Influenta Caracteristicilor Energetice ale Combustibilului Asupra Performantelor Motoarelor cu Ardere Interna
LUCRARE DE LICENȚĂ
INFLUENȚA CARACTERISTICILOR ENERGETICE ALE COMBUSTIBILULUI ASUPRA PERFORMANȚELOR MOTOARELOR CU ARDERE INTERNĂ
CUPRINS
CAPITOLUL I – Introducere
1.1. Impactul automobilului asupra mediului
CAPITOLUL II – Controlul poluării
2.1. Considerații generale
2.1.1. Ecologia și implicațiile ecologice ale poluării
2.1.2. Poluanții produși de motoarele cu ardere internă
2.1.2.1. Considerații generale
2.2. Originea poluanților din gazele de evacuare ale motoarelor cu
aprindere prin scânteie, mijloace generale de diminuare a noxelor
2.2.1. Surse de noxe
2.2.2. Originea hidrocarburilor
2.2.3. Originea oxizilor de carbon
2.2.4. Originea oxizilor de azot
2.2.5. Originea particulelor
2.2.6. Originea aldehidelor
2.3. Mijloacele de reducere a emisiilor poluante la motoarele cu aprindere prin scânteie
2.3.1. Influența unor factori asupra emisiilor produse de motoarele cu aprindere prin scânteie
2.3.2. Mijloace generale pentru diminuarea noxelor la geneză
2.4. Metode pasive de reducere a emisiilor la motoarele cu aprindere prin scânteie cu catalizator
2.4.1. Considerații generale
2.4. 2.Catalizatorii destinați motoarelor cu aprindere prin scânteie
2.4.2.1. Principii de funcționare și reacții chimice
2.4.2.2. Clasificare și istoric
2.5. Catalizatorul cu triplă acțiune
2.6. Reducerea emisiilor la pornire pentru motoarele cu prelucrarea gazelor evacuate în catalizatori
2.7. Sinteză asupra controlului la motoarele cu aprindere prin scânteie
2.7.1. Corelația dintre condițiile de funcționare și noxe
2.8. Inventarierea metodelor de măsurare a noxelor
2.8.1. Instalații și metode de măsurare a poluanților emiși de către motoarele cu ardere internă
2.8.1.1. Instalații de măsurare a poluanților gazoși
2.8.1.2. Instalații de măsurare a particulelor
2.8.1.3. Scheme pentru standuri dinamice cu role
2.8.1.4. Elemente privind determinarea experimentală a poluanților și a mirosului
2.8.1.4.1. Inventarierea metodelor de măsurare a noxelor
2.8.1.4.2. Evaluarea mirosului gazelor de eșapament
2.9. Evaluarea poluǎrii produse în transporturile rutiere
2.10.Concluzii
2.11. Automobilul și încǎlzirea globalǎ
2.11.1. Bioxidul de carbon
2.11.2. Metanul
2.11.3. Protoxidul de azot- gazul ilariant
2.11.4. Non – metan hidrocarburi
2.11.5. Oxizii de azot
2.11.6. Hidrocarburi halogenate
2.12. Contribuția transportului rutier la producerea gazelor cu efect de seră
2.13. Măsuri de protecție a mediului
CAPITOLUL III – Reglementări interne și internaționale privind poluarea datorată motoarelor cu ardere internĂ
3.1. Legislația antipoluare
3.1.1. Evoluția legislației pentru combaterea poluării
3.1.2. Regulamente europene
3.1.2.1. Regulamentu nr.83 CEE – ONU
3.1.2.2. Regulamentul nr.49 CEE – ONU
3.1.2.3. Regulamentul nr.24 CEE – ONU
3.1.3. Regulamente ale S.U.A
3.1.3.1. Cicluri și limite pentru autovehicule ușoare
3.1.3.2. Cicluri pentru autovehicule grele
3.1.4. Regulamete Japoneze
3.1.5. Legislația Românească
3.2. Concluzii
3.3. Automobile și regulamentele de poluare
3.3.1. Scurt istoric
