Combust ibili

7/29/2019 Combust ibili

1/75

Prof. dr. ing. Gheorghe-Alexandru RADU

Combustibili, lubrifiani,

materiale de ntreinere a autovehiculelor


2/75

Combustibili, lubrifiani i materiale speciale pentru automobile Gheorghe-Alexandru RADU

1

COMBUSTIBILI I LUBRIFIANI PENTRUAUTOMOBILE

Sistemul automobil (motor) - combustibili - lubrifiani

Activitatea de concepie i perfecionare a automobilului trebuie s in cont i de utilizarea

combustibililor, lubrifianilor i altor materiale specifice, n strns corelaie cu condiiile de

exploatare .

n acest sens, a aprut o nou tiin, chimotologia care studiaz teoria i practica utilizrii

raionale a combustibililor i materialelor lubrifiante pentru motoare i transmisia

autovehiculelor, n strns dependen de producia materialelor de exploatare auto, de sistemele

tehnice pentru care sunt destinate i de condiiile de exploatare.

Pe baza acestei tiine s-au conceput sistemele: unitare cu 3 i 4 elemente (figura 1.1 a i b ).

Sistemul unitar cu trei elemente (figura 1.1 a) se caracterizeaz prin legturi biunivoce ntre

elemente i prin variaiile n lan ale caracteristicilor de calitate proprii elementelor.

Sistemul unitar cu patru elemente ( figura 1.1 b) se caracterizeaz printr-o interdependen

complex ntre elementele sale, determinate de aciunea mai multor factori .

a) b)

Figura 1.1

Avnd n vedere cele precizate anterior, problematica combustibililor i lubrifianilor va fi tratat

nu din punctul de vedere al inginerilor chimiti sau petroliti ci din punctul de vedere al

inginerului automobilist care utilizeaz aceste materiale pentru o exploatare raional aautovehiculului.


3/75


2

CAPITOLUL 1

CORELAIILE DINTRE PROPRIETILE FIZICO -

CHIMICE ALE COMBUSTIBILILOR CU CONDIIILE DE

EXPLOATARE ALE AUTOVEHICULELOR.

1.1. Clasificarea general a combustibililor

Prin combustibili se neleg substanele care la o anumit temperatur se pot oxida uor,

dezvoltnd o energie caloric utilizabil din punct de vedere economic .

O clasificare general a combustibililor se poate face prin prisma a trei criterii principale : a)starea de agregare; b) modul de obinere a combustibililor; c) materia prim din care se

proceseaz combustib ilul. n tabelul 1.1 se prezint o clasificare a combustibililor pe baza

primelor dou criteri i enumerate mai sus .

Tabelul 1.1.Combustibili naturali Combustibili artificiali

Solizi Lichizi Gazoi Solizi Lichizi GazoiLemnTurb

Crbune brunHuilAntracitisturi

bituminoase

iei(petrol

brut)

Gaznatural

ManganCocs de turb

Cocs de huilBrichete

BenzinWhite spirit

Petrol lampantMotorinPcurAlcooli

Gas de iluminatGaz de cocserie

Gaz de generatorGaz de apGaz de furnal

Combustibilii artificiali sunt obinui din combustibili naturali prin diverse procedee fizice i

petrochimice, cum ar fi: presarea, mcinarea, distilarea fracionat, cracarea termic i catalitic,

hidroformarea, platformarea, alchilarea, izomerizarea i sinteza.

Cel de-al treilea criteriu mparte combustibilii n dou categorii: combustibili convenionali icombustibili neconvenionali.

Combustibilii neconvenionali sunt acei combustibili a cror surs primar de fabricaie este

ieiul sau petrolul brut; combustibilii care nu provin din iei sunt combust ibili neconvenionali.

Combustibilii neconvenionali sunt structurai n urmtoarele cinci grupe principale:

a) compui organici oxigenai (alcooli i eteri);

b) combustibili hidrocarbonici gazoi (gazele naturale);

c) hidrogenul;

d) uleiurile vegetale;

e) suspensii de crbune n motorin.


4/75


3

1.2. ieiul (petrolul brut)

ieiul este singurul combustibil lichid natural; el are o putere caloric inferioar P ci =

11103...11,5103 Kcal/kg (46103... 48103 kJ/kg) i o greutate specific = 0,74... 0,98 kg/dm 3;

n contact cu aerul se oxideaz dar nu se aprindere spontan, la temperaturi obinuite.

Sub aspect chimic, ieiul este un amestec format din: a) hidrocarburi; b) compui cu sulful; c)

compui cu azotul ; d) rini i asfaltene; e) substane minerale.

Hidrocarburile din compoziia ieiului au ponderea cea mai mare sub aspect gravimetric, ele

punndu-i amprenta asupra proprietilor tuturor derivatelor (benzine, petroluri, motorine,

lubrifiani) ce se obin din ieiul respectiv.

n compoziia ieiului pot intra urmtoarele categorii de hidrocarburi: 1) alcanice; 2)cicloalcaline; 3) aromatice; 4) olefinice .

Hidrocarburile alcanice (parafinice) sunt hidrocarburi aciclice saturate cu formula general

CnH2n+2. Pentru 4


5/75


4

Figura 1.2.

Hidrocarburile cicloalcanice (naftenice) sunt hidrocarburi ciclice saturate cu formula general

CnH2n. Ele au molecula mai compact, sunt deci mai rezistente la detonaie, dar numrul de

atomi din molecul scznd, se diminueaz puterea caloric . n figura 1.2 se prezint formulele

structurale ale ciclopentanului, ciclohexanului i metilciclopentanului.

Exemple:Ciclopentan C5H10

Ciclohexan C6H12

Metilciclopentan C6H12

Cicloheptan C7H14

Etilciclohexan C8H16

Hidrocarburile aromatice sunt hidrocarburi ciclice nesaturate cu legtur dubl, alternant, cuformula general CnH2n-6 . Au rezisten mare la detonaie, dar putere caloric mica . n figura

1.2 se prezint formulele structurale ale benzenului i toluenului .

Exemple:

Benzen C6H6

Toluen C7H8

Ortoxilen C8H10


6/75


5

Hidrocarburile olefinice sunt hidrocarburi aciclice nesaturate cuformula CnH2n-x. n benzine

se regsesc sub forma de monoolefine; sunt instabile la stocare, formeaz gume si au o

reactivitate de cca. 50 de ori mai mare la formarea smogului poluant dect hidrocarburile

alcanice (parafinice) De aceea n benzina standard a anilor '80,coninutul maxim admis de

olefine era de 15% .

Exemple:

Penten C5H16

Hexylen C5H12

Heptilen C7H14

Octilen C8H18

Compuii cu oxigen din compoziia ieiului au pondere de 0,1... 2% i pot fi sub forma de acizi

grai, naftenici, fenoli sau compui heterociclici .

Compuii cu sulful au o pondere de 0,5 ... 3% i sunt sub form de combinaii organice

(mercaptan, sulfuri alchilice, disulfuri), hidrogen sulfurat sau sulf n stare liber . Ei au o aciune

coroziv, mresc depunerile i contribuie la poluarea atmosferei .

Compuii cu azotul au o pondere admis sub 0,2 % . Se gsesc n cantiti mai mari n petroluri

i motorine. Contribuie din plin la apariia oxizilor de azot NO X n gazele de evacuare ale

motoarelor, care este cea mai nociv emisie poluant .

Rinile i asfaltenele au e pondere de 4...5% n ieiurile uoare i 10...15% n cele grele. Ele

confer derivailor ieiului o aciune de coroziune chimic .

Substanele minerale, foarte variate n iei formeaz depozit e n camera de ardere a motorului .

1.3. Procedee tehnologice de obinere a combustibililorpentru motoarele cu ardere intern

Vom prezenta pe scurt principalele procedee de obinere a combustibililor convenionali i

neconvenionali pentru motoarele cu ardere intern .

1- Distilarea fracionat a ieiului este procedeul de separare pe fraciuni a ieiului datorit

diferenei punctului de fierbere a diverselor fraciuni componente, ca urmare a greutilor

specifice diferite. n figura 1.3. se prezint o instalaie principial de distilare fracionat. Se

redau n continuare (tabelul 1.2) produsele de distilare fracionat primar a ieiului ,

temperaturile lor de fierbere i ponderea n care se obin .


7/75


6

2 - Cracarea este procedeul de descompunere a moleculelor complexe ale fraciunilor grele n

molecule mai simple. Cracarea se poate realiza n dou moduri : a) cracare termic care

efectueaz descompunerea n condiii de temperatur ridicat t = 500...700C i presiuni relativ

ridicate p = (0,2...7) MPa obinndu-se componeni ai benzinelor cu CO/R 70 ... CO/R 80; b)

cracare catalitic care realizeaz descompunerea la temperaturi i presiuni joase (t = 450 C i p

= 0,1 ...0,2 MPa) n prezena catalizatorilor (silicai de Al sau Mg), obinndu-se fraciuni alebenzinelor cu CO/R 87...CO/R 90 .

Figura 1.3.

Benzinele de cracare catalitic sunt superioare celor de cracare termic nu numai prin valoarea

cifrei octanice ci i prin coninutul lor mai mic de hidrocarburi nesaturate .

3 - Hidroformarea benzinelor const n trecerea benzinei de distilare primar, sub form de

vapori, printr-o camer cu oxizi de molibden precipitai pe oxizi de aluminiu . n urma

dehidrogenrii cicloalcanilor se obin hidrocarburi aromatice i deci benzine cu cifra octanic

superioar de tip Premiurn .

4 - Platformarea este procedeul de reformare catalitic ce utilizeaz catalizatori de platin

obinndu-se benzine cu CO/R 93 sensibile la aditivarea cu antidetonani .

Tabelul 1.2.Produse de

distilareTemperatura

de fierbere [C]Proporia

[%]Benzine 25 - 205 13Petrolurl

(Kerosen)170 - 270 36

Motorine 220 - 360 30Pcur > 360 7

iei

Distilarefracionat

primar


8/75


7

5 - Sinteza combustibililor este procedeul de obinere a benzinelor petrolurilor i motorinelor

din gazul de ap sau prin distilarea huilei i lignitului la temperaturi de 800 - 1300 C .

6 - Hidrogenarea este procedeul de obinere a hidrocarburilor lichide din past de crbune

mcinat i reziduri de ulei, supus temperaturii de 325 -450 C i presiunii de 15 - 30 MPa .

n continuare se prezint cteva procedee de obinere a combustibililor neconvenionali :

7 -Procedee de obinere a hidrogenului. Principalele procedee de obinere a hidrogenului sunt:

disocierea ternic a hidrocarburilor, disocierea electrochimic a apei, reducerea vaporilor de ap,

gazeificarea combustibililor solizi i lichizi .

8 -Procedee de obinere a metanolului sunt: distilarea uscat i n vid a lemnului, hidrogenarea

oxidului de carbon, sinteza chimic din piatr de calcar (licen Chrysler) .

9 - Procedee de fabricare a etanolului sunt: adiia apei la eten , hidrogenarea aldehidei

acetice, fermentaia zaharidelor conform reaciei:

C6H12O6 2C2H5-OH + 2CO2 (1.1)

glucoz etanol

1.4. Formularea combustibililor pentru motoarele cuaprindere prin scnteie ale autovehiculelor

Benzinele comerciale pentru motoarele cu ardere intern ale autovehiculelor se obin ca

amestecuri de: fraciuni de baz (benzine de distilare primar, de cracare, de reformare, etc),

componeni (n proporie de 6%) si aditivi (sub 6%) .

