Univerzitet u Novom Sadu

POLJOPRIVREDNI FAKULTET

DIPLOMSKE AKADEMSKE STUDIJE-MASTER

POLJOPRIVREDNA TEHNIKA

SEMINARSKI RAD

PREDMET:

MEHANIZACIJA ODRŽIVE POLJOPRIVREDE

Student : Profesor:

Stanojević Stevan Dr Lazar Savin

Novi Sad, 2011.

IZDUVNI GASOVI KOD TRAKTORA

1

Sadržaj:

1. Uvod2. Dizel gorivo3. Toksične komponente izduvnih emisija dizel motora i njihov uticaj na zdravlje čoveka i životnu sredinu

3.1. Ugljen-monoksid (CO)3.2. Azotovi oksidi (NOx)3.3. Ugljovodonici (HC)3.4. Ugljen-dioksid (CO2)3.5. Sumpor-dioksid (SO2)3.6. Formaldehid3.7. Čvrste čestice - PM (Particulate matter)

4. Aparati za merenje zagađujućih komponenata iz dizel motora5. Maksimalno dozvoljena koncentracija (MDK)

5.1. Propisi Republike Srbije o MDK štetnih materija5.2. Granice emisije izduvnih gasova

6. Smanjenje emisije izduvnih gasova kod traktora6.1. Korišćenje biodizela radi smanjenja izduvne emisije6.2. Korišćenje sintetičkih motornih ulja radi smanjenja izduvne emisije6.3. Smanjenje emisije NOx primenom recirkulacije izduvnih gasova6.4 Korišćenje katalizatora radi smanjenja izduvne emisije6.5 Filtri čestica

7. Zaključak8. Literatura

2

IZDUVNI GASOVI KOD TRAKTORA1. Uvod

Kvalitet vazduha, odnosno sadržaj polutanata (imisija) se u dvadesetom veku drastično pogoršala zbog velike emisije polutanata (sumpor-dioksid, oksidi azota, organske pare i gasovi, specifični polutanti), uz nastanak novih (sekundarnih) polutanata u atmosferi kao što su fotohemijski oksidanti, kiseline i dr. Najvažniji izvori polutanata su termoelektrane na ugalj, kotlovnice za grejanje stanova u gradovima, domaćinstva koja koriste ugalj i drvo, motorna vozila, pojedini industrijski procesi i proizvodnja metala (bakar, olovo, cink itd.).

Jedan od najvećih izvora zagađenja vazduha čine razna transportna sredstva: automobili, kamioni, poljoprivredna mehanizacija, brodovi, dizel-lokomotive, avioni. Glavne polutante iz ovih izvora čine ugljen-monoksid, azotni oksidi, ugljovodonici, olovo (u obliku svojih organskih jedinjenja i posebna kategorija zagađenja, tzv. fotohemijski smog).

Aerozagađenje koje nastaje iz motornih vozila postaje sve veći ekološki problem, jer broj vozila koja se kreću putevima veoma brzo raste. U međugradskom saobraćaju aerozagađenja uništavaju floru i posebno useve na njivama. Veoma je značajno sa stanovišta proizvodnje hrane, zaštite vazduha, odnosno životne sredine, istraživati i karakter izduvne emisije dizel motora poljoprivredne mehanizacije, kao i sumirati opšti nivo ukupnih emisija koji potiču od traktora.

Aktivnosti na zaštiti životne sredine posmatrane iz ugla emisija štetnih sastojaka izduvnih gasova ogledaju se u daljem pooštravanju zakonskih regulativa izduvne emisije SUS motora, kao i u intenzivnom razvoju motora uz obavezno stalnu redukciju izduvne emisije i potrošnje goriva. Razvoj buduće zakonske regulative i obaveza zadovoljenja istih, uz proširenje na motore koji do sada nisu bili obuhvaćeni, iziskuje intenzivan razvoj i usavršavanje postojećih generacija dizel motora (Marković, Lj. i Petrović, P. 2000).

Kada se pravi poređenje između OTO (benzinskih) i dizel motora, često se kao glavna mana dizel motora navodi dim u izduvnim gasovima. Pominju se i čestice, ali uglavnom bez jasne predstave o čemu se radi. Oblak crnog dima iza traktora koji ide po njivi je vrlo nepopularna slika koja se lako ureže u sećanje, mada se malo zna da je dizel motor u prednosti u pogledu ekonomičnosti i emisije ostalih zagađivača. Takođe, nedovoljno je poznato da su poslednjih decenija radikalno pooštreni zakonski propisi u pogledu emisije dima i čestica, zbog čega nas vozila opremljena najnovijom generacijom dizel motora neće više gušiti, čak i kada su u pitanju traktori i kamioni.

3

2. Dizel gorivo

Dizel motori rade bez bilo kakvog spoljašnjeg izvora paljenja. Gorivo se nakon ubrizgavanja, u vrući komprimovani vazduh, mora samo zapaliti usled delovanja temperature i pritiska u cilindru. Samozapaljenje sa najmanjim mogućim odgađanjem nakon ubrizgavanja a sposobnost goriva prema samozapaljenju se iskazuje cetanskim brojem. Viši cetanski broj ima gorivo sa većom sposobnosti samozapaljenja. Kod nas postoji gorivo pod nazivom Eurodizel koje ima cetanski broj 49, što još uvek nije dovoljan cetanski broj za dizel motore zadnje generacije. Za tihi rad i male emisije štetnih izduvnih gasova dizel motora zadnje generacije može očekivati tek pri cetanskim brojem višim od 51, što je ujedno i najmanji cetanski broj dizel goriva koje se prodaje u zemljama EU.