3.3.2. Regulamente privitoare la emisiile oxizilor de azot la autoturisme
3.3.3. Regulamente privitoare la emisiile de particule Diesel la autoturisme
3.3.4. Regulamentele privitoare la emisia oxizilor de azot la autovehicule grele
3.3.5. Regulamentele privitoare la emisia de particule Diesel la autovehiculele grele
3.3.6. Regulamente europene pentru autoturisme
3.3.7. Regulamentele europene pentru vehiculele comerciale
3.3.8. Alte reglementări
CAPITOLUL IV – măsurarea emisiilor poluante
4.1. Metode de măsurare a emisiilor
4.1.1. Măsurarea monoxidului de carbon
4.1.2. Măsurarea oxizilor de azot
4.1.3. Măsurarea hidrocarburilor
4.1.4. Măsurarea fumului
4.1.5. Măsurarea particulelor
4.1.6. Echivalența fum – particule
4.1.6.1. Corelații cu unitățile de fum Bosch
4.1.6.2. Corelația cu unitățile de fum Hartridge
4.1.6.3. Interpretarea curbelor de echivalență
4.1.6.4 Verificarea corelației fum – particule
4.2. Instalații și aparate de măsurare
4.2.1. Instalații de măsură a poluanților
4.2.1.1. Instalații de măsurare a poluanților gazoși
4.2.1.2. Instalații de măsurare a particulelor
4.2.2. Scheme pentru standuri dinamice cu role
4.2.3. Aparatura de măsurare
4.3. Metode moderne de cercetare a poluanților chimici
4.3.1. Analiza substanțelor nelimitate prin norme
4.3.2. Spectrometria de masă
4.3.3. Cromatografia
4.3.4. Gravimetria și termogravimetria
4.3.5. Fotometria
4.3.6. Alte metode de cercetare
4.4. Tendințe și obiective în programul de acțiune și reducere a poluǎrii asupra mediului
4.4.1. Al 6-lea Program de Acțiune Asupra Mediului
4.4.2. Noxele cu efect de serǎ și programe pentru controlul schimbǎrilor climatice
4.4.3.Transportul și bioxidul de carbon
4.4.4. Protocolul Kyoto asupra schimbării climei
4.4.5. Indicatori de cuantificare a condițiilor de mediu
4.5.Concluzii
CAPITOLUL V- COMBUSTIBILI PENTRU MOTOARELE CU ARDERE INTERNĂ
5.1. Benzine.Cifra octanică
5.2. Cifra cetanică
BIBLIOGRAFIE
CAPITOLUL I
Introducere
1.1. Impactul automobilului asupra mediului
În anul 2000 circulau în lume circa 800 de milioane de autovehicule, dintre care în jur de 500 de milioane erau autoturisme, iar restul, autocamioane, autobuze, motociclete și scutere. În Europa și America de Nord se aflau 35%, iar restul în Asia, America de Sud, Africa și Oceania [89]. Producția mondialǎ anualǎ este astǎzi de circa 60 de milioane de automobile [90]. În Europa aproximativ 14 milioane de vehicule își încheie ciclul de viațǎ, iar în SUA, între 10 și 11 milioane de automobile (autoturisme, autocamioane și autoutilitare) sunt reciclate.
Creșterea continuǎ a numǎrului de vehicule va fi strâns legatǎ de creșterea viitoare a populației globului, înmulțirea populației urbane și creșterea economicǎ.
Conform previziunilor Organizației Națiunilor Unite, populația globului va ajunge pânǎ în 2050 la aproape 9 miliarde de locuitori. Populația Uniunii Europene (27 de state) este estimatǎ la 450 de milioane de locuitori în 2020, din care 25% va fi peste 60 de ani [1]. La începutul anului 2003 populația globului era de 6,3 miliarde de locuitori. Aceastǎ creștere nu este uniform distribuitǎ și este mai accentuatǎ în țǎrile din Asia, Africa și America Latinǎ, tabelul 1.1.
