L’utilizzo del biodiesel nei motori per autotrazione
L’utilizzo del biodiesel nei motori per autotrazione
L’interesse all’utilizzo di combustibili
alternativi ed in particolare di biodiesel,
nei motori per autotrazione, è legato alla
crescente attenzione verso i problemi di
inquinamento soprattutto nei centri urbani.
La scelta del combustibile alternativo è
condizionata da diversi fattori, fra questi il
primo è ovviamente la capacità del
combustibile di ridurre le emissioni
inquinanti, ma non vanno chiaramente
trascurati aspetti come la, il costo e la
possibilità di impiego sui mezzi in
circolazione senza che sia necessaria
alcuna modifica al motore od al sistema di
alimentazione.
L'utilizzo di oli vegetali e biodiesel,
come combustibili alternativi, risale già a
diversi decenni fa.
Ora i problemi inerenti gli effetti
negativi del biodiesel sul funzionamento
del motore sono stati completamente
risolti, migliorando le tecniche di
produzione ed assicurando, quindi, una
qualità del prodotto più elevata, garantita
anche dall’imposizione di normative più
complete.
A questo proposito, nonostante le
agevolazioni di legge e la disponibilità di
olio vegetale grezzo rendano plausibile la
produzione e l’immissione sul mercato di
modeste quantità di biodiesel rispetto al
gasolio fossile, la verifica di compatibilità
del biodiesel con i motori in produzione, in
termini sia tecnologici che funzionali,
comincia ad essere un tema di rilevante
interesse per i principali costruttori
europei nel settore . Tale
attenzione è da attribuire sia all'esigenza di
evitare fenomeni di incompatibilità con i
carburanti disponibili in rete (nei quali è
ammessa una presenza fino al 5% di
biodiesel), sia alla volontà da parte del
costruttore di accreditarsi come
particolarmente attento alle tematiche
ambientali.
Dal punto di vista normativo dal 1
luglio 2006 i produttori di carburanti diesel
e benzina sono obbligati ad immettere al
consumo biocarburanti di origine agricola.
Tale percentuale, espressa in
termini di potere calorifico inferiore
(P.C.I.), è incrementata di un punto per
ogni anno, fino al 2020.
Da quanto esposto emerge, quindi, che
l’utilizzo di biodiesel in piccole
percentuali, non comporta alcun problema
in termini motoristici e probabilmente.
Tuttavia, l’interesse rivolto alla ricerca
ed alla sperimentazione nel settore dei
biocarburanti rimane sempre elevato
soprattutto in considerazione del fatto che
il combustibile è uno dei fattori che
influenza maggiormente le emissioni
inquinanti dei motori e che vi è un’enorme
difficoltà nel generalizzare l’effetto di una
determinata caratteristica del combustibile
sull’emissione di una particolare specie
inquinante.
Nel corso delle varie campagne di prova sono state
considerate misce le di gasolio e biodiesel in varie
percentuali con l’obiettivo di analizzare le prestazioni e le
emissioni. In particolare,mediante un sensore di
pressione posto all'interno del cilindro dei motori in
prova, è possibile rilevare il ciclo indicato e sulla base di
questi dati analizzare la legge di rilascio del calore.
Attrezzatura sperimentale
La sala prova motori del Dipartimento di Ingegneria
meccanica è attrezzata con un freno a correnti parassite,
adatto per motori con potenze fino a 210 kW. Il consumo di
combustibile è rilevato con una sistema gravimetrico.
Le concentrazioni di CO (monossido di carbonio) e
CO (anidride carbonica) nei gas di scarico sono misurate
per mezzo di un analizzatore all’infrarosso (NDIR). Per
gli NOx (ossidi di azoto) è disponibile un analizzatore a
chemiluminescenza. L’analizzatore di HC (idrocarburi
incombusti) è del tipo a ionizzazione di fiamma e la misura
ottenuta è riportabile in termini di propano equivalente. La
fumosità allo scarico viene valutata mediante un
opacimetro. L’analisi delle prestazioni del motore è
accompagnata dal rilievo delle temperature di: acqua di
raffreddamento, gas di scarico, olio motore.