Formularea final a benzinelor, n concordan cu motorul i condiiile de exploatare, se

realizeaz n rafinrii, n depozitele pentru Desfacerea Produselor Petroliere sau firme

subordonate acestora. Caracteristicile de baz care determin formula benzinelor auto sunt: cifra

octanic , presiunea de vapori Reid, compoziia fracionat i densitatea.

1.4.1. Aditivi pentru benzinele auto

Aditivii au rolul de a mbunti calitile de exploatare ale combustibilului de baz. Ei trebuie s

satisfac urmtoarele condiii:

eficacitate n concentraii mici;

enzime


9/75


8

ardere complet n camera de ardere, fr depuneri;

solubilitate bun n combustibili;

stabilitate bun n combustibili la toate temperaturile de exploatare;

pre convenabil.

Principale tipuri de aditivi utilizai n benzinele auto sunt:

a - Aditivii antidetonanti. Acetia au menirea de a mri rezistena la detonaie a benzinelor. Cel

mai utilizat antidetonant este tetraetilul de plumb (TEP) cu formula (C 2H5)4Pb. n benzinele

standard romneti TEP-ul se adaug n proporie de 0,3...0,6 ml/l benzin. n benzine se

introduce aa-numitul "etil-fluid " compus din : 61,48% TEP, 1,85% colorani (n scopulsemnalrii prezenei TEP-ului care este toxic) i 36,04% substane antrenante, de tipul

halogenailor ( cu scopul de a mpiedica depunerile de compui ai plumbului rezultai n urma

arderii TEP-ului) .

Un alt aditiv antidetonant este tetrametilul de plumb (TMP) cu formula (CH 3)4Pb; el are o

eficacitate mai mare dect a TEP-ului, dar este mult mai toxic i mai scump . De cele mai multe

ori se recurge la o soluie de compromis fcndu-se un amestec de 3 pri TEP i 1 parte TMP .

b - Aditivii antioxidani, inhibitori de gume, s-au utilizat iniial pentru benzinele de cracare

termica, folosirea lor fiind astzi generalizat . Rolul lor este acela de a preveni oxidarea

hidrocarburilor nesaturate i formarea gumelor; n calitate de aditivi antidetonani se folosesc

derivaii alchilici ai fenolilor i fenil-diaminele n proporie de 0,001 ... 0,02 % .

c - Aditivii pentru combaterea aprinderilor secundare - au rolul de a atenua sau chiar nltura

aprinderile necontrolate ; ca aditivi pentru combaterea aprinderilor secundare se folosesc

compui pe baz de fosfor, precum i compui pe baz de bor, nichel, crom sau cobalt .

d - Inhibitorii de coroziune au menirea de a atenua fenomenul de formare a ruginei de ctre apa

care ptrunde n benzin ; ei sunt substane tensioactive de tipul alcoolilor, aminelor, fosfailor i

se adaug n proporie de 3 ... 50 p.p.m.

e - Aditivii detergeni au rolul de a menine "curenia" motorului i a instalaiei de alimentare;

ei sunt amine ale acizilor grai, compui acid -ester i se adaug n proporie de 20...50 p.p.m.

f - Agenii antigivraj se introduc n benzine n scopul de a preveni formarea gheii n carburator;ei sunt de tipul alcoolilor i glicolilor i se adaug n proporie de maxim 1% .


10/75


9

g - Aditivii multifuncionali sunt aditivii care pot ameliora n acelai timp mai multe proprieti;

pentru benzine exist spre exemplu, aditivi multifuncionali de tip inhibitori de coroziune,

detergeni i antigivraj .

1.4.2. Benzine auto romneti

Benzina pentru automobile se livreaz n tipurile i cu caracteristicile precizate n STAS 176 -80.

Benzina NORMAL are cifra octanic CO/R 75, iar n variant etilat cu 0,6 % TEP are cifra

octanic CO/R 80 . Acest tip de benzin prezint o volatilitate redus, iar cifra octanic sczut o

face apt de utilizare doar n m.a.s. -urile cu raport de comprimare redus ( < 7).

Benzina REGULAR are cifra octanic CO/R 87 i se obine prin amestecarea a 80-90 %

benzina CO/R 75 cu 10-15 % benzin CO/R 90, la care se adaug 0,6% TEP . Se utilizeaz la

m.a.s.-uri cu raportul de comprimare < 8.

Benzina PREMIUM I are cifra octanic CO/R 96 ... 98 i se obine prin amestecarea a 75%

benzin CO/R 90 cu 13% component reformat, 12% metanol i 0,3% TEP .

Benzina PREMIUM II are cifra octanic CO/R 95 (Extra ) i se compune din 88 % benzin cu

CO/R 90, 15 % component rafinat i 0,06 % TEP .

Benzinele PREMIUM se utilizeaz la motoarele cu raportul de comprimare 8<


11/75


10

b) Aditivii anticongelani sau depresani se utilizeaz n scopul micorrii temperaturii de

congelare cu (10 .. 15) C prin adugarea lor n proporie de 0,02 ... 0,2 %. Denumirile lor

comerciale sunt : Paradyne-20, Paragel, Acryloid-15, Amoco-540, etc.

c) Aditivii antioxidani au aceeai destinaie ca i n cazul benzineler; ponderea lor este de 17 ...

170 p.p.m. i sunt substane de tipul aminelor organice mixte .

d) Aditivii antifum se introduc n motorine n scopul micorrii emisiei de fum; cel mai utilizat

aditiv antifum este sulfonatul de bariu .

e) Aditivii multifuncionali n cazul motorinelor au ca efecte cumulate: detergen , antirugin,

antifum, odorizante. Denumirile comerciale ale principalilor aditivi multifuncionali sunt Ethyl-

MPA-diesel, Lubrizol-500 , Paradyne-11, M-832 (Monsanto) .

Motorinele standard au caracteristicile de exploatare i identificare prezentate n STAS 240-80.

Ele se clasific n funcie de punctul de congelare n urmtoarele categorii: motorine (-35), (-25),

(-15), (-10), (-5) i (+5), avnd o cifr cetanic de 40 - 45 uniti.

Pentru vehiculele militare, N.I.I. 7206-77 precizeaz caracteristicile motorinei respective, din

care precizm temperatura de congelare

(-45) C, cifra cetanic 45, indicele diesel 50.

1.6. Corelaiile dintre proprietile combustibililor lichizi iparticularitile funcionale ale motoarelor

n prezentul subcapitol se vor analiza succint doar acele proprieti fizico-chimice ale

combustibililor care influeneaz n mod direct i sensibil comportarea motorului .

1.6.1. Presiunea vaporilor saturaiPresiunea vaporilor saturai ai carburantului este o msur a volatilitii acestuia. Ea se determin

conform STAS 121-80 cu aparatul Reid, drept pentru care se mai numete i presiune Reid.

Pentru benzinele romaneti presiunea de vapori Reid are valori de 500 ... 600 torri. Cu ct

presiunea de vapori Reid e mai mare, cu att coninutul de fraciuni uoare este mai mare,

influennd corespunztor temperatura de pornire i fenomenul de dop de vapori (vezi subcap.

2.6.2.) .

1.6.2. Compoziia fractionat a combustibililor*Prin compoziie fracionat a combustibilului se nelege compoziia pe fraciuni, conform STAS

36-67, determinat n aparate STAS sau ASTM (American Society for Testing and Materials).

Compoziia fracionat este caracterizeaz de curba de distilare fracionat ASTM (figura 1.4).

* Vezi i lucrarea de laborator
http://-/?-


12/75


11

Figura 1.4

Curba 1 s-a obinut pentru white-spirit, curba 2 pentru benzin , iar curba 3 pentru motorin. n

ordonat se reprezint volumul distilat, n procente, iar n abscis temperatura de distilare.Principalele puncte caracteristice sunt reprezentate pentru curba 2. Acestea sunt:

tid - temperatura de nceput de distilare;

t10% - temperatura la care distileaz primele 10 procente i care d o imagine clar asupra

coninutului de fraciuni uoare. Coninutul de fraciuni uoare (deci t 10%) influeneaz:

- comportarea la rece a motorului;

- pornirea motorului;

- dopurile de vapori, percolarea i givrajul;

t50% - temperatura la care au distilat 50 procente din cantitatea iniial i care d o imagine

asupra coninutului de fraciuni medii. Acestea (deci t 50%) influeneaz:

- calitile de repriz i accelerare la motorul cald;

- omogenizarea amestecului carburant;

- consumul de combustibil n perioada nclzirii;

t90% - temperatura la care au distilat 90 procente din cantitatea de combustibil i care

caracterizeaz coninutul de fraciuni grele. Acestea (deci t 90%) influeneaz:

- neuniformitatea distribuirii amestecului pe cilindri;

- ancrasarea bujiei i uzura motorului;

- diluarea uleiului (uzura motorului);

- diferenele de sensibilitate ntre cilindri privind nclinarea la detonaie .

Temperatura de pornire este temperatura minim a mediului ambiant la care un combustibil

poate asigura pornirea motorului. Ea este influenat de coninutul n fraciuni uoare, conform

relaiei:

tamin = 0,5 t10% + 0,33 t id - 67,17 [C] (1.2)unde: tamin - temperatura minim a mediului la care poate porni motorul.


13/75


12

In tabelul 1.3 se prezint valorile temperaturii de pornire determinate experimental, pentru

diferite caliti de benzine .

Tabelul 1.3.

t10% [C] tamin [C]

54 (-21)...(-18)

60 (-17)... (-14)

66 (-13)... (- 9)

Dopurile de vapori sau aa-zisul fenomen "vapor-lock", sunt condiionate de coninutul de

fraciuni uoare. Acestea, prin nclzire se dilat mrindu-i volumul de 150- 200 ori, afectnd

debitul pompei de combustibil n sensul scderii lui. Amestecul carburant va deveni foarte srac,

iar motorul se va opri. Acest fenomen apare mai ales la pompele de combustibil cu productivitate

mic . Formarea dopurilor de vapori se evit parial dac se ndeplinete condiia :

t10% ta + 46,5 [C] (1.3)

unde: ta - temperatura mediului ambiant .

Percolarea este un fenomen determinat de temperaturile ridicate existente sub capota motorului,

n regim de relanti sau dup oprirea motorului, care const n crearea unei suprapresiuni n

camera de nivel constant a carburatorului, oblignd benzina s treac n mod forat prin

dispozitivul principal de dozare n camera de amestec unde se formeaz un amestec excesiv debogat. In consecin apar opriri n ralenti, rateuri a le aprinderii, mers neregulat mai ales n ora .

Givrajul carburatorului este un fenomen datorat tot coninutului de fraciuni uoare ale

benzinei i care const n depunerea de ghia pe difuzorul carburatorului, pe clapeta de

acceleraie i n zona situat sub orificiul de descrcare al dispozitivului de mers n gol ncet

(figura 1.5). Formarea i depunerea ghieii se explic prin faptul c vaporizarea benzinei n

carburator determin scderea temperaturii pieselor cu 16...21 C ; dac umiditatea aerului este

de 60 ... 100% are loc formarea i depunerea gheii. La temperaturi ale mediului ambiant mai

mici de minus un grad Celsius ta < (- 1 C) givrajul nu se produce cci umiditatea aerului rece

este sczut . n figura 1.6 se prezint cmpurile de givraj .

