatorului dupa pornirea la rece, cu grade de conversie mari la temperatura de lucru si la variatiile coeficientului de exces de aer.

  

4.10. Sonda Lambda

Prima aplicatie comerciala a catalizatorului tridirectional si a sistemului cu bucla inchisa de dozare a combustibilului folosind un senzor de oxigen a venit o data cu introducerea Volvo-ului 1977 pe piata californiana. Acest catalizator a fost dezvoltat de Engelhard. Alte companii de automobile au introdus sistemul din anul urmator si in 1990 aproape 100% din autovehiculele de pasageri il foloseau.

Senzorul de oxigen este elementul care permite identificarea calitatii amestecului si care furnizeaza semnalul de corectie al debitului de combustibil in circuitul inchis de reglaj. In figura 4.12 este prezentata o sectiune longitudinala prin acest dispozitiv. Se pot identifica urmatoarele parti componente: electrodul pozitiv 10; electrodul negativ 2; corpul din material ceramic 3; carcasa cu fante 4 pentru permiterea accesului gazelor arse la electrodul negativ; niplu de fixare a sondei in circuitul de evacuare a gazelor arse 5; bucsa de contact 6; arc de contact 8; orificii pentru penetrarea aerului ambiant la polul pozitiv; colector de evacuare si papuc de contact [22].

 

Figura 4.12.

Functia sondei lambda si a sistemului de tip bucla inchisa de dozare a combustibilului e de a mentine amestecul carburant in conditiile stoichiometrice pe masura ce acesta intra in motor pentru ardere, adica nu trebuie sa apara aer sau combustibil in exces. Scopul principal e de a permite cata-lizatorului tridirectional sa opereze eficient controlul emisiilor de HC, CO si NOx. Sonda lambda e pozitionata in sistemul de evacuare inaintea catalizatorului, astfel incat acesta sa fie expus la evacuarea tuturor cilindrilor. Senzorul analizeaza fenomenul combustiei dupa ce acesta are loc. De aceea sistemul e numit uneori sistem de feedback cu bucla inchisa. Exista o intarziere inerenta intr -un asemenea sistem si astfel sistemul corecteaza permanent ciclurile amestecului carburant in jurul punctului de control stoichiometric mai degraba decat mentine un amestec carburant dorit. Sonda lambda raspunde in circa 3 ms la o schimbare in compozitia gazului de evacuare, producand un semnal de tensiune care e monitorizat de unitatea de control computerizata. Variatia de semnal e de la 50 mV la un λ = 1,05 (sarac) pana la 900 mV la un λ = 0,99 (bogat) asa cum e aratat in figura 4.13.

Tensiunea se modifica brusc in vecinatatea imediata a raportului stoichiometric.

Figura 4.13.

Tensiunea generata depinde de diferenta de concentratie de oxigen dintre cei doi electrozi. Electrodul de evacuare din platina e un catalizator la suprafata gazului de evacuare si echilibreaza amestecul, consumand, prin reactie catalitica, orice oxigen si orice CO, HC si H2 nereactionate.

In apropierea punctului stoichiometric, adica λ = 1,0, diferenta intre O2 atmosferic si O2 de evacuare si astfel voltajul generat se apropie de maxim. Astfel, semnalul senzorului e folosit pentru a detecta punctul stoichiometric. Ca senzorul sa functioneze corespunzator e nevoie sa fie incalzit la temperaturi de peste 350°C. Pentru a se adapta la nevoia de incalzire rapida a catalizatorului, se foloseste o versiune incalzita a senzorului de oxigen. Controlerul computerizat preia marimile de intrare ale vitezei, solicitarii si temperaturii pentru a ajuta motorul la pornirea la rece si a selecta reglajul de echilibrare optim al raportului aer/combustibil pentru o putere optima, economie de combustibil si controlul emisiilor. Modulul cuprinde sistemul de supraveghere al sondei lambda, regulatorul cu amplificatorul de semnale si integratorul. Cand amestecul carburant este bogat, este satisfacuta urmatoarea inegalitate:

U > Ur                                                4.19

unde Ur este tensiunea de referinta stabilita anterior si care are o valoare de 400 mV. In aceasta situatie, amplificatorul de semnale nu transmite nici o tensiune celorlalte grupe functionale ale regulatorului. In timpul acestui interval de impuls T0 (fig.4.14) debitul de combustibil trimis in motor se diminueaza si amestecul carburant saraceste. Daca amestecul carburant se apropie de =1 si are tendinta sa saraceasca in continuare, sonda lambda furnizeaza impulsul de tensiune care aduce tensiunea U la o valoare mai mica decat tensiunea de referinta Ur. Amplificatorul de semnal se anclanseaza si astfel impulsurile de tensiune amplificate, de durata T1, apar la iesirea din amplificatorul de semnal. Aceste impulsuri ajung la integrator care le analizeaza definind tendinta de reglare. Astfel, compozitia amestecului carburant nu suferamodificari bruste dupa cum tensiunea U devine superioara sau inferioara tensiunii de referinta Ur.

Figura 4.14. Sistemul de reglare incepe sa actioneze intr-un sens sau altul cu o viteza de reglare programata

din integrator. Sistemul de control foloseste semnalul de la sonda, pe post de dispozitiv de comutare utilizand logica „bogat! saraceste-l!” sau „sarac! imbogateste-l!”. Sistemul de tip bucla inchisa al sondei lambda compenseaza automat orice schimbare in continut a combustibilului sau a densitatii aerului. De exemplu amestecul carburant stoichiometric e mentinut chiar si atunci cand vehiculul urca de la nivelul marii la mari altitudini unde densitatea aerului e mai mica.

Eficienta reactorilor catalitici cu trei cai la functionarea comuna cu sonda lambda cu circuit de reglaj poate fi remarcata in figura 4.16. Dupa cum se poate constata, se obtine un minim al emisiilor poluante in domeniul cunoscut sub denumirea de fereastra lambda. Trebuie retinut ca mentinerea dozajului in limitele  = 0,99 – 1,05 este extrem de importanta deoarece in cazul catalizatorului cu trei cai si reglaj lambda, daca excesul de aer depaseste valoarea 1, emisia de oxizi de azot devine mai mare decat in cazul absentei catalizatorului.

Figura 4.15, 4.16 Sonda lambda este, totusi, pacalita de anumite gaze. De exemplu, combustia metanolului

conduce la un continut marit de H2 in esapament si, deoarece H2 are o viteza mult mai mare de difuzie decat alte gaze de evacuare, se inregistreaza o concentratie mai mare pe electrodul senzorului de pe portiunea de esapare decat exista de fapt in teava de esapament, provocand un semnal de „mai bogat”. Controlerul computerizat va ajusta atunci raportul aer/combustibil spre o reglare „mai sarac”. Acest factor trebuie compensat atunci cand folosim combustibili de felul metanolului.

Controlul tip bucla inchisa a fost proiectat atat pentru sistemele de dozare ale carburatorului cat si pentru cele ale injectiei de combustibil. Ultimele se folosesc la aproape toate modelele 1990. Exista doua tipuri de dozare a combustibilului: cu un singur injector de combustibil, care alimenteaza toti

cilindrii, numit injectie de combustibil intr-un singur punct; si cu injectare de combustibil in fiecare cilindru, numit injectie de combustibil multipunct. Sistemele de injectie multipunct pot fi activate electric continuu sau individual.

O valva electronica de injectie a combustibilului e localizata in colectorul de admisie chiar inaintea fiecarei valve de admisie. Toate valvele sunt conectate in paralel si tinute deschise pentru un timp calibrat dupa cum e reclamat de controlerul computerizat. Combustibilul injectat e impins in cilindru o data cu aerul. Ultima faza consta in injectia secventiala de combustibil care dozeaza combustibilul pentru fiecare cilindru in functie de ordinea de aprindere.

Toate sistemele de control tip bucla inchisa trebuie sa masoare cantitatea de aer in orice conditii de cerere a motorului. Masurarea aerului este cel mai adesea realizata folosind un termoanemometru, numit uzual instrument de masurat masa aerului. Performanta convertorului catalitic e afectata de conditiile de control ale raportului aer/combustibil asigurate de sistemul de masurare a combusti-bilului.

Un sistem de masurare a combustibilului cu reactie inceata poate scadea dramatic eficienta de conversie a convertorului fata de un sistem de injectie multipunct a combustibilului cu reactie rapida.

Normele statului California cer ca motoarele de autovehicule si sistemele de control a emisiilor de esapament sa fie monitorizate de un sistem de la bord pentru a se asigura performanta functionala continua. Programul se numeste OBD-II si pretinde ca rateurile motorului, convertorul catalitic si sistemul de control a emisiei de vapori sa fie monitorizate [138]. Se asteapta ca EPA din SUA sa adopte o norma similara [153].

  

4.11. Tipuri de catalizatori

Ca urmare a varierii dozajului se poate actiona practic fie asupra oxidului de carbon si hidrocarburilor (in zona dozajelor sarace prin oxidare), fie asupra oxizilor de azot (in zona dozajelor bogate prin reducere).

S-au dezvoltat astfel trei principii de utilizare a catalizatorilor [16], [40], [94]:

– Cu o singura treapta, cu actiune fie asupra oxizilor de azot, fie asupra oxidului de carbon si a hidrocarburilor nearse;

– Cu doua trepte, cu actiune asupra a doi poluanti;– Cu trei trepte, cu actiune asupra tuturor poluantilor;

 Catalizatorul oxidant, ajuta la conversia cu rezultate foarte bune a oxidului de carbon si a

hidrocarburilor nearse [48] (fig.4.17). Catalizatorul lucreaza in exces de aer introdus fie prin utilizarea unui amestecsarac, fie prin introducerea de aer suplimentar in sistemul de evacuare. Acest tip de catalizator nu necesita reglaje.

Un alt tip de catalizator, insa reducator, denumit Denox, face posibila conversia oxizilor de azot in prezenta aerului. Se gaseste in prezent in faza de cercetare si ofera un grad de conversie de 50% a componentelor NOx [59].

Catalizatorul dublu este compus din doua trepte: prima, de reducere a oxizilor de azot, iar a doua treapta, de oxidare a oxidului de carbon si a hidrocarburilor nearse (fig.4.18).

Figura 4.17.

Pentru ca acest catalizator sa fie rentabil este necesar ca motorul sa functioneze in regim de amestec bogat (λ<1) [63].

Utilizarea acestui tip de catalizator este in scadere [131], deoarece tendinta actuala este de a produce motoare care functioneaza in regim de amestec sarac, iar valorile maxime acceptate de legislatie la CO2 sunt tot mai mici.

Figura 4.18.

De asemenea, la acest tip de catalizator nu sunt necesare reglajele suplimentare ale amestecului carburant. Datorita functionarii cu amestec bogat, sunt produsi compusi ai amoniacului care nu pot fi convertiti decat in mica masura. Acesta este si motivul aparitiei catalizatorului cu trei cai.

Catalizatorul cu trei cai, sau tridirectional, are proprietatea de a reduce masiv toate trei componentele toxice ale gazelor de esapament: NOx, CO si HC (fig.4.19) [101], [104]. Pentru ca purificarea gazelor sa fie optima, a fost necesara introducerea unui sistem suplimentar de reglaj a amestecului.

Mentinerea amestecului in intervalul λ = 1…1,03, dupa cum se poate observa din figura 4.19, se realizeaza prin injectia de combustibil in fiecare cilindru, prin reglarea electronica a injectiei cu ajutorul informatiilor date de sonda lambda – amplasata inaintea catalizatorului [94].

Fara acest sistem de reglaj cu sonda lambda, gradul de conversie realizat de catalizator este de 40-50%, in timp ce cu acest sistem gradul de conversie este de peste 95%.

Catalizatorul cu reglaj cu trei cai este la ora actuala cel mai eficient sistem de curatare a gazelor rezultate de la motoarele cu ardere interna [119].

 Figura 4.19.

  

4.12. Catalizatori zeolitici

Pentru cresterea eficientei reducerii oxizilor de azot, s-au dezvoltat catalizatori specifici, denumiti zeoliti. Aceste substante [31], sunt aluminosilicati hidratati, cu structura cristalina, care pot pierde reversibil apa, fara a distruge sau modifica dimensiunea carcasei. In structura reticulara sunt incluse cavitati ocupate cu ioni si molecule de apa, care dispun de o considerabila libertate de miscare, permitand schimbul ionic si deshidratarea treptata si reversibila. Domeniile de utilizare sunt diverse si in plina dezvoltare, principalele procese de analiza chimica in care sunt implicati fiind procesele de adsorbtie, procesele catalitice. Denumiti cristale poroase, zeolitii au ca principala proprietate porozitatea, care actioneaza prin selectivitate geometrica si difuziva, permitand introducerea in structura lor a unor ioni de metale, cu proprietaticatalitice foarte bune. Se stie ca actiunea de baza a catalizatorilor consta in cresterea vitezei chimice de reactie, cu energie de activare mai mica.

Utilizarea zeolitilor drept catalizatori de oxidare a inceput in deceniul sapte al secolului trecut, fiind cunoscute efectele de oxidare ale HC si CO, prin intermediul sitelor moleculare zeolitice cu metale traditionale (Ni, Co, Cu, Mg).

Catalizatorii zeolitici supersilicici cu stabilitate termica si chimica mare, de tip ZSM, au compozitia generala de forma urmatoare: wMe2O·xR2O·gSiO2· zAl2O3·H2O si au dovedit posibilitatea reducerii NOx, datorita reactiilor catalitice ale zeolitilor cu HC [31]. In tabelul 4.3 sunt prezentate principalele marimi caracteristice acestor catalizatori:

– compozitia chimica ce influenteaza hotarator eficienta reactiei de reducere;– densitatea celulelor, exprimata in numar de celule pe 25,4 mm patrati;– natura suportului catalizator;– viteza spatiala, definita ca raportul dintre debitul de gaze arse si volumul catalizatorului;– viteza superficiala, definita ca raportul dintre debitul de gaze arse si suprafata catalizatorului.

 

Tabelul 4.3Caracteristicile zeolitilor

Compozitie Densitatecelule

Suport 

Viteza spatiala

[1/h]

Viteza superficiala

[m/h]

V2O5/TiO2/WO3 45 Catalizatorcompact 5100 6,0

V2O5/TiO2 100 Otel 8200 5,8

V2O5/TiO2 100 Cordierit 8200 6,8

V2O5/TiO2/WO3 100 Mulit 8200 6,8

Fe/zeolit 21 Catalizatorcompact 4000 6,8

Cu/zeolit 100 Mulit 8200 6,8

 Datorita diferitelor densitati ale celulelor catalizatorului nu este mentinuta constanta viteza

spatiala, ci viteza superficiala. Cercetarile simultane ale mai multor grupe de chimisti au condus la concluzia ca zeolitii cu schimb de ioni metalici, indeosebi de cupru (Cu-ZSM 5), au un bun efect reducator asupra NOx din gazele de evacuare ale motoarelor cu aprindere prin compresie [49]. Eficienta acestei reduceri creste cu cresterea continutului de HC, pentru ca hidrocarburile favorizeaza formarea unor produsi intermediari care au rol de agenti reducatori. Concluziile unor studii au dovedit ca eficienta de conversie a NOx, produsa de catalizatorii zeolitici, este superioara celei a catalizatorilor cu platina.

  

4.13. Metode de reducere catalitica a NOx

Dezvoltarea tehnicilor catalitice a dus la punerea la punct a unor metode noi de tratare catalitica pentru reducerea NOx din gazele de evacuare ale motoarelor cu aprindere prin comprimare [65].

Prima metoda este a reducerii catalitice neselective (NSCR). Termenul de reducere catalitica neselectiva este folosit pentru desemnarea proceselor de tratare a gazelor in care apar o gama variata de reactii chimice. Aceste reactii nu afecteaza numai NOx, prezenti in gazele de evacuare, ci si alti compusi cum ar fi oxigenul. Din cauza naturii neselective a reactiilor de reducere din NSCR, este greu sa se obtina grade descadere a NOx mai mari de 15-40%. Reducerea catalitica neselectiva consta in reducerea NOx de catre HC si CO din gazele de evacuare printr-o reactie stoichiometrica. Are loc o reducere minima de 80%.

A doua metoda, numita metoda reducerii selective (SCR), foloseste un agent reducator care reactioneaza preferential cu NOx. Acest agent reducator (uree, amoniac, mai rar alcooli) este injectat in gazele de evacuare, apoi este trecut printr-un catalizator de reducere. Cand se foloseste ureea in solutie apoasa, se produce piroliza-hidroliza, pana cand se obtine amoniac, dupa pulverizarea in sistemul de evacuare [63]. Problema reducerii oxizilor de azot din gazele de evacuare, mai ales ale autovehiculelor de transport marfa, a fost o preocupare constanta a firmei Degussa-Hüls A.G., din Germania [117], care a dezvoltat un nou sistem de depoluare, ce se bazeaza pe procedeul de reducere selectiva a NOx la evacuare (fig.4.20). Prin injectarea unei anumite cantitati de uree se initiaza o reactie de reducere a oxizilor de azot,

dupa care catalizatorul de oxidare va diminua cantitatea de hidrocarburi si monoxid de carbon din gazele de evacuare.

 

 Figura 4.20.

 Instalatia folosita pentru aplicarea acestui procedeu se compune dintr-un rezervor de uree 1,

dotat cu un senzor de umplere 2, un compresor de aer 3, un rezervor de aer 4, un senzor de temperatura 5, o supapa de reglare a presiunii 6, o pompa 7, un dispozitiv de comanda a dozarii agentului reducator 8, un sistem de comanda cu supape 9,10,11.

O alta metoda foarte eficienta si sigura de reducere a oxidului de azot este recircularea externa a gazelor de evacuare (EGR). Aceasta consta in realizarea unei ramificatii in galeria de evacuare (fig.4.21), prin care o parte din gazele de evacuare sunt introduse in galeria de admisie si apoi in camera de ardere. Aceste gaze, cu un continut extrem de scazut de oxigen, reduc reactivitatea amestecului admis in cilindru. Se reduc astfel varfurile de temperatura din camera de ardere, care sunt raspunzatoare de aparitia oxizilor de azot. Prin procedeul de recirculare a NOx poate fi redus pentru motoarele cu aprindere prin scanteie, intr-un procent de peste 50% [117].

 

Figura 4.21. Sistemul EGR (vezi fig.4.21) are supapa 4 comandata electric de catre dispozitivul central 1 de

gestionare a functionarii motorului, dispozitiv care preia informatii de la sonda de oxigen 5.Pentru motoarele cu aprindere prin compresie, principiul de functionare al EGR este acelasi.O mare parte a sistemelor de recirculare a gazelor utilizeaza procedeul de racire a gazelor inainte

de admisia in cilindru. O urmare a acestei recirculari este scaderea temperaturii pieselor din traiectul de admisie al motorului, imbunatatindu-se astfel gradul de umplere a cilindrilor.