Tabelul 1.1 – Previziunile ONU referitoare la creșterea populației globului
Ca rezultat al acestei tendințe este de așteptat ca numǎrul de vehicule sǎ creascǎ semnificativ, în special în țǎrile cu industrializare rapidǎ din Asia de Sud-Est, și la fel presiunile privind protecția mediului înconjurǎtor.
Consumul anual de energie primarǎ a crescut pânǎ la 7,8×109 tone petrol echivalent. Rezervele exploatabile de petrol sunt evaluate la 136×109 tone, ceea ce înseamnǎ cǎ, în ritmul actual de consum, acestea ar putea ajunge pânǎ în 2040. Dat fiind faptul cǎ tehnologiile de extracție și de prelucrare a țițeiului sunt într-un continuu progres și cǎ cercetǎrile pentru descoperirea unor noi zǎcǎminte sunt bine motivate este de așteptat ca limita epuizǎrii resurselor sǎ fie și mai îndepǎrtatǎ [61].
Rezervele de gaze naturale sunt evaluate la 114×109 tone petrol echivalent și, în ritmul actual de consum, ar ajunge pânǎ la jumǎtatea secolului XXI.
Biomasa este evaluatǎ la 700×109 tone petrol echivalent, ceea ce înseamnǎ de 100 de ori consumul mondial anual de energie. Totuși, datoritǎ posibilitǎților limitate de utilizare și a randamentului scǎzut de transformare în combustibil, este de așteptat ca biomasa sǎ nu constituie o sursǎ importantǎ de combustibil pentru automobile, cu toate cǎ importanța acesteia în viitor va crește.
Se poate aprecia cǎ pretențiile de reducere drasticǎ a consumului de combustibil la automobile sunt determinate și de epuizarea, într-un viitor nu prea îndepǎrtat (2 – 3 generații), a rezervelor de combustibil fosil.
Pe lângǎ ozonul și particulele care afecteazǎ calitatea aerului atmosferic, emisiile motoarelor Diesel și Otto includ un numǎr de compuși poluanți cu risc mare de cancer sau alte efecte negative asupra sǎnǎtǎții. Acești compuși poluanți includ benzenul, formaldehida, acetaldehida, 1,3-butadiena și particulele Diesel. Toți acești componenți sunt produși ai arderii; benzenul se gǎsește și în alte gaze decât cele de evacuare de la motoarele pe benzinǎ.
Pe baza datelor recente se apreciazǎ cǎ emisiile Diesel și în principal particulele (PM) tind sǎ devinǎ sursa dominantǎ a riscului de cancer. Agenția Internaționalǎ de Cercetare a Cancerului (International Agency for Research on Cancer – IARC) a trecut emisiile Diesel pe lista substanțelor toxice potențial cauzatoare de cancer (1998). Organizația Mondialǎ a Sǎnǎtǎții (The World Health Organization) recomandǎ eforturi urgente de reducere a emisiilor, în special a particulelor, prin schimbarea sistemelor tehnice de evacuare, reproiectarea motoarelor și compoziția combustibilului. Abia în 2000, The National Institute for Environmental Health Sciences (NIEHS) a trecut particulele Diesel pe lista sa de substanțe responsabile de cancerul uman, în special cel de plǎmâni. În urma unui program de monitorizare, desfǎșurat în Los Angeles, s-a constatat cǎ 70% din totalul îmbolnǎvirilor de cancer, în zona urbanǎ monitorizatǎ – 1400 cazuri/la un milion de locuitori – sunt atribuite emisiilor de particule Diesel, 20% altor compuși toxici (benzen, butadienǎ și formaldehidǎ), iar 10% sunt atribuite surselor staționare (industrie, curǎțǎtorii, operații de cromare).
