Benzina Vs Diesel: un pò di chimica

Discussione in 'Schede Tecniche' iniziata da J.Kay, 27 Gennaio 2007.

  1. Per poter correttamente paragonare i motori a benzina e quelli diesel, non fa male avere in chiaro un paio di differenze fondamentali di funzionamento, di uguale essi hanno infatti si e no i pistoni che fanno su e giù …

    La differenza fondamentale tra i due tipi di motore, da cui derivano poi tutte le diversità tecnologiche e costruttive, risiede nel processo chimico della combustione. Nel motore a benzina la combustione viene innescata dalla scintilla che scocca tra gli elettrodi della candela, mentre nel motore diesel il carburante si "infiamma" spontaneamente per raggiunti limiti di pressione e temperatura … e fin qui, direte voi, lo sanno ormai anche i paracarri …

    Meno noti potrebbero risultare i dettagli chimici della combustione: nei motori a benzina, il combustibile, per bruciare bene e completamente, richiede una quantità esatta di aria (comburente), in qualsiasi momento. La reazione chimica della combustione deve avvenire rispettando il rapporto "stechiometrico", cioè quello esatto della formula teorica: aria + benzina = C02 + acqua + un paio di altre cosette. Tale rapporto viene anche chiamato "lambda" e deve avere valori prossimi a 1 (uno).

    Valori anche a poco inferiori a uno (sovrabbondanza di combustibile rispetto al valore teorico o mancanza di aria, p.es. filtro aria intasato) producono immediatamente consumi esagerati, idrocarburi incombusti nei gas di scarico, il motore "rata" e non raggiunge più la potenza massima.

    Valori anche di poco superiori a uno (sovrabbondanza di aria rispetto al valore teorico) hanno dapprima un benefico influsso sul consumo (fino a circa 1.1) ma oltre tale valore la combustione diviene subito irregolare e incompleta, il motore scalda di più, fa il "vuoto" e la potenza decresce vertiginosamente, mentre le emissioni aumentano in modo drammatico.

    Nei veicoli moderni il trend è di andare verso motori il più "magri" possibile (consumo) senza però esagerare: nei veicoli dotati di catalizzatore il rispetto di tale rapporto viene controllato e tenuto costante da un sensore, detto appunto sonda lambda, situata nello scarico: in base al valore misurato, l'iniezione elettronica provvede a variare la quantità di combustibile iniettato ad ogni ciclo per ottenere la composizione esatta dei gas di scarico, condizione peraltro necessaria per avere poi una corretta post-combustione degli stessi nei vari stadi del catalizzatore (CO, HC e NOx) e quindi il rispetto dei limiti di emissioni imposti dalla legge.

    Nei motori diesel invece sia le temperature che la pressione all'interno della camera di scoppio sono tali che la combustione del carburante iniettato avviene spontaneamente, indipendentemente dal rapporto gasolio/aria esistente in essa. E questo è anche il più grande vantaggio dei motori diesel: il motore "va" a aria e si regola la potenza erogata semplicemente variando la quantità di carburante iniettato: bisogna ammetterlo, semplicemente geniale, complimenti Rudolf Diesel, grande invenzione …

    In pratica nei motore diesel il rapporto Lambda può variare tra valori vicini a 5 (5 volte più aria del necessario) fino a valori prossimi a 1 (giusto l'aria necessaria in teoria). L'esperienza insegna purtroppo che a partire da valori inferiori a 2 (meno del doppio dell'aria necessaria) la combustione del gasolio non è più completa, lo sviluppo di fumo allo scarico (fuliggine, particolato) si fa vieppiù vistoso, idem la puzza ... non parliamo poi dei gas di scarico ... tanto nessuno li misura .. anche se tutti li respiriamo.

    A questo punto é opportuno far notare che mentre nei motori a benzina si varia la potenza erogata variando la quantità di "miscela" aria/benzina immessa e la combustione è SEMPRE perfetta (non da ultimo grazie alla sonda lambda che costantemente controlla la composizione dei gas di scarico), nei motori diesel potenze superiori possono essere ottenute soltanto avvicinandosi sempre più a valori lambda prossimi a 1, con l'inevitabile formazione di fumosità allo scarico e conseguente emissione di fuliggine, particolato, polveri fini e chissà cosa altro ancora.