Figura 1.5 Figura 1.6.


14/75


13

Neuniformitatea distribuiei amestecului carburant ntre cilindrii motorului este un fenomen

determinat n bun msur de fraciunile grele ale combustibilului; astfel fraciunile grele, avnd

o inerie mai mare ajung n cilindrii situai la extremitile motorului, n timp ce cilindrii din

mijloc sunt umplui n preponderen cu fraciuni uoare. Aceast mprejurare are efecte sensibile

asupra calitii amestecului

( - coeficientul excesului de aer), asupra distribuirii aditivului antidetonant, deci asupra

funcionrii motorului, aa dup cum se constat din tabelul 1.4.

Tabelul 1.4

grele medii uoare uoare medii grele Exces nCH

bogat normal srac srac normal bogat exces deficit deficit exces Exces n

TEPancrasare

bujiecoroziunebujie isupape

detonaiislabe

detonaiislabe

coroziunebujie isupape

ancrasarebujie

Efectenegative

1.6.3. Densitatea combustibililor

Densitatea reprezint masa unitii de volum. Densitatea combustibililor este proporional cu

numrul de atomi din carbon din moleculele hidrocarburilor ce compun combustibilul .

Tabelul 1.5.

Combustibil 204d

Benzin PetrolMotorin

0,70 ... 0,784 0,755 ..0,874 0,82 ... 0,910

Pentru lichide se utilizeaz frecvent i noiunea de densitate relativ, care este adimensional i

care este raportul dintre densitatea lichidului la temperatura considerat raportat la densitatea

apei la temperatura de 4 C, conform relaiei (1.4).

44apa

tt

(1.4)

1 2 3 4 5 6


15/75


14

Figura 1.7.

n tabelul 1.5 se dau densitile relative pentru civa combustibili, iar n figura 1.7 se

evideniaz faptul c o benzin cu densitate mai mare determin consumurile la suta de kilometri

mai mici .

1.6.4. Puterea caloric.

Prin putere caloric se nelege cantitatea de cldur care se degaj prin arderea complet a unui

kilogram de combustibil lichid sau a unui metru cub normal de combustibil gazos. Se msoar n

[kcal/kg]; [kJ/kg] sau [Kcal/Nm3]; [kJ/Nm3]. Dac puterea caloric include i cldura de

vaporizare a apei nglobate n combustibil ea se numete putere caloric superioar (P cs). Dac

din aceasta se scade cldura necesar vaporizrii apei se obine puterea caloric inferioar (Pci) .

Puterea caloric depinde de numrul de atomi de hidrogen din molecula hidrocarburilor ce

compun combustibilul .

In tabelul 1.6 se dau puterile calorice inferioare i aerul minim necesar arderii ctorva

combustibili lichizi .

Tabelul 1.6.

CombustibiliPci

[kJ/kg]

Lmin

[kgaer/kgcomb]

Benzin de distilare primar 44361 15,1

Benzin de cracare termic 44152 14.9Benzin de cracare catalitic 43607 14,6

Benzin de reformare catalitic 42938 14,3

Benzin CO/R 93 var 43147 14,5

Metanol 19251 6,53

Etanol 26365 9,00

Motorin 41850 15,00

Kerosen 43105 15,00

n camerele de ardere ale mo toarelor arde amestecul carburant a crui putere caloric secalculeaz conform relaiei (1.5).


16/75


15

kgkJ

min1 L

PciPciam

(1.5)

unde : Pci - puterea caloric a combustibilului ce intr n componena amestecului carburant ; -

randamentul arderii; - coeficientul de exces de aer ; Lmin - aerul minim necesar arderii unui

kilogram de combustibil. n tabelul 1.7 se prezint civa combustibili cu valorile puterilorcalorice ale amestecurilor corespunztoare .

Tabelul 1.7.

Combustibil Pci

[kJ/kg]

Lmin [kgaer/kgcomb.] Pciam

[kJ/kg]

Benzin auto 43932 15,0 2744,7

Motorin 41840 14,1 2744,7

Metanol 22258,8 6,53 2949,7

Etanol 27092,4 9,5 2577,34

1.6.5. Cifra octanic *

Cifra octanic este proprietatea combustibililor pentru motoarele cu aprindere prin scnteie care

caracterizeaz rezistena la detonaie a acestora .

Prin cifra octanic se nelege coninutul procentual, n volume, de izooctan, dintr-un amestec

etalon de izooctan i n-heptan care n condiii standard de ncercare pe motoare CFR se comport

identic din punct de vedere al rezistenei la detonaie ca i benzina testat .

Amestecul etalon este realizat din dou hidrocarburi de referin: izooctanul C 8H18 creia i seatribuie n mod convenional cifra octanic 100 i n-heptanul C7H16 cruia i se atribuie cifra

octanic zero .

Pentru determinarea cifrei octanice a unei benzine exist dou metode de laborator: "metoda

Research " cu ajutorul creia se determin CO/R i "metoda Motor" cu ajutorul creia se

determin CO/M. Ambele metode utilizeaz un motor monocilindric cu raport de comprimare

variabil, de tip CFR-ASTM sau IT 9 - 2. Instalaia de msurare a standului poate msura

intensitatea detonaiei n motor, acesta fiind alimentat pe rnd cu dou amestecuri etalon (ale

cror cifre octanice trebuie s ncadreze cifra octanic prezumtiv a benzinei testate) i cubenzina supus testrii. Schema detectorului de detonaie este dat n figura 1.8 unde s-au fcut

notaiile: 1 - piston; 2- membran metalic plasat ntr-un decupaj al chiulasei; 3 - tij; 4-

platinele pinului electromecanic; 5- termocuplu; 6 - miliampermetru cu 100 gradaii

convenionale; 7 - bateria de acumulatori; 8 - rezistor de sarcin ; 9- bujie; 10- mecanism melc-

roat melcat pentru deplasarea axial a cilindrului, n scopul varierii raportului de comprimare;

10 - cilindru turnat monolit cu chiulasa.

Detectorul de detonaie se mai numete knockmetru i poate fi n varianta pin electromecanic sau

detonormetru electronic. Cifra octanic se calculeaz cu relaia:

* Vezi i lucrarea de laborator
http://-/?-


17/75


16

21

1121

aa

aaCOCOCOCO XX

(1.6)

unde: CO1, CO 2, CO X- cifrele octanice ale celor dou amestecuri etalon, respectiv a benzinei

testate; 1a , 2a , Xa - mediile aritmetice ale citirilor pe scala knockmetrului ale in tensitilor

Figura 1.8

detonaiei cnd motorul lucreaz cu cele dou amestecuri etalon, respectiv cu benzina supus

testrii. Pentru ca valoarea determinat cu ajutorul relaiei (1.6) s poat fi acceptat, trebuie

ndeplinit condiia:

CO = |CO1-CO2| 2 (1.7)

Actualmente metoda uzual de determinare este " metoda Research"

Dac valoarea cifrei octanice este mai mare de 100, ea poart denumirea de "cifr de

performan" .

Cifra octanic de drum (CO/D) este cifra octanic necesar unei benzine pentru a asigura

funcionarea fr detonaie a unui motor existent oricare ar fi regimul de funcionare. Exist mai

multe metode de determinare a cifrei octanice de drum : metoda Borderline modificat, metoda

Uniontown modificat , metoda DON (Distribution Octane Number), metoda Delta Research

(R) i metoda clasic a curbelor limit de avans la detonaie (figura 2.8). n cadrul acestei

ultime metode, autovehiculul se deplaseaz pe drum plat, n priz direct, n sarcin maxim, el

putnd fi alimentat pe rnd cu combustibili (sau amestec etalon heptan-izooctan) cu cifroctanic diferit.

n diagrama superioar din figura 1.9 s-au reprezentat curbele limit la detonaie (caracteristica

de detonaie) pentru diverse sortimente de combustibili, funcie de viteza de naintare a

automobilului, peste care s-a suprapus caracteristica unghiului optim ( opt.) de avans la

aprindere; prin construcia realizat n diagrama de jos a figurii 2.8 s-a determinat cifra octanic

de drum .

Diferena dintre CO/R i CO/M se numete cifra de sensibilitate a benzinei, iar diferena dintre

CO/R i CO/D se numete deprecierea octanic a benzinei .


18/75


17

n cazul n care se face un amestec de doi combustibili cu cifre octanice diferite, cifra octanic a

amestecului rezultant este:

100

100 refadadadam

COVCOVCO

(1.8)

unde: Vad - volumul combustibilului adugat, n procente ; CO ad, COref cifra octanic acombustibilului adugat, respectiv cifra octanic a combustibilului de referin. Relaia (1.8) este

valabil numai dac ambii componeni su nt fie etilai, fie neetilai .

Tabelul 1.8

REGIMURILE DE FUNCIONARE ALE MOTOARELOR EXPERIMENTALE PENTRU

DETERMINAREA CIFREI OCTANICE

Parametru de funcionare Metoda de determinare a CO F1 - Research

(CO/R) F2 - Motor (CO/M)Turaia rot/min 600 6 900 9

Lichidul de rcire ap

Temperatura lichidului , C 100 2

Temperatura aerului , C 52 1 40 - 50

Calitatea uleiului, SAE M 30

Umiditatea aerului admis, g ap/kg aer

uscat

3,0...7,0

Temperatura amestecului carburant, CAvansul aprinderii

Nu se nclzete13 RAC pentru

orice

149 1 26 RAC dac = 5;daca 5

avansul se modific automat

Compoziia amestecului corespunde la : Detonaia maxim

Amestecul de combustibil cu care se

stabilete detonaia

70% izooctan

40% n-heptan

65% izooctan 35% n-heptan

Limitele de variaie ale raportului de

comprimare

4,0 - 10,0

Raportul de comprimare la care sestabilete detonaia etalon la 1 daN/cm2 5,75 5,3

Modul de msurare a intensitii detonaiei Cu detonometrul electronic sau cu pinul

electromecanic

Modul de msurare a detonaiei Prin modificarea raportului de comprimare a

motorului

Tipul motorului experimental IT9 - 6 sau CFR IT9-2M, IT9-2 sau CFR

Diametrul cilindrului, mm 82,55

Cursa pistonului , mm 114,5

Numrul de tim pi ai motorului 4


19/75


18

Figura 1.9

1.6.6. Cifra cetanic

Cifra cetanic este proprietatea combustibililor pentru m.a.c.-uri care caracterizeaz calitile de

autoaprindere.

Prin cifr cetanic se nelege coninutul procentual, n volume de cetan dintr-un amestec etalonde cetan i - metil-naftalin care n condiii standard de ncercare (STAS 6918 - 64) are aceeai

sensibilitate la autoaprindere ca i combustibilul testat.

Cetanul C16H34. este e hidrocarbur alcanic ce se autoaprinde uor i creia i se atribuie

convenional cifra octanic CC = 100. Cea de a doua hidrocarbur este o hidrocarbur aromatic

- metil-naftalina C11H10 cu o mare rezistena la autoaprindere i i se atribuie cifra cetanic CC

= 0 .