Un alt aspect care intereseazǎ, este cel al dimensiunii particulelor Diesel. Aproximativ 80-95% din masa de particule au dimensiuni cuprinse între 0,05-1,0 microni, cu valoarea medie de 0,2 microni. Aceste particule fine au o suprafațǎ de arie foarte mare pe gram de masǎ, ceea ce le face foarte bune purtǎtoare de compuși anorganici și organici care ajung cu aerul aspirat în plamâni. Aproximativ 50-90% din numǎrul de particule Diesel din gazele de evacuare sunt ultrafine, cu dimensiuni cuprinse între 0,005-0,05 microni, cu o valoare medie de 0,02 microni. Din punct de vedere masic particulele ultrafine nu reprezintǎ decât 1-20%. Pentru a reține aceste particule filtrele utilizate trebuie sǎ satisfacǎ standardele masice pentru PM. De asemenea, pentru ca noile vehicule sǎ se încadreze în standarde, este nevoie de presiuni suplimentare din partea societǎții pentru a asigura obligativitatea introducerii filtrelor de particule.
Emisia de particule ultrafine a determinat Consiliul Miniștrilor de Mediu din Uniunea Europeanǎ sǎ cearǎ reducerea nivelului sulfului din combustibili, reducerea numǎrului de nanoparticule și înǎsprirea standardului privind emisia de NOx, de cǎtre automobilele cu motoare Diesel, pânǎ la cel echivalent al automobilelor cu motoare Otto. În acest sens se dorește introducerea filtrelor de particule la toate vehiculele cu motoare Diesel, ca o mǎsurǎ eficientǎ de reducere a masei de PM emise, a toxicitǎții lor și a numǎrului de particule ultrafine.
În lucrarea [24] se face o prezentare comparativǎ a efectelor negative (aciditate, efect de serǎ și poluarea aerului) ale emisiilor asupra sǎnǎtǎții oamenilor și a calitǎții mediului, luând ca etalon bioxidul de carbon (CO2) și bioxidul de sulf (SO2), tabelul 1.2. Se adoptǎ urmǎtoarele referințe (etaloane):
Influența asupra efectului de serǎ – CO2 = 1;
Aciditate – SO2 = 1;
Poluarea aerului – SO2 = 1.
Tabelul 1.2 .– Efectele negative ale emisiilor asupra sănătății oamenilor și a calității mediului
Se remarcǎ efectul de serǎ pronunțat al compușilor halogenați ai carbonului, precum și acțiunea nocivǎ a oxizilor de sulf și de azot și a plumbului asupra sǎnǎtǎții oamenilor și a vegetației (prin ploile acide).
CAPITOLUL 2
Controlul poluării
2.1. Considerații generale
2.1.1. Ecologia și implicațiile ecologice ale poluării
Ecologia este știința care se ocupă cu studiul interacțiunii dintre ființele vii și dintre acestea și mediul în care trăiesc. Denumirea a fost dptat ca limita epuizǎrii resurselor sǎ fie și mai îndepǎrtatǎ [61].
Rezervele de gaze naturale sunt evaluate la 114×109 tone petrol echivalent și, în ritmul actual de consum, ar ajunge pânǎ la jumǎtatea secolului XXI.
Biomasa este evaluatǎ la 700×109 tone petrol echivalent, ceea ce înseamnǎ de 100 de ori consumul mondial anual de energie. Totuși, datoritǎ posibilitǎților limitate de utilizare și a randamentului scǎzut de transformare în combustibil, este de așteptat ca biomasa sǎ nu constituie o sursǎ importantǎ de combustibil pentru automobile, cu toate cǎ importanța acesteia în viitor va crește.
Se poate aprecia cǎ pretențiile de reducere drasticǎ a consumului de combustibil la automobile sunt determinate și de epuizarea, într-un viitor nu prea îndepǎrtat (2 – 3 generații), a rezervelor de combustibil fosil.