    I motori Diesel hanno infatti potenze specifiche già di natura inferiori a quelle dei motori a benzina: mentre sui benzina non è un problema ottenere 100-150 cavalli per litro di cilindrata (fino ai 300-400 delle F1), nei motori diesel siamo oggi attorno ai 50-80 cavalli/litro, valori migliorabili solo con l'ausilio del turbo, del common-rail e di analoghe diavolerie, questo beninteso sfruttando al massimo l'indice di opacità dei gas di scarico ammessa dalla legge. Ne consegue che se volessimo costruire un motore diesel con circa 200 cavalli, il minimo oggi richiesto per spostare in modo "accettabile" un moderno monovolume da 2 tonnellate (!), se non si vuol rischiare di entrare nel campo di fumosità del motore bisognerebbe optare per motori di 3000 - 4000 cm3 di cilindrata, cosa non facilmente proponibile per tutta un serie di problematiche di peso e di ingombro del motore, di costi di produzione eccetera.
    Per maggiori informazioni tecniche sul funzionamento dei motori Diesel vi rimando qui o qui
     
  2. Sto caricando...


  3. e tutti i conti li fa la centralina...

    Si sa poi perchè il gasolio brucia così lentamente rispetto alla benza?
     
  4. La combustione del gasolio è diversa da quella del benzina....il gasolio è un olio.....
     
  5. Bravissimo, hai fatto una analisi eccellente, soprattutto il complimento a Rudolf Diesel, tenuto conto che quando io studiavo macchine a fluido, moltissimi anni orsono, si motivò la creazione del ciclo diesel (sottoprodotto di motorizzazione rispetto al ciclo Otto) con l'esigenza di bruciare anche la nafta, che nella distillazione del petrolio era del 68% mentre la benzina veniva prodotta nella misura del 12% quindi se non ci fosse stato un motore in grado di "digerire" la nafta (molto meno raffinata rispetto all'attuale gasolio) si doveva buttare o trovare un utilizzo men che marginale, il salto tecnico è stato decretato dalla turbocompressione, con la quale si è sposato meglio che il ciclo Otto, ed oggi a Le Mans constatiamo che i primi tre classificati adottano motori diesel; complimenti vivissimi a Rudolf Diesel, purtroppo post mortem, ciao a tutti.
     
  6. Chimicamente parlando, la benzina e il gasolio (diesel) sono miscele di idrocarburi completamente diverse.
    Inutile dire che si ricavano dal petrolio...lo sanno pure i bambini.
    Il processo da cui si ricavano i carburanti dal petrolio è una distillazione frazionata.
    La benzina è un prodotto distillato dal petrolio greggio a una temperatura che si aggira fra i 60 e i 100°C. Da un litro di petrolio, solo il 10% diventa benzina dopo la prima semplice distillazione.
    L'uso come carburante della benzina impone che essa abbia determinate caratteristiche:
    • Adeguata volatilità (Sufficiente per un rapido avvio del motore)
    • Buona capacità antidetonante (Capacità di non accendersi per la semplice pressione del pistone)
    Quest'ultimo dato si misura con il famoso "numero di ottano"(NO). Questo è un indice di riferimento ad una scala, in cui l'isoottano puro è uguale a 100 (poco detonante) e il normal-eptano è uguale a 0 (molto detonante). Per migliorare le proprietà antidetonanti della benzina si è in passato fatto ricorso ad additivi costituiti da composti del piombo il cui impiego, per gli effetti inquinanti, ha portato alla nascita della così detta benzina verde, a basso tenore di piombo. In questa, l'agente detonante precedente (piombo tetraetile) è stato sostituito principalmente dal benzene, ma vengono utilizzati anche metil-terziar-butil-etere (MTBE) e etil-terziar-butil-etere (ETBE).

    Le principali specifiche di legge della benzina RON 95 (agg.2006) sono:
    Caratteristiche
    • Colore : verde;
    • Aspetto : limpido ;
    • Densità a 15° : 720 kg/m3 min.;
    • RON : 95 min.;
    • MON : 85 min.;
    • Punto infiammabilità : 21°C max;
    Composizione
    • Benzene : 1% (v/v) max.;
    • Aromatici : 35% (v/v) max.;
    • Olefine : 18% (v/v) max.;
    • MTBE+ETBE : 15% (v/v) max.;
    • zolfo totale : 50 mg/kg max.
    La colorazione verde non è caratteristica del prodotto, ma ottenuta per aggiunta di apposito colorante.
    Da un punto di vista chimico, la benzina è di norma una miscela di idrocarburi paraffinici tra C6H14 (esano) e C8H18 (ottano) in proporzione variabile; vengono aggiunti additivi come appunto l'MTBE ed altri con funzione essenzialmente detergente.

    Il gasolio è un prodotto della distillazione frazionata del petrolio greggio, oppure dal cracking (operazione attraverso la quale gli idrocarburi di maggior peso molecolare sono frammentati in presenza di un catalizzatore). Il gasolio è una miscela contenente idrocarburi alifatici (anche ciclici) da 13 a 18 atomi di carbonio
    Rientra, in genere, nella categoria degli oli combustibili leggeri, pur non possedendo caratteristiche proprie degli oli. La temperatura media d'uscita del gasolio dalla torre di frazionamento è di circa 350 °C.