L’indice di eccesso d’aria, o lambda, viene misurato
con una sonda Bosch LSU 4.2. E’, inoltre, possibile
misurare la pressione all'interno del cilindro mediante un
sensore di tipo piezoelettrico. Per il rilievo della pressione
di iniezione è stato predisposto un sensore sul condotto di
iniezione del primo cilindro. I dati sperimentali vengono
acquisiti in modo automatico e trasferiti su un PC.
Risultati sperimentali
Il biodiesel utilizzato è un metilestere di olio di semi
principalmente di colza con Il numero di cetano del biodiesel è 51 ed è,
quindi, leggermente superiore a quello del gasolio
normalmente disponibile in commercio (49-50). Durante
le prove di seguito descritte, è stata utilizzato biodiesel
puro ed una miscela costituita dal 30% v/v di biodiesel e
dal 70% v/v di gasolio minerale, nel seguito denominata
miscela “30/70”.
I primi dati si riferiscono al confronto fra il gasolio ed il
biodiesel puro.
L’andamento della coppia ottenuta con il gasolio è
risultato essere in accordo con le specifiche tecniche
fornite dal costruttore del motore. Anche l’andamento
della coppia ottenuto utilizzando il biodiesel risulta essere
complessivamente in accordo con gli altri dati
sperimentali disponibili in letteratura.
Il consumo specifico risulta essere più elevato per il biodiesel, in
seguito ad un potere calorifico più basso rispetto al
gasolio, non completamente compensato da una più
elevata massa volumica.
Si osserva che per le
prove a pieno carico la riduzione di opacità che si ottiene
con il biodiesel è piuttosto contenuta (5-10%) mentre può
superare il 50% a carico ridotto.
L’utilizzo di biodiesel nei motori a
combustione interna, in piccole percentuali, non
comporta alcun tipo di verifica di compatibilità
con i motori in produzione e consente di
diminuire la dipendenza dall’import di energia di
origine fossile e di attenuare la pressione sul
prezzo del petrolio. Dal punto di vista ambientale
viene, invece, favorita la riduzione delle
emissioni di gas serra. I test
condotti, in accordo con quanto riportato in
letteratura, hanno evidenziato, in particolare, che
l'impiego di biodiesel puro, sul breve e medio
termine non comporta alcun inconveniente e
penalizza le prestazioni solo marginalmente.
La densità energetica
La prontezza all’accensione
L’infiammabilità
L’utilizzo alle basse temperature
Il potere calorifico inferiore (P.C.I.) è una misura
della densità energetica di un combustibile.
P.C.I. del biodiesel 37-38 MJ/kg
P.C.I. del gasolio 42 MJ/kg.
Il biodiesel ha una densità energetica inferiore a
quella del gasolio.
I l comportamento di un carburante
all’accensione è definito dal numero di cetano,
che è un indice del ritardo tra l’iniezione nella
camera di combustione e l’accensione. Più
elevato è il numero di cetano, maggiore è la
prontezza del carburante all’accensione.
Numero di cetano del biodiesel 54-56
Numero di cetano del gasolio 49-50.
Il biodiesel ha un comportamento all’accensione
migliore del gasolio.
La tendenza dei vapori ad infiammarsi
spontaneamente a pressione atmosferica è
espressa da un valore di temperatura in gradi
centigradi, noto come flash point. Un carburante
con un valore di flash point alto presenta una
maggiore sicurezza nelle fasi di stoccaggio,
trasporto e manipolazione.
Flash point del biodiesel 160 °C
Flash point del gasolio 72 °C.
Il biodiesel è un carburante più sicuro in termini
di criticità della gestione.
Una problematica comune al gasolio ed al
biodiesel è la tendenza alle basse temperature a
formare delle cere, che alterano le proprietà
fisiche del carburante.
La possibilità di utilizzo alle basse temperature è
definita dal punto di intorbidamento e dal punto
di scorrimento.
- Il punto di intorbidamento esprime la
temperatura a cui compaiono le cere, ma il
sistema di alimentazione risulta ancora in grado
di pompare il carburante.
Punto di intorbidamento del biodiesel -2 °C
Punto di intorbidamento del gasolio -17 °C
- Il punto di scorrimento indica la temperatura a
cui le cere impediscono il flusso del carburante.
Punto di scorrimento del biodiesel -9 °C
Punto di scorrimento del gasolio - 26 °C.
Il biodiesel è più sensibile a questa problematica
e, pertanto, necessita di una correzione con una
maggiore quantità di additivi di sintesi.
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