Pe lângǎ ozonul și particulele care afecteazǎ calitatea aerului atmosferic, emisiile motoarelor Diesel și Otto includ un numǎr de compuși poluanți cu risc mare de cancer sau alte efecte negative asupra sǎnǎtǎții. Acești compuși poluanți includ benzenul, formaldehida, acetaldehida, 1,3-butadiena și particulele Diesel. Toți acești componenți sunt produși ai arderii; benzenul se gǎsește și în alte gaze decât cele de evacuare de la motoarele pe benzinǎ.
Pe baza datelor recente se apreciazǎ cǎ emisiile Diesel și în principal particulele (PM) tind sǎ devinǎ sursa dominantǎ a riscului de cancer. Agenția Internaționalǎ de Cercetare a Cancerului (International Agency for Research on Cancer – IARC) a trecut emisiile Diesel pe lista substanțelor toxice potențial cauzatoare de cancer (1998). Organizația Mondialǎ a Sǎnǎtǎții (The World Health Organization) recomandǎ eforturi urgente de reducere a emisiilor, în special a particulelor, prin schimbarea sistemelor tehnice de evacuare, reproiectarea motoarelor și compoziția combustibilului. Abia în 2000, The National Institute for Environmental Health Sciences (NIEHS) a trecut particulele Diesel pe lista sa de substanțe responsabile de cancerul uman, în special cel de plǎmâni. În urma unui program de monitorizare, desfǎșurat în Los Angeles, s-a constatat cǎ 70% din totalul îmbolnǎvirilor de cancer, în zona urbanǎ monitorizatǎ – 1400 cazuri/la un milion de locuitori – sunt atribuite emisiilor de particule Diesel, 20% altor compuși toxici (benzen, butadienǎ și formaldehidǎ), iar 10% sunt atribuite surselor staționare (industrie, curǎțǎtorii, operații de cromare).
Un alt aspect care intereseazǎ, este cel al dimensiunii particulelor Diesel. Aproximativ 80-95% din masa de particule au dimensiuni cuprinse între 0,05-1,0 microni, cu valoarea medie de 0,2 microni. Aceste particule fine au o suprafațǎ de arie foarte mare pe gram de masǎ, ceea ce le face foarte bune purtǎtoare de compuși anorganici și organici care ajung cu aerul aspirat în plamâni. Aproximativ 50-90% din numǎrul de particule Diesel din gazele de evacuare sunt ultrafine, cu dimensiuni cuprinse între 0,005-0,05 microni, cu o valoare medie de 0,02 microni. Din punct de vedere masic particulele ultrafine nu reprezintǎ decât 1-20%. Pentru a reține aceste particule filtrele utilizate trebuie sǎ satisfacǎ standardele masice pentru PM. De asemenea, pentru ca noile vehicule sǎ se încadreze în standarde, este nevoie de presiuni suplimentare din partea societǎții pentru a asigura obligativitatea introducerii filtrelor de particule.
Emisia de particule ultrafine a determinat Consiliul Miniștrilor de Mediu din Uniunea Europeanǎ sǎ cearǎ reducerea nivelului sulfului din combustibili, reducerea numǎrului de nanoparticule și înǎsprirea standardului privind emisia de NOx, de cǎtre automobilele cu motoare Diesel, pânǎ la cel echivalent al automobilelor cu motoare Otto. În acest sens se dorește introducerea filtrelor de particule la toate vehiculele cu motoare Diesel, ca o mǎsurǎ eficientǎ de reducere a masei de PM emise, a toxicitǎții lor și a numǎrului de particule ultrafine.
În lucrarea [24] se face o prezentare comparativǎ a efectelor negative (aciditate, efect de serǎ și poluarea aerului) ale emisiilor asupra sǎnǎtǎții oamenilor și a calitǎții mediului, luând ca etalon bioxidul de carbon (CO2) și bioxidul de sulf (SO2), tabelul 1.2. Se adoptǎ urmǎtoarele referințe (etaloane):
Influența asupra efectului de serǎ – CO2 = 1;
Aciditate – SO2 = 1;
Poluarea aerului – SO2 = 1.
