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8/18/2019 Combustibili Per Motori
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Combustibili perCombustibili permotorimotori
Università degli Studi di Catania - Facoltà diUniversità degli Studi di Catania - Facoltà diIngegneriaIngegneria
C.d.L. Ing. MeccanicaC.d.L. Ing. MeccanicaCorso di Progetto di macchineCorso di Progetto di macchine
8/18/2019 Combustibili Per Motori
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Requisiti
Disponibilitàacilità di preparaione
apidità di avviamento e sviluppo del processodi combustione
"
lto potere calori#co
Combustione completa Costi "dattabilità al sistemadi alimentaione
Facilità di trasportoe stoccaggio
"ssena di depositi carboniosi e prodotticorrosivi
"ssena di prodotti tossici
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Combustibili
Liquidi Solidi Gassosi
$PL
$as naturale
Idrogeno
Inconvenienti%unionali
Devono esseregassi#cati o
li&ue%atti
'enina
Cherosene
$asolio
(lio combustibile
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I combustibili li&uidi e gassosi derivanti dalladistillaione del petrolio sono attualmente i pi)
utiliati per i motori
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Idrocarburi neiprodotti petroliferi
ParaineCn*+n,+
NafteniCn*+n
AromaticiC
n*
+n- o C
n*
+n-+
Olene, diolene, acetileni
/ormali0catene dritte1
Isopara2ine0catene rami#cate1
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Combustibilialternatii
"lcoli0atomi di ossigeno nella molecola1
3tanolo C+
*4
-(*
Metanolo C*5-(*
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Aria necessaria per la combustione Aria necessaria per la combustione
c
a
mm=α
22222
2421
79
221
79
24 N
r mnO H
mnCO N O
r mnO H C
r mn
−+++→
+
−++
16008,1011,12
16,28217932
24
r mn
r mn
m
m
sc
a
s ++
+
−+
=
=α
De#niamo il rapporto di miscela o dosatura dei reagenti
!i%erendosi alla reaione di combustione completa di un idrocarbur
otteniamo la dosatura stechiometrica
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sα
α
φ λ ==
1
α
α φ s=
/ota la dosatura stechiometrica de#niamo i due seguenti paramet
!apporto die&uivalena
Indice di
eccesso d’aria
6 miscele povere in combustibile
7 miscele ricche in combustibile
6 miscele in di%etto d’aria
7 miscele in eccesso d’aria
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Calcolo diCalcolo di note le fra!ioni molari delle specie presentinote le fra!ioni molari delle specie presentinei prodotti della combustionenei prodotti della combustione
( )2222222
22222
21
79
24O x NO x N x H xO H x H C xCO xCO xn N O
r mnO H C O NO N H O H ba H C COCO pr mn ba +++++++→
+
−++λ
/ote alcune delle 89enendo conto della dissociaione di C(+ e *+( attraverso le costanti di
e&uilibrioConsiderati i bilanci di massa per i
&uattro elementi chimici presenti nei reagenti 0C: *: ( e /1
/oto o supposto tale il rapporto b;a
"ttraverso la risoluione del sistema che nescaturisce si perviene al valore di λ e &uindiil valore di α
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Potere caloricoPotere calorico
*I?hreagenti-hprodotti
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"emperatura adiabatica di"emperatura adiabatica dicombustionecombustione
/ota la dosatura: la temperatura adiabatica di/ota la dosatura: la temperatura adiabatica di
combustione A calcolata supponendo che tuttacombustione A calcolata supponendo che tuttall’’energia liberata dal combustibile incrementi laenergia liberata dal combustibile incrementi la
temperatura dei prodottitemperatura dei prodotti
Ipotesi di calcolo> "diabaticitàPressione costante Bolume costante
9ad:p9ad:v
9ad A massima in corrispondena di miscele leggermente
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Resisten!a alla detona!ioneResisten!a alla detona!ione0MCI ad accensione comandata1
Data la complessità del %enomeno e le numeroseData la complessità del %enomeno e le numerose
variabili in gioco: il valore antidetonante di un variabili in gioco: il valore antidetonante di uncombustibile viene misurato su un motore di provacombustibile viene misurato su un motore di prova
secondo metodologie #ssate da normesecondo metodologie #ssate da normeMotore di prova CF!>Monocilindro!apporto di compressione variabileCollegato ad un motore elettrico asincrono
Combustibili di ri%erimento>Isoottano C* NO#$%%
/ormaleptano C* NO#%
Il di tt l t l i l di
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Il numero di ottano la percentuale in volume diisoottano contenuto nella miscela normaleptano-isoottano che: nel motore campione detona per lo
stesso valore del rapporto di compressione al &uale
detona il combustibile in esame
Metodi di misuraMetodo Motor
Metodo !esearch
/(M
/(!