  

4.14. Noi proiecte de catalizatori

Specialistii de la firma Citroen au proiectat un motor cu injectie de inalta presiune care prezinta un consum redus de carburanti, implicit emisia de bioxid de carbon (CO2) [116]. Consumul de carburanti (la testul in ciclu combinat) este diminuat cu 19% fata de generatia precedenta a motorului. La un ciclu de condus urban ECE, imbunatatirea este remarcabila (cu o reducere de 21%). Motorul cu combustie stratificata este in prezent unica solutie cu o reala economie de combustibil. Acest motor lucreaza la o turatie de pana la 3.500 rot/min si prezinta mai multe solutii tehnologice:

– un tip de motor bazat pe o camera de combustie noua care functioneaza pe principiul

injectiei cu jet deflectat;– niste conducte interne speciale care genereaza o miscare turbionara la admisia aerului;– strategii noi si noi componente de control ale motorului, cu o pompa de injectie de mare putere

(30-100 bari), injectoare noi si o valva electronica;– un sistem de control al poluarii cu un convertor catalitic bazat pe principiul evacuarii si retinerii

de NOx.

Exista o tehnologie de tratare ulterioara a oxizilor de azot. Emisiile de NOx au fost reduse considerabil la sursa, prin recircularea gazelor esapate. Motorul HPI lucreaza cu exces de aer, de aceea este imposibila tratarea oxizilor de azot folosind doar un convertor catalitic conventional.

In consecinta, a fost dezvoltata o noua strategie de tratare a sistemului cu NOx (fig.4.22). Ansamblul este compus dintr-un precatalizator de 0,8 litri localizat in apropierea colectorului tevii de esapament, care permite tratarea rapida a CO2 si a HC.

Alt convertor catalitic de 3 litri, plasat sub podeaua autovehiculului, are ca trasatura retinerea si, de asemenea, evacuarea NOx, la fel ca si catalizatorul tridirectional.

Figura 4.22.

Retinerea gazelor este bazata pe o sare derivata din bariu, un metal alcalin cu o afinitate specifica pentru oxizii de azot. Functia de retinere-evacuare este controlata de sistemul de control al motorului. Sistemul de control al motorului evalueaza continuu starea de saturatie a retinerii-evacuarii a convertorului catalitic. Astfel se activeaza evacuarile de NOx, imbogatind amestecul, cand sarea de bariu este saturata (pentru circa 3 secunde pe minut).

Un senzor de oxigen plasat de-a lungul liniei convertorului catalitic monitorizeaza cantitatea de oxigen prezenta in teava de esapament. Cand se detecteaza o variatie in continutul de oxigen, ceea ce arata ca oxizii de azot au fost tratati prin exces de CO si HC, sistemul de control al motorului modifica operatiile pentru alimentarea prin combustie statificata. Convertorul catalitic isi reia apoi functia de retinere. Tratarea NOx depinde de temperatura tevii de esapament. La temperaturi mici, sub 200°C, convertorul catalitic nu are eficienta. La temperaturi de peste 500°C eficienta sa este redusa considerabil. In consecinta, convertorul catalitic a fost plasat pe teava de esapament in punctul unde temperatura variaza intre 300 si 500°C. Pe parcursul acestei operatiuni care corespunde traficului urban, acest sistem trateaza mai mult de 90% din NOx. In consecinta, acest sistem este foarte eficace in zonele urbane. In mers, cand temperatura depaseste 500°C, sistemul de control al motorului imbogateste amestecul, ceea ce schimba compozitia gazelor din teava de esapament in asa fel incat acestea pot fi tratate cu un convertor catalitic tridirectional.

  

4.15. Noi aditivi catalitici

Specialistii in domeniu au pus de curand la punct o noua tehnologie in vederea reducerii poluarii generate de autovehicule [112]. Aceasta tehnologie se bazeaza pe o substanta recent sintetizata, denumita prescurtat « TEJOHN ». De fapt, acesta este un catalizator lichid destinat sa reduca emisia de gaze poluante, la toate tipurile de benzina si motorina. Poate fi folosit la toate tipurile de motoare cu sau faracatalizatori de orice fel, montati anterior. Catalizatorul este amestecat cu combustibilul si poate fi adaugat la toate felurile de rezervoare. Excesul de cantitate nu sporeste efectul. Tejohn este o substanta organica, nu contine componente metalice si este cu ardere completa.

Se cunoaste ca moleculele de hidrocarburi mici si usoare, adica cele din gaze si cele naftalice, ard usor. Moleculele de hidrocarburi mari si grele din combustibilii pe baza de petrol nu ard usor si au nevoie de o temperatura mai ridicata pentru a arde. Ruperea termica are loc in molecule atunci cand este atinsa o anumita temperatura. Particulele rezultate din aceasta rupere sunt foarte reactive si cauta sa se combine cu atomi de oxigen.

Aceasta oxidare elibereaza caldura ce duce in continuare la rupere termica creandu-se o reactie in lant. Unii componenti ai catalizatorului trec prin ruperea termica la temperaturi considerabil mai mici (cca. 200°C) decat moleculele de hidrocarburi. Astfel, concentratia de radicali liberi este marita la inceputul arderii. Radicalii liberi sunt endotermi, iar concentratia lor provoaca o ardere mult mai

intensa o data ce incepe oxidarea. Rezultatul este o crestere a temperaturii flacarii si o ardere mai completa a combustibilului.

Cresterea temperaturii faciliteaza oxidarea cenusii si a gudronului (hidrocarburi cu continut scazut de hidrogen), care altfel ar fi ramas sub forma de depuneri sau ar fi fost eliminate cu gazele de esapament ca poluanti. Arderea cat mai completa reduce continutul de monoxid de carbon si mareste caldura, respectiv energia eliberata de combustibil. In intervalul de timp scurt in care lovitura pistonului atinge punctul de aprindere, o mai mare parte a combustibilului este folosit ca energie. Temperatura marita imbunatateste starea valvelor si a segmentilor pistoanelor, prin arderea depunerilor de cenusa si carbon, marind astfel compresia. Imbunatatirea etanseitatii cilindrului mareste eficienta motorului si contribuie mai departe la reducerea cantitatii de combustibil consumat.

Pe langa faptul ca acest catalizator lichid contribuie la scaderea cantitatii de substante poluante emise de autovehicul, in acelasi timp cu mentinerea unui motor curat in interior, are ca efect si o scadere a temperaturii gazelor de esapament, ceea ce duce la cresterea timpului de exploatare a catalizatorului propriu-zis.

Catalizatorul este in aparenta un lichid maro, uleios, cu punct de aprindere la 33°C, iar punctul de fierbere 127-325°C. Are o densitate relativa de 0,843, este insolubil in apa, cu o viscozitate cinematica la 40°C sub 7 mm²/s.

Specialistii suedezi au realizat o serie de teste cu acest catalizator, dupa un algoritm bine studiat anterior:

1. test de emisie si consum fara catalizator;2. s-a adaugat catalizator, s-a rulat 2.000 – 3.000 km, si s-a efectuat al doilea test;3. al treilea test s-a efectuat dupa 10.000 km.Testele au fost realizate folosind echipamentul de masurare de la Robert Bosch A/S Norwegia. In urma

acestor teste s-a ajuns la concluzia ca tratarea combustibilului cu acest catalizator a condus la reducerea emisiei de substante poluante din gazele de evacuare in proportie de 60-90%. S-a realizat o reducere a consumului de combustibil cu 4-10%.

 

Figura 4.23.

Figura 4.23 prezinta analiza unor parametri de functionare ai unui motor inainte de tratarea combustibilului cu catalizatorul lichid. Printre alti parametri de stare a motorului, curba nr.1 indica valoarea CO care a avut o medie de 102 ppm.

 Curba 2 indica valoarea CO2 cu o medie de 15%, iar curba 3 prezinta variatia temperaturii gazului de evacuare care a avut o medie de 208°C. Curba 4 indica variatia hidrocarburilor cu o medie de 14 ppm. In figura 4.24, este prezentat finalul experimentului, la ultimul test dupa 10.000 km. 

Figura 4.24.

 Valorile parametrilor care intereseaza in mod deosebit au fost in cazul CO (curba 1) o medie mult

scazuta, de 8 ppm; in cazul CO2 (curba 2) s-a evidentiat o crestere la 13,6%, pe seama scaderii monoxidului de carbon; temperatura gazelor de evacuare (curba 3) a avut o medie de 179°C, fapt pozitiv care duce la prelungirea perioadei de viata a catalizatorului propriu-zis. De asemenea, valoarea hidrocarburilor ascazut la o medie de 3 ppm, ceea ce indica o ardere mult mai completa a combustibilului.

  

4.16. Controlul functionarii catalizatorului

De-a lungul duratei de functionare a catalizatorilor, apar procese de imbatranire si deteriorare a acestora, prin erori la aprindere ale amestecului carburant, solicitari mecanice si solicitari termice deosebite impunandu-se astfel respectarea unor prescriptii foarte severe in SUA, ce au ca principala cerinta supravegherea functionarii catalizatorului trivalent. CARB – Biroul pentru calitatea aerului din California – a impus inca din anul 1994 sisteme de diagnoza la bord, OBD (On Board Diagnosis) [138]. Incepand cu anul 2000, si Uniunea Europeana a impus prin comisiile sale obligativitatea dotarii auto-vehiculelor cu sisteme de supraveghere a eficacitatii subansamblelor de depoluare [130]. Erorile de functionare sunt permanent anuntate conducatorului auto prin acest sistem OBD, ele fiind stocate in memoria sistemului, pentru o citire ulterioara.

Supravegherea gradului de deteriorare a catalizatorului se realizeaza prin plasarea a doua sonde 2, una in amonte si cealalta in aval de catalizator (fig.4.25). Amplitudinile semnalelor inainte si dupa catalizator sunt comparate de OBD 1. Daca raportul amplitudinilor se modifica, acesta va fi semnalat optic conducatorului auto.

Figura 4.25.

Sistemele de diagnoza ale catalizatorilor cuprind un set de senzori care masoara inainte si dupa catalizator una din urmatoarele marimi: continutul de oxigen (sonda λ), concentratia de hidrocarburi (senzorul de ionizare al suprafetei metalice la trecerea HC la temperaturi inalte) si temperatura gazelor arse.

Sistemele de diagnoza care utilizeaza sonde lambda se bazeaza pe capacitatea de stocare a oxigenului in catalizator. Un catalizator eficient va fi capabil sa amortizeze fluctuatiile de oxigen din gazele de evacuare, la diferite regimuri de functionare.

Senzorii de HC pot fi utilizati pentru diagnosticarea functiei de incalzire in cazul reactorilor catalitici cu suport metalic. Acest sistem a dovedit proprietati mecanice bune si o corelare corecta cu analizoarele conventionale.

Fiindca reactiile din reactorul catalitic sunt exoterme, masurarea temperaturii gazelor de evacuare este o metoda eficace de obtinere a informatiilor despre eficienta catalizatorului. Raportul dintre energia eliberata in catalizator in timpul t si debitul masic de gaze arse reprezinta indicele de performanta al catalizatorului.

Pentru incadrarea in normele de poluare LEV, respectiv EURO 3, sistemul OBD dotat numai cu sonda lambda pentru testarea oxigenului este suficient. Insa in ceea ce priveste incadrarea in normele ULEV, respectiv EURO 4, acest sistem de supraveghere trebuie sa fie dotat si cu sonde pentru HC [117].

 

5. NIVELUL POLUARII ADMIS DE LEGISLATIA ACTUALA

5.1. Nivelul poluarii chimice

Pe plan mondial, la nivelul anului 1997 circulau pe soselele lumii un numar de aproximativ 610

milioane de autovehicule, iar productia acelui an a fost in jur de 63 de milioane de autovehicule [117].

Cantitatea de combustibil consumat s-a ridicat la 685 de milioane tone. Consumul de carburant intr-o

continua crestere a condus la o poluare a aerului in aproape toate tarile dezvoltate industrial, respectiv

in tarile cu un inalt grad de motorizare. Pentru a proteja mediul inconjurator omul a actionat si

actioneaza in directia reducerii efectelor negative ale motorizarii vietii. O modalitate de actiune este

reducerea poluariiprin limitarea substantelor toxice evacuate in atmosfera. Zonele cele mai active

economic sunt SUA, Japonia si Europa. Desi SUA in comparatie cu celelalte doua zone au o populatie

mai putin densa, poluarea aerului constituie deja de mai multe zeci de ani o problema prioritara a

administratiilor care s-au succedat la Casa Alba. In primul rand, americanii sunt pe locul intai in

domeniul consumului de energie si prin aceasta si la arderea suportului de energie fosila [88], [113]. In

al doilea rand, poluarea aerului se concentreaza pe anumite zone dintre care cea mai afectata este

California [88], [98]. Pentru prima data in anul 1968 si apoi in „Clear Air Act” din anul 1970 au fost

indicate primele norme limita la emisiile de gaze auto in atmosfera. Din anul 1977 pana in 1981 a avut

loc o accentuare a valorilor limita pentru emisiile de gaze. In 1982 a fost stabilita pentru prima data o

limita la emisia in atmosfera pentru particulele de funingine [131]. In 1972 standardele americane s-au

bazat pe un ciclu de incercari care trebuia sa reprezinte situatia circulatiei din Los Angeles – denumit

FTP-72. In anul 1975 acest program a fost modificat prin faze suplimentare de verificare – FTP-75. In

acelasi an s-a trecut treptat la reducerea consumului de carburant la automobil pana in anul 1985 la

27,5 mile / galon american. Aceste standarde sunt cunoscute sub denumirea „Corporale Average Fuel

Economy” .O alta prevedere a legislatiei americane limiteaza emisiunea prin evaporare [131].

 

Tabelul 5.1Normele de poluare US-California

Autovehicule MAS si MAC sub 12 persoane

 Tip Poluant u.m. Valoare limita

 MAS

HC

g/mila

0,39

CO 4,2

NOx 0,4

Evaporare g/test 2,0

MAC

HC

g/mila

0,46

CO 4,2

NOx 1,0

Particule 0,08

 Situatia critica a nivelului de poluare din California, datorata lipsei miscarilor de mase de aer, a

impus prevederi foarte dure pentru autovehicule, cu mult mai cuprinzatoare decat in celelalte 49 de state. Un alt motiv este clima din regiune. Numarul zilelor cu soare este foarte mare, astfel incat reactiile fotochimice conduc la o accentuata formare de ozon. Concentratia de ozon depaseste limitele normale aproximativ 180 de zile pe an. Astfel, autoritatile americane au emis normele numite US-California (tab.5.1) si au planificat modificari cuprinzatoare in ceea ce priveste valorile limita. Aceste masuri au menirea sa permita reducerea emisiei de gaze care impiedica formarea stratului de ozon, conform transpunerii in fapt a Air Quality Management Plan propus si pus in practica de „California Air Resource Board” – Comisia californiana de specialitate [113], [131], [136].

In celelalte 49 de state americane sunt stabilite normele corespunzatoare tabelului 5.2. Actuala valoare limita pentru monoxidul de carbon se situeaza la valoarea 3,4 g/mila, fiind valabila atat pentru omologarea de tip a unui nou autovehicul cat si pentru parcursul de durata de 50.000 mile. In SUA, reducerii emisiei de monoxid de carbon ii este dedicata cea mai mare atentie.

Testul SHED serveste la determinarea emisiilor de abur la motoarele Otto. Japonia, dupa cum se cunoaste, este un miracol. In 50 de ani, din propria cenusa, a creat si a impus una dintre cele mai puternice economii din lume. Transporturile stau la loc de frunte in aceasta economie prin numeroasele concerne de automobile.

 

Tabelul 5.2Normele de poluare US-49 State

Autovehicule MAS si MAC sub 12 persoane

Norma Poluant u.m. Valoare limita

FTP95

HC

g/mila

0,41

CO 3,4

NOx 1,0

Particule 0,20

SHED Evaporare g/test 2,0

O mare parte a poluarii aerului din Japonia este pusa pe seama traficului rutier, deoarece incepand cu anul 1960, pana in anul 1980 numarul mijloacelor de transport aflate in circulatie a crescut de mai mult de 10 ori [126], [129]. De aceea, prin normele stabilite, concentratiile maxime de gaze emise au fost in continuu scazute, iar in anul 1981 au fost elaborate norme de emisie ale gazelor si pentru autovehiculele cu motoare diesel. Cresterea consumului de carburant, factor principal al cresterii poluarii, a determinat guvernul nipon sa elaboreze un program pentru economisirea de energie, numit „Energy Saving Act”. Prin acest program industria autovehiculelor a fost obligata sa scada consumul de carburant pe o perioada cuprinsa intre anii 1978 si 1985. Normele japoneze [94], [126], [131] sunt prezentate in tabelele 5.3 si 5.4.

Tabelul 5.3Normele japoneze pentru motoare Otto

Tip Test Poluanti U.M Valori

MAS

TIP-11

HC

g/test

9,50

CO 85,00

NOx 6,00

TIP-10

HC

g/km

0,39

CO 2,70

NOx 0,48

RelantiHC ppm

%v

max1200

CO max 4,5

 Testul Tip-10 reprezinta circulatia urbana; viteza maxima de circulatie este de 40 km/h. Se

foloseste si pentru constatarea consumului de carburant. Testul Tip-11 incepe cu startul la rece, dupa care se atinge o viteza de pana la 60 km/h. Este valabil numai pentru motoarele Otto. Testul de relanti este o parte componenta a testului Tip-10 si serveste suplimentar la verificarea emisiilor de HC si CO la mersul in gol [131].

Tabelul 5.4Normele japoneze pentru motoare Diesel

Tip Test Poluant U.M Valori

MAC

<1265kg

 TIP-10

HC

 g/km

0,62

CO 2,70

NOx 0,98

>1265kg

HC 0,62

CO 2,70

NOx 1,26

Toate TIP-3 Fum % 50

 Testul Tip-3 este valabil numai pentru autovehicule cu motoare Diesel si serveste la

evaluarea cantitatii de funingine si fum.Revenind in Europa, organismele comunitare au tras un semnal de alarma la adresa poluarii inca

de acum 20 de ani. Astfel, CEE a emis in anul 1971 norme legislative care au limitat pentru prima data

emisia de CO si HC [131]. A urmat a doua etapa care a scazut limita emisiilor poluante cu 20% pentru CO si cu 15% pentru HC prin regulamentul CEE R 15/01. In anul 1977 prin regulamentul CEE R 15/02 au fost limitate pentru prima data emisiile de NOx. In anul 1979, a avut loc o noua scadere a concentratiilor maxime admisibile o data cu regulamentul CEE R 15/03.

In 1985 au aparut noi norme prevazute prin regulamentul CEE R 15/04. Incepand cu 01.10.1985 s-au stabilit noi conditii pentru toate mijloacele de transport in vederea inmatricularii in circulatie. Pentru verificarea acestor noi limite s-a apelat la metodele americane in domeniu.

In anul 1989, au fost elaborate liniile de referinta 89/458/EWG pentru mijloacele de transport cu o capacitate cilindrica sub 1,4 l pentru care din 1993 valorile limita au fost reduse [128]. Pentru limitarea emisiei de particule poluante de la motoarele Diesel, reglementarile elaborate in anul 1988 au prevazut normele cuprinse in 88/436/EWG [127].

O pozitie aparte in cadrul CEE privind emisia de substante poluante au avut-o: Danemarca, Suedia, Austria, Norvegia, Finlanda si Elvetia [131]. Aceste tari au considerat valorile concentratiilor maxime admise prea mari si de aceea au preluat normele in vigoare din SUA.

Reunite sub denumirea de „Grupul de la Stockholm”, tarile de mai sus au introdus si normele americane care prevad valori limita la consumul de carburant dupa CAFE Standard (Corporale Average Fuel Economy). Reprezentativa pentru Europa este Republica Federala a Germaniei. Pe plan intern aceasta a tinut pasul cu cerintele generale, astfel ca in anul 1971 a aparut norma interna, StVZO, care prin anexa XIV de la paragraful 47, a acceptat normele CEE R 15/01 cu privire la emisiile de HC si CO.