Pri upotrebi dizel goriva najviše problema se ima u zimskim periodima kada se zbog niskih temperatura izdvajaju kristali parafina iz goriva. Njihovim izdvajanjem se otežava prolaz goriva kroz najfinije elemente (filtar goriva), a kod vrlo niskih temperatura može doći do potpunog prekida napajanja gorivom. Izdvajanje parafina započinje približno pri 0°C. Da bi se izbegle ovakve situacije ista vrsta goriva se u različitim godišnjim intervalima proizvode sa različitim niskotemperaturnim svojstvima. Za tu svrhu se dizel gorivima dodaju aditivi koji imaju zadatak razbijanja velikih pločastih kristala parafina u više sitnih igličastih, čime je omogućeno lakše proticanje goriva kroz filter i ostale delove sistema za napajanje gorivom.

Za optimalno sagorevanje i što manju koncentraciju štetnih izduvnih gasova potrebno je osigurati brzu pripremu smeše goriva i vazduha. To se postiže konstrukcijskim oblikovanjem prostora za sagorevanja, ali i tačnim početkom i završetkom ubrizgavanja goriva, dobrim raspršivanjem goriva u cilindru (što većim pritiscima ubrizgavanja) i preciznim doziranjem određene količine goriva (elektronskom regulacijom sistema za ubrizgavanje).

Kada upoređujemo relativnu koncentraciju svakog pojedinačnog izduvnog gasa iz dizel motora sa prosečnim benzinskim motorom, vidi se da dizel motor u atmosferu ispušta više NOx-a, pa je u odnosu na benzinski motor znatno povećana koncetracija vidljivih krutih čestica.

4

3. Toksične komponente izduvnih emisija dizel motora i njihov uticaj na zdravlje čoveka i životnu sredinu

U produktima sagorevanja nalazi se vise od 100 različitih komponenti, od kojih se većina smatra toksičnim. Osnovne toksične komponente čine ugljenmonoksid, ugljovodonici, azotovi oksidi i oksidi sumpora (SOx), koje čine 0.2÷5.0% od ukupne zapremine produkata sagorevanja. Sadržaj čvrstih čestica u produktima sagorevanja je takođe interesantan, ne sa stanovišta toksičnosti (same po sebi nisu toksične), već što svojim prisustvom prljaju produkte sagorevanja i apsorbuju kancerogene policiklične ugljovodonike (benzapirin) (Torović,T. i sar. 2003.).

Osnovni uzrok pojave toksičnih komponenti u produktima sagorevanja dizel motora je pojava procesa nepotunog sagorevanja i ostvarivanje tog procesa pri visokim temperaturama.

Već je dobro poznato da su motorna vozila izvor aerozagađenja koje zbog toksičnih komponenata direktno šteti ljudskom zdravlju. Osim toga, izduvni gasovi motornih vozila doprinose stvaranju fotohemijskog smoga, pojavi kiselih kiša, nastanka efekta staklene bašte koja je uzročnik globalnog zagrevanja. Na taj način ugrožavaju živi svet i utiču na globalnu klimu na Zemlji.

U razvijenim zemljama sveta kontinualno se mere CO, CO2, SO2, NOx, i suspendovane čestice, olovo i čađ, dok se HC (ugljovodonici) i benzen mere dva puta dnevno, a policiklični aromatični HC, Os, Cd, As, azbest se mere periodično, obično u nedeljnim intervalima, sem u vanrednim situacijama.

3.1 Ugljen-monoksid (CO)

Ugljenmonoksid je spoj ugljenika i kiseonika koji nastaje pri nepotpunom sagorevanju ugljenika i njegovih jedinjenja, kao što je npr. benzen. Gas je bez boje, mirisa i ukusa. Vrlo je otrovan jer se vezuje sa hemoglobinom u krvi, na taj način smanjujući mu sposobnost apsorbovanog kiseonika. U koncentraciji oko 600 ppm u vazduhu je otrovan,a sa 1500 ppm je opasan po život.

U prirodi ga ima u koncetraciji oko 92%, iz antropogenih izvora 2%, od čega samo od saobraćaja procene kreću u rasponu od 60 do 75%.

Prosečna koncentracija ugljen-monoksida u vazduhu iznad nenaseljenih oblasti se kreće oko 0,1 ppm, dok je iznad gradova ta vrednost znatno veća (do nekoliko desetina ppm). Saobraćajna transportna sredstva (automobili, kamioni, traktori, itd.)

5

predstavljaju glavne izvore CO. Kod nas su za granične vrednosti koncentracija CO predložene koncentracije od 10 mg/m³ odnosno 10 ppm.

Oštrina vida se značajno smanjuje posle pola časa udisanja vazduha koji sadrži manje koncentracije ugljendioksida koje stvaraju svega 3% karboksihemoglobina. Koncentracija ugljenmonoksida od 115 mg/m3, koje se nalaze u velikim gradovima sa ogromnim brojem motornih vozila izazivaju vrtoglavicu, glavobolju i zamor. Ovo je razumljivo ako se zna da lica umešana u saobraćajne nezgode imaju najveće vrednosti karboksihemoglobina.

3.2 Azotovi oksidi (NOx)

Oksidi azota su smeša različitih gasova azota NO, NO2, N2O5, N2O3 itd. Najveću neposrednu opasnost predstavlja NO2. Azot dioksid je gas mrke boje sa karakterističnim mirisom, ima malu rastvorljivost u vodi. Postojan je do granične temperature od 620°C i na toj temperaturi disocira u azot monoksid i kiseonik. Dejstvo oksida azota razdražujuće deluje na pluća, a u težim slučajevima izaziva njihovo oticanje i na kraju smrt.