Metodele cele mai utilizate pentru determinarea cifrei cetanice sunt, n ordinea preciziei,

urmtoarele: a - metoda coincidenei autoaprinderilor; b - metoda ntrzierii la autoaprindere; c -

metoda raportului critic de comprimare .

Metoda coincidenei autoaprinderilor const n utilizarea pe motorul monocilindric IT 9-3 a

trei combustibili: dou amestecuri etalon, cu cifrele cetanice cunoscute CC 1 i CC2, i motorina

de testat cu cifra cetanic necunoscut CCX; motorul trebuie s prezinte aceeai ntrziere la

autoaprindere indiferent de combustibilul utilizat i acest lucru se obine prin schimbarea

raportului de comprimare ( 1 - pentru primul amestec etalon, 2 pentru al doilea amestec etalon

i X - pentru motorina ncercat, toate aceste valori fiind cunoscute). Relaia de calcul este:


20/75


19

21

1121

XX CCCCCCCC (1.9)

Dac cifra cetanic este determinat prin metoda coincidenei autoaprinderilor ea se poate nota

astfel: CC/MC.

Figura 1.10. Figura 1.11.

Figura 1.12.

In figurile 1.10...1.12 se evideniaz influena cifrei cetanice asupra unor proprieti de

exploatare. Astfel rezult c n cazul motorinelor cu cifra cetanic mic se nrutesc calitilede pornire ale motoarelor , se accentueaz formarea depozitelor n poarta supapelor i n camera

de ardere, crete emisia de fum n evacuare , crete timpul de ntrziere la autoaprindere "ia"

(favoriznd apariia detonaiei diesel), dar scade consumul specific de combustibil . Dac cifra

cetanic este mare efectele negative remarcate anterior dispar, dar crete consumul specific de

combustibil i valoarea punctului de congelare "t cong" (ceea ce pericliteaz funcionarea

motorului n anotimpul rece) . Rezult deci c cifra cetanic trebuie s aib o valoare de

compromis, care la benzinele romneti variaz n limitele 40...45. Indicele diesel (ID) este un

parametru de apreciere mai rapid a sensibilitii motorinelor la autoaprindere. El se determinprin calcul cu relaia (1.10) unde: dAPI - densitatea combustibilului n grade API (American

Petroleum Institute ) ; A - punctul de anilin al motorinei, n F .


21/75


20

100

AdID API

(1.10)

Figura 1.14.

Figura 1.13.

Cunoscnd valoarea Indicelui Diesel se poate determina operativ valoarea cifrei cetanice

utiliznd fie nomograma prezentat n figura 1.13., fie relaia (1.11) unde "tm" este temperatura

medie de fierbere a motorinei n C .

CC = 0,666 ID + 0,1224 tm - 19,824 (1.11)

ntre cifra octanic i cifra cetanic a aceluiai combustibil

exist relaia:

CC = 60 - 0,5 CO (1.12)

1.6.7. Temperatura de autoaprindere

Prin temperatur de autoaprindere "T aa" se nelege temperatura la care un combustibil se aprinde

n condiii de temperatur i presiune determinate, n cilindrul motorului, fr iniierea procesului

cu ajutorul unei scntei electrice. Temperatura de autoaprindere depinde de o sum de factori din

care, n figura 1.14 se evideniaz c ea scade odat cu creterea presiunii i c combustibilii mai

grei se autoaprind mai uor.


22/75


21

1.7. Combustibili neconvenionali pentru motoarele cu ardereintern

Prin combustibili neconvenionali se neleg combustibilii care nu sa obin din iei. Datorit

resurselor limitate ale combustibililor convenionali, combustibilii neconvenionali constituie o

alternativ creia i se acord din ce n ce mai mult atenie.

Aa cum s-a mai precizat combustibilii neconvenionali pot fi grupai n cinci categorii, dup

cum urmez:

combustibili hidrocarbonici gazoi (gaze naturale);

hidrogenul;

compui organici oxigenai (alcooli i eteri);

uleiuri vegetale;

suspensii de crbune n motorin.

1.7.1. Combustibili hidrocarbonici gazoi

Utilizarea combustibililor hidrocarbonici gazoi pe scar relativ ampl are la baz urmtoarele

avantaje:

- ardere complet i uoar;

- cifr octanic ridicat (rezisten mare la detonaie);

- reducerea uzurii grupului piston -cilindru-segmeni de 1,5 ... 2 ori ;

- reducerea consumului de ulei;- atenuarea toxicitii;

- aparatur de dozaj a amestecului mai simpl i mai ieftin;

Ei au ns i dezavantaje dintre care semnalm

-micorarea autonomiei de deplasare ;

- micorarea capacitii utile a autovehiculului;

-consum sporit de combustibil la 100 km ;

-grad de securitate redus datorit buteliilor n care se stocheaz combustibilul sub presiune ;

-dificulti de stocare i distribuie a combustibilului .Combustibilii hidrocarbonici gazoi au la origine gazul natural uscat sau gazul natural umed.

Gazul natural uscat se gsete sub form de zcminte subterane i conine metan cu puritate

peste 99% . Gazul natural uscat, n spe metanul, poate fi utilizat sub dou aspecte : gaz natural

comprimat 'GNC" i gaz natural lichefiat "GNL " .

Gazul natural uscat (metanul) nu poate fi lichefiat n condiii normale de temperatur . Pentru a

ngloba ntr-un volum relativ redus o cantitate ct mai mare de combustibil gazos, gazul natural

se mbuteliaz n recipieni la o presiune de 20 MPa, ajungndu -se astfel la varianta "GNC " .

Gazul natural uscat (metanul ) se poate lichefia la presiuni de 0,5... 0,6 MPa dar la temperaturi

sczute de (-160 C) folosind tehnica criogen (a temperaturilor sczute ) mbutelierea fcndu-


23/75


22

se n butelii criogenice de tip Dewar ; se ajunge astfel la varianta de combustibil gazos " GNL"

care nu poate fi utilizat ca atare la autovehicule .

Gazul natural umed se gsete n zcmintele de iei i mai poart denumirea de gas de sond.

El este un amestec de metan , etan, propan, butan, pentan, etilen, propilen , etc. Fraciunile

uoare se pot condensa sub form de gazolin. Gazul natural umed, componenii lui (cu excepiametanului) se pot lichefia relativ uor la presiuni de 1,6 ... 2 MPa la temperatur normal,

obinndu-se astfel combustibilul denumit gaz petrolier lichefiat "GPL". Fa de GNC, GPL-ul

are avantajul unei stocri mai avantajoase att din punct de vedere al siguranei , preului, ct i a

nglobrii ntr-un volum similar al unei cantiti de combustibil ce asigur o autonomie de

deplasare de cca 3 ori mai mare.

Cei mai utilizai combustibili hidrocarbonici gazoi sunt la ora actual GNC i GPL (cu

constitueni principali butan i propan).In tabelul 1.9 se prezint caracteristicile de baz ale componenilor combustibililor

hidrocarbonici gazoi; n ultima coloan se dau aceleai caracteristici pentru hidrogen .

Pentru combustibilii gazoi aprecierea rezistenei la detonaie se face analog cu combustibilii

lichizi, cu ajutorul cifrei metanice "CM", lund ca referin metanul cruia i se atribuie

convenional cifra metanic CM = 100 , Benzinele auto au cifra metanic de ordinul 15 ... 35. n

figura 2.14 se d dependena dintre cifra metanic i raportul de comprimare. Benzinele auto pot

fi substituite uor cu combustibili gazoi i care s aib aceeai cifr metanic cu a benzinelor; n

schimb la m.a.c.-uri utilizarea combustibililor gazoi impune scderea drastic a raportului decomprimare de la 16 ... 18 la 9... 12.

Figura 1.15.


24/75


23

Tabelul 1.9.

Caracteristicile de baza ale componenilor combustibililor gazoi

Caracteristici Metan Etan Pro

pan

Butan Pen

tan

Izooctan Etilena Propilena Butena Hidrogen

Masa molecular 16,03 30,05 44,06 58,08 72,09 114,20 28,03 42,05 56,06 2,015

Temperatura de fierbere la presiunea de 760mmHg [C]

-161,3 -88,6 -42,2 -0,5 + 86 +92,2 -103,5 -47 + 1,4 -253

Densitatea la 15C i 760 mmHg [kg/m3] 0,67 1,273 1,867 2,46 3,05 - 1,137 1,78 2,37 0,086

Cldura de vaporizare [kcal/ kJ] 122,6 - 103 94 - 65 115 103 98 -

[Kcal/m3] 8087 14340 20485 26679 32940 51000 13280 19393 25565 2443

Puterea caloric inferioar[Kcal/kJ] 11895 11264 10972 10845 10800 10450 11133 10895 10778 28660

[m3

aer/ m3

comb.]9,52 16,66 23,01 31,09 38,08 - 14,29 21,43 28,57 2,36

Cantitatea teoretic de aer

necesar arderii complete [m3

aer/kg

comb.]14,20 12,1 12,81 12,64 12,83 12,83 12,8 12.05 12,05 27,7

Cldura de ardere a armestecului

stoichiometric [Kcal/m3]

770 812 847 855 843 850 868 861 364 723

Temperatura de ardere a amestecului

stoichiometric [C]2020 2020 2043 2057 2072 2100 2154 2110 2100 2230

Temperatura de autoaprindere [C] 640 575 545 520 495 500 515 505 475 575

Cifra metanic [%] 100 44 34 10-17 16 20 21


25/75


24

1.7.1.1. Comparaie ntre combustibilii hidrocarbonici gazoi

In tabelele 1.10 i 1.11 se prezint o comparaie a combustibililor hidrocarbonici gazoi prin

prisma unor indici energetici i de exploatare.

Tabelul 1.10.

Comparaie ntre combustibilii gazoi

Caracteristici Gaz lichefiat GPLGaz metan

lichefiat GNL

Gaz metan

comprimat

GNC

1 Noxe n eapament

- CO, %

- NOX, ppm- PbO2

- CH, ppm

-reactivitate fotochimic

0,22

145-

229

egal cu benzina

0,1

144-

105

0

0.09

139-

99

0

2 Cifra octanic 95 - 105 115 - 120 115 - 130

3 Condiii de depozitare:

- tipul rezervorului

- pres. atmosferic

- temperatura C

neizolat termic

10 - 18ambiant

izolat termic

4-162

1 - 10 butelii O2

150 - 200

ambiant

4 Pierderi prin

evaporare, l/zi- 3 - 4 -

5 Costul adaptrii unui

autovehicul450 900 350 - 800

6 Costul carburantuluipe

mil*), n ceni SUA3,2 3,0 1,9

7 Parcursul mediu cuncrctur, km 400 400 150

*) pentru autovehicul care face 15 mile pentru 1 galon .

Sigurana n exploatare:

limita de inflamabilitate 700 C la GNC;

limita de inflamabilitatee 425 C pentru benzin.

La cele precizate n tabelele 1.10 i 1.11 se mai poate aduga faptul c fa de motorul alimentat

cu combustibil lichid convenional, puterea motorului scade cu 20% dac l alimentm cu GNC

i cu 10% dac l alimentm cu GPL. De asemenea se face precizarea c 1 m 3 de CH4 comprimat

echivaleaz cu 1,4 l benzin.