De asemenea, a limitat prin aceeasi anexa emisia de fum si funingine la valorile corespunzatoare liniilor de referinta CEE R 24/03. Hotararile Consiliului Europei pentru protejarea mediului inconjurator, din 27.06.1985, au permis guvernului federal sa emita si alte prevederi referitoare la emisia de substante poluante.

Astfel, au fost preluate in normele nationale prin anexa XXIII, la paragraful 47 din StVZO – optional – pentru valorile limita, normele SUA din anul 1983 si prin anexa XXV, la paragraful 47, valorile limita ale liniilor de referinta ale CEE 83/35l/EWG, si acestea modificate in anul 1988 prin liniile de referinta CEE 88/436/EWG.

Tabelul 5.5Clasificarea autovehiculelor pentru impozitare in Germania

Nivel dePoluare

AnexaXXIII

AnexaXXV

AnexaXXIVC

Domeniude aplicare

Toateautovehiculele

Autoturisme1,4l – 2,0l

Autoturisme< 1,4l

Tipulnormelor FTP-75 CEE R 15 CEE R 15

CO 2,1 g/km <30 g/test 38,25 g/test

HC 0,25 g/km – –

NOx 0,62 g/km – 6 g/test

HC + NOx – <8 g/test 12,75 g/test

Particule 0,124 g/km – –

Evaporare 2,0 g/test – –

 Au fost realizate trei clasificari care au prevazut diferite facilitati fiscale, tot ca un imbold in

vederea incurajarii protejarii mediului inconjurator. Astfel, pentru autovehiculele care se incadreaza in normele EURO 1 (mai mult de jumatate din totalul parcului german actual), se plateste anual, pentru fiecare 100 centimetri cubi, o suma de 13,2 DM (MAS) sau 37,1 DM (MAC). Valorile scad pentru vehiculele ale caroremisii se incadreaza in standardele EURO 2, ajungand la 10 DM (MAS) sau 27 DM (MAC) pentru fiecare 100 centimetri cubi. Pentru vehiculele care se incadreaza in normele EURO 3 sau consuma cel mult 3 litri de combustibil la 100 km, se acorda, pana in anul 2003, o dispensa de 1000 DM. Pentru autovehiculele care nu se incadreaza nici macar in limitele EURO 1 se plateste cu 20 DM mai mult decat pentru restul autovehiculelor care se incadreaza in aceste norme. Aceste categorii de autovehicule, in functie de emisia de gaze, se regasesc in anexele XXIII, XXIV C si XXV (tab. 5.5) [117], [131], [152]. Prevederile legale pentru micsorarea substantelor poluante produse de motoarele cu ardere interna sunt intr-o modificare rapida in ultimii ani [155]. Acest lucru oglindeste cresterea alarmanta a poluarii aerului, produsa de automobile in tarile industrializate, pe de o parte, iar pe de

alta parte, progresele in tehnologia de mentinere a acestor limite drastice, tehnologie care abia acum face posibil acest lucru [131].

Astfel, Comisia Europeana in colaborare cu industriile europene ale petrolului si automobilelor, in anul 1992, a lansat un program european, denumit Carburant auto, care a constituit ulterior baza tehnica a noii legislatii in materie de protectie a mediului si transporturi. Programul contine trei documente [122], [123], [117]:

Tabelul 5.6Standarde referitoare la calitatea aerului, impuse de UE

Poluant 1 ora 8 ore 24 ore 1 an

NO2 200 – – 50(50I)135(98I)

Particule, fum – –

80130(iarna)

250(an de varf)–

SO2 – –

120, fum < 4080, fum > 40

180, fum < 60130, fum > 60350, fum <150250, fum >150

–

O3

(vegetatie)(sanatate)

 200200

 100-120

110

  

65

  

60

Pb (mg/m3) – – – 2

 1. O strategie pentru atingerea pana in anul 2010 a unor anumite standarde referitoare la calitatea

aerului. Strategia cuprinde pentru prima oara nivelurile limita pentru poluantii ce influenteaza calitatea aerului, precum NO2, particule, CO, benzen, O3 (analizate cumulat si nu separat). Pentru realizarea acestor obiective, strategia adopta masuri de reducere cu 70% fata de nivelurile anilor 1995-1996 a cantitatiide CO din mediul urban, datorat transporturilor rutiere, a particulelor si a COV, precum si cu 65% pentru NOx (tab. 5.6).

2. O lege referitoare la calitatea benzinelor si motorinelor, care a solicitat ca benzinele sa aiba pana in 2000 un continut de pana la 200 ppm sulf, 2% din volum benzen si 45% hidrocarburi aromatice. De asemenea, motorinele trebuie sa contina maximum 350 ppm sulf si 11% din volum, poliaromatici. Acest obiectiv este realizat in prezent. Pentru anul 2005 se asteapta o diminuare radicala a acestor valori (se prognozeaza sub 50 ppm sulf atat la benzine cat si la motorine). In acelasi timp, in anul 2000 s-a realizat eliminarea plumbului din benzinele comercializate.

3. O lege referitoare la standardele emisiilor pentru autovehiculele de pasageri, care delimiteaza, pana in 2005 pentru orice tip de autovehicul, valorile emisiilor substantelor poluante conform tabelului 5.7.

 

Tabelul 5.7Regulamentul european pentru emisii poluante [g/km]

Norma CarburantValori limita [g/km]

ParticuleCO HC NOx HC+NOx

EURO 1Benzina 2,72 - - 0,97 -

Motorina 2,72 - - 0,97 0,14

EURO 2Benzina 2,2 - - 0,5 -

Motorina 1,0 - - 0,7 0,08

EURO 3Benzina 2,3 0,2 0,15 - -

Motorina 0,64 - 0,5 0,56 0,05

EURO 4Benzina 1,0 0,1 0,08 - -

Motorina 0,5 - 0,25 0,3 0,025

 

Pe plan national implementarea regulamentelor CEE cu privire la protejarea mediului inconjurator prin reducerea emisiilor poluante la automobile a demarat o data cu emiterea de catre Ministerul Transporturilor a Ordinului cu numarul 537 din 1997 [117], [121].

 Tabelul 5.8

Valorile limita pentru autoturisme cu masasub 2500 kg si 6 locuri

CO HC+NOx Masa de particule

L1 (g/km) L2 (g/km) L3 (g/km)

MAS MAC MAS MAC MAC

2,2 1,0 0,5 0,71 0,08*

*Pentru motoare diesel cu injectie directaL2=0,9g/km, si L3=0,10g/km

 Acest ordin a prevazut ca, incepand cu 01.07.1998, autovehiculele importate sa aiba emisii

poluante care sa se incadreze in limitele fixate prin Directiva 70/220/CEE, modificata prin Directiva 96/44/CEE, norme denumite generic EURO 2. Sunt redate, in tabelele 5.8 si 5.9, valorile limita ale concentratiilor maxime admise pentru emisiile poluante acceptate pana la 31.12.2001 si in Romania si valabile in Europa [95], [96], [117], [141], [155].

 

Tabelul 5.9Valori limita pentru autoturisme cu masa

peste 2500 kg si autoutilitare

Masa de referinta CO HC+NOx Particule*

MR(kg) L1(g/km) L2(g/km) L3(g/km)

MR < 1250 2,72 0,97 0,14

1250 < MR < 1700 5,17 1,4 0,19

1700 < MR 6,9 1,7 0,25

*Numai pentru motoare diesel

 Pe langa faptul ca autovehiculele au limite la emisiile de gaze poluante, in cadrul normelor EURO

2 s-a mai verificat si functionarea sistemelor depoluante la diferite turatii. Astfel, in tabelele 5.10 si 5.11 se dau valorile limita pentru controlul functionarii sistemului de depoluare al autovehiculelor [117].

  

Tabelul 5.10Valori limita pentru functionarea sistemelor de depoluare la MAS

CO (%) la turatiade mers in gol

CO (%) la mersin gol accelerat

2500-3000 rot/minCoeficientul λ

< 0,5 < 0,3 1,0±0,3

 

 Tabelul 5.11

Valori limita pentru functionarea sistemelor de depoluare la MAC

Tipul motorului Coeficientul de absorbtie K

Motor nesupraalimentat < 2,5

Motor supraalimentat < 3

 In cursul anului 2000, Ministerul Transporturilor prin Ordinul Ministrului

Transporturilor, numarul 566/2000, in cadrul reglementarilor privind conditiile tehnice pe care trebuie sa le indeplineasca vehiculele rutiere in vederea admiterii in circulatie pe drumurile publice din Romania, cuprinse in RNTR 2 [117], [121], a prevazut faptul ca, incepand cu data de 1 ianuarie 2002, pentru omologarea in vederea primeiinmatriculari a autoturismelor si a autoutilitarelor usoare de pana

la 3,5 tone, valorile emisiilor poluante provenite din gazele de evacuare nu trebuie sa depaseasca limitele prevazute in Directiva 70/220/CEE, ultima modificare, Directiva 98/77/CE (vezi tabelul 5.7). Astfel, pentru omologarea de tip (fabricant, dealer importator autorizat de fabricant), limitele maxime ale emisiilor poluante nu trebuie sa depaseascaprevederile din Regulamentul nr. 49 ECE – ONU, seria de amendamente 02B, sau Directiva 88/77/CEE, modificarea 91/542/CEE II, iar opacitatea gazelor de evacuare trebuie sa corespunda prevederilor Regulamentului nr. 24 ECE – ONU, seria de amendamente 03, sau Directiva 72/306/CEE, modificarea 97/20/CE.

Pentru omologarea individuala (la bucata, second hand), de asemenea, limitele maxime ale emisiilor poluante provenite din gazele de evacuare nu trebuie sa depaseasca prevederile din actele normative de la omologarea de tip.

In ceea ce priveste autovehiculele pentru transport persoane sau marfuri cu masa totala maxima autorizata de peste 3,5 tone, emisiile poluante provenite din gazele de evacuare nu trebuie sa depaseascalimitele prevazute in Directiva 88/77/CEE, ultima modificare prin Directiva 1999/96/CE. Toate aceste norme sunt cunoscute sub denumirea generica de EURO 3.

In prezent, pe masa de lucru a organismelor romanesti abilitate, exista o serie de documente denumite ISO SR (standard roman conform ISO), din domeniul emisiilor poluante, care sunt pe cale de a fi finalizate [117].

  

5.2. Nivelul poluarii sonore

Legislatia care reglementeaza nivelurile sonore ale autovehiculelor a aparut in anul 1970 prin Directiva CEE cu numarul 70/157, fiind ulterior modificata de nenumarate ori in sensul scaderii valorilor limita ale nivelurilor de zgomot admisibile [131]. Astfel, pana in prezent valorile limita admise au fost reduse cu peste 10 dB(A) pentru autobuze si camioane si cu 8 dB(A) pentru autoturisme. Directiva 1015 din anul 1978 stabileste, in functie de capacitatea motocicletei, nivelul maxim admis al zgomotului (tab. 5.12):

Valorile limita pentru nivelul de zgomot admis la motoarele vehiculelor au fost stabilite inca din anul 1970 prin Directiva 157, pentru ca apoi aceste valori sa fie reduse prin Directiva 424/1984. In cadrul Regulamentului de Protectie a Mediului, elaborat de UE si intrat in vigoare la 7 octombrie 1983, capitolul 15 face referire la: „Limite ale emisiei de zgomote si vibratii”.

Tabelul 5.12Nivelul maxim admis al zgomotului pentru motociclete

Capacitatea (cmc) Nivelul de zgomotadmis [dB (A)]

80 78

125 80

350 83

500 85

peste 500 86

 Acest tip de emisii trebuie sa fie limitat in functie de gradul de cunoastere si experienta din

domeniu, astfel incat valorile reale obtinute sub aceste valori limita sa nu afecteze in mod grav sanatateapopulatiei. Distinctii ale acestei decizii sunt facute pentru toate modalitatile de transport, in functie de gradul de sensibilitate, [30], [42], [102]:

– Nivelul 1, aplicabil zonelor in care nu sunt permise activitati perturbatoare (zgomotoase, producatoare de vibratii);

– Nivelul 2, aplicabil zonelor in care nu sunt permise activitati perturbatoare, zone rezidentiale si cartiere de locuit;

– Nivelul 3, pentru zone unde activitatea poate cauza valori moderate de zgomot, vibratii, in mod expres in zonele comerciale, agricole etc.;

– Nivelul 4, pentru zonele unde sunt permise valori ridicate de zgomot si vibratii.

In functie de aceste nivele au fost adoptate valorile limita admise, prezentate in tabelul 5.13: 

Tabelul 5.13Valori limita admise pentru zgomotul si vibratiile

produse de traficul rutier

Nivel desensibilitate

Limita maxima [dB(A)]

Ziua Noaptea

1 55 45

2 60 50

3 65 55

4 70 60

 Nefiind suficiente nici aceste ultime valori si totodata pentru a proteja populatia

impotriva poluarii sonore – in special a celei produse de traficul rutier in zona urbana – s-a introdus in anul 1992 Directiva 97. Aceasta directiva prevede reducerea zgomotului in doua etape: prima etapa s-a derulat o data cu aparitia legii 97, iar cea de a doua etapa s-a derulat incepand cu data de 1 oc-tombrie 1995. Nivelurile de zgomot permise pentru diferite categorii de autovehicule prevazute in directiva 97 sunt urmatoarele [152]:

1. Autovehicule pentru transport de persoane cu pana la 9 locuri: 74 dB(A);

2. Autovehicule pentru transport de persoane cu mai mult de 9 locuri cu o sarcina mai mare de 3,5 tone si:

– puterea motorului sub 150kW: 78 dB(A);– puterea motorului peste 150kW: 80 dB(A);

3. Autovehicule pentru transport de persoane cu mai mult de 9 locuri si cele pentru transport de marfuri cu:

– Sarcina mai mica de 2 tone: 76 dB(A);– Sarcina cuprinsa intre 2 si 3,5 tone: 77 dB(A);

4. Autovehicule pentru transport de marfuri si cu o sarcina mai mare de 3,5 tone la care:

– Puterea motorului este sub 75kW: 77 dB(A);– Puterea motorului este intre 75-150kW: 78 dB(A);– Puterea motorului este peste 150kW: 80 dB(A).

 

6. TENDINTE IN DEZVOLTAREA MOTOARELOR CU ARDERE INTERNA

6.1. Consumul si rezervele energetice mondiale

Dezvoltarea productiei materiale din ultimul secol, concomitent cu cresterea populatiei si, respectiv, a cerintelor de energie, de materii prime pentru industrie si de produse alimentare, au accentuat conflictul dintre procesele de dezvoltare economico-sociala si resursele naturale, cu urmari tot mai ingrijoratoare asupra echilibrului ecologic al planetei [93]. Dezvoltarea economica si sociala a necesitat si necesita atragerea in circuitul economic a unor resurse naturale neregenerabile disponibile in cantitati finite.

Expansiunea economica si demografica constituie un potential de presiune dramatic asupra resurselor naturale si a sistemelor biologice; in tabelul 3.2 se poate observa comparativ, consumul de materii energetice estimat in milioane tone echivalente de petrol, la inceputul secolului (1900) si la finalul aceluiasi secol (1999) [120].

Din analiza sumara a acestui tabel se poate observa orientarea activitatilor umane spre consumul de materii regenerabile, care include biomasa, energia eoliana, a valurilor, geotermala si solara, deci spre energia neconventionala, dar si spre consumul de gaz natural.

 Tabelul 6.1

Utilizarea surselor de energie in secolul XX

Sursa deEnergie

1900 1999

Total % Total %

Carbune 501 55 2,122 22

Petrol 18 2 2,940 30

Gaz natural 9 1 2,173 23

Energie nucleara 0 0 579 6

Regenerabile 383 42 1,833 19

TOTAL 911 100 9,647 100

  

Conform ultimelor evaluari la nivel international, rezervele de petrol cunoscute si facute publice sunt de 1053 miliarde de barili (un baril = 158,98 litri), dintre care 40-45% sunt in platformele marine. La nivelul actual de exploatare, rezervele de petrol, facute publice, pot acoperi necesarul omenirii pentru circa 44 de ani. Potrivit statisticilor acestea sunt repartizate dupa cum urmeaza: Orientul mijlociu are 66,4%; America are 15,5%; Europa de Vest are 1,4%; Europa de Est are 5,7%, iar celelalte state au 11% [153].

La sfarsitul secolului XX, productia si consumul de petrol erau de 3,1 miliarde de tone pe an. Acesta provine din mai multe zone geografice: tarile din OPEC 37%; tarile fostei URSS, China si Europa de Est 25%; tarile occidentale industrializate 23%, alte tari 15% [153].

In ceea ce priveste activitatea de transport, la nivel mondial, necesarul de petrol al acestui inceput de secol a fost de 1790-1900 milioane tone, circa 51,5% din totalul necesarului pentru toate activitatilecare presupun consum de petrol [17], [119].

Consumul anual de energie primara, din care 44% petrol, a crescut la inceputul acestui secol cu 22%, ajungand la 7,8·109 tone de echivalent petrol. Rezervele de gaze naturale, exprimate in echivalent petrol sunt de 114·109 tone si sunt suficiente, la ritmul actual de consum, pana la mijlocul secolului urmator, fara a tine seama de descoperirea a noi surse. Rezervele de biomasa sunt enorme, de circa 700·109tone echivalent petrol, ceea ce reprezinta cam de 100 de ori consumul anual mondial de energie. Tinand seama de posibilitatile limitate de utilizare si de randament scazut a conversiei in combustibil, biomasa nu va deveni, in viitorul apropiat, o sursa importanta de combustibil pentru autovehicule.

Se poate aprecia ca, in conditiile in care sursa principala de energie, si anume combustibilul mineral, nu constituie o problema, cel putin din punctul de vedere al rezervelor, pentru inca aproximativ doua generatii, tinta principala a cercetarilor o constituie reducerea emisiilor poluante si cresterea economicitatii autovehiculelor.

  

6.2. Tendinte legislative in domeniul auto

Utilizarea rationala a materiilor prime constituie o problema foarte importanta si de actualitate. De asemenea pastrarea calitatii mediului inconjurator este o problema de care specialistii in domeniu au inceput sa tina seama. Noile norme care sunt in vigoare au contribuit la o scadere drastica a emisiilor poluante generate de catre autovehicule. Comparativ cu anul 1995, in acest inceput de secol, emisiile pentru motoarele cu aprindere prin scanteie, sunt reduse cu aproape 70% pentru CO, cu peste 70% pentru HC si de 95% la NOx.

Pentru autovehiculele echipate cu motoare cu aprindere prin comprimare, reducerile sunt de aproape 85% la CO, de 65% la HC+NOx, de peste 83% pentru particule, in cazul celor cu camera separata, respectiv de aproape 50% la motoarele cu injectie directa, realizandu-se un consum mai mic cu 15% decat la motoarele cu injectie indirecta.

Pentru atingerea parametrilor subliniati mai sus, au fost create programe speciale de cercetare pe durata medie si lunga, introducandu-se noi concepte [120], [129], [136], [153]. Astfel, sunt prevazuticarburanti „curati” dar si carburanti care nu mai sunt produsi pe baza de hidrocarburi si cu care se poate realiza o emisie de substante toxice zero.