U sistemima sagorevanja, temperatura je dovoljno visoka da oksiduje atmosferski azot (N2) i gradi bezbojni gas NO (nerastvorljiv u vodi), koji kasnije može oksidisati u NO2. Rezultujuća koncentracija zavisi od najviše temperature i koliko brzo se gas hladi. Što je viša temperatura - više NOx se formira; što se gas brže hladi - više NOx se trajno formira.

Sagorevanje goriva na visokim temperaturama (benzin u automobilskom motoru, ložišta termoelektrana i bilo gde da se stvara visoka temperatura) predstavlja glavni antropogeni izvor NO. Prosečna dnevna koncentracija NOx u vazduhu velikih gradova obično iznosi između 0,00005 mg/m3 i 0,00015 mg/m3 .

6

Slika 1. Izvori emisije Nox

Nastanak kiselih kiša, efekat staklene bašte, povišena koncentracija ambijentalnog ozona su posledice NOx-a u atmosferi, što povećava stvaranje fotohemijskog smoga i pojavu bolesti respiratornih organa.

Formiranju smoga doprinose tri činioca: azotovi oksidi (NOx), ugljovodonici i energija sunca u obliku UV zraka. NOx reaguje sa VOC (lako isparljivi ugljovodonici) u prisustvu sunčeve svetlosti. Smog je braonkasta magla koja zagađuje vazduh, posebno leti. Smog iritira pluća i oči i značajno smanjuje vidljivost.

NOx (i SOx) su komponente kiselih kiša. Reagovanjem azotovih i sumpornih oksida sa vodenom parom u oblacima formira se azotna i sumporna kiselina. U stručnoj literaturi se koristi termin kiseli talog, koji može biti vlažan i suv. Vlažan talog se odnosi na kisele padavine (kiša, sneg, grad, magla,...), a suvi na kisele gasove i čestice. Čista voda ima pH 7,0. Obična kiša je malo kiselija, jer se CO2 rastvara u njoj, pa joj je pH oko 5,5. Padavine sa pH nižom 5,0 se smatraju kiselim.

NOx i organske isparljive supstance međusobno reaguju i stvaraju ozon tokom sunčanih i toplih perioda proleća, leta i rane jeseni.

NO2 + hν (λ<410nm) → NO + O (1)

O + O2 →O3 (2)

Međutim, ako su u vazduhu prisutni i organski peroksidi, koji lako nastaju oksidacijom isparljivih ugljovodonika, onda oni, a ne ozon, učestvuju u reakciji. Na taj način ozon nastao reakcijom (2) ostaje ne utrošen i akumulira se u prizemnim slojevima vazduha. Ovo se dešava u vazduhu zagađenim automobilskim izduvnim gasovima, koji sadrže znatne količine azotovih oksida i nezasićenih reaktivnih ugljovodonika. Do povećanja koncentracije ozona dolazi najčešće u popodnevnoj i predvečernjoj vrelini, a do smanjivanja dolazi sa padom temperature u toku noći. Kada dođe do udisanja povećane koncentracije ozona, on prolazi kroz celokupan respiratorni sistem. Kako je veoma korozivan, ozon nanosi štetu bronhijama i alveolama koje obavljaju neophodnu razmenu gasova. Česta izloženost ovom štetnom uticaju može dovesti do zapaljenja plućnog tkiva i različitih respiratornih infekcija. Izloženost ozonu može pogoršati stanje kod respiratornih bolesti kao što je astma, smanjiti kapacitet pluća, smanjiti funkcionalnost pluća ili izazvati bolove u grudima i kašalj. Tokom povećanih koncentracija u toku leta najugroženije grupe su deca i stariji. NOx može da pređe velike razdaljine pre reakcije formiranja ozona. Zbog toga on stvara regionalne probleme, a ne samo u oblasti u kojoj je emitovan.

7

Azotovi oksidi, od kojih su najvažniji azotov monoksid i azotov dioksid, pri hroničnoj izloženosti malim koncentracijama ispoljavaju iritativno delovanje na sluznice, gornjih respiratornih organa, mogu dovesti do karijesa zuba, poremećaja lučenja stomačnog soka i iznemoglosti. Azotov monoksid stvara methemoglobin i delujući udruženo sa CO ubrzava pojavu hipoksije, dok azotov dioksid nema ovu osobinu nego nadražajno deluje.

3.3 Ugljovodonici (HC)

Emisija ugljovodonika iz antropogenih izvora se procenjuje na oko 80 miliona tona godišnje. Od toga najveći deo otpada na teže ugljovodonike. U ovoj kategoriji motorna vozila čine najveći deo, a zatim dolaze ostali izvori, kao što su rafinerije nafte, sagorevanje fosilnih goriva, spaljivanje otpadaka, te industrije koje upotrebljavaju organske sirovine (farmaceutska i tekstilna i dr.).

Uzrok pojave ugljovodonika u produktima sagorevanja dizel motora je nehomogenost sastava smeše u prostoru za sagorevanje i neravnomemost pritiska i temperature u pojedinim delovima tog prostora, što ima za posledicu da u nekim zonama prostora za sagorevanje dolazi do narušavanja lančanih reakcija procesa sagorevanja i do njihovog prekida.

