Fondamenti di macchine e motori - parte 2

INQUINANTI GASSOSI

Reazione chimica generica e simbolica di ossidazione di un idrocarburo (i carburanti dei motori sono miscele di idrocarburi e contengono variabili di idrogeno e carbonio)

C_xH_g + ( x + y / 4 ) O₂ + 3.796 N₂ → x CO₂ + y / 2 H₂O + (...) N₂

Non è detto che la reazione avvenga secondo questa reazione stechiometrica (possono venire con onde minori e quindi possiamo anche avere

• CO MONOSSIDO di CARBONIO
• HC simbolo generico per IDROCARBURI INCOMBUSTI ovvero carburante che non è stato bruciato o è stato bruciato in modo incompleto
• NO_x comprende sia MONOSSIDO di AZOTO NO che BIOSIDO di AZOTO NO₂; questi OSSIDI di AZOTO sono dovuti alla presenza di azoto nell’aria

Lo è stato riportato che la PRODUZIONE di NO_x è FACILITATA dalle ALTE T

INQUINANTI GASSOSI

Reazione chimica generale e simbolica di ossidazione di un idrocarburo (i carburanti dei motori sono miscele di idrocarburi e contengono quantità variabili di idrogeno e carbonio)

C_xH_g + (x+y/4)(O₂ + 3.76 N₂) → x CO₂ + y/2 H₂O + (…) N₂

Non è detto che la reazione avvenga secondo questa reazione stechiometrica (possono generare con ordine minore e quindi possiamo anche avere:

• CO MONOSSIDO di CARBONIO
• HC simbolo generico per IDROCARBURI INCOMBUSTI ovvero carburante che non è stato bruciato o è stato bruciato in modo incompleto
• NO_x comprende sia MONOSSIDO di AZOTO NO che BIOSSIDO di AZOTO NO₂; questi OSSIDI di AZOTO sono dovuti alla presenza di azoto nell'aria

È stato scoperto che la PRODUZIONE di NO_x è FACILITATA dalle ALTE T

↑↑ β → ↑↑ T → + calore nella combustione → ↓ NO_x

per la termodinamica però bisogna bruciare alla T

più alta possibile perché maggiore è la T_media,dett

a cui io fornisco calore e migliore sarà il rendimento

termodinamico di conversione del calore in lavoro

→ η_th → η_tot → ↓ C_s

x ridurre gli NO_x → fondamentale abbassare la T_max

di combustione

Nota

CO, HC, NO_x → in tutti i motori e li abbiano

Particolato Soot → inquinante legato all'iniezione diretta di

alta p→ presente nel diesel e GDi→ si riduce tramite filtraggio

CO₂ e LIMITAZIONI della CO₂

La commissione europea ha limitato a 95 g/km il limite massimo di CO₂ emittibile da un veicolo.Quando la combustione va bene si produce

ACQUA + CO₂ + ENERGIA

dove CO₂ NON è un inquinante ma contribuisce all'EFFETTO SERRA.Per ridurre CO₂

• consumare meno → DOWNSIZING del MOTORE
• combustibile senza carbonio → IDROGENO

DOWNSIZING → riduzione della cilindrata senza perdere coppia e prestazioni

P_eff = p_me V _n/^C/2

per ridurre V e tenere costante P_eff

• aumento n ⇒ aumento sollecitazioni, forze centrifughe, ... SCELTA SBAGLIATA
• aumento p_me ⇒ devo aumentare p_mi e per fare ciò i motori vengono SOVRALIMENTATI ✔

Da cosa dipendono e da cosa sono influenzati questi inquinanti?

Monossido di carbonio CO

È un inquinante che nasce quando l'atomo di carbonio non trova tutte le molecole di ossigeno per ossidarsi completamente a CO₂ ( C + O₂ → CO₂ )

Il carbonio trovando meno ossigeno ( concentrazione di ossigeno tipica delle miscele grasse λ < 1 ) invece di legarsi con una molecola di ossigeno, ne trova solo metà C + 1/2 O₂ → CO

Il diesel non ha questi problemi perché funziona a miscela più magra

La formazione di CO può essere favorita dalle alte T e possono succedere due casi

• Riossidazione → prima della conclusione della combustione lo CO si potrebbe ricombinare completando così l'ossidazioneCO + OH → CO₂ + H
• Dissociazione → reazione inversa che può avvenire in fase di espansione quando le T calanoCO₂ + H → CO + OH

la formazione di CO dipende dalla presenza di ossigeno

e dalla T in camera

CO = ƒ (λ, T)

OSSIDI di AZOTO NO_x

la loro formazione è facilitata da

• alte T
• dosatura / presenza di ossigeno → alti NO_x con miscela magra

(λ > 1)

NO_x = ƒ (T_max, O)

NOTE il 98% di NO