Avand in vedere impartirea autovehiculelor dupa valoarea medie a substantelor poluante si perioada de timp in care au fost, sau vor fi introduse pe piata, standardele americane fac o clasificare dupa cum urmeaza:

– TLEV – (Transitional Low Emission Vehicles) a inceput in anul 1994 si a avut scopul de a reduce substantele producatoare de ozon.

– LEV – (Low Emission Vehicles) incepand cu anul 1997 au inlocuit standardele TLEV. Aceste standarde au corespuns progresului tehnic scontat si s-au realizat exclusiv prin introducerea unor tehnici de purificare a gazelor esapate sau prin folosirea carburantilor alternativi.

– ULEV – (Ultra Low Emission Vehicles) a fost obligatoriu incepand cu anul 2000 si se bazeaza atat pe purificarea gazelor de esapament cat si pe folosirea carburantilor alternativi. Se preconizeaza o reducere a monoxidului de carbon cu 50%.

– ZEV – (Zero Emission Vehicles) a prevazut ca din anul 1998 un procentaj de 2% din totalul autovehiculelor americane sa respecte valoarea NMOG de 0,0 g/mila (Non Metan Organic Gas – masurat la autovehiculele „Clean Fuel”).

Astfel, in SUA, pentru scaderea valorii emisiei de HC, se va introduce treptat hidrocarbura fara metan (NMHC). Inca din anul 1993 exista preocupari pentru luarea in considerare a valorii NMHC pentru evaluarea exacta a potentialului producator de ozon. Se prevede trecerea de la valoarea limita de 0,41 g/mila la valoarea limita de 0,25 g/mila in cazul acestui poluant. Valorile limita pentru emisiile de oxid de azot la motoarele Otto, de la 1,0 g/mila vor fi reduse in viitor la valoarea de 0,4 g/mila. Introducerea noilor valori limita se va face paralel cu modificarea valorilor pentru HC.

Pentru realizarea acestui deziderat, au fost impuse constructorilor de autovehicule din SUA inca din anul 1993 valori limita pentru emisiile noilor autovehicule (tab. 6.2, tab. 6.3).

  

Tabelul 6.2Valori limita impuse constructorilor de autovehiculein SUA

Nivel NMHC / NMOG

AutoturismeAutoutilitare

[g/mila][g/km]

1993 O,2500,155

0,3100,192

TLEV 0,1250,077

0,1560,097

LEV 0,0750,046

0,090,056

ULEV 0,0400,025

0,0550,034

 Tabelul 6.3

Valori limita impuse constructorilor de autovehicule in SUA

Nivel CO NOx

AutoturismeAutoutilitare

[g/mila]]g/km]

1993 3,42,11

4,22,61

0,40,25 –

TLEV 3,42,11

4,22,61

0,40,327

0,60,372

LEV 3,42,11

4,22,61

0,20,171

0,30,186

ULEV 1,71,056

2,11,3

0,20,171

0,30,186

 Alte masuri de viitor sunt cele legate de compozitia carburantilor. Un program care cuprinde doua

faze este in atentia specialistilor [131]:– Faza I: Programul a demarat in anul 1995 si a inceput cu autovehiculele fabricate in acel an. In zonele cele mai afectate de problema ozonului, emisiile de gaze care formeaza acest poluant nu au voie sa depaseasca valoarea de 0,75 g/mila. In aceasta faza se preconizeaza reducerea cu 12% a emisiei in primul rand prin introducerea de carburanti „curati”.

– Faza II: A inceput cu modelele care au fost fabricate incepand cu anul 1999 si accentueaza valorile limita introduse in prima faza. Astfel, emisiile care genereaza ozonul nu vor mai depasi valoarea de 0,66 g/mila. Suplimentar, substantele poluante din aer vor fi reduse cu 27%, la autovehiculele noi, comparativ cu cele aflate in circulatie. Si in aceasta faza se va pune un accent deosebit pe folosirea carburantilor alternativi.

Japonia este de asemenea preocupata de reducerea nivelului de poluare [129]. Impozitele pentru autovehiculele cu carburanti alternativi vor fi mult mai mici comparativ cu cele pentru celelalte mijloace de transport. Se va reduce valoarea substantelor poluante prin reducerea continutului de sulf de la 0,4% vol., la valoarea de 0,05% vol.

Alte masuri vizate de specialistii niponi sunt: extinderea autovehiculelor slab poluante, dotarea celor existente in trafic cu dispozitive antipoluare precum si introducerea unor tehnici speciale de supraveghere si dirijare a traficului rutier.

Comunitatea Europeana are un program de reducere a poluarii alcatuit din doua faze:

– Prima se refera la clasificarea autovehiculelor dupa capacitatea cilindrica a acestora, introducerea de valori limita diferite si de impozite de asemenea diferite in functie de clasificare. Si termenele de aplicare vor fi diferite.

– A doua faza se refera la legislatia viitoare, mai exact la noile cicluri de testare si la valorile limita admise pentru poluanti. Se preconizeaza introducerea unei limitari a emisiei de abur si introducerea unui test de durata, asemanator celui american. Tendinta este aceea de a uniformiza pe plan mondial valorile limita ale tuturor emisiilor de substante poluant [131].

O echivalare a normelor americane cu cele europene poate fi remarcata in figura 6.1:

 

Figura 6.1.

 Orientarea de viitor a legislatiei tarii noastre in ceea ce priveste protejarea

mediului inconjurator este in concordanta cu cea a tarilor din UE. Astfel, are loc o armonizare cu reglementarile internationale ale standardelor nationale si chiar inlocuirea unora cu cele ISO sau cu prevederi tehnice din Regulamentele ONU si Directivele UE.

Drept urmare, incepand cu anul 2002, au fost introduse normele EURO 3, si se pregateste deja infrastructura in vederea aplicarii normelor EURO 4, incepand cu anul 2005.

  

6.3. Tendinte constructive in domeniul auto

Dupa un secol de dezvoltare aproape libera a automobilului, urmeaza o perioada in care perfectionarea acestuia trebuie realizata in conditii extrem de severe. Astfel, cerintelor impuse de societate, referitoare la utilizarea rationala a resurselor energetice si de materii prime, protectia mediului, siguranta circulatiei si traficul in marile aglomerari urbane, li se adauga cerintele mereu crescande ale clientilor, cum ar fi consumul redus de combustibil, performante, confort si calitate marite, cheltuieli de intretinere scazute.

Realizarea obiectivelor propuse ridica probleme deosebite si nu este posibila fara a apela la solutii tehnice superioare si tehnologii sofisticate. Mai mult, incepand cu acest secol trebuie sa inceapa comercializarea autovehiculelor ZEV, urmand ca in anul 2010 acestea sa reprezinte circa 10-12% din parcul mondial. In tabelul 6.4, este indicat planul cronologic [82], conform normelor californiene cunoscute drept cele mai dure, dupa care producatorii locali de autovehicule trebuie sa se orienteze spre punerea in vanzare a unor autovehicule care emit substante poluante mai putine. Este luata ca exemplu emisia de hidrocarburi [g/km].

Tabelul 6.4Tendinta structurii vanzarilor in California

Anul TLEV LEV ULEV ZEV Emisiemedie HC

2001 0 90% 5% 5% 0,070

2002 0 85% 10% 5% 0,068

2003 0 75% 15% 10% 0,062

  Incepand cu anul 2005, o data cu implementarea normelor EURO 4, reducerea limitelor emisiilor

poluante va inregistra aceeasi dinamica. Solutiile tehnice, care sa duca la realizarea noilor deziderate, s-au orientat catre:

– optimizarea proceselor de gestionare a functionarii motorului;

– constructia de noi tipuri de catalizatoare;– dezvoltarea unor noi sisteme de post-tratare a gazelor de evacuare;– gasirea de noi combustibili neconventionali care sa inlocuiasca actualii combustibili;– reducerea consumului de combustibil.

La nivel mondial, toti factorii implicati in constructia de autovehicule, dezvolta programe de cercetare pentru realizarea de prototipuri care sa se incadreze intr-un consum mult mai mic de combustibil. In vederea atingerii acestui tel, au fost emise trei directii de actiune:

 1. Reducerea consumului de combustibil, prin folosirea unor solutii tehnice noi. Luand ca baza de

plecare motorul modern cu 4 supape pe cilindru, au fost stabilite urmatoarele rezerve privind crestereaeconomicitatii, in ciclul de testare european [119]:

– La imbunatatirea recircularii gazelor de evacuare – 5%;– La arderea amestecurilor sarace – 8%;– La dezactivarea cilindrilor – 14%;– La distributia variabila – 15%;– La arderea stratificata – 18%.

Se apreciaza ca, fata de motorul actual care functioneaza cu amestec stoichiometric, luat ca referinta, motorul cu patru supape pe cilindru si care functioneaza cu amestec omogen poate realiza o reducere de consum de circa 10% si niveluri de emisii NOx de 0,93 g/km. Prin stratificarea amestecului, s-ar putea ajunge la o economie de combustibil de circa 12% si emisii de NOx de 0,75 g/km. Pentru a satisface normele ULEV privitoare la emisia de NOx, ar trebui utilizat un catalizator de reducere a oxizilor de azot cu o eficienta de 90%. Avand in vedere dificultatile extrem de mari de realizare a unui astfel de catalizator, e foarte probabil ca aceasta solutie nu se va aplica pana prin anul 2010.

Exista, insa, solutia motorului care functioneaza la sarcini partiale cu amestecuri sarace, iar la sarcina plina cu amestec stoechiometric si gaze de postcombustie recirculate. Motoarele actuale bazandu-se pe aceasta solutie ar putea atinge niveluri de emisii de NOx de 0,373 g/km. Referitor la reducerea in continuare a consumului, aceasta este dependenta de randamentul catalizatorului de NOx. Astfel la un randament minim de 50%, reducerea consumului poate ajunge la 6%, iar la un randament de 75%, reducerea consumului poate atinge valoarea de 10%. La valori mai mari ale randa-mentului catalizatorului nu ar mai fi nevoie de comutarea la functionare cu amestec stoichiometric.

O directie promitatoare de realizare a unei reduceri importante a consumului de combustibil, la motoarele cu aprindere prin scanteie, o constituie injectia directa de benzina. Concernul german Bosch a realizat recent primul sistem de injectie european, destinat motoarelor cu injectie directa de benzina, care permite reducerea consumului de combustibil cu pana la 20% (fig.6.2) [117]:

Figura 6.2

Prototipul realizat a fost experimentat pe un motor cu cilindreea 1,4 litri, pe o caroserie Volkswagen. Acest motor utilizeaza principiul sarcinii stratificate, care presupune functionarea cu amestecuri sarace. Totul este controlat de un microcomputer de bord. Desi emisiile de NOx la iesirea din motor sunt mai reduse decat la motorul clasic, acestea trebuie reduse si mai mult, cu ajutorul unui catalizator special.

Catalizatorul cu acumulare de NOx necesar pentru indeplinirea normelor legate de poluare trebuie sa fie regenerat intr-un interval de timp de cateva minute, adica sa elibereze oxizii de azot acumulati care sunt transformati in elemente nenocive (azot si oxigen). Pentru aceasta, motorul trebuie sa treaca de la functionarea cu „amestec sarac-stratificat“ la functionarea „normala-omogena stoichiometrica”. Gratie sistemului propus de firma Bosch, aceasta solutie se incadreaza in normele de poluare EURO 4, prevazute pentru anul 2005. De altfel, se apreciaza ca cea mai atractiva solutie de viitor o constituie motorul cu injectie directa, amestec stratificat, raport de comprimare ridicat si catalizator de NO x cu randament de cel putin 65%.

In ceea ce priveste cresterea economicitatii motorului prin dezactivarea cilindrilor, cea mai buna solutie este aceea a firmei japoneze Mitsubishi, care permite o sporire a puterii maxime cu 21% si o reducere a consumului de combustibil de 16%, in ciclul japonez de testare.

Concernul german Opel a realizat in premiera un autovehicul cu un consul mediu de numai 3,4 l/100 km denumit sugestiv Corsa Eco 3. Aceasta premiera are la baza un motor turbo diesel cu injectie directa sicu 4 supape pe cilindru. Testele in trafic au demonstrat ca in anumite conditii acest autovehicul poate sa consume chiar mai putin de 2 litri la 100 km.

Motoarele cu aprindere prin comprimare, pentru autoturisme, pentru a se putea incadra in normele de poluare preconizate, trebuie sa fie echipate cu sisteme de injectie controlate electronic, injectie secventiala (cel putin pentru motoarele cu injectie directa), cu supape multiple pe cilindru, turbo-supraalimentare, racire intermediara, emisie de gaze postcombustie controlata, precum si catalizator de oxidare. Tot un concern german, Mercedes Benz de aceasta data, a pregatit o solutie care se incadreaza in normele de poluare EURO 3. De asemenea, firmele Peugeot si Citroen au pus la punct o solutie care la motoarele de autoturism folosesc presiuni foarte mari, (1350 bari pentru sistemele cu rampa comuna sau chiar 1600 bari in cazul pompelor de injectie).

In Italia, firma Fiat a dezvoltat un nou sistem, transpunand pe motorul diesel principiile injectiei electronice de benzina. O pompa ridica presiunea motorinei la o valoare foarte mare, de circa 1.400 bari, in conducta de alimentare unica (common rail), ce detine si functia de acumulator de presiune (fig. 6.3). Denumita CDI (Common Rail Direct Injection), tehnologia a fost aplicata de curand si de firma Mercedes pe modelul C220 si ulterior pe modelul A170. De asemenea, firma franceza Peugeot foloseste acest principiu de functionare sub titulatura HDI (High Pressure Direct Injection) pe noile tipuri de motoare diesel.

 Figura 6.3.

Fata de un motor clasic, noua generatie realizeaza o reducere cu 20% a emisiilor de CO2, cu 40% a celor de CO si cu 50% a celor de hidrocarburi. Reducerea cea mai importanta este la particule unde procentul este de 60%.

In ceea ce priveste turbo-supraalimentarea, firma Citroen a echipat noua sa varianta a cunoscutului C5 cu o turbina cu geometrie variabila care asigura un plus de putere la turatie mare (fig.6.4) [116].

Figura 6.4.

Mecanismul reducerii emisiilor se bazeaza pe atomizarea fina a combustibilului, datorita presiunilor mari de injectie, ceea ce conduce la o ardere mai buna. Pentru a elimina insa particulele fine sub 10 microni a fost conceput un filtru regenerabil (fig.6.5).

Figura 6.5. Regenerarea este posibila prin amorsarea unei postarderi (zona 2) care modifica temperatura

gazelor de evacuare. Sistemul cuprinde un filtru de particule montat impreuna cu un precatalizator (zona 1) si senzori de presiune si temperatura. Cartusul filtrant (zona 3) este confectionat dintr-o carbura de siliciu poroasa care retine particulele din gazele de evacuare. Principiul de regenerare consta in arderea periodica a particulelor acumulate, in prezenta oxigenului, la o temperatura de 550°C. Regenerarea filtrului este comandata de un microprocesor [117].

In scopul economisirii carburantului si reducerii poluarii fara afectarea negativa a performantelor motorului, specialistii de la firma Saab au dezvoltat un sistem de control al arderii. Acesta se bazeaza pe utilizarea combinata a injectiei directe de benzina cu momentele variabile de deschidere si inchidere a supapelor prin intermediul unor arbori cu came pivotante. De asemenea, sunt folosite in premiera bujiile cu ecartament variabil al electrozilor combinate cu aplicarea unei energii inalte a scanteii, conditie de baza pentru a se putea folosi un amestec diluat de gazele de evacuare.

Racirea, respectiv agentul de racire, prin temperatura acestuia, mentine motorul la o anumita temperatura de lucru, la care gradul de racire al chiuloasei si camasii cilindrului influenteaza postardereascazand concentratia de hidrocarburi nearse, dar favorizeaza aparitia oxizilor de azot.

Figura 6.6. 

Pentru acest sistem de racire, firma Volvo a dezvoltat un radiator (fig. 6.6) care, pe langa functia de racire a motorului, constituie un filtru in acelasi timp [114], [117].

Curentul de aer care trece prin radiatorul amplasat in partea din fata a autovehiculului, inclusiv ozonul continut, este filtrat, astfel ca la iesire cantitatea de ozon este mult diminuata. Punerea in circulatie in trafic a unui asemenea radiator poate contribui la reducerea concentratiilor de ozon pe arterele aglomerate ale localitatilor.

Dincolo de Canalul Manecii, specialistii Universitatii din Warwik, pornind de la constatarea ca aproximativ 50% din emisiile de hidrocarburi nearse din motoarele conventionale in patru timpi sunt cauzate de stingerea flamelor din canalul segmentului superior, au realizat un piston de carbon care poate reduce emisiile de hidrocarburi cu 30% mai mult fata de pistoanele clasice din aluminiu [117].

In ceea ce priveste autovehiculele grele de transport, toate firmele care le produc au modificat sistemele de injectie in vederea alinierii la normele EURO. La motoarele diesel mari pentru autocamioane si autobuze, controlul emisiilor de NOx si al particulelor este de cea mai mare importanta. Astfel, a fost necesara marirea presiunii de injectie de la 1350 bari la 1800 de bari, concomitent cu micsorarea dimensiunilor orificiilor duzei si cu marirea numarului acestora de la 5 la 8. Avand aceasta solutie, nu mai este necesar un nivel ridicat al vartejului in admisie pentru a evita micsorarea coeficientilor de debit in portile supapelor. Se asociaza la acest aspect si modificarea geometriei cupei din piston care poate avea o forma mult mai larga. Ultima etapa a procesului de optimizare necesita un sistem de control computerizat al tuturor parametrilor injectiei.

De asemenea, au fost necesare masuri suplimentare de reducere a consumului de ulei si controlul temperaturii aerului in functie de sarcina si turatie, pentru reducerea hidrocarburilor nearse, a particulelor si a fumului alb. Duzele cu geometrie variabila a orificiilor ar putea ajuta la imbunatatirea formarii amestecului in conditii de functionare variabila.

Directiile de cercetare sunt orientate si spre combustibili neconventionali, precum energia electrica, hidrogenul, gazul petrol lichefiat. Utilizarea mai eficienta a energiei disponibile implica, pe de o parte, o noua conceptie a sistemului electronic al functionarii motorului, iar pe de alta parte, optimizarea transmiterii energiei mecanice la roti. Noul sistem va trebui sa mentina functionarea motorului numai la regimul de consum minim, indiferent de regimul de exploatare.

Sistemele de transmisie care se contureaza ca solutii in viitor, datorita performantelor realizabile si posibilitatilor de recuperare a energiei in fazele de decelerare sunt sistemele hibride. Firma japoneza Toyota a propus o solutie care utilizeaza un motor pe benzina cu injectie directa, un mecanism planetar divizor de putere, un variator cu curea, un sistem reversibil motor generator electric care primeste si stocheaza energie intr-un acumulator pe baza de Ni. Totul este coordonat de un microprocesor aflat la bordul autovehiculului.