Tabelul 1.2 .– Efectele negative ale emisiilor asupra sănătății oamenilor și a calității mediului
Se remarcǎ efectul de serǎ pronunțat al compușilor halogenați ai carbonului, precum și acțiunea nocivǎ a oxizilor de sulf și de azot și a plumbului asupra sǎnǎtǎții oamenilor și a vegetației (prin ploile acide).
CAPITOLUL 2
Controlul poluării
2.1. Considerații generale
2.1.1. Ecologia și implicațiile ecologice ale poluării
Ecologia este știința care se ocupă cu studiul interacțiunii dintre ființele vii și dintre acestea și mediul în care trăiesc. Denumirea a fost dată de biologul german Ernest Hoeckel, 1866 prin lucrarea “Morfologia generală a organismului” denumirea avându-și originea în limba greacă (oikos-casă; logos-știință).
Desprinsă din biologia generală, ecologia e o știință care-și dovedește tot mai mult independența, ea bazându-se ca știință a gospodăriei planetei, pe observații proprii, pe experimente și cercetări efectuate prin mijloace statistice și pe modele matematice.
Ecologia nu poate fi ruptă nici de științele medicale și nici de cele social-umaniste, [15] protecția mediului fiind în simbioză intimă cu acestea.
În strânsă legătură cu noțiunea de ecologie este cea de poluare. Poluarea constă în introducerea în mediu a unor substanțe care pot deranja echilibrul ecologic (între ființele vii), dăunează stării de sănătate și confort a ființelor vii și poate produce pagube economice prin modificarea factorilor naturali sau a celor creați prin activități umane.
În esență, poluarea mediului înconjurător reprezintă ansamblul modificărilor defavorabile pe care le suportă calitățile naturale ale acestuia sub influența activităților societății omenești.
Poluarea nu poate fi considerată ca o caracteristică a societății moderne [58]. Omul a dezvoltat activități cu caracter poluant încă de la descoperirea focului, modul de practicare a agriculturii în antichitate a determinat poluarea treptată a solului, întinse teritorii din Fenicia, Babilon și Egipt fiind transformate în deșerturi.
Civilizația modernă este caracterizată de două procese fundamentale determinante pentru poluare și anume industrializarea și urbanizarea care se manifestă dezavantajos în condițiile în care nu s-au luat în prealabil măsuri corespunzătoare.
La sol poluarea este caracterizată de acumularea continuă a deșeurilor industriale sau domestice, creșterea nivelului zgomotului în zonele industriale și urbane prin degradarea peisajului natural. Printre multiple surse de poluare se manifestă și mijloacele de transport rutier, aerian și naval echipate cu motoare cu ardere internă [113]. Acțiunea poluantă a motoarelor, prin emisiunile nocive de gaze se manifestă în mod pregnant în mari centre urbane, caracterizate printr-o densitate deosebită a mijloacelor de transport și o situație geografică specială cum este cazul orașelor Los Angeles, Tokio, Mexico City de exemplu.
Poluarea atmosferei cu gaze și cu particule determină modificări importante de concentrație nu numai local dar care se pot manifesta la nivel planetar chiar. Incidența unor maladii pulmonare tipice, modificări de climă care în perspectivă pot avea urmări deosebit de grave, se datoreaza acțiunii unor poluanți.
Identificarea legilor poluării este necesară pentru înțelegerea efectelor ei globale și pentru trasarea soluțiilor optime. B. Commoner a sintetizat trei legi ecologice, cu enunțuri extrem de generale [58]:
Prima lege, enunțată sub forma “toate sunt legate de toate”, tratează ciclurile existente în natură – biochimice, biologice, ecologice – dar care, în esență, arată independența formelor de viață existente, atât reciprocă, cât și cu mediul ambiant. Această lege permite explicarea oscilațiilor ecologice datorate unor modificări ale mediului ambiant care sunt reversibile până la o anumită limită. Depășirea valorii normale a unei componente ecologice duce la perturbarea ciclului biologic, de cele mai multe ori fiind un proces de feed-back, dificil de analizat.