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Sensitività?/(!-/(M0tendena del combustibile a comportarsi in maniera diversa dalla miscela di ri%eria variare delle condiioni di %unionamento del motore1
Idrocarburi para2inici
Idrocarburi aromatici ed ole#nici
Sensitività bassa
Sensitività pi) elevata
Il numero d’ottano cosE calcolato non A rispondente al comportamedei combustibili nel motore
/umero d’ottano strada
/(strada?a0/(!1,b0/(M1,c
/(strada?a,b0/(!1,c∆!0GC1
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!ichiesta ottanica di un motore
Combustibili commerciali
Combustibili primari
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Procedure per migliorare la &ualità antidetonante dellebenine>
Scelta opportuna degli idrocarburi costituenti
Miscelaione con prodotti ad elevato /( 0metanolo:etanolo1
"ggiunta di additivi antidetonanti
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Accendibilit& Accendibilit&0MCI ad accensione per compressione1
Ritardo all’accensione
ondiioni di %unionamentodel motore
"ccendibilità delcombustibile
Prestaioni
!endimento
Dolcea di %unionamento
3missioni di %umo
!umore
Facilità d’avviamento del moto
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La misura dellLa misura dell’’accendibilità viene eseguita su unaccendibilità viene eseguita su unmotore e con modalità standardmotore e con modalità standard
Combustibili di ri%erimento>Cetano C*5H NC#$%%
3ptametilnonano C*5H 0isocetano1 NC#$'
Il numero di cetano A de#nito inbase alla composiione della
miscela di cetano edeptametilnonano: il cui ritardo
all’accensione risulta e&uivalente
a &uello del gasolio in esame:&uando il con%ronto A eseguito su
di un motore CF! Dieselnormaliato: secondo una
metodologia codi#cata
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Indice Diesel0Cerca di prevedere l’accendibilità del gasolio in %unione della percentuale
di idrocarburi normalpara2inici presenti1
Punto di anilina( pi) bassa temperatura GFK alla &uale un dato volume di gasolio A completamente miscibile in un eguale volumedi anilina
)ensit& API#$*$,'+ rel$-$,' ρrel?ρc;ρac&ua
100
anilinadi Punto API densità Diesel Indice
×=
Strumenti per migliorarel’accendibilità>
Scelta della composiione
idrocarburica 0petroliogreggio di partena eprocesso di ra2inaioneusato1
"dditivi nel combustibile
0perossidi e nitrati
l ili &. l ili &
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.olatilit& .olatilit&I combustibili li&uidi sono una miscela di idrocarburi che hanno
diverse temperature di ebolliione
Calcolo della volatilità
Dalla curva di distillaione Dalla tensione di vapore0Pressione esercitata dal vapore saturo in
e&uilibrio con il suo li&uido1
9ensione di vapore !eid>9ensione di vapore a 5:GC 0'omba il cui volume A &uattro v &uello del li&uido
La volatilità in=uena>Il comportamento del motore
"ll’avviametoIn acceleraione
Il corretto %unionamento del circuito di alimentaione
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)iesel Otto
"vviamento
Miscelaione del combustibile con l’aria
Penetraione in camera di combustione
"vviamento
"cceleraione
Funionamento del circuito di alimentaione
Fraioni pi) pesanti
Disuni%ormità della miscelatra i vari cilindri Depositi in cameradi combustione
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Altre caratteristic/e dei combustibili Altre caratteristic/e dei combustibili
'asso contenuto in gomme 0attuali e poteniali1'asso contenuto in gomme 0attuali e poteniali1 'assissimo tenore in ol%o'assissimo tenore in ol%o Biscosità del gasolio entro opportuni limiti Biscosità del gasolio entro opportuni limiti 'asso contenuto di sostane incrostanti 0residui'asso contenuto di sostane incrostanti 0residui
carboniosi e ceneri1carboniosi e ceneri1
'uona #ltrabilità dei gasoli alle basse'uona #ltrabilità dei gasoli alle bassetemperaturetemperature
Punto di intorbidimento0temperatura alla &uale cristalli di para2ine incomincianoad apparire disperse nella %ase li&uida: %ormando una sospen
che di2onde pi) luce del li&uido iniiale1
Punto di scorrimento0temperatura alla &uale il gasolio riprende a scorrere: dopoessere stato portato a temperatura su2icientemente bassada bloccare lo scorrimento delle molecole1