Autovehiculul este echipat cu un catalizator pentru neutralizarea oxizilor de azot, cu randament de 90% si indeplineste normele ULEV de poluare. Aceasta va fi o solutie pentru toate motoarele cu amestecurisarace

 

2. Proiectarea rationala a autovehiculului din punctul de vedere al consumului de combustibil inseamna nu numai adoptarea solutiilor optime pentru subsistemele lui, ci si optimizarea masei si formei acestuia. O importanta deosebita pentru viitor o capata folosirea materialelor plastice care se potrivesc la realizarea pieselor cu forme complexe, pot rezista la socuri usoare fara deformatii plastice, nu corodeaza si pot fi mai ieftine decat otelul.

Se spera ca pana in anul 2010, aproximativ 10% din masa autovehiculului va fi masa plastica [119]. Reducerii cu 10% a greutatii i se asociaza reducerea previzibila cu circa 20% a coeficientului de rezistenta a aerului (la CX=0,25) si a coeficientului de rezistenta la rulare cu 15% (de la 0,013 la 0,01). Incepand cu anul 2000, a fost posibila reducerea cilindreei motorului cu circa 11% si de aici o reducere a consumului de combustibil, in ciclu mixt, de 16%, fara a modifica performantele autovehiculului [119].

 3. Utilizarea mai eficienta a energiei disponibile implica, pe de o parte, o noua conceptie a

sistemului electronic al functionarii motorului EMS (Engine Management System), iar pe de alta parte, optimizarea transmiterii energiei mecanice la roti. Noul sistem va trebui sa mentina functionarea motorului numai la regimul de consum minim, indiferent de regimul de exploatare.

Sistemele de transmisie care se contureaza ca solutii in viitor, datorita performantelor realizabile si posibilitatilor de recuperare a energiei in fazele de decelerare, sunt sistemele hibride.

Se poate spune ca niciodata constructorii de autovehicule n-au fost intr-o situatie mai presanta ca acum, cand le revine sarcina de a armoniza cerintele contradictorii, referitoare la pretentiile cumparatorilor, emisiile poluante, consumul de combustibil, securitate, confort, costuri, performante si placerea de a sofa.

In functie de modul cum va rezolva aceste probleme, industria de autovehicule va continua si in secolul acesta sa fie sau nu o industrie de prim rang contribuind la rezolvarea multor probleme ale umanitatii.

 

7. DIMENSIUNI ECONOMICE ALE POLUARII. POLITICI DE MEDIU

7.1. Impactul activitatilor de transport asupra mediului

Activitatea umana exercita o presiune puternica asupra planetei noastre, implicit asupra unui numar de ecosisteme, cu efecte negative, greu de prevazut si de controlat in timp. La scara planetara au loc fenomene complexe cu evolutie rapida: poluarea industriala; supraexploatarea solurilor; extinderea desertificarii si a zonelor aride; despadurirea si reimpadurirea cu specii nepotrivite; degra-darea ecosistemelor prin supraexploatare; scaderea vertiginoasa a „zonelor umede” prin indiguiri si desecari si nu in ultimul rand diminuarea stratului de ozon [52], [64], [76], [93].

Dezvoltarea economica si sociala necesita atragerea in circuitul economic a unor resurse naturale neregenerabile disponibile in cantitati finite. Dezvoltarea productiei materiale din ultimele decenii ale secolului trecut, concomitent cu cresterea populatiei si, respectiv, a cerintelor de energie de materii prime pentru industrie si de produse alimentare, au accentuat conflictul om-natura, respectiv procesele de dezvoltare economico-sociala si exploatarea resurselor naturale, cu urmari tot mai ingrijoratoare asupra echilibrului ecologic al planetei.

O comparatie a consumului mondial de energie pe o scara logaritmica, exprimata in milioane tone echivalent in petrol, la inceputul si la sfarsitul secolului XX, reflecta gradul de exploatare a resurselor energetice atat regenerabile cat si neregenerabile (fig.7.1).

Protectia naturii este o problema de care depinde pe termen lung buna desfasurare a vietii socio-economice. Printre cele mai importante probleme cu care se confrunta umanitatea se numara poluarea si protectia mediului. Transformarile care au loc la nivel global in ceea ce priveste calitatea mediului impun gasirea in aceasta epoca a unor solutii fundamentate teoretic si conceptual, pentru a asigura mentinerea echilibrului ecologic al planetei in conditiile unei dezvoltari durabile a societatii. Neglijarea costului degradarii si a pagubelor aduse mediului si sanatatii umane a generat cheltuieli care au trebuit si trebuie suportate de intreaga societate amenintata cu agravarea pericolelor ecologice [142], [143], [145].

Figura 7.1.

Expansiunea economica si demografica va constitui un potential de presiune dramatic asupra resurselor naturale si a sistemelor biologice. Un efect negativ cu urmari ireversibile este scaderea biodiversivitatii . Astfel, din 243.013 specii de plante supravegheate, 33.418 specii sunt permanent amenintate cu disparitia, iar un numar de 380 de specii au disparut, ramanand doar in amintire. De asemenea, din aproximativ 10.000 specii de pasari, un numar de 5.000 sunt intr-un declin permanent iar circa 2.000 de specii sunt in pragul disparitiei.

Agresivitatea asupra mediului reprezinta una dintre cele mai noi probleme aparute in dezvoltarea societatii si lezeaza caracterul durabil al acesteia. O data cu importanta sporita acordata calitatii vietii sidepasirea ingrijoratoare a nivelului de poluare in ultimele doua decenii, transporturile au ajuns in centrul dezbaterilor legate de protectia mediului [93].

Activitatea de transport este responsabila de circa 35% din totalul emisiilor de CO2. In centrul marilor aglomerari urbane, traficul rutier este generatorul a 90-95% din concentratiile de CO si Pb regasite in aer, a 60-70% din cele ale noxelor si hidrocarburilor, precum si a unui important procent de particule aflate in suspensie [123].

Cei mai importanti dintre poluantii care sunt responsabili de efectul de sera sunt bioxidul de carbon, metanul, oxizii azotului, ozonul troposferic si clorofluorocarburile (fig. 7.2) [67], [104].

Figura 7.2 

Cel mai mare impact asupra stratului de ozon stratosferic il are dioxidul de carbon. Nivelul ridicat de CO2 din atmosfera se datoreaza in cea mai mare masura activitatii autovehiculelor [44], [47], [76], [152].

 

 

Figura 7.3

Excesul de CO2 acumulat in secolul trecut a condus la incalzirea suprafetei terrestre cu aproape 1,4°C. Dioxidul de carbon formeaza o parte din ciclul carbonului intre Pamant si lumea vie.

Activitatile noastre adauga cantitati noi de CO2 in atmosfera; arderea combustibililor fosili reprezinta circa 75% din emisiile produse de om. Prin extinderea defrisarilor emisiile cresc cu o cantitate suplimentara de circa 23% (fig.7.3).

 

Figura 7.4. Metanul este in principal produs de o bacterie care traieste in zonele mlastinoase, orezarii, gropile

de gunoi si in intestinele animalelor, in special termitele si bovinele. O vaca domestica produce circa 73.000 litri de metan anual. Provenienta metanului in procente se poate observa si in figura 7.4.

Oxizii de azot provin in cea mai mare parte din vegetatia naturala, din arderea biomasei in centrale termice, din transporturi si din ingrasamintele chimice. Acesti oxizi au o viata lunga, ei raman in atmosfera mai mult de 150 de ani, avand o ascensiune inceata spre stratosfera unde afecteaza patura protectoare de ozon stratosferic.

Un alt component responsabil de producerea efectului de sera, clorofluorcarburile (CFC) produse de om, are diferite utilizari casnice si industriale: propulsori, spume rigide, izolatori, ambalaje, agregate frigorifice, instalatii de climatizare. Fiecare molecula de CFC este foarte stabila si se poate pastra in atmosfera peste 130 de ani. In acest timp se pot distruge peste 100 de mii de molecule de ozon stratosferic [152]. Un important participant la intretinerea efectului de sera este ozonul troposferic [32], [34], [52], [64]. Acesta este considerat un poluant secundar deoarece este rezultatul interactiunii dintre lumina si poluantii primari: oxizii de azot si hidrocarburile.

Acesti poluanti primari provin in mare parte din transporturi, industrie si centrale termice. In figura 7.5 este prezentata provenienta oxizilor de azot:

 Figura 7.5.

 In figura 7.6. este prezentata provenienta hidrocarburilor, transporturile avand o contributie

importanta:

 

Figura 7.6.

 Transportul rutier reprezinta principala sursa a emisiilor de CO (cca 90%) si de NO x (cca 59%), are

o contributie importanta in ceea ce priveste emisiile de CO2 si o influenta foarte redusa asupra emisiei de SO2 (cca 4%). In acelasi timp, transportul rutier detine principala pondere in domeniul emisiilor de hidrocarburi volatile (cca 45%), precum si in ceea ce priveste emisiile de Pb, estimate a fi de peste trei ori mai mare decat cele generate de sectoarele industriale [3], [76], [101], [122], [145].

  

7.2. Metode economice de evaluare a poluarii mediului

Limitarea degradarii mediului inconjurator a impus printre alte masuri si pe cea pecuniara. Pentru aceasta, intai a fost necesara o actiune de evaluare a impactului activitatii de transport asupra factorilor de mediu. Au fost parcurse urmatoarele etape:

– identificarea efectelor semnificative prin evidentierea resurselor si a comunitatilor expuse poluarii;

– evidentierea relatiilor functionale intre cauze si efecte;– adoptarea criteriilor de cuantificare si a indicilor de risc sau a efectelor nocive pe care le resimt

factorii de mediu si populatia;– evidentierea si adoptarea normelor de calitate, a caror valori sunt in functie de gradul de

nocivitate acceptat;– utilizarea pe cat posibil a unui numar mai mare de indicatori pentru evidentierea acestor

fenomene;– folosirea unor metode specifice pentru masurarea situatiei initiale;– utilizarea unor metode de prognoza pe baza indicatorilor si a criteriilor diferitelor locuri si

perioade de analiza.

Dimensionarea din punct de vedere monetar a problemelor generate de poluare este foarte complexa. Cercetatorii de la University of East England au stabilit in principiu patru tehnici de evaluare a acestor probleme [77], [79], [100]:

 1. Metoda evaluarii aleatoare. Aceasta metoda urmareste stabilirea nivelului acceptabilitatii de

plata a indivizilor pentru obtinerea unui mediu mai putin poluat. Datorita faptului ca nu exista o piata a bunurilor de mediu (aer pur, liniste, apa curata etc.), estimarile, realizate in mare parte cu ajutorul sondajelor de opinie, urmaresc atribuirea unor valori (preturi) acestor bunuri.

Are un anumit grad de incertitudine pentru ca o piata nu este capabila sa evidentieze preferintele atunci cand este vorba despre factorii de mediu. Mai apar probleme de ordin conceptual, legate de datele initiale (preturi de pornire) si modalitati de informare.

 2. Metoda unei piete de substitutie. Un factor este influentat de acel element pe care

dorim sa-l cuantificam. Se bazeaza pe evolutia preturilor imobilelor plecand de la ipoteza ca pretul unei constructii nu reprezinta numai costul propriu-zis al acesteia, ci si valoarea daunelor pe care le -ar pute suporta proprietarii. Cu alte cuvinte pretul unei case amplasate intr-o zona nepoluata va avea o valoare mai mare.

Se presupune ca in pretul constructiei a fost adaugata valoarea conditiilor oferite de situatia mediului inconjurator, confirmandu-se astfel teoria prin care indivizii sunt de acord sa plateasca mai mult pentru a se bucura de un mediu ambient cat mai nepoluat.

Si aceasta metoda prezinta dificultati de ordin teoretic, deoarece preturile nu sunt bine cunoscute de cumparatorii cu posibilitati de optiune. Rezidentii cunosc foarte bine efectele poluarii zonei respective, evaluand in consecinta bunurile. Se ignora, insa, valoarea surplusului consumatorului, care poate fi pana la 40%.

 3. Metoda costului traseului urmareste estimarea consimtamantului de plata a diferitilor indivizi

pentru amenajarea spatiilor de recreere, pornind de la valoarea cheltuielilor si cuantumul timpului alocate de fiecare individ pentru a-si petrece timpul in aceste locuri.

Aceasta metoda estimeaza ca 5 procente din valoarea totala a veniturilor unei gospodarii sunt necesare pentru a reduce in medie nivelul poluarii fonice cu 14 dB(A) [106].

 4. Metoda analizei despagubirilor, pe care le platesc anumiti indivizi ce au afectat factorii de

mediu de care beneficiaza alti indivizi, se bazeaza pe rezultatele evidentiate in procesele judiciare, care au ca obiect estimarea daunelor produse asupra sanatatii sau factorilor de mediu de catre anumiti participanti la traficul rutier. 

Toate aceste metode sunt tehnici directe de evaluare. Exista insa si metode indirecte care, in principiu, se bazeaza pe evidentierea unei relatii analitice intre daune (exprimate in termeni fizici) si efectele resimtite (realizarea unei functii monetare).

O alta metoda indirecta utilizeaza estimarea cheltuielilor de protectie angajate de o colectivitate pentru a limita efectele negative ale transporturilor.

  

7.3. Costurile datorate poluarii autovehiculelor

Motivatia introducerii conceptului de cost al poluarii si a stabilirii valorilor acestui cost reprezinta justificarea luptei continue contra poluarii, a investitiilor legate de reducerea nivelului de poluare si un instrument de verificare a eficientei acestei lupte [77].

Transporturile influenteaza si, la randul lor, sunt influentate de caracteristicile dezvoltarii economice. Ele contribuie in mod substantial la formarea PIB, creeaza oportunitati pentru angajarea fortei de munca si beneficii indirecte orientate catre dezvoltare regionala si globalizare. Din aceste motive, se poate aprecia ca transporturile reprezinta o putere economica, un liant si un factor de influenta al celorlalte sectoare de activitate. Totodata, este din ce in ce mai evident ca politica economica din domeniul transporturilor se afla la o rascruce.

In timp ce se recunoaste importanta deosebita a existentei unor sisteme de transport moderne si eficiente in noile structuri economice, trebuie considerate si alte aspecte, mai putin comensurate si luate

in calcul, precum cresterea fenomenelor de aglomerare, de poluare fonica si chimica sau de accidente. Din aceasta perspectiva, actuala orientare a politicilor de transport nu mai poate continua, in sens contrar perpetuandu-se o tendinta de crestere a costurilor activitatii fara o imbunatatire corespunzatoare a efectelor economice pozitive.

Este bine cunoscut ca orice activitate economica se face cu un anumit cost. In sens larg, acest cost poate fi denumit cost social total. In cazul transporturilor, o parte a costului social total este integral compensat pe baza cheltuielilor individuale (amortizarea vehiculului, carburanti etc.), sau sub forma unor cheltuieli colective (intretinerea infrastructurilor, asigurari etc.). O parte insemnata nu este decat partial sau chiar deloc compensata (poluarea aerului, zgomotul etc.). Problemele aparute sunt efecte ale deficientelor, ale disfunctionalitatilor de pe piata. In acest context, un aspect principal il reprezinta neluarea in considerare sau chiar subevaluarea costurilor efectelor externe activitatii si necomensurarea lor corecta in preturile de transport. De aici apar si ineficienta activitatii, pierderea resurselor naturale si economice si chiar reducerea bunastarii sociale. Majoritatea analizelor economice urmaresc evidentierea beneficiilor obtinute prin desfasurarea unor activitati, precum transporturile. Dupa cum se cunoaste, valoarea beneficiului economic (profit) obtinut peste nivelul costurilor de productie reprezinta surplusul economic sau supraprofitul. Cand acest supraprofit este maxim, se poate spune ca avem o alocare eficienta a resurselor (fig. 7.7).

Se presupune ca, in cazul transporturilor, curba cererii reprezinta beneficiul suplimentar, obtinut pe ultimul kilometru parcurs (cu alte cuvinte reprezinta curba beneficiului marginal).

Orice activitate economica, deci si cea de transport, genereaza costuri si beneficii. Dintre acestea unele nu sunt direct legate de utilizatori (producatori), fiind suportate de indivizi neimplicati in acel proces sau de societate, in ansamblul ei. De aceea, exista o clara separatie intre costurile denumite „interne” sau individuale (suportate de utilizatori, precum timpul de deplasare, intretinerea vehiculelor, valoarea carburantilor etc.) si cele „externe” (achitate de altcineva care nu participa direct la activitate). Suma acestor doua tipuri de costuri reprezinta costurile sociale totale.

Se poate spune ca, in punctul Q, beneficiul marginal este mai mare decat costul marginal (v. fig. 7.7). De aceea, activitatea de transport va putea continua pana in punctul in care costul marginal va fi egal cu beneficiul marginal (Q1).

 Figura 7.7.

 In acest punct surplusul economic (atat cel individual cat si al societatii) este maxim, fiind

reprezentat prin suprafata OCAO. Curba costului social marginal evidentiaza situatia in care, datorita diferentei dintre costurile interne si cele externe, surplusul economic pentru societate nu este maxim. In aceasta situatie, maximul va putea fi atins in punctul Q2, care este mai mic decat optimul individual obtinut la Q1 (suprafataOBAO fiind mai mare decat diferenta dintre surplusul individual – OACO – si pierderea OCGO). Peste punctul Q2, orice deplasare se va face cu un cost mai mare, pentru societate, decat beneficiul obtinut, aparand evident ca o pierdere – suprafata BGC – pentru indivizii neparticipanti la activitatea propriu-zisa.

Pentru obtinerea unui echilibru, identic cu cel realizat in punctul maxim al surplusului economic social, va fi necesara introducerea unei taxe pe calatorie (achitabila de catre utilizatorii directi) egala cu marimea segmentului BD.

Conform teoriei costului de oportunitate, curba cererii va avea tendinta de scadere deoarece la cresterea distantei de deplasare, valoarea atribuita activitatii de transport, pentru fiecare kilometru suplimentar, va scadea.

Teoria economica [29] defineste costul de oportunitate ca fiind cel care reflecta sacrificarea celorlalte alternative, in favoarea producerii ori consumului unui anume bun ori serviciu. Cu alte cuvinte, el reprezinta costul alegerii, exprimat in termeni reali (valoarea pierderilor pentru individ, agenti economici, societate, in urma alegerii facute).

Curba ofertei (v. fig.7.7) reprezinta, de fapt, costurile activitatii (costurile marginale). Suprafata marginita de curbele cererii si ale ofertei pune in evidenta valoarea surplusului economic ce poate atinge valoarea maxima in punctul de intersectie „B” al celor doua curbe. In acest punct, valoarea beneficiilor marginale o egaleaza pe cea a costurilor marginale de transport.

Exista, insa, anumite situatii cand costurile sociale nu reflecta in totalitate costurile datorate activitatii. Aceasta diferenta se datoreaza costurilor externe care imbraca aspecte particulare in cazul transporturilor (poluare chimica, fonica a mediului, accidente etc.). Existenta unor astfel de costuri poate fi pusa in evidenta prin diferentierea costurilor individuale marginale fata  de cele sociale. Daca nu exista nici o restrictie (reglementare) in urma efectuarii acestei operatii, ne vom gasi in punctul de intersectie dintre curbele costului individual marginal si cea a cererii (v. fig.7.7). In aparenta, solutia nu mai reprezinta un optim social, costurile ultimului kilometru parcurs depasind beneficiile rezultate in urma parcurgerii acestei distante. Diferenta dintre costurile sociale si cele individuale defineste costul extern marginal sau externalitatea activitatii. Dupa cum se observa, pierderea impusa societatii de existenta acestei externalitati o reprezinta suprafata cuprinsa de punctele B, G si C.