    La sua efficienza come carburante è espressa dal "numero di cetano" cioè il valore d'infiammabilità (come il numero di ottano è il valore di riferimento della benzina per il suo potere anti-detonante). Il peso specifico è 0,850 kg/dm³, Il suo potere calorifico è attorno ai 40,9 MJ/kg (o 10200 kcal/kg).

    Durante l'inverno si può subire un fenomeno pericoloso, che consiste nella scissione delle paraffine dal gasolio, le quali si vanno a depositare sul fondo del serbatoio e creano problemi d'alimentazione, per evitare questo si può miscelare al gasolio una piccola quantità di benzina. Tuttavia, quest'ultima pratica è assolutamente sconsigliabile su auto diesel di ultima generazione dotate di sistemi di iniezione quali common-rail e iniettori-pompa, a causa della raffinatezza degli impianti che polverizzano a più riprese durante il ciclo di combustione e che lavorano in stretta dipendenza con sonda lambda e filtro antiparticolato. Le pressioni a cui lavorano richiedono gasoli di qualità e purezza sempre maggiore e sempre più omogenea, al pari degli impianti di catalizzazione sempre più sensibili e bisognosi di gasoli puri. E' quindi preferibile, a partire da temperature di circa 5 gradi sotto lo zero, utilizzare additivi antigelo specifici. Al di sopra di tale temperatura, solitamente è sufficiente il gasolio normale, già additivato prima della commercializzazione finale.

    Rudolph Diesel sviluppò il suo motore come "multicarburante". scomparve in circostanze poco chiare.
     
  7. aggiungo che nei paesi in cui si manifestano temperature ambienti molto basse, viene commercializzato gasolio già additivato di sostanze che impediscono la separazione delle paraffine, ciao a tutti
     
  8. Una cosa che mi ha sempre incuriosito:
    -perchè la benzina brucia bene solo vicino al rapporto stechiometrico mentre il gasolio brucia bene sempre!

    è una caratteristica intrinseca dei due differenti combustibili o dipende dalle caratteristiche del motore Diesel rispetto al ciclo Otto???

    Per esempio un motore a ciclo Otto non può funzionare a Gasolio perchè poco volatile e non formerebbe la miscela esplosiva,

    ma un Diesel perchè non potrebbe funzionare con benzina a parte problemi di lubrificazione del sistema di iniezione?

    Grazie e saluti
     
  9. E' il ciclo che si utilizza, un ciclo otto sfrutta il volume "costante", cioè aspira una massa volumetrica fissa di miscela (comburente/combustibile) e deve portare a un volume compresso (rapporto di compressione).
    Il problema sta su questo ciclo che quando sale il pistone che la miscela non esploda prima della scintilla e si rischiano preaccensioni, in questo caso si deve avere un R/C più basso, infatti un secolo fà i motori stavano i più spinti a 7:1 oggi arrivano a iniezione diretta sui 10,5:1 stando tranquilli e sui 13:1 nei iniezione diretta e parlando solo di rapporto di compressione i sovralimentati infatti hanno meno R/C perchè altrimenti la combustione avviene prima della scintilla e comunque i casi sia aspirato che sovralimentato il combustibile deve essere ottanato proprio per sopportare la compressione.
    Per cosentire un lavaggio della camera di scoppio sia nello scarico e aspirazione si studiano fasature di valvole, infatti chi monta alberi a camme sportivi lavora sopratutto sul lavaggio della camera di scoppio.

    Il ciclo Diesel si basa sulla pressione costante (c'è sempre una "costante") ma quì è diverso il discorso nel senso che non esiste una farfalla per regolare il flusso d'aspirazione, consiste nel avere a pistone alto nel momento della combustione avere un volume di "aria compresso" che diventando molto calda il gasolio iniettato si incendia, però non subito ma un attimo dopo perchè viene cetanato per consentire un lieve ritardo dopo l'iniezione altrimenti se s'incendia come la benzina all'istante romperesti la pompa di alta pressione che prende il colpo di combustione.
    IL sovralimentato diesel si sposa meglio perchè respirando a pieni polmoni senza freni di farfalla c'è sempre una costante massa di fluido che investe la girante neccesaria da renderla attiva quasi subito, tant'è vero che i TD e TDi hanno coppia da vendere proprio per questo motivo...
    Prova a guardare quì forse trovi delle risposte, perchè hanno provato anche altre case ad invertire i cicli con i rispettivi combustibili
     
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  10. #9 marcodiesel, 1 Maggio 2013
    Ultima modifica di un moderatore: 2 Maggio 2013
    e aggiungiamo che il ciclo Diesel non ha freno motore e invece il ciclo Otto ha freno motore.....cioè l'analisi è corretta, ma si parla solo di parametri ambientali...alla fine invece la caratteristica dei motori è anche la corsa, la pressione in camera di scoppio, ecc.....e questo era cosi anche prima delle centraline che di fatto esistono solo per i parametri ambientali.
    di fatto il miglior motore è quello a carburatore, dove quello che serve viene dato esattamente al motore, ma ambientalmente non piu accettabile.