Naime HC je gorivo koje bi trebalo u potpunosti izgoreti u cilindrima, ali to se u stvarnosti ne dešava. HC su otrovni za biljni svet a u većim koncentracijama su štetni i po zdravlje ljudi. Za ugljovodonike parafinskog i olefinskog tipa je karakteristično da daju izduvnim gasovima neprijatan miris i razdražujuće osobine. Produkti fotohemijske reakcije ugljovodonika HC sa oksidima azota NOX su jedan od glavnih uzroka zaga-đivanja vazduha koje je poznato pod nazivom smog. Policiklični aromatični ugljovodonici (antracen, fenantren, flouren, benzo(a)piren i mnogi drugi) su nosioci kancerogenog dejstva izduvnih gasova. Najopasniji među njima je benzo(a)piren.

3.4 Ugljen-dioksid (CO2)

Ugljen-dioksid je sastavni deo vazduha i uslovno se ubraja u zagađujuće komponente. Poslednjih godina pooštrene su regulative i po pitanju ugljen-dioksida (CO2) iz izduvnih gasova motora koji predstavlja produkt potpunog sagorevanja goriva i sam po sebi nije toksičan, ali učestvuje u formiranju efekta staklene bašte, pa tako doprinosi globalnom zagrevanju.

3.5 Sumpor-dioksid (SO2)

Sumpordioksid je gas bez boje, oštrog mirisa, korozivan i otrovan. Dobro se rastvara u vodi i pri tome stvara sumpornu kiselinu. Kada se njegova koncentracija kreće u navedenim granicama zapreminskih procenata.

8

Tabela 1. Procenat SO2 koji dovodi do određenih tegoba

Koncentracija Uticaj na čoveka

0.0017 % nadraživanje očiju, kašalj

0.0001- 0,001 % nadraživanje grla

0.004 % trovanje posle 3 minuta

0.01 % trovanje posle 1 minuta

Sumpor dioksid (SO2) sadržan je u izduvnim gasovima dizel-motora u granicama od 0,003-0,05 zapreminskih procenata.

Slika 2. Projekcija emisije sumpornih oksida iz dizel motora

3.6 Formaldehid

Formaldehid je bezbojan gas oštrog mirisa. Lako se rastvara u vodi. Koncentracija formaldehida u atmosferi izražena u zapreminskim procentima manifestuje se sledećim dejstvom na organizam čoveka :

Tabela 2. Koncentracija formaldehida u atmosferi u zaprminskim procentima

Koncentracija Uticaj na čoveka

0,007 % lako razdraženje disajnih puteva

0,018 % komplikacije

0,00037 % toksikološki bezopasna koncentracija

9

Formaldehid je tipičan predstavnik nezasićenih ugljovodonika koji se emituju iz motornih vozila. Ispoljava nadražaj vežnjača. Udružen sa sumpordioksidom on inhibira kretanje treplji na sluznici nosa, ždrela, grla i disajnih puteva, a može da dovede do astmatičnih tegoba i ekcema kože.

3.7 Čvrste čestice - PM (Particulate matter)

Čvrste čestice čine sve materije koje se nalaze u čvrstom i tečnom stanju u produktimasagorevanja. Nastaju u tzv. gasovitoj fazi tokom procesa sagorevanja kao produkt nepotpunog sagorevanja i čine konglomerat organskih i neorganskih komponenti.

Generalno se sastoje od tri osnovne komponente:

• čvrste komponente (suve ugljovodonične čestice, uopšteno poznate kao čađ),

• apsorbovanog dela

• sumporne komponente.

Slika 3. Komponente čvrstih čestica

Sumporne komponente u čvrstim česticama produkata sagorevanja potiču od sumpora iz goriva. U procesu sagorevanja sumpora formira se sumpordioksid (S02), zbog čega se ograničava sadržaj sumpora u gorivu. Sumpordioksid stupa u reakciju sa

10

vodenom parom i stvara sumpornu kiselinu (H2S04), a ova se dalje transformiše u čvrste komponente.

Obično se smatra da čvrste komponente u produktima sagorevanja dizel motora čini čađ. Količina čađi, koju izbaci dizel motor u atmosferu iznosi obično 0.1÷0.5% od mase sagorelog goriva.

Čvrste čestice čije dimenzije su manje od 0.05 µm imaju obično sumporno poreklo, lako se unose u čovečiji organizam, pa se smatraju i najopasnijim česticama. Većina čestica u produktima sagorevanja imaju dimenzije 0.05÷0.18 µm.

Razne studije su pokazale ne samo povezanost ovih čestica sa pojavom i pogoršanjem postojećih bolesti disajnih organa izloženih ljudi, posebno ljudi koji imaju HOBP (hroničnu opstruktivnu bolest pluća), već i porast broja umrlih od kardiovaskularnih i respiratornih bolesti. Ovakav razvoj bolesti se pretežno vezuje za sposobnost čestica da izazovu zapaljenja plućnih vrećica (alveola), što uz oslobađanje tkivnih medijatora može, u osetljivih pojedinaca ili kod starijih ljudi, da izazove pogoršanje plućnih oboljenja, kao i da dovede do pojačanog zgrušavanja krvi, čime se objašnjava porast kardiovaskularnih bolesti i smrti od njih. Njihovo prisustvo u organizmu izloženih osoba nije moguće utvrditi na adekvatan način.