Din pacate, existenta externalitatilor in activitatea de transport nu influenteaza deciziile de transport (in sensul adoptarii unor masuri de reducere a lor), utilizatorii nepunandu-le la socoteala, necunoscand acest aspect sau, pur si simplu pentru ca il ignora.

Externalitatile apar atunci cand activitatea unui agent nu depinde, in exclusivitate, de variabilele al caror control il detine, ci si de o serie de variabile ce nu intra in sfera activitatii sale decizionale. Rezultatul poate fi masurat in termeni reali (cantitati fizice), in termeni monetari (printr-o functie a castigurilor) sau in termeni subiectivi (printr-o functie de utilitate).

Cauza externalitatii este deci imposibilitatea apropierii tuturor variabilelor din functia de productie (consum) de catre producatorul (consumatorul) respectiv; variabila (variabilele) care genereaza externalitati poate face obiectul unei aproprieri private (individuale) sau publice (colective). Efectul externalitatii este dependent, insa, de comportamentul specific, adoptat de agentul receptor; de asemenea, manifestarea externalitatii presupune un mediu de transmisie, respectiv un suport (fizic sau nu) al acesteia. Identificarea interdependentelor intre producatori, intre consumatori, intre unii si altii trebuie sa se faca tinand cont de conditiile de exprimare, de manifestare a comportamentului ce sta la originea externalitatii: „tehnica” de consum, relatiile de preferinta etc.

Este necesar, totodata, sa distingem printre aceste interdependente pe acelea care genereaza efecte de pret, transmise intre sursa de emisie si receptor, prin intermediul pietei, dar si pe acelea care nu exercita astfel de efecte de pret in cadrul uneia sau a mai multor piete.

Din aceasta perspectiva, externalitatile pot fi de tip pecuniar si de tip nepecuniar. Primele exprima, mai ales, economii sau diseconomii pecuniare intre intreprinderile din aceeasi ramura sau, la fel de bine, intre angajatii aceluiasi segment al pietei (fara sa lipseasca si cazurile de externalitati pecuniare intre agenti ce apartin unor ramuri diferite). Externalitatile de tip nepecuniar rezulta din interactiuni ce nu se transmit prin intermediul pietei si care nu sunt, deci, sistemul preturilor in timpul tranzactiilor de pe piata. Ele pot avea o natura „tehnologica” in sensul afectarii functiilor tehnice, de transformare, asociate unui producator sau consumator, dar si una „psihologica”, atunci cand afecteaza direct functiile de preferinta ale consumatorului. Din punctul de vedere al declinarii, externalitatile pot fi de tip personal si impersonal [87].

Externalitatea este personala, daca fiecare individ este afectat de consumul altuia in functie de identitatea sa (externalitatea se declina in raport cu individul). Externalitatea este impersonala atunci cand individul este afectat doar de cantitatea consumata (externalitatea se declina in raport de cantitate), independent de identitatea consumatorului. In sfarsit, externalitatea este pura daca efectul

depinde de nivelul global al variabilei fara ca beneficiarul sa perceapa originea acesteia (a sursei de poluare, de exemplu).

In functie de impactul economic, externalitatile pot avea urmatoarele forme:a) economii externe de productie;b) economii externe de consum;c) diseconomii externe de productie;d) diseconomii externe de consum.a) Economiile externe de productie apar atunci cand actiunile unui agent economic (individ) aduc

beneficii si altora, fara ca acestia sa suporte vreun cost. De exemplu, relatia dintre apicultori si pomicultori: pomicultorul asigura baza floricola pentru recoltarea polenului, contribuind astfel la productia de miere, fara ca agricultorul sa fie pus in situatia de a suporta contravaloarea acestui serviciu. In acest exemplu, insa, externalitatea este reciproca deoarece si albinele contribuie la fecundarea florilor si deci la obtinerea recoltei de fructe, fara ca pomicultorul sa plateasca ceva.

b) Economiile externe de consum apar atunci cand de deciziile unui consumator, aplicate in practica, profita si alti agenti (indivizi), fara ca acestia sa suporte contravaloarea unei compensatii fata de cel ce a luat deciziile. De exemplu, impodobirea de Craciun a unor pomi in fata casei, renovarea fatadei reprezinta decizii care pot aduce acelasi tip de satisfactie si vecinilor, fara ca acestia sa contribuie la asigurarea suportului material al actiunii de infrumusetare.

c) Diseconomiile externe de productie apar ca urmare a deciziilor anumitor agenti (indivizi) care provoaca pagube altora. Acesti agenti (indivizi) sunt denumiti generic „surse”. Cel mai clar exemplu de „sursa”il reprezinta transportatorii auto care polueaza, afectand intreaga societate in perimetrul careia isi desfasoara activitatea, fara ca piata sa intervina spontan pentru stabilirea preturilor acestor pagube (nu exista piata pentru cerul pur, pentru liniste etc.).

d) Prezenta diseconomiilor externe de consum se datoreste comportamentului consumatorilor. Totodata ele pot aparea atunci cand accesibilitatea la utilitatile unui bun, in principal al unuia public, depinde de numarul consumatorilor. De exemplu, pe o sosea deja aglomerata, sosirea altor automobilisti provoaca diseconomii (mareste durata de deplasare, micsoreaza securitatea traficului etc.) celor deja existenti.

 7.3.1. Costurile datorate poluarii chimice

In mediul urban, o mare parte din poluantii emisi in atmosfera se datoreste traficului rutier. Numai la nivel european, acest trafic este responsabil pentru circa 69% din emisia totala de CO, 63% din emisia de NOx, 30% din emisia de compusi organici volatili (COV), 1% din emisia de SO 2. Exista si compusi secundari obtinuti in majoritatea cazurilor prin reactia chimica a celor primari [32].

Pentru a evalua efectele produse de emisiile poluante provenite din traficul rutier, asupra factorilor de mediu si sanatatii, este necesar sa se calculeze cantitatile de agenti poluanti, din zonele supuse analizelor, ulterior raportandu-se la numarul populatiei respectivelor zone expuse evident acestor poluanti. Se urmareste punerea in evidenta a efectului fiecarei unitati de agent poluant, asupra unui individ afectat.

Cea mai utilizata metoda, pentru rezolvarea problemei, este alcatuita din doua etape [54], [152]:

– identificarea efectelor poluante ale carburantilor asupra sanatatii;– evaluarea, din punct de vedere monetar, a modificarilor survenite asupra starii de sanatate.

Pentru prima etapa este folosita relatia:

 

                              7.1unde:

∆Hij sunt modificarile survenite asupra sanatatii in anul „i” datorita poluantului „j”;t – tipul carburantului;bij – inclinatia functiei specifice de sanatate;POPj – populatia expusa poluantului „j”;*∆Ajt – concentratia poluantului „j” emis de combustibilul „t”.

Cu ajutorul valorilor rezultate, pot fi realizate asa-numitele functii „cauza-efect”, ce evidentiaza influenta unei anumite cantitati dintr-un poluant asupra sanatatii populatiei expuse. Cu alte cuvinte,

evolutia curbei functiei va pune in evidenta evolutia starii de sanatate (efectul) datorata modificarii cu o unitate a cantitatii dintr-un anumit tip de poluant emis (cauza).

In a doua faza se urmareste atribuirea unei valori economice (monetare) impactului generat de agentul poluant asupra nivelului de sanatate. Aceasta actiune se realizeaza cu ajutorul formulei urmatoare:

 

                      7.2 

Unde Pi este valoarea economica (pretul) atribuita schimbarilor survenite asupra nivelului de sanatate „i” si datorate influentei poluantului „j”. Aceasta valoare este comensurata pe baza marimii acordului de plata fata de modificarea starii de sanatate datorate poluantului „j”.

Dupa efectuarea calculelor, pentru fiecare poluant emis, si datorat utilizarii unui anumit tip de carburant, se insumeaza valorile, rezultand valoarea costului total. La randul sau, acest cost se va imparti la cantitatea de carburant consumata (exprimata in litri), rezultatul evidentiind costul mediu pe litru de combustibil consumat, adica:

 

, [u.m./l]                         7.3

unde:CEpam este costul mediu datorat poluarii aerului, in unitati monetare pe litru;CEpaT  este costul total datorat poluarii aerului;F este cantitatea totala de carburanti, consumata.Se presupune ca exista o relatie de evolutie lineara intre modificarea cantitatii emise de un

anumit poluant si nivelul starii de sanatate. Acest lucru inseamna ca pentru orice litru de carburant consumat suplimentar (definit ca o ‘cantitate marginala’) se vor produce, in medie, aceleasi efecte. Cu alte cuvinte, costul extern mediu reprezinta costul marginal pe litru de combustibil consumat [24], [55], [56], [111], [152].

Efectele poluarii aerului datorate traficului rutier pot fi resimtite la nivel local, regional sau global. La nivel local, in principal, efectele se resimt asupra nivelului de sanatate, dar sunt afectate vegetatia, imobilele etc. La nivel regional, efectele poluarii se manifesta prin aparitia fenomenelor de acidificare si formare a ozonului troposferic [32], [122], [117]. Pe plan global, traficul rutier contribuie la amplificarea fenomenului de incalzire a planetei (v. fig.3.7), sau a efectului de sera [44], [133].

Cea mai mare dificultate, in actiunea de evaluare a costurilor datorate poluarii aerului, este estimarea cat mai exacta a impactului diferitelor tipuri de poluanti asupra nivelului starii de sanatate. In acest scop in ultimul timp au fost utilizate mai multe tehnici [120], [123]:

– elaborarea unor functii specifice tip cauza-efect;– analiza nivelului de risc al expunerii populatiei;– evaluarea economica.

S-a ajuns astfel la concluzia ca valoarea economica a vietii umane (din punct de vedere statistic) este de aproximativ 3 milioane de dolari americani. Aceasta valoare variaza in functie de anumiti factori precum varsta, pregatirea profesionala etc.

Scoala britanica a pus in evidenta in ultimii ani ai secolului trecut, prin tehnicile mai sus amintite, costurile externe specifice poluarii aerului din Marea Britanie, defalcate pe diferiti poluanti (tab.7.1), dar si costurile marginale pentru fiecare litru de carburant in parte (tab.7.2) [54].

Tabelul 7.1Costuri externe specifice poluarii aerului (UK-1993)

Poluant EfectPersoanedecedateprematur

Costuriexternemil. ECU

Particule insuspensie

Mortalitate 1.725 5.227

Morbiditate – 3.182

NOxMortalitate 2.000 6.045

Morbiditate – 3.273

Plumb Mortalitate 20 61

Morbiditate – 364

Benzen Mortalitate 30 106

 Tabelul 7.2

Costuri externe calculate pentru un litrude carburant consumat (UK-1993)

CarburantCosturiexternemil. ECU

Carburantvandut

mil. Litri

Cost / litrucarburant

ECU

Motorina 17.826 14.000 1,27

Benzina + plumb 9.659 15.000 0,64

Benzina – plumb 2.377 17.000 0,14

 Din totalul costurilor externe, cele datorate poluarii atmosferice reprezinta circa 10%. Raportat la

PIB, costurile legate de poluarea chimica generata de traficul rutier au valori ce difera in functie de tara, acestea fiind in Suedia de aproximativ 0,11% din PIB, in Germania circa 1,05%, in Finlanda inregistrandu-se 0,65% [54], [122].

 7.3.2. Costurile datorate poluarii sonore

Studii recente au evidentiat ca peste 21% din populatia U.E. (aproximativ 80 milioane de oameni) este supusa unor influente negative majore ca urmare a poluarii sonore, rezultate din transporturi.

Din aceasta valoare, circa 90% reprezinta depasirile pragului fonic admisibil [65dB(A)] datorate traficului rutier, 8% celui feroviar si doar 2% celui aerian.

In ultimii 15 ani, aceasta situatie nu s-a ameliorat, din pacate. Desi, in ansamblu, nu s-au inregistrat inmultiri ale zonelor cu nivel ridicat de zgomot, datorita cresterii valorilor de trafic rutier, perioadele de expunere s-au accentuat, agravand situatia generala.

Dupa cum este cunoscut, nivelul de zgomot se masoara in decibeli (dB), care reprezinta unitatea de masura a presiunii aerului fata de un anumit nivel, considerat etalon, de 2*10-5 N/m2. Functia specifica nivelului de zgomot are o evolutie logaritmica. O marime derivata care se refera la corelarea frecventelor pentru care auzul uman este mai sensibil la niveluri ridicate ale zgomotului este decibelul Amper – dB(A) [64].

Metoda care este considerata cea mai corecta in evaluarea costului poluarii fonice este metoda evaluarii aleatoare. Aceasta stabileste o relatie matematica intre fluxul de trafic si nivelul de zgomot [152]:

 

                                                     7.4unde:

a este constanta;s este viteza;d este distanta;q este intensitatea traficului (valoare medie pe ora). Functia descrescatoare a fluxului de trafic reprezinta cresterea marginala a

nivelului poluarii fonice. Daca nivelul efectelor negative (perturbatii) prezinta o evolutie lineara, in functie de valoarea decibelilor emisi, atunci costul extern marginal se situeaza putin sub valoarea celui mediu.

Diferentele, in ansamblu, nefiind semnificative, s-a convenit ca valorile costurilor externe, marginal si mediu, sunt egale.

In tabelul 7.3 este prezentata situatia costurilor externe datorate poluarii fonice in Marea Britanie, in anul 1993 [152].

S-a stabilit ca nivelul de zgomot influenteaza in mod direct productivitatea muncii, astfel ca rezultatele cercetarilor din cateva tari dezvoltate arata ca valoarea costului poluarii fonice din Olanda este 0,1% din PIB, in Germania, 0,06%, in SUA, 0,15% din PIB [122].

 

Tabelul 7.3Costuri ale poluarii fonice datorate traficului rutier (UK-1993)

Nivelulde

zgomot

Populatia expusa(milioane)

Pierderi ale valoriibunurilor imobiliare

afectate(miliarde ECU)

55 – 60 17,2 11,1

60 – 65 9,2 17,8

65 – 70 4,6 14,7

70 – 75 0,5 2,1

> 75dB 0,6 4,2

Total 32,1 49,7

  7.3.3. Alte costuri

Pe langa costurile legate de poluarea chimica si sonora mai apar costuri generate de aglomerarea traficului rutier si de deteriorarea infrastructurii rutiere. Constructia si intretinerea infrastructurii solicita, de obicei, cheltuieli foarte mari. Se pune atunci problema recuperarii, cel putin partial, a acestor cheltuieli de la cei care utilizeaza reteaua rutiera. Pana in prezent taxele achitate de utilizatori nu acopera decat foarte putin din aceste sume. Intre costurile datorate aparitiei unor aglomerari de trafic si cele specifice infrastructurii exista legaturi stranse. Aparitia aglomeratiilor in trafic, pune in evidenta tendinta de atingere a limitelor de capacitate ale retelelor stradale, ceea ce afecteaza negativ calitatea acestor infrastructuri. Astfel sunt afectati toti cei care utilizeaza aceste retele.

In general insa, utilizatorii nu percep decat propriile lor pierderi (de timp, de combustibil, datorate aglomeratiilor), subevaluandu-se pe ansamblu costurile totale. De aceea este necesara estimarea costurilor externe si introducerea unor mecanisme economice care sa corecteze diferentele costurilor individuale si ale celor totale.

Un alt cost de care trebuie tinut seama este cel al accidentelor de circulatie. Accidentul de circulatie poate insemna pierderea unei vieti, pierderea unor functii ale organismului, aparitia unui tratament medical, implica organele administrative si politienesti, apar sigur stricaciuni materiale. Toate acestea genereaza costuri ce trebuie sa se regaseasca in balanta economica.

Ca o concluzie, toate aceste costuri sunt externe actualelor cheltuieli legate atat de transportul de persoane, cat si de transportul de marfuri, constituind de 20 de ani obiectul unor studii si ample cercetari. Daca in multe cazuri exista obstacole serioase in evaluarea lor, in anumite directii au fost facute progrese insemnate. Este cazul unor fenomene precum cele de poluare chimica sau fonica, unde exista numeroase studii, ce propun o metoda sau alta de evaluare monetara.

  

7.4. Politici de mediu

A avea un sistem de transport rutier durabil echivaleaza cu obligarea fiecarui utilizator sa-si achite cel putin costurile marginale totale legate de deplasarea sa zilnica. Momentan, utilizatorii achita doar partial aceste costuri si, chiar si asa, acestea nu sunt dirijate intr-o maniera corecta. Ca rezultat, costurile externe ale transporturilor rutiere au crescut foarte mult, scapand de sub control. Se impune astfel introducerea unui nou tip de sistem, care sa evidentieze mai fidel realitatea. Acest tip, bazat pe principiile dezvoltarii durabile, va putea fi introdus utilizand o serie de masuri convergente, componente ale unor politici bine definite, si instrumente specifice.

Pe termen scurt cele mai eficiente politici sunt acelea care urmaresc adaptarea sistemului fiscal existent in dauna unor politici de urmarire a constructiei si utilizarii de autovehicule. Este foarte clar ca, in momentul de fata, exista prea putine reglementari fiscale care sa convinga utilizatorii transportului rutier sa reduca impactul negativ asupra mediului si sanatatii. Nici o taxa actuala nu este puternic corelata cu fenomene precum poluarea aerului, zgomot, accidente, aglomerari.

Pe termen lung, cea mai buna strategie la nivel national este de sporire a capabilitatii de monitorizare a tuturor utilizatorilor rutieri, cu scopul introducerii unui sistem fiscal care sa-i oblige sa-si achite costurile reale.

Orice strategie de dezvoltare a unui sistem de transport durabil cuprinde politici atat la nivel national, cat si politici la nivel local. Pe plan national, in functie de posibilitatile economiei nationale, factorii de decizie pot adopta masuri de ordin fiscal, prin taxe si impozite, masuri compensatorii, sau informationale. La nivel local pot exista si masuri de politica fiscala, unele intarindu-le pe cele la nivel national, dar in principal sunt utilizate masuri administrative. Pentru incurajarea unui sistem de transport durabil local pot fi utilizate urmatoarele masuri [35], [54], [55]:

– promovarea subventiilor pentru transporturile putin poluante;– adoptarea unor masuri fiscale: taxe locale, impozite locale diferentiate;– utilizarea unor masuri de tip cantitativ: restrictii de viteza, de acces, de utilizare de-a lungul unei

zone urbane, dar si a folosirii unui anumit tip de carburant.Sunt numeroase tipuri sau combinatii de reglementari si instrumente necesare reducerii efectelor

negative ale activitatii de transport. Masurile restrictive ale politicii de mediu se concretizeaza, insa, in doua mari categorii de instrumente [56]:

1. Instrumentele de reglementare pot fi descrise ca masuri institutionale ce urmaresc sa influenteze direct performantele de mediu, prin reglementarea proceselor sau produselor folosite, prin limitarea sau interzicerea depunerii sau emisiei anumitor poluanti, restrangerea anumitor activitati in anumite zone, perioade, in conformitate cu normele legale avute in vigoare.

 2. Instrumentele politicii de mediu pot fi etichetate ca economice atat timp cat afecteaza costurile

si beneficiile actiunilor alternative ale agentilor economici, influentand deciziile si comportamentul acestora astfel incat alternativa aleasa sa conduca la situatii mai in favoarea mediului si sanatatii umane decat daca nu s-ar utiliza instrumentul respectiv.