26/75


25

Tabelul 1.11.

Volum i mas

Densitate PC Combusti

bil

Rezer

vor combCombustibil

kg/m3 kcal/ kg kcal/l l kg kg

Benzin 750 10450 7838 74 55,5 70

Metan la

160 bar114 11895 1360 426 48,6 500

Metan

lichefiat415 11895 4940 117 48,7 140

Propan

lichefiat510 10972 5600 103,6 52,8 90

1.7.1.2. Tipuri caracteristice de procese de lucru la motoarelealimentate cu combustibili hidrocarbonici gazoi.

Trecerea de la folosirea combustibililor convenionali la cei neconvenionali se face de obicei

prin adaptarea motoarelor de serie cu benzin sau motorin la alimentarea cu combustibil gazos .

Exist urmtoarele soluii de funcionare cu combustibil gazos:a) m.a.s.-urile folosesc varianta "integral - gas", adic nlocuirea total a combustibilului

lichid cu combustibil gazos, iniierea aprinderii realizndu-se cu ajutorul bujiei;

b) m.a.c.-urile folosesc soluia "diesel -gas" (sau "dual-fuel") , adic utilizarea alturi de

combustibilul gazos a unei cantiti de (10 ... 15) % motorin din consumul motorului

alimentat cu combustibil lichid. Utilizarea motorinei este absolut necesar pentru c

combustibilul gazos avnd temperaturi de autoaprindere ridicate (500 ... 600 C) nu se

poate autoaprinde n condii ile oferite de camera de ardere; n acest caz mersul n gol

ncet precum i iniierea procesului de ardere n orice regim de funcionare sunt asiguratede motorin.

Alturi de aceste dou principale procedee motoarele alimentate cu gaz pot avea i variante cu

antecamer i bujie .

1.7.2. Hidrogenul n calitate de combustibil

Hidrogenul constituie sperana de viitor pentru alimentarea motoarelor cu ardere intern. n

aceast calitate el prezint urmtoarele avantaje:


27/75


26

- rezerve practic inepuizabile, dat fiind faptul c n oceanul planetar hidrogenul i deuteriul

reprezint 1,21017 t, respectiv 21013 t ;

- este foarte pur i nu produce noxe;

- are o putere caloric inferioar gravimetrica Pci = 28630 kcal/kg adic de 2,8 ori mai maredect cea a benzinei ;

- motoarele cu ardere intern se pot adapta uor la funcionarea cu hidrogen.

n acelai timp utilizarea hidrogenului este frnat din cauza dezavantajelor pe care le prezint:

-preul de cost este nc ridicat;

-puterea caloric volumic este de 3 ...4 ori mai mic dect cea a benzinei i motorinei;

-are o vitez mare de ardere, deci dezvolt un gradient de cretere a presiunii "dp/d" mare

favoriznd arderea anormal de tip detonant ;

- stocare dificil i costisitoare ;

-prezint fenomenul de aprindere spontan urmat de rateuri n admisie sau preaprinderi, datoritenergiei mici de activare .

Evitarea sau atenuarea fenomenelor de aprindere spontan, rateuri, preaprinderi se face prin:

a) - utilizarea inhibitorilor de argon, heliu, azot sau amoniac;

b) - rcirea punctelor calde de pe traiectul admisiei i din camera de ardere;

c) - separarea hidrogenului de aer prin introducerea hidrogenului printr-o supap amplasat

n colectorul de admisie sau direct n camera de ardere .

Una din problemele importante ale utilizrii hidrogenului pentru alimentarea m.a.s.-urilor este

stocarea lui n cantiti mici necesare motoarelor . Actualmente, cele mai eficiente variante de

stocare sunt:

1) mbutelierea hidrogenului gazos sub presiune, care se face n butelii la 15 ... 30 MPa.

Stocarea hidrogenului n butelii atrage dup sine msuri necesare asigurrii securitii, ct i

implicaii privind greutatea automobilului. Astfel, buteliile cu hidrogen, echivalent unui rezervor

de benzin CO/R 98 de 67 l, cntresc 250 kg, sau o butelie de 80 kg coninnd 2 kg hidrogen

asigura autoturismului OLTCIT CLUB o autonomie de 235 km la viteza de 80 km/h incrctur maxim;


28/75


27

2) - Stocarea hidrogenului lichid n instalaii criogenice la temperaturi de ( - 252,75 C) n

vase de tip Dewar. Densitatea hidrogenului lichid este de 3 ori mai mare dect a hidrogenului

gazos comprimat la 30 MPa. Un litru de hidrogen lichid dezvolt o energie echivalent cu cea a

0,27 l benzin, deci rezervoarele de hidrogen trebuie s aib un volum de 4 ori mai mare dect

cel de benzin . Utilizarea hidrogenului lichid pentru motoare nu este nc de actualitate datorit

energiei mari consumate pentru lichefierea gazului;

3) - Stocarea n hidruri metalice de tipul LaNi5 i FeTi care ncorporeaz n buretele

metalic 1,4 ... 3,5 % hidrogen. Absorbia hidrogenului se face prin comprimare la 1 MPa i 70 C

pentru FeTi i la 0,3 MPa i 20 C pentru LaNi5 . Eliberarea hidrogenului se realizeaz prin

nclzire moderat sau realizarea unei depresiuni . Hidrogenul echivalent la 1 dm 3 benzin

necesit 15 kg hidrur .

Actualmente cele mai mari sperane n utilizarea hidrogenului drept combustibil pentruautovehicule se leag de folosirea lui n pilele de combustie (fuel cells).

1.7.3. Compui organici oxigenai

Compuii organici oxigenai ce pot fi utilizai cu succes n calitate de combustibili pentru

motoarele cu ardere intern sunt alcoolii i eterii.

Alcoolii folosii cu succes n acest scop sunt alcooli monohidroxilici (conin un singur radical -OH). Cei mai utilizai sunt:

- metanolul CH3-OH;

- etanolul C 2H5-OH;

- ter butil alcoolul (TBA) C 4H9-OH.

Toi aceti alcooli sunt lichizi incolori i se pot amesteca cu apa n orice proporie.

Eterii utilizai n calitate de combustibili rezult din eliminarea unei molecule de ap din dou

molecule de alcool sau fenol. Cei mai cunoscui sunt:

- metil ter butil eterul (MTBE) CH 3-O-C4H9;

- metil ter amil eterul (MTAE) CH 3-O-C5H11.

Aceti eteri sunt lichizi au un miros plcut i sunt buni solveni; nu se amestec cu apa n orice

proporie.

Proprietile fizico-chimice ale combustibililor de tip compui organici oxigenai de dau n

tabelul 1.12


29/75


28

Tabelul 1.12

Caracteristica Metanol Etanol TBA MTBE MTAE Benzin MotorinCompoziie

c

h

o

0,375

0,125

0,500

0,52

0,13

0,35

0,648

0,135

0,216

0,681

0,136

0,182

0,706

0,137

0,157

0,85

0,15

-

0,86

0,12

0,02Lt [kg/kg] 6,44 8,95 11,1 11,7 12,1 14,9 14,5

Pci [kJ/kg] 19937 26805 32560 35200 36500 42690 42600

Pcam

[kJ/kg]

[kJ/m3]

2680

3256

2693

3393

2690

3658

2771

3740

2786

3978

2701

3758

2937

3948

CO/M 87 87 100 100 100 80-90 -

CO/R 106 106 113 117 114 90-98 -

CC 0-3 5-10 - - - - 45-50Tauto [C] 464 423 - - - 257-

327

200-220

Tinfl [C] 11 12,8 - - - < 20 50-140

n ultimele dou coloane sunt date spre comparaie caracteristicile combustibililor convenionali

motorin i benzin.

n tabelul 1.12 s-au fcut notaiile: L t - cantitatea de aer necesar arderii teoretice; Pcam - puterea

caloric a amestecului carburant; Tauto - temperatura de autoaprindere; Tinfl - punctul deinflamabilitate.

Din analiza tabelului se pot extrage urmtoarele observaii:

Observaia 1: Compuii organici oxigenai au rezisten la detonaie (CO) mai mare dect a

combustibililor convenionali, lucru care permite creterea rapoartelor de comprimare la valori

ntre 11 i 14 uniti, cu efect asupra scderii consumului specific de combustibil i a creterii

puterii litrice.

n acelai timp prezint cifre cetanice mici astfel nct nu pot fi utilizai la m.a.c. dect prin

folosirea unei aditivri intense (pn la 25% cu aditivi acceleratori)

Observaia 2: Alcoolii au o cldur de vaporizare de circa 4 ori mai mare ca benzina; prin

vaporizarea lor n cilindru scade temperatura n interiorul cilindrului astfel nct coeficientul de

umplere crete, se poate mri raportul de comprimare pn la 14 cu efecte pozitive asupra

creterii randamentului termic.

Observaia 3: Tensiunea superficial i presiunea de vapori sunt de 2 - 4 ori mai mici dect ale

benzinei, din cauza l ipsei fraciunilor uoare. Ca urmare alcoolii nu se vaporizeaz la temperaturi

mai mici de 4 -16 C fcnd imposibil pornirea motoarelor cu carburator.


30/75


29

Observaia 4: Unii combustibili organici oxigenai sunt toxici (de exemplu metanolul).

Observaia 5: Trecerea unui m.a.s. de pe benzin pe alcool nu duce la scderi sensibile ale

puterii; ponderea alcoolului n amestec fiind ns mai mare (de cca. 2,2 ori la metanol),

rezervorul de combustibil trebuie s se dubleze pentru aceeai autonomie de deplasare i atrage

dup sine necesitatea creterii debitului pompei de alimentare, a diametrelor jicloarelor etc.

1.7.3.1. Amestecurile de metanol i combustibiliconvenionali

Metanolul se utilizeaz cu succes numai n amestecuri .

a) - Amestecul metanol - benzin este utilizat pentru m.a.s.-uri . Una din problemele importanteeste aceea a asigurrii unei amestecri ct mai bune a metanolului cu benzina ntruct au

miscibilitate redus . Acest lucru se asigur fie prim folosirea unui amestector mecanic, fie prin

folosirea unor aditivi de cuplare .

La noi n ar s-au testat dou variante de alimentare :varianta CCSITA Piteti care utiliza un

amestec de 58% CH3-OH i 42% benzin, autoturismul Dacia 1300 fiind echipat cu dou

rezervoare, unul de 40 l pentru CH 3-OH i unul de 45 l pentru benzin; varianta IMMT care

alimenta autoturismul Dacia 1300 cu 43% CH 3-OH, 50% benzin i 7% aditivi de cuplare .Efectul creterii cifrei octanice prin adaos de alcool face posibil scderea ponderii aditivului

antidetonant TEP (de exemplu un adaos de 7-8% metanol permite reducerea TEP cu 0,35 g/l).

b) - Amestecul metanol-motorin este utilizat pentru m.a.c.-uri . Metanolul nu poate fi folosit

n stare pur pentru alimentarea m.a.c-urilor pentru c avnd CC = 8 autoaprinderea este

imposibil .