11

4. Aparati za merenje zagađujućih komponenata iz dizel motora

Opacimetar LA-100

Ovaj opacimetar je prvi domaći opacimetar i koncipiran je na bazi zahteva pravilnika ECE R24 03 i standarda ISO 3173 uz izvesne izmene. Prilikom definisanja konstruktivnih zahteva vođeno je računa o novim oštrijim propisima koji su bili u najavi. Opacimetar LA-100 je namenjen prvenstveno za korišćenje u autoservisima i stanicama za kontrolu tehničke ispravnosti vozila.

Osnovu uređaja čine sonda za uzimanje uzorka izduvnog gasa iz dizel motora, crevo za transport uzorka i merna komora sa pripadajućom elktronikom. Struja izduvnog gasa uvodi se u komoru uređaja, gde se formira merni stub izduvnog gasa. Oblik komore je usvojen na bazi detaljnog proučavanja uslova za uvođenje mernog gasa i njegovu brzu homogenizaciju.

Slika 4. Opacimetar LA-100

Analizator izduvnih gasova- Protech opax 2000II

Protech opax 2000II je uređaj za merenje zatamnjenosti izduvnog gasa kod dizel motora.

Karakteristike:

• Tip opaciometra: parcijalno semplovanje. • Merna komora za gas: semplovanje parcijalnog protoka, ekvivalentno stubu dima od

400 mm. • Vazduh / izduvni gas: prebacivanje elektroventilom.

12

• Temperaturni senzor, senzor pritiska, rasklopiv poklopac za čišćenje optičkih površina, unutrašnji ventilator za aspiraciju i čišćenje.

• Napravljen po ISO 3173, EEC 72/360 i ČUNA NC 005/11. • Svetlosni izvor: Halogena lampa 6V/ 10W. • Senzor: Silikonska fotodioda sa korektovanim spektralnim odzivom, istim kao

fotooptička kriva ljudskog oka (odziv pika 550nm). • Komora za dim sa grejanjem Referentna temperatura u komori: 90°C (+10%).

Radna temperatura okoline: 2 - 40°C. • Kalibracija: Mikroprocesorski kontrolisana uz pomoć filtera. • Mogućnost povezivanja sa PC računarom i mrežom. [12]

Slika 5. Analizator izduvnih gasova Protech opax 2000II [12]

SUN analizatori

SUN analizatori izduvnih gasova predstavljaju industrijski standard u oblasti mernih uređaja za emisiju izduvnih gasova kod motornih vozila. Prvi uređaj za merenje emisije izduvnih gasova na motornim vozilima SUN je proizveo još pre više od 70 godina, odnosno 1937. godine.

Tajna izdržljivosti SUN-ovih analizatora izduvnih gasova je upravo u najkvalitetnijim komponentama koje je ovaj proizvođač ugrađivao i ugrađuje u svoje proizvode, a posebno treba pomenuti čuvene "Andros" i gasne komore ("srce" analizatora), kao i "Thomas" pumpe. [13]

MGA 1500S COMBI

Karakteristike:

Za MGA 1500S merenje broja obrtaja na svim tipovima sistema paljenja nije problem. Uzorak broja obrtaja može biti skinut pomoću induktivne sonde sa sekundarnih kablova za paljenje, pomoću kapacitivne sonde na primarnom vodu ili na vodu injektora, ili direktnom konekcijom na sistem menadžmenta motora (ECU). Uz dodatak SRA-4 uređaja se može precizno izvršiti merenje broja obrtaja na svim dizel motorima. Posebno, SUN-ov SRA-4 predstavlja novi industrijski standard i može se povezati i sa

13

analizatorima izduvnih gasova drugih proizvođača.Vreme zagrevanja analizatora - 60 sekundi. [13]

DGA 1500 COMBI

DGA 1500 je analizator izduvnih gasova visokih performansi, koji odgovara zahtevima ISO 3930. Standardni softver podržava merenje 4 gasa (može se dodati peti gas), RPM (broj obrtaja), temperaturu ulja i Lambda.

Karakteristike:• kompaktan, robustan dizajn • veliki, jednostavan za očitavanje, grafički LCD displej velike rezolucije • interaktivna tastatura • integrisan termalni printer • merenje RPM (broja obrtaja motora) i temperature ulja • prikaz COcorr (korigovani CO) • vreme zagrevanja 9 minuta (3 minuta na 23 stepena Celzijusa). Minimalno vreme

zagrevanja 1 minut! • automatsko izbacivanje kondenza • automatska kalibracija svakih 30 minuta [13]

Slika 6. Uređaj DGA1500 [13]

DGA 2500

SUN-ov DGA 2500, omogućava da se različiti proizvodi konektuju na centralnu radnu stanicu. Kućište je konfigurisano tako da može prihvatiti veliki broj modula, uključujući i novi DGA 2500 dijagnostički gas analizator. Sadrži unikatan grafički korisnički interfejs, veoma brzu gasnu „klupu“ i lak za korišćenje set novih standarda. DGA 2500 je prva komponenta nove SUN-ove dijagnostičke platforme. [13]

14

Karakteristike:

• Brzo zagrevanje DGA 2500 jedinice• Jednostavan za korišćenje• Windows platforma, korisna grafika na monitoru• Sposobnost pripreme mandatnih testova sa bazom limita• USB interfejs• Mogućnost proširenja na kompletnu dijagnostičku i informacionu radnu stanicu• SAIS (informacioni sistem) - opcija• Navigacija pomoću miša, tastature ili daljinske kontrole• Meni sa ikonama• Obimno on-line uputstvo• Jedinstveni monitor, povećana stabilnost u servisnom okruženju• Potpuni Windows program i radno okruženje [13]

Slika 7. Uređaj DGA2500 [13]

15

Uređaj AVL DiCom 4000

Kombinovani uređaj za analizu izduvnih gasova i dijagnostiku oto i dizel motora, (analizator 5 komponenti gasova za oto motore i opacimetar za dizel motore).Opremljen je pokretnim stočićem i ima ugrađen štampač.Uređaj za ispitivanje emisije oto i dizel motora je usklađen sa legislativom.