    la benzina brucia e quindi serve l'antidetonante (OTTANO) per farla bruciare tutta in contemporanea (il twin spark furbamente l'accende i due punti simmetrici per stare tranquillo), in piu c'è il problema temperatura, quella che brucia prima vicino le candele è piu calda di quella che brucia dopo, in genere al centro della camera di scoppio.

    il gasolio è autocomburente, bastano pressione (e che pressione!!!) e temperatura, condizioni che si presenta identica in tutta la camera, con poco gradiente dal centro della camera verso le pareti esterne del cilindro (piu omogenea la pressione che la temperatura).

    la differenza si capisce subito, il motore a benzina è leggero e, se si assicura la scintilla (e tutto i giochi di sincronismo), cammina sempre.
    quello gasolio è molto pesante (c'è poco da fare, ci vuole il metallo) e per bruciare deve avere la camera molto calda oppure borbotta e non va.

    il discorso della diffusione delle auto a gasolio negli ultimi anni è a scopo puramente economico delle compagnie produttrici di carburanti.

    produrre un litro di benzina, essendo molto raffinata, costa tanto, produrre lo stesso litro di gasolio costa pochissimo, venderli allo stesso prezzo è un affare colossale per le compagnie. il motore a gasolio per non essere un trattore ha bisogno di un sacco di accessori, dalle turbine ai filtri (eh si, inquina piu della benzina, ma non ci meravigliamo, è olio che brucia!!)

    infatti il futuro delle case che se ne fregano, sarà motore benzina di piccola cilindrata con turbina e cose varie.... pochissimo inquinamento e tanti km/l, ma per adesso dobbiamo fare questa cosa malata, motore inquinantissimo, per usare un carburante degno dei trattori.
    tutto dipende dal coraggio dei costruttori di mettersi contro gli ordini delle compagnie petrolifere.
     
  11. non sono daccordo, semmai il contrario, qualsasi diesel come alzi il pedale lo vedi che decellera vstosamente, sul benzina per farlo decellerare devi anche tagliare sull'alimentazione di carburante, altrimenti ancora va avanti per iniezia.
    Su un contesto coppia/potenza col regime massimo tipo sottoquadro/quadro/superquadro dove entrambi i cicli hanno caratteristiche diverse, però che senso ha un diesel mandarlo oltre alla velovità del suo fronte di fiamma in un superquadro che un benzina te lo imballa ben oltre i 10.000 giri/min?
    Alt, il carburatore lavora bene solo su determinati range di rotazione del motore e a condizioni precise, tipo se è carburato in inverno in estate sarà sicuramente scarburato e vice versa, la centralina tramite vari sensori te lo rende preciso, se poi mi parli di coppia è un'altro discorso, ma non in questa discussione discutiamone...
    E' imprecisa la cosa nel senso che la benzina senza l'ottanatura s'incendia solo col semplice salire del pistone che esercita pressione, ha bisogno di avere un fronte di fiamma, non diversi come la detonazione dove allo scoccare della scintilla, la pressione si alza a tal punto che si autoincendia in un'altra zona della camera di combustione creando una velocità di fiamma supersonica, tipico di quel suono breve ma acuto.
    sincrono sono due scintille scoccate contemporaneamente, asincrone invece una è in lieve ritardo ma in sincronia col fronte di fiamma, la scelta specialmente nei TS 16V è stata su entrambi per dare più coppia tipo il 1.4, rispettare EURO2/3 dove si è andati sul asincrono tipo il 2.0 16V, dove avendo miscele magre nons erviva avere due scintilla (già detonano di loro...)
    Il diesel è pesante perchè avendo solo l'iniezione come aproccio per creare la combustione, ha tantissime gocce sparate in camera di scoppio e si creano tanti fronti di fiamma, infatti il diesel non brucia, detona e crea quel tipico rumore al minimo, il problema che per sopprotare quelle sollecitazioni si deve avere il banco in ghisa dove è più elastico rispetto uno in alluminio e poi un benzina lavora a 10,5:1 contro mediamente a 20:1, se permetti ci passa differenza...
    chi inquina di più è da vedere...
    Quì fai confusione nel senso che entrambi i motori li hanno estremizzati ormai nei consumi, tant'è che nei camion dove hanno alzato il R/C oltre il 23:1 devono mettere un pistone a lega di ferro, perchè in alluminio di buca il pistone, invece nelle nostre auto mettono un rivestimento di ceramica per sopportare le alte temperature.

    Hai le idee un pò confuse in giro anche in questa sezione trovi delle belle discissioni in merito