Cercetrile experimentale au artat c : amestecurile cu 30% CH 3-OH se autoaprind greu la

sarcini pariale; amestecurile cu 40% CH3-OH detoneaz la sarcin total; aerul aspirat trebuie

prenclzit cu o rezisten electric; folosirea amestecrii mecanice sau a agenilor de cuplare

este strict necesar .

n privina utilizrii metanolului la motoarele cu aprindere prin comprimare, direciile

recomandabile ar fi urmtoarele:

- injecia direct a metanolului n camera de ardere, urmat imediat de injecia unei cantiti de

motorin de 5 ... 10%; aceasta mpiedic apariia detonaiei diesel sau ntreruperilor, asigur

solicitri termo-mecanice mai sczute i o funcionare fr funingine;- injecia metanolului n proporie de pn la 30% n colectorul de admisie .


31/75


30

1.7.3.2. Etanolul

Etanolul poate fi utilizat n calitate de combustibil n dou ipoteze: etanol pur i gazohol

(amestec de etanol i benzin ) .

Etanolul pur este utilizat cu succes n Brazilia la Fiat-124. Acest automobil poate folosi etanolpur 100% sau cu un adaos de 4,5% ap distilat. Amestecul de economicitate are un coeficient

de exces de aer de 1,2 . Motoarele care utilizeaz drept combustibil etanolul au o pornire grea

chiar la temperaturi ambiante de 10 ... 12 C . De aceea se impun urmtoarele msuri :

- uurarea pornirii cu dimetileter sau izopentan;

- nclzirea electric a amestecului pentru a realiza o distribuie mai uniform a lui pe cilindrii

motorului .

-pornirea i funcionarea pe benzin pn la nclzirea motorului;

Gazoholul este un amestec de benzin cu 10 ... 12% etanol; se utilizeaz n Brazilia , RFG, SUA,

Australia. Motoarele alimentate cu gazohol au puterea maxim diminuat din necesitatea de a

asigura o economicitate corespunztoare la sarcini pariale ; n acelai timp trebuie mrit

rezervorul de combustibil cu cca 70% din volumul de etanol ce particip la formarea

amestecului, iar jicloarele de combustibil i de aer vor trebuie redimensionate.

1.7.4. Uleiurile vegetale

Uleiurile vegetale sunt utilizate n calitate de combustibil nc din anul 1930 dar numai pentru

m.a.c. Materia prim este constituit de uleuirile de floarea soarelui sau de soia care sunt supuse

unui proces de trans-esterificare n prezena alcoolilor i a catalizatorilor. Rezultatul acestui

proces chimic este obinerea unor esteri de acizi grai cu o viscozitate mai mic; cei mai utilizai

esteri n calitate de combustibili pentru m.a.c. sunt: monoesterul de ulei de floarea soarelui i etil

esterul de soia.

Calitile i defectele unor asemenea combustibili sunt urmtoarele:

- au cifre cetanice ridicate (CC=48-59) deci pot asigura o autoaprindere uoar;

- au o viscozitate aproape dubl dect cea a motorinei;

- puterea unui motor alimentat cu uleiuri vegetale scade cu 2-4% fa de cazul alimentrii

cu motorin;

- filtrul de combustibil trebuie schimbat la fiecare 50 de ore ;

- emisia de hidrocarburi nesaturate scade cu 30%;

- emisia de fum scade;

- emisia de oxizi de azot (NOX) crete ns de 2-5 ori.


32/75


31

CAPITOLUL 2

CORELAIILE DINTRE PROPRIETILE FIZICO-CHIMICEALE LUBRIFIANILOR CU CONDIIILE DE EXPLOATARE

ALE AUTOVEHICULELOR. ASPECTE TEHNICO ECONOMICEALE UTILIZRII LUBRIFIANILOR

2.1. Funciile si destinaia lubrifianilor auto

Lubrifianii utilizai n exploatarea autovehiculelor au patru funcii importante :

Funcia de ungere care se realizeaz prin formarea unei pelicule de lubrifiant ntre piesele ce sa

gsesc n micare relativ. Aceast pelicul contribuie la reducerea frecrii, a uzurii i la

prevenirea gripajelor conducnd la creterea randamentului mecanic, lucru care se manifest prin

creterea puterii, scderea consumului specific de combustibil i mrirea fiabilitii.

Funcia de rcire a pieselor "splate" de lubrifiant care are ca scop micorarea solicitrilor

termice ale pieselor. Uleiul mineral din instalaia de ungere a motorului trebuia s preia cam 1,5 -

2,5 % din cldura dezvoltata prin arderea amestecului carburant;

Funcia de etanare care se manifest pe de o parte prin protecia lagrelor mpotriva

particulelor abrazive, iar pe de alt parte prin etanarea mai ferma a camerei de ardere datorit

peliculei de ulei dintre segmeni i cilindru.

Funcia de protecie chimic care se realizeaz prin formarea la suprafaa metalului a unei

pelicule care izoleaz piesa de aciunea coroziv a diverselor substane .

Lubrifianii auto pot fi sistematizai la modul general n felul urmtor:

pentru motoare uleiuri minerale i

sintetice pentru transmisie

unsori consistenteLubrifiani auto

lubrifiani semisolizi

pentru lagre i rulmeni paste lubrifiante i

lubrifiani solizi

2.2. Compoziia i fabricarea uleiurilor minerale

Uleiurile minerale pentru autovehicule sunt compuse:

- dintr-un stoc de baz, care cuprinde unul sau mai multe uleiuri de baz obinute prin distilareafracionat n vid i rafinarea reziduurilor rezultate din distilarea primar a ieiului brut;


33/75


32

- din aditivi , a cror pondere este cuprins ntre 2 ...20% i care au rolul de a mbuntii

proprietile fizico -chimice i de exploatare ale stocului de baz .

Aa dup cum reiese din schema prezentata n figura 2.1, n fabricarea uleiului mineral se

evideniaz 3 etape: prima etap, care const n distilarea n vid a reziduurilor rezultate din

distilarea primar a ieiului; etapa doua, care const n rafinarea fraciunilor lubrifiante obinutecu acid sulfuric, sau cu solveni (fenol, furfurol, propan, duosol etc.) dup care se face o

deparafinare. Uleiuri cu caliti deosebite se obin prin hidrofinare (hidrogenare catalitic). Se

face apoi o neutralizare i decolorare cu pmnturi rare obinndu-se astfel uleiul brut; etapa a

treia consta n aditivarea uleiului brut i obinerea pe aceast cale a uleiului finit .

Aditivii destinai lubrifianilor lichizi pentru autovehicule se grupeaz n urmtoarele clase

principale:

1 - aditivi amelioratori ai indicelui de viscozitate;2 - aditivi pentru mbuntirea onctuozitii;

3 - aditivi antioxidani (care pot avea i efecte anticorozive)

4 - aditivi detergeni , cu efecte secundare dispersante;

5 -aditivi dispersani, cu efecte secundare detergente;

6 - aditivi antirugin ;

7- aditivi anticongelani;

8 - aditivi antispumani .

Stabilirea formulei finale a unui ulei finit se face prin diverse metode de laborator executate pe

motoare cu destinaie speciale de tip Petter W1 (rn.a.s.) i Petter AV1 (rn.a.c.).

2.3. Compoziia si fabricarea unsorilor consistente

Unsorile consistente sunt substane semisolide complexe care cuprind n compo ziia lor dou

faze distincte: o faz lichid i o faz solid .

Faza lichid este faza de dispersie cu o pondere n unsoarea consistent de 75 ... 90% n

greutate; ea este alctuit din uleiuri minerale uoare sau mijlocii .

Faza solid este faza dispers i este alctuit din spunuri metalice, hidrocarburi i aditivi; ea

constituie carcasa structural a unsorii consistente.


34/75


33

Figura 2.1.

Etapele procesului tehnologic de fabricare a unsorilor consistente sunt:

- saponificarea unei grsimi animale sau vegetale n ulei mineral, n prezena apei ;

- evaporarea apei prin nclzire la 100 C;

- adugare de ulei pentru gelificarea sistemului coloidal;

- rcirea unsorii i prelucrarea mecanic prin amestecare de omogenizare i dezaerare,

sau prin valuri .

2.4. Proprietile uleiurilor minerale care influeneazparametrii energetici i de exploatare

Performanele de putere i economicitate ale unui autovehicul, concentraia de noxe emise,

comportarea n exploatare sunt influenate de proprietile fizico-chimice i de exploatare ale

uleiurilor minerale. Unele din aceste proprieti au o importan cu totul particular sub acest


35/75


34

aspect i dintre acestea remarcm : viscozitatea, onctuozitatea, stabilitatea la oxidare, aciditatea

i efectul coroziv, coninutul de impuriti mecanice, ap i combustibil , caracteristicile termice

i comportarea fa de materialele de etanare .

2.4.1. Viscozitatea uleiurilor minerale

Viscozitatea constituie elementul hotrtor care determin calitatea ungerii i pierderile

mecanice dintr-o cupl cinematic n regim hidrodinarnic de ungere. Viscozitatea uleiurilor

minerale poate fi:

- dinamic ( ), exprimat n [Ns/m2] sau [P, cP] dup cum sistemul de uniti utilizateste SI sau CGS ;

- cinematic ( ), exprimat n [m2/s] sau [St, cSt] ;- relativ sau convenional de tip Engler [E] , Saybolt [SSU] sau Redwood [Re].

Valoarea viscozitii unui ulei mineral este puternic influenat de temperatur, presiune

(sarcin), compoziia chimic i gradient de vitez .

2.4.1.1. Influena temperaturii asupra viscozitiiPlaja de temperaturi de funcionare a uleiurilor minerale n motoare i transmisii este relativ

ntins, ntre (-30 C) i (+120 C) i este foarte important sa se cunoasc modul n care

temperatura influeneaz asupra viscozitii. Acest lucru este indicat de relaia Walther-

Ubbelhode, a crei expresie este:

bT

ac exp (2.1)

unde: - viscozitatea cinematic; c = 0,6 - 0,8; a - constant ce depinde de viscozitatea uleiului;b - constant ce depinde de curbura caracteristicii =f(T); T - temperatura la care se calculeaz

vicozitatea. Pentru a simplifica reprezentarea grafic a relaiei (2.1) aceasta se logaritmeaz de

dou ori i se ajunge n final la expresia :

log log ( + c) = A-b logT (2.2)

care ntr-un sistem de coordonate logaritmic reprezint o linie dreapt (fig. 2.2.).


36/75


35


Pentru un ulei mineral cu destinaia motor sau transmisie este important ca acesta s asigure

condiii aproximativ identice pe toat plaja de temperaturi. Pentru a caracteriza uleiurile minerale

din punctul de vedere al variaiei viscozitii cu temperatura s-au introdus o serie de indici dintre

care cel mai important este indicele de viscozitate (IV) cunoscut i sub denumirea de indicele

Dean-Davies. El se calculeaz cu relaia (2.3) unde L (Low) este viscozitatea cinematic la 100F a uleiului etalon inferior Gulf-Coastal cu IV = 0 ; H (High) este viscozitatea cinematic la 100

F a uleiului etalon superior Pennsylvania cu IV = 100; U (Unknown) este viscozitatea

cinematic a uleiului analizat la 100 F (figura 2.3). Dac IV > 100 se recomand folosirea

metodei indicelui de viscozitate extins IVE precizat n STAS 50-70 .