Slika 8. Uređaj AVL DiCom 4000 [14]

16

5. Maksimalno dozvoljena koncentracija (MDK)

Maksimalno dozvoljena koncentracija podrazumeva količine zagađujućih materija koje na čoveka ne deluju štetno, ni direktno ni indirektno, niti izazivaju neprijatan osećaj; one koje mu ne smanjuju radnu sposobnost i ne utiču negativno na njegovu psihu i raspoloženje, to jest ne narušava biološki optimum za čoveka, a isto tako bitno ne utiču na biljke i životinje (Bukurov,M. 2004).

Tako se za toksične supstance u gasovitim stanju ova vrednost daje u delovima supstance na milion delova vazduha ili u mg/m3, a ukoliko se radi o supstancama koje su rastvorene u vodi u mg/l.

Za toksične supstance koje se pojavljuju u obliku dima ili magle, a u izvesnim slučajevima i za supstance koje se pojavljuju u obliku prašine, vrednost se izražava u miligramima supstance po kubnom metru (ili 10 kubnih metara) vazduha (mg/m3). U slučaju kad se ova vrednost daje za prašinu, izražava se brojem čestica prašine po jedinici zapremine vazduha.

Do trovanja ne mora da dođe čak ni u slučajevima kada koncentracija štetnih

materija, u izvesnom vremenskom intervalu, premašuje dozvoljene vrednosti, do čega se došlo na osnovu stava da je stepen toksičnog efekta (K) proporcionalan proizvodu koncentracije otrovne supstance (C) i vremena (T):

Ovako izražen stav poznat je kao Haberov (Haber) zakon.

Vazduh u naseljenim mestima može da bude zagađen štetnim materijama koje potiču od teritorijalnih objekata, saobraćaja ili od samog stanovništva. Karakteristično je da se intenzitet zagađenosti vazduha menja u toku dana, u zavisnosti od niza mnogih faktora, i to u znatno većoj meri nego što se to dešava u radnom prostoru, tokom dana. Otuda se, kad se radi o naseljenim mestima, zagađenost vazduha izražava na dva načina, i to kao: kratkotrajna MDK (MDKkr) i srednja dnevna MDK (MDKsd). Istraživanjima koja su intenzivnija tokom poslednjih godina, utvrđeno je da postoji uzajamna zavisnost između kratkotrajnih i srednjih dnevnih maksimalno dozvoljenih koncentracija štetnih materija u vazduhu naseljenih mesta, s jedne strane, i kvantitativnih pokazatelja toksičnosti, kao i fizičko-hemijskih karakteristika, s druge strane.

5.1 Propisi Republike Srbije o MDK štetnih materija

17

Prvi put je u našoj zemlji zaštita vazduha od zagađivanja bila regulisana Osnovnim zakonom o zaštiti vazduha od zagađivanja („Službeni list SFRJ“ br. 30/1965). Međutim zbog ustavnih promena, problematika zagađenosti vazduha je prešla u nadležnost republika, tako da su sve republike preuzele odredbe Saveznog zakona počevši od 1. januara 1972. godine, a potom su postepeno donošene i dopunske odredbe.

U SR Srbiji su tako doneti sledeći propisi:

Zakon o zaštiti od zagađivanja vazduha („Službeni glasnik SRS“, br.31/73) i dopuna ovog zakona („Službeni glasnik SRS“, br. 31/77).

Pravilnik o maksimalno dozvoljenim koncentracijama štetnih materija u vazduhu („Službeni glasnik SRS“, br. 31/78).

Pravilnik o graničnim vrednostima, metodama merenja imisije i kriterijuma za uspostavljanje mernih mesta i evidenciji podataka („Službeni glasnik RS“, br. 31/92) i dopuna ovog pravilnika („Službeni glasnik RS“, br. 30/99).

Zakon o zaštiti vazduha („Službeni glasnik RS“, br, 36/09)

5.2 Granice emisije izduvnih gasova

Analizirajući ukupne emisije izduvnih gasova koje potiču od eksploatacija dizel motora, mora se uzeti u obzir i poljoprivredna mehanizacije koja prema stanju i proizvodnji zauzima značajno mesto. Time su poslednjih godina i zakonskim propisima obuhvaćeni dizel motori navedenih aplikacija, poljoprivredne i šumske mehanizacije, sa stanovišta negativanog uticaja na ukupnu emisiju izduvnih gasova i zagađenje vazduha.

Razvoj i pooštravanje zakonske regulative u novije vreme obuhvatio je i dizel motore namenjene ugradnji u poljoprivrednu mehanizaciju. Prvi korak uvodjenja propisa ECE R96 o ograničenju emisije izduvnih gasova dizel motora namenjenih ugradnji u poljoprivrednu i šumsku mehanizaciju obuhvata dizel motore nominalnih snaga većih od 37 kW. Projekcija novih vrednosti graničnih toksičnih parametara takođe je uključila u kontrolu i motore snaga od 18 - 37 kW(II).