 Pentru eficientizarea utilizarii instrumentelor economice se urmareste selectia acestora pe baza

unor anumite caracteristici, precum:

– dimensionarea raportului cost/eficienta;– echitate in repartizare;– existenta si nivelul unor efecte secundare;– usurinta utilizarii.

Folosirea instrumentelor economice conduce, de obicei, la obtinerea unui raport mai bun intre cost si eficienta, oferind totodata un numar mai mare de optiuni in actiunea de reducere a costurilor externe. Totodata instrumentele de aceasta natura sunt mai adaptabile in relatiile de piata, solicitand mult mai putine formalitati administrative decat aplicarea unor solutii reglementative [24], [55], [111].

Metoda utilizarii instrumentelor economice a fost propusa de Ronald Coase si se bazeaza pe urmatorul principiu [24]: atat timp cat nu pot exista intelegeri intre poluatori si cei afectati de externalitatilenegative activitatii acestora, o solutie eficienta o reprezinta introducerea de catre una dintre cele doua parti implicate a unui set de masuri economice vizand protejarea mediului si sanatatii. Doua dintre cele mai eficiente masuri economice menite a proteja mediul si sanatatea sunt [56]:

– principiul „poluatorul plateste”;– permisele de poluare.Un principiu important al politicii de protectie a mediului este denumit „poluatorul plateste”.

Acest principiu sustine de fapt ca fiecare utilizator al mediului inconjurator ar trebui sa plateasca poluareagenerata de activitatea desfasurata de acesta. Acest proces de internalizare a costurilor externe este cunoscut in general in literatura de specialitate ca taxa Piguoviana, denumita dupa economistul Arthur Pigou care a facut prima oara distinctie intre costurile sociale si cele interne [24].

Principiul mai sus amintit este parte constituenta a Principiului 16 al Declaratiei de la Rio asupra Mediului si Dezvoltarii, fiind adoptat de Uniunea Europeana atat in cadrul tratatului UE, cat si a Programului de Mediu pentru Europa, din 1995, program care cere ca toate costurile externe sa fie internalizate pentru ca poluatorul sa plateasca intr-adevar [93].

Din punct de vedere economic, nivelul de poluare agreat ca fiind optim acceptabil nu se obtine, in mod paradoxal, acolo unde nu mai exista poluare, ci in punctul in care costul marginal al  poluarii este egal cu cel al depoluarii. Cu alte cuvinte, in acest punct costul oricarei actiuni de reducere a

nivelului poluarii cu o unitate este egal cu cel al pagubelor suplimentare produse. Pentru a tinde la acest optim, s-a adoptat un procedeu care vizeaza negocierea eliberarii unor permise de poluare necesare desfasurarii activitatilor. Aceste permise, pe o perioada bine definita, permit ca, in urma desfasurarii activitatilor de transport, sa fie emisa o anumita cantitate de poluanti. Cei care nu vor detine aceste permise nu vor avea voie sa desfasoare activitati poluante.

Stabilind modalitatea acordarii si numarul permiselor, statul poate reglementa nivelul de poluare maxim admis. Negocierea permiselor asigura alocarea lor catre cei care si le doresc cel mai mult. Sunt doua metode prin care aceste permise ajung la poluatori. O prima metoda este cea a licitatiei prin bursa organizata. A doua metoda este cea a distributiei gratuite de permise de poluare, denumita „grandfathering”. Metoda distribuirii permiselor de poluare negociabile este cruciala pentru acceptarea acestui sistem de taxare si pentru comparatia cu sistemul clasic de taxe si impozite.

Daca prin sistemul licitational, permisele de poluare care sunt constante ca numar pe tot parcursul anului ajung la cei care si le doresc si platesc pentru dreptul de a polua, prin sistemul grandfathering, permisele ajung in mod gratuit la poluatorii cu state vechi. Un poluator nou aparut nu va putea sa beneficieze de aceste permise. Lipsa competitiei va duce la investitii minore in actiuni de depoluare.

Politica taxelor genereaza pierderi de venituri poluatorilor, impozitand toate unitatile de poluare. Aceasta contrasteaza cu conceptul permiselor negociabile (bazat pe alocarea de permise agentilor poluanti existenti) care nu genereaza pierderi de venituri.

Cu alte cuvinte, politica taxelor aduce beneficii statului, pe cand politica permiselor de poluare aduce beneficii atat poluatorului, care plateste cat polueaza, cat si mediul care nu va mai fi atat de poluat prin neaccederea la permisele de poluare ale tuturor poluatorilor, obligati la investitii de ecologizare a activitatilor lor [62].

In anumite privinte, procedeul acordarii de permise este mult mai flexibil decat cel al introducerii unor taxe. Acest lucru este posibil deoarece prin alternarea obiectivelor in procesul distribuirii, autoritatile pot influenta incidenta masurilor, fara a diminua nivelul eficientei actiunii [56].

In afara solutiilor expuse mai sus, menite a reduce impactul negativ pe care il are traficul rutier asupra sanatatii mediului si a elementului viu, pentru atingerea obiectivelor propuse, pot fi folosite diferite strategii care sa conduca, prin actiuni concertate ale tuturor factorilor de raspundere la nivel mondial, spre o depoluare si o insanatosire a planetei noastre in beneficiul tuturor.

Este indeobste cunoscut ca orice activitate, deci si cea de transport, genereaza costuri si beneficii. Dintre acestea, unele nu sunt direct legate de utilizatori (in speta transportatorii), fiind suportate de indivizi neimplicati in acel proces, sau de societate, in ansamblul ei. Acestea poarta numele de costuri sau beneficii externe, respectiv externalitati negative sau pozitive. Din pacate valorile costurilor si beneficiilor externe activitatii de transport nu se anuleaza reciproc. In prezenta externalitatilor negative se poate aprecia ca apare o „cadere” a pietei specifice, in sensul reducerii intensitatii acelor activitati care au ca rezultat cresterea beneficiilor ce pot fi resimtite de societate. Cel mai concret exemplu este cel al cresterii accentuate, in Europa ultimilor 20 de ani, a traficului rutier mai ieftin datorita neinternalizarii costurilor externe, ceea ce a condus la aparitia unor perturbatii majore atat in competitia dintre modurile de transport, dar si fata de calitatea mediului, a vietii, in general. Nivelul exagerat de mare al costurilor externe, datorate activitatii de transport, in cadrul careia transportul rutier detine, indiscutabil, pozitia de lider (intre 4 si 12% din PIB-ul al tarilor Vest Europene), precum si faptul ca aceste valori sunt achitate in proportie de peste 80% de indivizi neimplicati direct in activitate, au condus la regandirea proceselor de dezvoltare a transporturilor.

S-a ajuns, astfel sa se adopte conceptul de transport durabil ca fiind cel mai apropiat de ceea ce se doreste, adica o dezvoltare eficienta, echitabila si continua a sistemului, a tuturor componentelor acestuia. De fapt ce inseamna „transport durabil” si de unde acest nou concept?

Dupa cum se stie, de peste doua decenii, incepand cu Conferinta asupra mediului de la Stockholm (1972), omenirea a inceput sa recunoasca faptul ca problemele mediului inconjurator sunt inseparabile de cele ale bunastarii si de procesele economice, in general. In acest sens s-a constituit Comisia Mondiala asupra Mediului si Dezvoltarii, de pe langa ONU, care avea datoria sa defineasca un nou concept de dezvoltare generala a societatii umane, pentru ultimele decenii ale mileniului doi si mai departe. Pana in anul 1987 Comisia a identificat peste 60 de definitii ale noului concept. Totusi, dupa dezbateri, nu de putine ori cu accente partinice, s-a adoptat varianta raportului Brundtland, intitulat „Viitorul nostru comun”, care pleda pentru o reconciliere intre economie si mediul inconjurator, pe o

noua cale de dezvoltare care sa sustina progresul uman nu numai in cateva locuri si pentru cativa ani, ci pentru intreaga planeta si pentru un viitor indelungat.

Obiectivul general al dezvoltarii durabile era de a gasi un optim al interactiunii a patru sisteme: economic, uman, ambiental si tehnologic, intr-un proces dinamic si flexibil de functionare. Nivelul optim urmeaza sa corespunda acelei dezvoltari de lunga durata care sa poata fi sustinuta de cele patru sisteme. Pornind de la aceste cerinte se poate defini transportul durabil ca fiind acel sistem complex care sa satisfaca necesitatea de mobilitate a generatiilor actuale, fara a deteriora factorii de mediu si sanatatea si care sa-si eficientizeze consumurile energetice astfel incat sa fie posibila satisfacerea necesitatii de mobilitate a generatiilor viitoare.

Avand in vedere dezvoltarea viitoare a sistemului romanesc de transport, este necesar ca, in vederea realizarii in Romania a unui sistem de transport care sa acopere toate cerintele societatii, ba mai mult, sa poata constitui temelia dezvoltarii eficiente si echitabile, din toate punctele de vedere, a actualului sistem de transport, trebuie sa se accepte adoptarea cat mai curand a principiilor de dezvoltare durabila. Acest deziderat este sustinut de doua cerinte majore.

Prima cerinta se refera la nivelul externalitatilor negative datorate activitatii de transport, care au ajuns la valori ingrijoratoare, ceea ce solicita adoptarea de urgenta a masurilor de stopare a acestui fenomen. Dupa cum este bine cunoscut, externalitatile negative cu impact major asupra mediului si starii de sanatate a populatiei sunt poluarile chimice, fonice si accidentele. Nu pentru toate modurile de transport impactul negativ asupra mediului este resimtit la aceeasi intensitate. Cercetari efectuate in decursul ultimelor decenii, atat pe plan european, dar si in SUA sau Japonia au concluzionat ca „liderul” de necontestat al producerii de efecte negative este transportul rutier si indeosebi cel din mediul asezarilor umane aglomerate. Nu pot fi negate aspecte negative precum, de exemplu, poluarea aerului datorata traficului fluvial sau cel al poluarii fonice datorata activitatii aeriene. Pentru tara noastra aceste aspecte sunt, deocamdata, mult scazute in importanta, comparativ cu daunele produse de traficul rutier.

In Romania, pana la cumpana deceniului noua a secolului trecut, politica economica bazata pe principiul economisirii fondurilor valutare a impus restrictii in ceea ce priveste consumul de carburanti si alegerea modului de transport pentru deplasarea bunurilor. Aceste aspecte, negative din punct de vedere economic au avut totusi si cateva efecte pozitive. In afara economisirii fortate a carburantilor, a fost incurajata dezvoltarea unor moduri de transport mai „curate” pentru mediul inconjurator si sanatatea locuitorilor, precum transportul feroviar, mai ales pentru marfurile cu destinatii lungi, sau transportul public, in interiorul localitatilor. Aceste initiative au favorizat protectia mediului, dar sistemele nefiind construite pe baze solide, dupa principii economico-ecologice, au intrat la putin timp intr-o stare de colaps. Dupa liberalizarea activitatii de transport, cand in afara unor domenii pe care statul le-a considerat de interes strategic, cum este cazul cailor ferate, restul modurilor de transport s-au reformat, in primul rand din perspectiva proprietatii. Politica de stat nu a mai putut „indrepta” unele segmente de activitate catre anumite moduri de transport, asa ca, in lipsa introducerii unor parghii economice eficiente, activitatea diferitelor subsisteme s-a dezvoltat neechilibrat si ineficient. Cel mai bun exemplu este cel al cresterii, de-a dreptul galopante, a intensitatii traficului rutier. Astfel, in mai putin de 10 ani gradul de motorizare al Romaniei aproape s-a triplat, este adevarat in principal datorita cresterii numarului de autovehicule particulare. Acest fenomen este extrem de ingrijorator daca luam in considerare ca emisiile toxice ale autovehiculelor afecteaza grav atat echilibrul naturii, dar mai ales viata omului. De altfel, nivelul costurilor externe datorat activitatii rutiere din Romania a atins cote inimaginabile. Astfel, la nivelul anului 1995 el era estimat la peste 4 miliarde USD anual, ceea ce reprezinta peste 12% din PIB. Raportat la populatia tarii aceasta valoare inseamna circa 200 USD pe cap de locuitor, anual. Daca se aminteste si faptul ca aceste costuri sunt suportate aproape integral de cei afectati, in special populatia care nu participa activ la activitatea de transport generatoare de externalitati, se poate afirma ca anual fiecare locuitor al Romaniei „subventioneaza” activitatea rutiera cu echivalentul a doua salarii medii pe economie. Din pacate aceste valori nu reprezinta fluxuri financiare, ci evaluarea degradarii pe care activitatea poluanta o produce asupra sanatatii, a mediului ambiant. Totodata, nivelul costurilor externe, datorate doar transporturilor rutiere, reprezenta in 1995 dublul aportului pe care activitatea din intreaga ramura a transporturilor o aducea la formarea PIB. Cu alte cuvinte pentru fiecare dolar creat de activitatea de transport, traficul rutier consuma doi. De unde? De la oamenii simpli si in dauna acestora. Totodata aceste costuri nefiind suportate de cei ce le produceau, activitatea inflorea in detrimentul altor moduri, mai putin poluante, precum transportul

feroviar. Este evident ca aceste tendinte nu mai pot fi sustinute. De aceea este necesara adoptarea unui principiu sanatos de dezvoltare a intregului sistem de transport.

A doua cerinta care face sa se afirme ca transportul durabil reprezinta sistemul spre care trebuie sa se indrepte transportul din Romania este sustinuta de conditiile de aderare a tarii noastre la UE. Dupa cum este bine cunoscut, incepand cu data de 15 februarie 2000, Romania a inceput cursa de integrare in UE. Cerinta majora a epocii romanesti la inceput de mileniu III, sustinuta de majoritatea absoluta a romanilor. Pentru ca tara noastra sa adere la familia Europei Occidentale trebuie sa adopte regulile de conduita ale acesteia.

Din aceasta perspectiva, UE este foarte clara. Principiul dezvoltarii durabile este cel avut in vedere in constructia politicilor economice. Acest lucru este cu tarie subliniat atat in documentele agendei 2000, ale Agendei XXI de dezvoltare pe plan local sau al Programului comunitar de dezvoltare intitulat „Spre atingerea durabilitatii”. Pentru sustinerea acestui plan Parlamentul European a hotarat adoptarea unor masuri specifice care vizeaza, in principal, reducerea poluarii datorata emisiilor de la motoare si protectia stratului de ozon. In acest context poate fi amintit „Programul Combustibililor Auto”, care stabileste noile standarde de calitate privind combustibilii utilizati de motoarele auto. In paranteza fie spus, la ora actuala combustibilii produsi si comercializati pe piata romaneasca sunt de departe cei mai putin ecologici comparativ cu produsele europene similare. Astfel, benzinele romanesti au un continut de plumb de 0,32 g/l, de doua ori mai mare fata de media europeana, iar motorinele inregistreaza 0,5% sulf in volum, de peste 11 ori mai mult decat media europeana. Aceste standarde de calitate, conjugate cu normativele privind nivelurile maxime ale poluarii chimice si fonice, care au trecut de pragul EURO 3 si EURO 4, vin sa intregeasca paleta performantelor pe care un sistem de transport national trebuie sa le atinga pentru a se incadra in viitorul sistem unic de transport european. Pentru a ajuta statele candidate la aderarea la UE, statele membre au alocat 7 miliarde EURO pentru perioada 2000-2007, care sa sustina proiectele din domeniul transporturilor si protectiei mediului ale tuturor celor 10 candidate la aderare.

Concluzionand, se poate afirma ca procesul de aderare la UE solicita modificarea de fond a politicii romanesti privind dezvoltarea transporturilor, in sensul includerii componentei ecologice in programul de modernizare a sistemului national de transport.

Adoptarea politicilor de dezvoltare durabila a sistemelor de transport nu inseamna modificarea imediata si totala a stilului de viata. Nu sunt neaparat necesare masuri de reducere a cererii privind mobilitatea sau de limitare a achizitionarii de vehicule (mai ales a autoturismelor). Cel mai important obiectiv este acela prin care orice deplasare ce produce efecte negative asupra mediului si sanatatii umane sa fie realizata concomitent cu adoptarea masurilor ce vizeaza diminuarea acestor efecte.

Pentru dezvoltarea unui sistem de transport durabil, este necesara luarea in considerare concomitent a unor aspecte, care sa conduca la adoptarea unor politici si masuri specifice atat pe planurile socio-ecologic cat si in cel economico-ecologic. O justa politica privind dezvoltarea unui sistem de transport durabil trebuie sa contina elemente specifice atat pe plan national cat si local.

Toate aceste cerinte privind necesitatea dezvoltarii unui sistem de transport durabil in Romania pot parea rupte de contextul real al evolutiei economiei nationale de azi. Cu toate acestea noi, toti, suntem datori sa privim in viitor, iar acesta ne impune luarea in considerare a principiilor dezvoltarii durabile, altfel riscam sa perpetuam ineficienta si inechitatea, produse de actualul concept de dezvoltare a transporturilor, conducand la aparitia de grave dezechilibre ecologice dar si la marginalizarea viitoare a sistemului romanesc de transport, pe pietele europene si internationale.

 

 

BIBLIOGRAFIE

1.     Abelson, P.W., Costs of noise nuisance from aircraft, SAE Technical Papers, 1981.

2.     Allenby, B.R., Industrial Ecology: Policy framework and implementation, Prentice Hall, Englewood Cliffs,

N.J., 1999,

3.     Arama, C., s.a., Poluarea aerului de catre motoarele cu ardere interna, Bucuresti, Ed.Tehnica, 1975.

4.     Atkins, P.W., The second law. Scientific American Books, WHF&Co, N.Y., 1984.

5.     Ayres, R.U., s.a., Waste potential entropy, the ultimate ecotoxic?, Econom.Appl. nr. 48, 1995.

6.     Ayres, R.U., Eco-thermodynamics, economics and the second law, Ecol. Econom. Nr. 26, 1998.

7.     Bataga, A.N., s.a., Zgomotul produs la evacuarea gazelor motoarelor de autovehicule si posibilitati de

atenuare, Cluj-Napoca, Simpozion „Autovehiculul si siguranta circulatiei”, 1974.

8.     Bataga, A.N., s.a., Testarea gradului de fum si influenta acestuia asupra functionarii economice a

motorului diesel, Cluj-Napoca, Comunicari stiintifice, 1977.

9.     Bataga, A.N., Rus, I.,  Conducerea automobilului, Cluj-Napoca, Ed. Sincron, 1991.

10.    Bataga, A.N., s.a., Motoare cu ardere interna, Cluj-Napoca, Curs lito UTCN, 1995.

11.    Bataga, A.N., s.a., Motoare cu ardere interna, Bucuresti, Ed.Didactica si Pedagogica, 1995.

12.    Bataga, A.N., s.a., Rodarea, uzarea, testarea si reglarea motoarelor termice, Bucuresti, Ed.Tehnica,

1995.

13.    Bataga, A.N., Posibilitati de optimizare a corelatiei poluare fonica-putere-consum de combustibil la

motoarele diesel de autovehicule. Sesiunea stiintifica I.P.C.N., 1978, p.149-153.

14.    Bataga, A.N., s.a., Contributii privind realizarea unui atenuator de zgomot pentru motocarul agricol

M.A-445. Simpozionul de Termotehnica si masini termice, vol. 2, I.P.Timisoara, 1988.