100

HL

ULIV (2.3)

2.4.1.2. Influena presiunii asupra viscozitii.Deoarece n articulaiile autovehiculelor presiunile de strivire au valori considerabile se impune

cunoaterea influenei pe care o are presiunea asupra viscozitii. Matematic, dependena se

exprim prin relaia (2.4) sau (2.5) unde: p, 0 - viscozitile dinamice ale uleiului la presiunea

"p", respectiv la presiunea atmosferic; a = 1,002 ... 1,004 ; (t) - funcie dependent de

temperatur; k -coeficient a crei valoare este egal cu unitatea pentru uleiurile naftenice i mai

mic dect unu pentru uleiurile parafinice.

p=0 ap (2.4)

p=0 exp[(t) pk] (2.5)

In figura 2.4 s-a reprezentat dependena pentru 3 tipuri de uleiuri A - aromatice , N - naftenice, P

- parafinice. Tot din aceast figur reiese clar c uleiurile minerale care au o viscozitate mai

ridicat prezint i o cretere mai pronunat a viscozitii cu presiunea.


37/75


36

Figura 2.4

2.4.2. Onctuozitatea uleiurilor minerale.

Prin onctuozitate se nelege capacitatea uleiului de a forma la suprafaa piesei metalice cu care

vine n contact, a unei pelicule foarte aderente i persistente, cu o grosime de 100-200 .

Onctuozitatea este deosebit de important n cazul n care ntre piesele n frecare exist sarcini

mari, viteze relative mici, asperiti pronunate, n cazul cnd sarcinile i vitezele relative sunt

variabile sau n cazul staionrilor ndelungate cnd flimul de ulei format datorit efectului

hidrodinamic s-ar distruge; onctuozitatea previne frecarea uscat care poate apare n cazurile

menionate mai sus, asigurnd o ungere la limit .

n figura 2.5, cunoscut i sub denumirea de curba lui Stribeck, s-a reprezentat variaia

coeficientului de frecare dintr-un lagr n funcie de viteza unghiular pentru dou sortimente de

ulei 1 i 2 de aceeai viscozitate, diferind ntre ele numai prin onctuozitate. La viteze unghiulare

mici frecarea este intens din cauza contactului metal pe metal . Punctul de minim indic

formarea penei de ulei . Tot din figur reiese clar c uleiul 2, cu onctuozitate mai mare, este

superior uleiului 1 la viteze unghiulare mici, n condiiile frecrii limit.

Figura 2.5.


38/75


37

2.4.3. Stabilitatea la oxidare.

Una din cile importante ale degradrii uleiurilor pentru motoare o constituie procesul de oxidare

al acestuia. Factorii care influeneaz n mod deosebit acest proces de oxidare sunt:

a) temperatura relativ ridicat n zona segmentului de foc i n baia de ulei;

b) poluarea uleiului cu gaze de carter i combustibil parial ars;c) aciunea catalizatoare a unor metale, cu efect accelerator ( Fe, Pb, Cu, Mn, Zn) sau

inhibitor (Al, Sn);

d) natura uleiului;

e) grosimea stratului de ulei (stratul subire favorizeaz oxidarea);

f) mrimea suprafeei de contact a uleiului cu suprafeele fierbini.

Ca urmare a oxidrii uleiului apar urmtoarele efecte:

1) creterea viscozitii uleiului;2) formarea unor substane solubile n ulei, care ulterior se pot depune n special pe

mantaua pistonului i n canalele segmenilor formnd lacuri dure i blocnd segmenii;

3) formarea unor substane insolubile care sunt la originea apariiei mlului ce se depune

n instalaia de ungere;

4) formarea unor compui cu caracter acid care corodeaz n special cuzineii;

5) nchiderea culorii uleiului.

Aprecierea stabilitii la oxidare a uleiurilor se face pe motoare experimentale de tip Petter W1,apreciindu-se dup o funcionare de 36 h. urmtoarele: creterea viscozitii uleiului, lacul depus

pe piston, mobilitatea segmenilor, aciunea corosiv asupra cuzineilor de Cu -Pb.

2.4.4. Aciditatea si capacitatea coroziv a uleiurilor minerale

La uleiurile minerale se poate evidenia o aciditate organic (conferit de unele substane

componente cum ar fi acizii naftenici i carbonici) i o aciditate mineral (care poate apare

datorit neutralizrii incomplete a acidului sulfuric utilizat ca agent de rafinare).

Aprecierea aciditii unui ulei mineral neaditivat se face cu ajutorul cifrei de aciditate care

reprezint cantitatea de KOH exprimat n mg , capabil s neutralizeze aciditatea cuprins ntr-

un gram de ulei. Pentru uleiurile aditivate cu aditivi anticorozivi i detergeni acest indice s-a

dovedit necorespunztor i de aceea s-au introdus ali indici denumii cifra de aciditate total

(CAT) i cifra de bazicitate total (CBT).

Cifra de aciditate total indic coninutul de acizi tari i slabi dintr-un ulei i se exprimn mg KOH/g ulei.


39/75


38

Cifra de bazicitate total indic coninutul de substane cu caracter alcalin dintr-un ulei

i se msoar tot n mg KOH/g ulei.

Diferena dintre CBT i CAT poart denumirea de rezerva alcalin a uleiului respectiv.

Capacitatea de coroziune a uleiurilor minerale se poate aprecia fie n mod direct cu ajutorulprobei cu lamela de cupru, fie n mod indirect cu ajutorul motoarelor Petter la care se determin

pierderea n greutate a semicuzineilor de Cu-Pb.

2.4.5. Detergena - dispersivitatea

Prin detergen se nelege capacitatea uleiurilor de a aciona mpotriva formrii oricror

depuneri, cu excepia celor din camera de ardere . Detergena acioneaz difereniat, dup tipuldepunerii i n general are dou aciuni importante: pe de o parte menine particulele crbunoase

fin dispersate n ulei evitnd depunerea lor i facilitnd evacuarea la schimbarea uleiului; pe de

alt parte anihileaz efectul de coroziune datorat produilor acizi .

Uleiurile cu proprieti detergent - dispersante intense menin piesele motorului cu care vin n

contact curate fr depuneri; aciunea detergent - dispersant a unui ulei se manifest plenar

numai n cazul motoarelor curate sau care au utilizat anterior tot uleiuri detergente.

Pentru aprecierea calitilor detergente cea mai semnificativ este metoda indicelui total de

apreciere; ea const n acordarea unor note de merit pentru depunerile de lac de pe mantaua

pistonului, de pe spaiile dintre canalele segrnenilor, din interiorul pistonului, pentru depunerile

de carbon n canalele segmenilor i pe coroana pistonului, pentru mobilitatea segmenilor,

conform STAS 9301-73. Notele se amplific cu nite coeficieni i se nsumeaz obinndu-se

astfel "indicele total de apreciere" care poate atinge valoarea maxim 100 .

2.5. Clasificarea uleiurilor minerale pentru motoareCele mai importante criterii de clasificare sunt: viscozitatea i tipul serviciului.

2.5.1. Clasificarea uleiurilor minerale pentru motoare dup viscozitate

Ultima form n vigoare a clasificrii SAE dup viscozitate dateaz din februarie 1992 (SAE J

300) i nu se deosebete n substan de clasificarea STAS 871-68 .Clasificarea SAE dup

viscozitate este redat n tabelul 2.1.


40/75


39

Tabelul 2.1

CLASIFICARE SAE DUP VISCOZITATE A ULEIURILOR DE MOTOARE

ClasaSAE

ViscozitateaMax. (cP) latemperaturjoas (C)

Temperatura(C) max.limita depompabilitateViscozitateamax. (cP)

Viscozitatecinematicla 100C(cSt) min.

Viscozitatecinematicla 100C(cSt) max.

Viscozitateminim subefort deforfecare(cP) 106x1/s la150C

0 W 3250 la -30 30000 la -35 3,8 - 2,45 W 3500 la -25 30000 la -30 3,8 - 2,9

10 W 3500 la -20 30000 la -25 4,1 - 2,915 W 3500 la -15 30000 la -20 5,6 - 3,720 W 4500 la -10 30000 la -15 5,6 - 3,725 W 6000 la -5 30000 la -10 9,3 - 3,7

20 - - 5,6 < 9,3 -

30 - - 9,3 < 12,5 -40 - - 12,5 < 16,3 -50 - - 16,3 < 21,9 -60 - - 21,9 26,1 -

Conform acestei clasificri uleiurile pentru motor se grupeaz n 11 clase SAE de viscozitate

aezate n tabel n ordinea creterii viscozitii ; uleiul din clasa SAE 0 W este cel mai fluid, iar

cel din clasa SAE 60 este cel mai vscos. Rezult c uleiurile din clasele SAE 0 W pn la 25 W

sunt uleiuri de iarn ( W - Winter - Iarn), iar celelalte sunt uleiuri de var. Uleiurile care se

ncadreaz intruna din aceste clase de viscozitate se numesc uleiuri monograde, iar cele caresatisfac condiiile de viscozitate pentru 2 ...4 clase de viscozitate, se numesc uleiuri multigrade

sau universale.

2.5.2. Clasificarea uleiurilor minerale pentru motoare duptipul serviciului

Aceast clasificare sistematizeaz uleiurile n funcie de nivelul exigenelor ce trebuiesatisfcute, exigene ce depind de tipul motorului, de gradul de solicitare termo-mecanic a

acestuia, de calitatea combustibilului utilizat, de condiiile de exploatare. Deoarece exigenele pe

care la poate satisface un ulei depind n cea mai mare msur de tipul i cantitatea aditivilor, se

poate spune c aceast clasificare reprezint practic o sistematizare dup nivelul de aditivare .

Clasificarea API din anul 1952, dup tipul serviciului mparte uleiurile pentru m.a.s. n trei

categorii (ML , MM i MS ), iar cele pentru m.a.c. tot n trei categorii (DG, DM i DS ).

Semnificaiile prescurtrilor sunt: ML - Motor Light , MM - Motor Medium , MS - Motor Sever,DG -Diesel General, DM - Diesel Medium , DS - Diesel Sever.


41/75


40

Tabelul 2.2

NIVELUL DE CALITATE A ULEIURILOR PENTRU MOTOARE DUP STAS IDUP UNELE SPECIFICAII STRINE

Clasificare API dup serviciuNivelul decalitate

STAS 871- 68

Aditivi ce pot ficoninui n ulei

Nivel de calitate dupspecificaii utilizate n

diferite alte riMotoare cuaprindere prinscnteie

Motoare cuaprindere princomprimare

NeaditivatDepresant AmelioratIV

Neaditivate Regular ML (SA) -

Premium

Depresant AmelioratIV AntioxidantanticorosivAntispumant

A sau Prernium ML ( SB) -

ExtraB sau MIL - L - 2104 ADEF - 2101 B/C

MM DG (CA)

Super 1 C sau Supplement 1 sauDEF - 2101 - D MM St MS DM (CB)

Super 2D Sau Series 2 sau MIL -L - 2104 - B

MS (SC)DM i DS

(CC)

Super 3

Depresant Ameliorat

IVAntioxidant -anticorosivDetergent -dispersantAntispumant

E sau Series 3 sau MIL -

L - 15199 (sau MIL- L -

2104 - C)

-

(SD)DS (CD)

Evoluia motoarelor cu ardere intern, accentuarea severitii condiiilor n care acestea lucreaz,

au determinat apariia n anul 1971 a unei noi clasificri a uleiurilor n funcie de tipul servic iului

elaborat de API, ASTM i SAE. Conform acestei clasificri uleiurile sunt mprite n doumari clase: service i comercial.