Tabela 3. Standard izduvne emisije ECE R96

Snaga motorakW

COg/kWh

HCg/kWh

NOx

g/kWhPT

g/kWh

I II I II I II I II

P≥130 5.0 3.5 1.3 1.0 9.2 7.0 0.54 0.2

75≤P<75 5.0 5.0 1.3 1.0 9.2 7.0 0.70 0.3

37≤P<75 6.5 5.0 1.3 1.3 9.2 8.0 0.85 0.4

18≤P<37 - 5.5 - 1.5 - 8.5 - 0.8

18

Slika 9. Prikaz promena granica dozvoljene emisije NOx u Evropi

19

Slika 10. Prikaz promena granica emisije čestica u Evropi

6. Smanjenje emisije izduvnih gasova kod traktora

Smanjenje emisije izduvnih gasova kod traktora, pogotovo NOx i čvrstih čestica, koji su naznačeni kao najznačajniji činioci izduvne emisije dizel motora po pitanju životne sredine, je veoma bitna stavka u očuvanju životne sredine. Izduvne emisija se može smanjiti na više načina: upotrebom alternativnih goriva, korišćenjem kvalitetnijih motornih ulja, recirkulacijom izduvnih gasova, itd.

6.1 Korišćenje biodizela radi smanjenja izduvne emisije

Zbog sve strožijih emisionih propisa, posebno za dizel motore kod kojih je emisija NOx i PM (čvrste čestice) veliki problem, i smanjenja potrošnje fosilnih goriva, traže se putevi za smanjenje izduvnih emisija i zamenu mineralnih goriva sa alternativnim gorivima.

Biodizel je obnovljiv, neotrovan i biorazgradljiv i može se koristiti kao pogonsko gorivo u dizel motorima sa unutrašnjim sagorevanjem kao zamena za mineralna goriva dobijena na bazi nafte. Može se koristiti i kao mešavina mineralnog dizel goriva u određenom odnosu, a ređe se koristi čisto.

Zbog proizvodnje zdrave hrane i zaštite životne sredine sve veća pažnja se poklanja emisijama van-putnih mobilnih mašina i vozila, a pre svega traktorima.

Slika 11. Emisije čestica i NOx dizel motora van-putnih mobilnih mašina

20

Gligorijević i saradnici su 2009. godine vršili analize izduvne emisije kod dizel motora koji je kao pogonsko gorivo koristio mešavinu mineralnog dizela i biodizela, i uticaj na smanjenje emisije izduvnih gasova korišćenjenjem te mešavine. Za ovo ispitivanje korišćene su dve vrste goriva: niskosumporni mineralni dizel (0,03%S, CI=49) kao referentno gorivo - B0 i mešavina mineralnog dizela sa 20% biodizela (koji je imao CI=51) - B20. Rezultati su pokazali da se emisija čvrstih čestica dizel motora smanjila za preko 10%, emisija azotovih oksida se povećava za oko 15%.

Dodatak biodizela u mineralni dizel povećava cetanski indeks mineralnog dizela. Supstitucija mineralnog dizela sa biodizelom omogućava smanjene potrošnje mineralnog dizela, a time i smanjenje izduvne emisije.

6.2 Korišćenje sintetičkih motornih ulja radi smanjenja izduvne emisije

Radi zaštite životne sredine i smanjenja izduvnih emisija motornih vozila potrebno je da se smanji potrošnja goriva, kao i izduvna emisija. Za ispunjenje ovih zahteva, pored razvoja savremenih motornih tehnologija, neophodni su novi kvaliteti motornih goriva i ulja. Motomo ulje doprinosi ne sarno smanjenju potrošnje goriva već i u izduvnoj emisiji dizel motora.

Sve rigorozniji zahtevi u pogledu radnih uslova i smanjenja emisije doveli su do ekspanzije sintetičkih motornih ulja, čije prednosti u odnosu na mineralna ulja su pre svega nizak viskozitet i mala isparlivost, visoka otpornost na prekid uljnog filma i oksidaciju, dobra biorazgradljivost i niska toksičnost, smanjene potrošnje goriva i ulja a time i smanjenje izduvne emisije (Gligorijević i sar. 2008.).

Glavni nedostatak nekih sintetičkih ulja je njihova agresivnost na zaptivke na bazi nitrila i akrila, drugi nedostatak je visoka cena.

Pooštravanje propisa o izduvnoj emisiji, naročito o smanjenju emisije NOx i čvrstih čestica dizel motora, fokusirali su pažnju na smanjenje potrošnje ulja, čiji doprinos ukupnoj emisiji čestica se ne može zanemariti. Pošto se zakonskim propisima sadržaj NO xi čvrstih čestica smanjuje, tako se kvalitet ulja povećava.

Gligorijević i saradnici su 2008. godine vršili ispitivanja uticaja fizičko-hemijskih karakteristika motornog ulja na izduvnu emisiju traktorskog motora. Za ovo ispitivanje korišćena su dva različita mineralna ulja gradacije 15W40 i jedno sintetičko ulje 5W40 gradacije, na bazi polialfaolefina (PAG). Za ispitivanje je korišćeno niskosumporno (340 ppm) dizel gorivo. Rezultati pokazuju da je emisije NOx sintetičkog ulja niža za 6 - 9% od emisije mineralnih ulja, dok je emisija čestica sintetičkog ulja niža za 19 - 24% od emisije mineralnih ulja.

21

6.3 Smanjenje emisije NOx primenom recirkulacije izduvnih gasova

Pod sistemom recirkulacije izduvnih gasova - EGR (Exhaust Gas Recirculation), podrazumeva se koncept primene uređaja (podsklopa) na motoru, koji omogućava uvođenje određene količine izduvnih gasova u njegov usisni sistem. U praksi je dokazano da sistem EGR predstavlja jednu od najefikasnijih, najjednostavnijih i najjeftinijih tehnika koje su trenutno dostupne za redukciju emisije NOx kod oto i dizel motora.