15.    Bataga, A.N., s.a., Influenta unor atenuatoare combinate asupra reducerii nivelului de zgomot la

evacuarea gazelor pentru diferite motoare termice, ESFA, vol.1, 1987.

16.    Bataga, A.N., Dan, F., Consideratii privind reducerea poluarii chimice la autovehiculele prevazute cu

reactori catalitici. Trans Agra Tech’98 Conference, vol. 2, Cluj-Napoca, 1998, p. 139-142.

17.    Bataga, A.N., Dan F., s.a., Motoare cu ardere interna, Ed U.T. Press, Cluj-Napoca, 2000.

18.    Berg, W., Aufwandund Probleme für Gesetzgeber und Automobilindustrie bei der Kontrolle der

Schadstoffemissionen von Pkw mit Otto und Dieselmotoren, Braunschweig, 1991.

19.    Bianciardi, C., s.a., Complete recycling of matter in the frameworks of physics, biology and ecological

economics, Ecol.Econom. nr. 8, 1993.

20.    Bobescu, Gh., s.a., Motoare pentru automobile si tractoare, Chisinau, Ed.Tehnica, vol. I, 1996.

21.    Bobescu, Gh., s.a., Tehnici speciale pentru eliminarea noxelor si reducerea consumului de combustibil.

Litografia Universitatii „Transilvania”, Brasov, 1990.

22.    Bobescu, Gh., s.a., Motoare pentru automobile si tractoare, Chisinau, Ed. Tehnica, vol. III, 2000.

23.    Brownson, D.A., s.a., Factores Influencing the Effectiveness of Air Injection in Reducing Exhaust

Emission, SAE, Technical Papers.

24. Bochniarz, Z., s.a., Economia mediului si instrumente economice, Curs sustinut in cadrul programului

‘Environmental Training Project for central and Eastern Europe’, Cluj-Napoca, 1999.

25.    Campbell, C.J., s.a., The end of cheap oil. Scientific American March, 1998.

26.    Cazila, A., s.a., Noi tipuri constructive de atenuatoare pentru reducerea zgomotului la

tractoare. Comunicari stiintifice, I.P.C.N., 1977, p. 232-237.

27.    Chiappini, E., s.a. Environmental friendly Vehicle for individual mobility. Fisita congress, Paris, 1998.

28.    Cordos, N., Dan, F., Contributii privind diagnosticarea motoarelor cu ardere interna. Trans Agra Tech’98

Conference, vol. 2, Cluj-Napoca, 1998, p. 253-256.

29.    Cretoiu Gh., sa., Economie politica, Editura Sansa S.R.L., Bucuresti, 1995.

30.    Crisan, V., Trafic rutier, Fluenta si siguranta maxima, Poluare minima, Ed. Facla, Timisoara, 1983.

31.    Cruceanu, M., s.a., Site moleculare zeolitice. Ed.Stiintifica si Enciclopedica, Bucuresti, 1986.

32.    Dan, F., Chis(Dan), C.E., Chira, C., Ozonul ca efect al poluarii produse de trafic in intersectiile urbane si

siguranta circulatiei, Zilele Academice Timisene, Simpozion organizat de Academia Romana, Ed.Mirton,

Timisoara, 1999, p.285-292.

33.    Dan, F., Chira, C., Studii asupra necesitatii adaptarii unor solutii de transport alternativ, A II-a Conferinta

Nationala de drumuri urbane, Ed. Banatul, Timisoara, 2000.

34.    Dan, F., s.a., Contributia transporturilor la efectul de sera, A VIII-a Conferinta Internationala de

autovehicule rutiere, Pitesti, 2000.

35.    Dan, F., Politici de mediu pentru sustinerea unui transport durabil. A VIII-a Conferinta Internationala de

autovehicule rutiere, Pitesti, 2000.

36.    Dan, F., Catalizatorii. Constructie, functionare si defecte, A VIII-a Conferinta Internationala de

autovehicule rutiere, Pitesti, 2000.

37.    Dan, F., Dan, C.E., Catalytic converter, Acta Technica Napocensis, Buletin U.T.C.N., Cluj-Napoca, 2001.

38.    Dan, F., Dan, C.E., Evaluation methods for the impact of the traffic, on the state of health , Acta Technica

Napocensis, Buletin U.T.C.N., Cluj-Napoca, 2001.

39.    Dan, F., Dan, C.E., Interdependenta dintre stress si traficul rutier, Conferinta Internationala SMAT 2001,

Craiova, 2001.

40.    Dan, F., Dan, C.E., Catalizatorii, Revista TRAM nr.13, periodic al G.R.T.D., Bucuresti 2000.           

41.    Dan, F., Dan, C.E., Geneza si efectele ozonului asupra participantilor la traficul rutier, Revista TRAM nr.

17, periodic al G.R.T.D., Bucuresti 2001.

42.    Darabont, A., s.a., Combaterea poluarii sonore si a vibratiilor, Bucuresti, Ed.Tehnica, 1975.

43.    Davies, P., s.a., Urban traffic control: the next step forward, 67th Annual Meeting transportation research

board, Washington D.C., 1988.

44.    Degobert, P., Automobile et pollution, Editions Technip, Paris, 1992.

45.    Derevenco, P., s.a., Stresul in sanatate si boala, Cluj-Napoca, Ed. Dacia, 1992.

46.    DeSimone, L.D., s.a., Eco-Efficiency: The business link to sustainable development, MIT Press,

Cambridge, 1997.

47.    Dursbeck, F., Ermittlung der CO2 Emissionen für PKW mit Otto und Dieselmotoren, Umweltbundesamt,

Berlin, 1989.

48.    Engler, B.H., Reduction of exhaust gas emissions by using hydrocarbon adsorber systems, SAE 930738,

1993.

49.    Engler, B.H., s.a., Catalytic reduction of NOx with HC under leandiesel exhaust gas condition. SAE

Technical Papers, 1995.

50.    Faber, M. s.a., Entropy, environment and resources. Springer Verlag, Berlin, 1995.

51.    Fardon, D., s.a., On board diagnosis looking to 2000. Testing technology international, febr.1999.

52.    Feister, U., Ozon – Sonnenbrille der Erde, Teubner Verlang, Leipzig, 1990.

53.    Filip Gh., Dreptul transporturilor, Editura Sansa S.R.L., Bucuresti, 1996.

54.    Fistung, D., Transporturi, teorie economica, ecologie, legislatie. Ed. All Beck, Bucuresti, 1999.

55.    Fistung, D., Transportul durabil, Elemente economice, sociale si ecologice ale sistemului. Brosura,

Bucuresti, 2000.

56.    Fistung, D., Transportul durabil, Instrumente economice, necesare sistemului. Brosura, Bucuresti, 2000.

57.    Georgescu-Roegen, N., The entropy law and the economic process, Harvard University Press,

Cambridge, 1971.

58.    Grumazescu, M., s.a., Combaterea zgomotului si a vibratiilor, Ed.Tehnica, Bucuresti, 1964.

59.    Havenith, C., s.a., Development of a Ureea DeNOx Catalyst Concept for European Ultra Low Emission

Heavy-Duty Diesel Engines. SAE Paper no.952652.

60.    Heitland, H., Einfluß des zukünftigen PKW-Verkehrs auf die CO2 Emissionen, MTZ 51, 1990.

61.    Hockel, K., Abgas-Emissionsreduzierung – einer Herausforderung für die Automobilindustrie, MTZ 53,

1992.

62.    Howe, C., Taxes versus tradable discharge permits. Environmental and Resource Economics and

Management nr.12, 1994.

63.    Huthwohl, G., s.a., Untersuchng der NOx Reduzierung im Abgas von Dieselmotoren durch

SCR-Kataysatoren. MTZ 6/1993.

64.    Ingersoll, A.P., Die Atmosphäre, Spektrum der Wissenschaft, Heidelberg, 1989.

65.    Iwamoto, M., s.a., Catalytical Reduction of NOx in actual diesel engine exhaust. SAE Technical Papers

920091.

66.    Jantunen, M.J., s.a., Air pollution exposure in European cities. Environmental Epidemiology nr.8, 1998.

67.    Jayanty, R.K.M., Evaluation of sampling and analytical methods for monitoring toxic organics in

air, Atmospheric Environement nr.23, 1989.

68.    Kandlev, O., s.a., Air pollution and forest decline in Central Europe. Environmental Pollution nr.90, 1995.

69.    Kevin, J., Driveable P2000 Pioneer of Ford’s Clean Vehicle Fleet. Automotive Engineering International.

1998

70.    Klaaseen, C.D., s.a., Toxicology: the basic science of poisons 3rd Macmillan Publishing Company, N.Y.,

1986.

71.    Kleinschmidt, W., Untersuchung des Arbeitsprozesses und der NO, NO2, und CO Bildung in Ottomotoren,

Aachen, 1974.

72.    Koltsakis, G., s.a., A concept for catalytical converter On Board Monitoring, using the catalyst exoterm.

Control and diagnostics in automotive applications, 1996.

73.    Kukadig, V., s.a., The effect of external atmospheric pollution on indoor air quality. Energy in buildings

nr. 27, 1998.

74.    Kummel, R., s.a., Heat equivalents if noxious substances a pollution indicator for environmental

accounting, Ecol. Econom. nr. 3, 1991.

75.    Kummel, R, Energy, entropy – economy, ecology, Ecol.Econom., nr. 9, 1994.

76.    Lambert, J., Prévision globales des émissionns de polluants automobiles en France à l’horizon 2000 ,

Rapport INRETS NR.2, 1986.

77.    Litman T., Calculating generated traffic external costs, Victoria Transport Policy Institute, Victoria, BC, 1995;

78.    Longhurst, J.W.S., Autocatalysts and motor vehicle emission control, Clean Air Nr.19, 1989.

79.    Maddison, D., s.a., The true costs of Road Transport, Earthscan Publications Ltd., London, 1996.

80.    Mai, A.D., Traffic flow fundamentals. Prentice Hall, Englewood Cliffs, New-Jersey, 1990.

81.    Mirosh, E., s.a., Heavy duty natural gas vehicle efficiency, emissions and economics. Fisita Congress,

Paris, 1998.

82.    Moore, C., Calitatea aerului in centrele urbane, Seria Documente Ecologice, Viena, 1994.

83.    Morgan, D., s.a., A handbook for EMC testing and measurement. IEE, 1992.

84.    Moussiopoulos, N., Kraftfahrzeugemissionen und Ozonbildung, Springer, Berlin NewYork Tokyo, 1989.

85.    Nagar, T., Study into reduction of NOx emission in medium speed diesel engines, Tehnical Papers ISME,

Kohi’90.

86.    Negoiu, D., s.a., Tratat de chimie organica, Ed.Tehnica, Bucuresti, 1972.

87.    Negrei C., Bazele economiei mediului, Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1996.

88.    Nikanjam, M., Development of the First CARB Certified California Alternative Diesel Fuel, SAE 930728,

1993.

89.    Pearce, D.W., s.a., L’evaluation monetaire des avantages des politiques de l’environment. Paris OCDE,

1989.

90.    Raicu, S., Transporturile in economia de piata – intre liberalism si interventionism, Revista cailor ferate

nr. 2, Bucuresti, 1992.

91.    Raymond, V., s.a., L’oxyde de carbone et l’oxycarbonisme. Institut national de securité pour la

prevention des accidentes du travail et des maladies professionnelles, 2e edition, Paris 1962.

92. Radulescu, G.A., s.a., Combustibili, uleiuri, exploatarea automobilelor, Bucuresti, Ed.Tehnica, 1986.

93.    Rojanschi, V., s.a., Economia si protectia mediului, Bucuresti, Ed.Tribuna Economica, 1997.

94.    Schäfer, F., s.a., Schadstoffreduzierung und Kraftstoffverbrauch von Pkw Verbrennungs motoren,

Springer, Wien NewYork, 1992.

95.    Schneider, H., Auto und Umwelt, Perspektiven für das Jahr 200, ATZ 93, 1991.

96.    Seiffert, U., Status of German/European exhaust emission legislation SAE 851211.

97.    Seiffert, U., s.a., The automobile in the next century. FISITA Congres, 1996.

98.    Stern, A.C., University of North Carolina, History of air pollution legislation in the United States, s.52-57,

1992.

99.    Takehisha, Y., s.a., Toyota Hybrid system: It’s concept and Technologies. FISITA Congres, 1998.

100.  TRL Environmental appraisal: a review of monetary evaluation and other techniques, Environmental

Appraisal Group, U.K., 1992.

101.  Vasilescu, A.C., Combaterea produsilor poluanti emisi de motoarele autovehiculelor, Bucuresti,

Ed.Academiei, 1975.

102.  Vaiteanu, D., s.a., Circulatia si poluarea sonora a mediului urban, Bucuresti, Ed.Tehnica, 1983.

103.  Ventre, P., Acting Now to protect the future. The automotive industry and the Environment. FISITA

Congress-paper K008, 1996.

104.  Walsh, M.P., Vehicle pollution control in Europe – The local and global signifiance, – „Highway pollution”

3rd Int. Symposion, Munich, 1989.

105.  Walsh, M.P., NOx Emissions from road traffic in Europe – Projections beyond the Year 2000, Oslo, 1989.

106.  Walters, A.A., Noise and prices, Clarendon Press, Oxford, 1975.

107.  Wang, Q., Emission impacts of electric vehicles, J.A.W.M., 1990.

108.  Wiesmann, F. J., Ozonbildung durch anthropogene Stickstoffoxid und Kohlenwasserstoffemissionen,

Staub.51, 1991.

109.  Wojik, K, s.a., Engine and vehicle concepts for low consumption and low emission passenger cars, AVL

GmBH, Austria, 1998.

110.  Zimmermeyer, G., CO2 und Treibhauseffekt, Energiewirrtschaftlic

he Tagesfragen, 1989.

111.  Zylicz, T., Economic Instruments in Poland’s environmental policy. Harvard Institute for International

Development, Cambridge, 1996.

112.  *** Afab, http://www.afabinfo.com, 2001.

113.  *** California Air Resources Board, Initial Statement of Reasons for Proposed Rulemaking, U.S.A., 1989.

114.  *** Cars and their environmental impact, http://www.environment. volvocars.com, Volvo, 1998.

115.  *** Cataloage de produse, ale firmei Brüel & Kjær, Danemarca, 1991-1995. sonora

116.  *** Colectia revistei AUTOTECHNOLOGY, 2001.

117.  *** Colectia revistei AUTOTEST RAR, 1994-1999.

118.  *** Colectia revistei DRUMURI SI PODURI, 1998-1999.

119.  *** Colectia revistei INGINERILOR DE AUTOMOBILE, 1998-2000.

120.  *** Colectia revistei I.T.S. INTERNATIONAL, 1997-1999.

121.  *** Colectia Monitorul Oficial al Romaniei, 1996-2000

122.  *** Colectia revistei NORDIC ROAD & TRANSPORT RESEARCH, 1990-1998.

123.  *** Colectia revistei TRAM, 1998-2001.

124. *** COMEAP, Qualification of the effects of air pollution on health in the U.K., London, 1998.

125.  *** CONCAWE, Motor vehicle emission regulations and fuel specifications. Report nr. 6, Brussels, 1997.

126.  *** Enviroment Agency, Japan, Motor Vehicle Pollution Control in Japan, s. 1, 4, 16-24, 32-33, Tokyo,

1987.

127.  *** EG-Richtlinie vom 3 Dezember 1987 zur Änderung der Richtlinie 70/220/EWG über die Angleichung

der Rechtsvorschriften der Mitgliedstaaten über Maßnahmen gegen die Verunreinigung der Luft durch

Abgaze von Kraftfahrzeug-motoren 88/76/EGW.

128.  *** EG-Richtlinie vom 18 Juli 1989 zur Änderung der Richtlinie 70/220/EWG zur Angleichung der

Rechtsvorschriften der Mitgliedstaaten über Maßnahmen gegen die Verunreinigung der Luft durch

Emissionen von Kraftfahrzeug hinsichtlich der europäichen Emissionsnormen für Kraftfarzeuge mit

einem Hubraum unter 1, 4 litern – 89/458/EWG.

129.  *** Future of the Japanese automotive industry, Japan Motor Industrial Federation, Tokyo, 1989.

130.  *** General engine management systems, http://www.gems.co.uk, 2001.

131.  *** Gesetzliche Vorschriften zur Schadstoff und Verbrauchsbegrenzung bei Pkw Verbrennungs

motoren, MTZ nr. 52, 1991.

132.  *** Initial statement of reasons for proposed rulemaking. California Air Resources Board, U.S.A., 1989.

133.  *** Incidences sur l’environnement des transports automobiles, Le projet COMPASS de l’OCDE, Paris,

1986.

134.  *** International Conference Traffic Safety on two Continents, Lisbon, 22-24 September 1997.

135.  *** Kohlenmonoxid Kolloquium in Dusseldorf, MTZ, 1972.

136.  *** Low-emission vehicles/clean fuels and new gasoline specifications– Progress report, C.A.R.B., s. 1-4,

9-11, 13-1, 28, U.S.A., 1989.

137.*** LRC (London Research Centre), http://www.london-researsch.gov.uk/et, 1999.

138.  *** OBDII explaned, http://www.vru.com/carshow, 1999.

139.  *** Organic lead compounds in vehicle exhaust gases and steat air, Atomoenergi, Stocholm, 1971.

140.  *** QUARG (Quality of Urban Air Review Group), Diesel vehicle emissions and urban air quality,

University of Birmingam, 1993.

141.  *** Partial revision of the motor vehicle emission standards, MOT News nr.43, 1991.

142.  *** Program de actiune pentru protectia mediului in Europa Centrala si de Est, Lucerna, Elvetia, 1993.

143.  *** Program de actiune cu privire la imbunatatirea factorilor de mediu in judetul Cluj, Cluj-Napoca, 1997.

144.  *** RAINS, http://www.iias.a.ac.at/Arains, 2000.

145.  *** Raport privind situatia factorilor de mediu din judetul Cluj in anul 1997, Cluj-Napoca, 1997.

146.  *** Schärfere Grenzwerte geben grünes licht für den Dreiwegekatalysator, VDI Nachrichten nr.2, 1991.

147.  *** STAS 6926/14-79. Masurarea zgomotului exterior produs in miscare si in stationare de vehiculele

rutiere cu motor.

148.  *** STAS 10474-87. Determinarea opacitatii gazelor de evacuare ale motorului cu aprindere prin

comprimare.

149.  *** STAS 11369-88. Determinarea poluantilor din emisiile autovehiculelor echiparte cu motoare cu

aprindere prin scanteie.

150.  *** STAS 11369/1-88. Determinarea emisiilor poluante, limite admise si metode de incercare pentru

vehicule cu masa pana la 3500 kg.

151.  *** Transportul si mediul in Romania. Grupul roman pentru transport durabil, Bucuresti, 2000.

152.  *** Transportul terestru, mediul si sanatatea. GRTD, Bucuresti, 1997.

153.  *** U.S. E.P.A., http://wwwepa.gov, 1998-2001.

154.  *** Vers une tarification equitable et efficace dans les transports, Bulletin de l'Union Europeenne,

suplement nr. 2/96, CECA-CE-CEEA, Bruxelles, 1996.

155.  *** Vorschlag fur eine umweltorientierte Kfz-Steuer, TÜV Rheinland 5/1990.

156.  *** WHO (World Health Organisation), Lead and Health, Copenhagen, 1995.