Uleiurile service sunt destinate m.a.s.-urilor i cuprind patru categorii simbolizate astfel: SA,

SB, SC i SD (Cel mai slab este uleiul SA, iar cel mai bun calitativ este uleiul SD) .

Uleiurile comerciale sunt destinate m.a.c.-urilor i cuprinde toate cele patru categorii

simbolizate cu: CA, CB, CC i CD (cel mai slab este uleiul CA, iar cel mai bun CD) .

n tabelul 2.2 n coloanele clasificrii API dup tipul serviciului s-au marcat simbolizrile

conform clasificrii API din anul 1971. Specificaiile din categoria MIL aparin normelor impuse

de armata american, iar cele din categoria DEF normelor armatei britanice. Specificaiile de tip

Supplement sunt mai vechi i de origine american, iar specificaiile de tip Series au fost

introduse de firma Caterpillar.

2.5.3. Clasificarea i simbolizarea STAS a uleiurilor pentrumotoareClasificarea STAS a uleiurilor pentru motoare are la baz clasificarea SAE dup viscozitate i

clasificarea API dup tipul serviciului din anul 1952 (vezi tabelul 2.2). n plus STAS 871-68

pretinde evidenierea destinaiei uleiului respectiv; n acest fel uleiurile sunt mprite n 3

categorii :- uleiuri pentru m.a.s. marcate prin litera M ;


42/75


41

- uleiuri pentru m.a.c. marcate prin litera D ;

- uleiuri pentru motoare de aviaie, marcate cu AVI .

Simbolizarea STAS cuprinde: simbolul corespunztor destinaiei, un grupaj de cifre care indic

clasa sau clasele de viscozitate, precum i nivelul de calitate (tipul serviciului) conform STAS

871-68. De exemplu :

M 40 Extra - ulei pentru m.a.s., cu viscozitate corespunztoare clasei de viscozitate SAE40, cu nivelul de calitate Extra, deci satisfcnd exigenele tipu lui de serviciu MM ;

M 20W/40 Extra - ulei pentru m.a.s., satisfcnd condiiile de viscozitate pentru clasele

de viscozitate cuprinse ntre SAE 20W i 40 (deci ulei multigrad), avnd un nivel de calitate

Extra, deci tipul de serviciu MM .

2.6. Clasificarea i simbolizarea uleiurilor minerale pentrutransmisii mecanice i casete de direcie

Uleiurile pentru transmisii i casete de direcie pot fi sistematizate dup criterii de viscozitate, de

solicitare, i de rezisten la presiuni nalte .

Clasificarea SAE are la baz criteriul viscozitii, dup cum se vede n tabelul 2.3 . Dup cum

se observ uleiurile sunt mprite n 7 clase de viscozitate n ordine cresctoare a viscozitii.

Uleiurile SAE 75W se folosesc n puni motoare la funcionare la temperaturi sczute. Uleiurile

SAE 80W i 90 au cea mai mare utilizare n condiii de clim temperat, att n cutii de viteze

ct i n puni . Uleiurile SAE 140 i 250 se folosesc numai n condiii de temperatur foarte

ridicat. Indicativul W arat c respectivul ulei poate fi utilizat cu succes n anotimpul rece.Tabelul 2.3

Clasificarea SAE a uleiurilor de transmisii mecanice pentru automobile

Viscozitate (cSt) la 100C

Grade SAE de

viscozitate

Temperatura

maxim pentru

viscozitatea de

150000 cP (C)

Minim Maxim

70W -55 4,1 -

75W -40 4,1 -

80W -26 7,0 -

85W -12 11,0 -

90 - 13,5 < 24,0

140 - 24,0 < 41,0

250 - 41,0 -

Corespondena orientativ dup viscozitate

Ulei pentru angrenaje Ulei motor

SAE 75W SAE 10W

SAE 80W SAE 20

SAE 90 SAE 50


43/75


42

Clasificarea API, care are la baz tipul serviciului, mparte uleiurile pentru transmisii n 6

categorii: de la GL-1 la GL-6. De exemplu: uleiurile GL-1 sunt recomandate pentru transmisii

uor solicitate; uleuirile GL-3 se recomand n cazul sarcinilor moderate; uleiurile GL-5 se

recomand pentru angrenaje hipoide cu turaia sczut i moment mare de ncrcare; uleiurile

GL-6 se recomand pentru transmisia autovehiculelor de mare vitez.

Clasificarea CRC-API mparte uleiurile de transmisii dup rezistena la presiunea de contact cu

ajutorul a 16 uleiuri de referin: de la RGO-100 la RGO-115. Uleiul RGO-100 este cel mai slab,

iar RGO-115 este cel mai rezistent fiind aditivat cu aditivi de extrem presiune n pondere de

15%.

Clasificarea STAS grupeaz uleiurile conform clasificrii SAE dup viscozitate, la care se

adaug nivelul de aditivare cu aditiv EP (extrem presiune) sau cu alte adaosuri.

Simbolizarea uleiurilor romneti pentru transmisie cuprinde indicativul T (transmisie), urmat declasa SAE de viscozitate i nivelul de aditivare. De exemplu :

T 80 EP 2 -ulei de transmisie din clasa SAE 80, aditivat intens cu aditiv de extrem

presiune; uleiul rezist la 2105 cicluri de schimbare a treptei de vitez.

T 140 A - ulei de transmisie din clasa SAE 140 i care con ine adaosuri.

Uleiurile romneti pentru transmisii auto sunt precizate astfel: uleiurile neaditivate n STAS

387- 79; uleiurile aditivate n STAS 8960-79; uleiurile pentru angrenajele hipoide n NID 1446-79; uleiurile tip AT n NID 3014-79.

2.7. Aspecte tehnico-economice privind utilizarea uleiurilorminerale

2.7.1. Alegerea uleiului optim pentru motor

Alegerea uleiului optim pentru motor trebuie s aib n vedere dou criterii importante: cel al

viscozitii i indicelui de viscozitate i cel al condiiilor specifice de lucru din cuplele

cinematice cele mai solicitate.

Criteriul viscozitii si al indicelui de viscozitate stabilete condiiile de viscozitate a uleiului

n regimul de pornire i n regimul de funcionare normal . Dac se fac notaiile : tmin -

temperatura minim de utilizare a uleiului stabilit din condiiile de curgere; tp - temperatura de

pornire; atunci condiia necesar pentru asigurarea unei ungeri normale n regim de pornire este:

|tmin-tp| 3K (2.6)


44/75


43

Pentru regimul de funcionare normal, condiia de viscozitate este impus de cupla cinematic

cea mai afectat de variaia viscozitii care n cazul unui motor este tocmai lagrul de biel.

Avnd n vedere faptul c piesele cuplei cinematice se pot gsi n diferite stadii de uzur se

recomand ca stabilirea condiiei de viscozitate s se fac cu ajutorul nomogramelor de tipul

celei prezentate n figura 2.6. Cunoscnd jocul radial "", jocul relativ "" i uzura, se traseaz

segmentul MP, apoi pe orizontal se construiete PQ = MP i din punctul P se coboar o

perpendicular PR care determin valoarea viscozitii necesare.

Criteriul condiiilor specifice de lucru din cuplele cinematice. Alegere lubrifiantului pentru

exploatarea rnotorului se face n concordan cu tipul motorului: m.a.s. sau m.a.c. Pentru m.a.s.

uleiurile trebuie s aib un indice de viscozitate mare, s fie bine aditivate cu detergeni i

antioxidani; se recomand utilizarea uleiurilor multigrad. Pentru m.a.c. condiiile de lucru ale

uleiului sunt marcate de contaminarea cu produsele arderii incomplete a motorinei i cu

coninutul ridicat de sulf al acesteia .

Figura 2.6.

Aprecierea gradului de solicitare termo-mecanic a unui motor, care determin n bun msur

calitatea uleiului, ales se face utiliznd unele relaii rezultate din teoria similitudinii motoarelor;astfel, aprecierea gradului de solicitare mecanic este dat de valoarea factorului de putere " a",

iar cea a gradului de solicitare termic de factorul de ncrcare termic "" care au expresiile:

a=pme vmp (2.7)

v

a

(2.8)


45/75


44

unde : pme - presiunea medie efectiv ; vmp - viteza medie a pistonului; 31 Sv V factorul de

compartimentare a motorului; V s - cilindreea unitar a motorului.

In consecin, se preleveaz din cataloagele specializate cu caracteristici ale motoarelor, motoare

cu aceleai solicitri ca i motorul pentru care alegem uleiul i prin analogie se adopt uleiul.

2.7.2. Consumul de ulei n motorul cu ardere intern

Unul din indicii importani ai gradului de uzur a motorului l constituie consumul de ulei. In

motor uleiul se poate consuma pe dou ci:

a) prin arderea lui datorit contactului cu piesele calde (piston, cilindru, chiulas, supape,

ghiduri de supap);

b) prin pierderi datorit neetaneitilor.

Ponderea cea mai important a consumului de ulei se datoreaz arderii lui n camera de ardere.

Exist 3 ci prin care uleiul ajunge n camera de ardere: fenomenul de pompaj al segmenilor,

scprile de ulei pe lng cupla supap-ghid de supap care apoi este aspirat n cilindru i n fine

ventilaia pozitiv a carterului care recircul gazele de carter purttoare i de picturi fine de ulei,

n admisie. Cel puin 50% din uleiul ars n camera de ardere provine din scprile pe ling tija

supapei i ghidul ei .

Asupra consumului de ulei din motor influeneaz urmtorii factori:

starea tehnic a motorului; regimul de lucru;

nivelul uleiului din baia de ulei;

caracteristicile uleiului.


Influena strii tehnice a motorului asupra consumului de ulei este confirmat de figura 2.7 deunde reiese c consumul de ulei urmeaz aceeai dependen de parcurs ca i curba de uzur.


46/75


45

Figura 2.9.

Din figura 2.8 se constat c consumul de ulei este mai redus n cazul sarcinilor mari i constantedect n cazul sarcinilor mai mici, datorit evitrii depresiunilor mari din colectorul de admisie.

Nivelul de ulei din baie se recomand a fi sub limita maxim indicat pe joj .

Dintre caracteristicile uleiului care influeneaz consumul de ulei se evideniaz n figura 2.9

punctul de inflamabili tate (curba 1) i viscozitatea (curba 2 ) .

Exist posibilitatea ca n motoarele cu ardere intern s apar i fenomenul de "consum negativ

de ulei", adic o aparent cretere a cantitii de ulei pus n eviden prin creterea nivelului din

baie; acest lucru se datoreaz ptrunderii n ulei a unei cantiti importante de combustibil din

camera de ardere ca urmare a uzurii excesive a grupului piston-segmeni-cilindru coroborat cu

folosirea unui amestec foarte bogat.

2.7.3. Aprecierea stadiului de degradare i a momentului deschimbare a uleiului

Uleiul se consider degradat atunci cnd caracteristicile lui au atins anumite limite prestabilitepentru fiecare tip de motor de ctre constructor. Principalele metode operative cu ajutorul crora

se

Documents

Combust ibili