EGR ventil je veoma važan senzor u vozilu, jer on smanjuje emisiju NOx gasova, čime se postiže da temperatura sagorevanja ne prelazi optimalnih 1800o C (ovo je temperatura pri kojoj nastaje NOx). Takođe pomaže da se zadrži optimalna temperatura, tako što se deo izduvnih gasova vraća u cilindar. Kako bi se postigle dobre performanse EGR ne funkcioniše kada je mator hladan. Kada ventil regeneracije izduvnih gasova ispravno radi procenjuje se da je emisija štetnih NOx gasova smanjena za 30%.

U cilju eksperimentalnog istraživanja uticaja primene sistema recirkulacije izduvnih gasova na promenu sadržaja glavnih toksičnih komponenti izduvne emisije dizel motora DM 34/T, Knežević i saradnici su 2002. godine vršili ispitivanja na Institutu za motore Mašinskog fakulteta u Beogradu. Istraživanja su rađenja za dva brzinska režima (1245 o/min i 1800 o/min) i četiri nivoa opterećenja od oko 10%, 30%, 50% i 75% i to za nehlađenu varijantu EGR. Kao rezultat postignut je veoma visok stepen redukcije azotovih oksida-NOx. U odnosu na bazni nivo (0% EGR) i zavisno od stepena opterećenja motora i stepena recirkulacije, ovo sniženje se kreće od oko 1.7 do oko 2.7 puta. Ali, prilikom istraživanja je došlo do zaključka da je emisija dima na višim opterećenjima veća nego na nižim za isti stepen EGR, emisije nesagorelih CH i ugljenmonoksida CO se takođe povećavaju sa rastom EGR odnosa, specifična efektivna potrošnja goriva raste sa povećanjem EGR stepena na svim opterećenjima i oba brzinska režima, osim na najnižem istraženom nivou opterećenja.

6.4 Korišćenje katalizatora radi smanjenja izduvne emisije

Oksidacioni katalizator pretvara ugljen-monoksid (CO) i ugljovodonik (HC) u ugljen-dioksid (CO2) i vodu smanjujući masu dizel čestica, ali malo utiču na smanjenje azotnih aksida (NOx).

Izduvni gasovi dizel motora sadrže kiseonik koji u prisustvu katalizatora (Pt, Pd i Pd na saći od keramičkog materijala) reaguje na povišenoj temperaturi sa ugljen-monokisidom, ugljovodonicima (kapljice goriva i ulja) i česticama iz izduvnih gasova i oksiduje ih.

22

CO + ½O2-> CO2[HC] + O2-> CO2+ H2O

Slika 12. Dizel oksidacioni katalizator

Oko 30% čestica izduvnih gasova iz dizel motora su ustvari kapljice goriva i ulja. Oksidacioni dizel katalizator ukloni oko 80-90% ovih kapljičastih čestica. Oksidacija zahvati i deo čvrstih čestica, ali ne sve. Dobar deo čvrstih čestica ova vrsta katalizatora ne može da ukloni. Prosečna efikasnost ovakvih katalizatora ne prelazi 50%.

Da bi se povećao procenat efikasnosti dizel katalizatora, dizel oksidacionom katalizatoru se dodaje još i dizel filtar koji na povišenim temperaturama (oko 3000o C) sagorevaju većinu suspendovanih čestica (PM) koje se emituju iz dizel motora. Ovi filtri se regenerišu tako što se u njih ubrizga nešto goriva koje tada potpomaže sagorvanje viška čestica (PM) nagomilanih u filtru.Efikasnost ovakvih katalizatora dostiže 90%.

6.5 Filtri čestica

Zidni keramički filteri uklone preko 90% ukupne mase čestica u izduvnoj grani kod dizel motora. Trenutni propisi su postavili ograničenja tj. granice na masu čestica u gramima po predjenom kilometru. Kod dizela su te čestice veličine 1 mikrona ili PM1 = milioniti deo metra, kontrola se vrši nad brojem i veličinom tih čestica, jer su iste jako štetne za zdravlje. Filter after tretman ili poslednja, odnosno zadnja filtracija može smanjiti brojeve čestica uključujući i one mikročestice (PM 0.01 PM-1) sa čak 99.9% filtracijskom efikasnošću. Pošto zid ovog filtra u kratkom vremenskom intervalu postane prljav usled naleta čestica, potrebno je obezbediti neku vrstu obnavljanja filtracijskih svojstva filtera. Najčešće metode za postizanje ovakvih regenerativnih osobina su:

23

Električno zagrevanje “zamke” za čestice, odnosno filtera.

Ugradnja katalitičkih presvlaka na filter koje su na manjoj temperaturi, pa nije potrebno dodatno zagrevanje, već se čestice spaljuju temperaturom izduvnih gasova.

Upotreba vrlo male količine posebnog goriva koje se na katalizatoru pomeša sa otpadnim česticama i ta smesa postane zapaljiva pri normalnoj temperaturi izduvnih gasova.

Ugradnjom jednog oksidacionog katalizatora ispred filtera čime se povećava količina NO2 u izduvnoj grani. Zarobljene čestice opet sagorevaju na normalnoj temperature izduvne grane zbog velikih oksidacionih svojstva NO2.

24

7. Zaključak

25

8. Literatura

26