A doua lege,”totul trebuie să ducă undeva”, este de fapt o altă enunțare a principiului de conservare “totul se transformă, nimic nu se pierde”, adaptat la contextul poluării în sensul că toate deșeurile activității omului nu pier și chiar dacă sunt aruncate în oceane, vor reintra, mai devreme sau mai târziu, în circuitele biologice.
A treia lege se poate enunța “natura se pricepe mai bine“ și indică faptul că, în cursul evoluției vieții, natura a experimentat mii de substanțe păstrate în compoziția internă a organismelor numai compușii utili și nenocivi.
În cazul motoarelor cu ardere internă poluanții chimici sunt determinați de procesul oxidării combustibililor care este un proces complex ce generează, pe lângă CO2, H2O, N2 și O2 în exces, o serie de substanțe chimice – produși ai arderii incomplete – care se află în cantități mici în gazele de evacuare (2% din volum).
Aceste substanțe sunt foarte toxice, iar la scară mondială produc efecte nocive importante asupra mediului înconjurător în general, și asupra sănătății oamenilor, în special.
Din cele aproximativ 1000 de substanțe chimice distincte identificate în gazele arse, datorită efectului nociv dovedit, s-au limitat prin reglementări speciale următoarele:
Hidrocarburile – HC
Monoxidul de carbon – CO
Oxizii de azot – NOx(NO+NO2)
Particulele – PT (numai pentru motoarele cu aprindere prin comprimare)
Fumul – măsură a efectului vizibil produs de gazele arse.
Efecte nocive incontestabile produc și alte substanțe, pentru care sunt în discuții unele propuneri de limitări:
Dioxidul de carbon – CO2; considerat până de curând un produs “curat” al arderii, este acuzat în prezent de producerea efectului de seră, cu consecințe nefaste asupra mediului înconjurător; singura metodă de a limita acești poluanți este reducerea consumului specific de combustibil.
Oxizii de sulf – SOx(SO2+SO3); împreună cu NOx cauzează ploile acide care distrug vegetația: metoda de limitare a acestor poluanți este reducerea consumului de sulf combustibil;
Plumbul și compușii săi; nocivitatea sa foarte mare impune evitarea folosirii tetraetilului de plumb ca aditiv antidetonant și găsirea unor înlocuitori nepoluanți.
Benzo(a) pirena și alte substanțe chimice din grupa hidrocarburilor (HC), care au efecte cancerigene sau mutagene dovedite.
Zgomotul este considerat a fi un poluant cu efecte nocive asupra stării de sănătate a populației; zgomotul produs de trafic afectează un procent mare din populație, iar creșterea numărului de vehicule duce la creșterea intensității sonore. Se apreciază că, la fiecare creștere cu 25% a numărului de vehicule, nivelul de zgomot în orașe crește cu 1 dB(A).
Datorită compunerii logaritmice a nivelelor intensității sonore, reducerea zgomotului produs de un vehicul impune reducerea semnificativă a nivelelor cele mai mari ale intensității sonore ale componentelor acestuia. De aceea, zgomotul emis de motor trebuie privit ca un component al zgomotului vehiculului; în general limitările legislative care s-au impus se referă la vehicul și nu la motor.
Transporturile rutiere au o contribuție însemnată asupra poluării mediului înconjurător, afectând practic toate ecosistemele. Principalele efecte sunt prezentate în tabelul 2.1.
Contribuția procentuală a transporturilor rutiere la degradarea mediului este, conform ultimelor aprecieri:
schimbări de climă
– prin producerea efectului de seră 17%;
– prin reducerea stratului de ozon 2%;
acidificare 25%;
eutroficare cu azot (5%), cu fosfor (2%);
zgomot 90%;
miros 38%;
Tabelul 2.1. Transporturile rutiere și poluarea mediului înconjurător
Sunt interesante cifrele care sunt reprezentative, pentru studiul poluării caracterizate de emisiile principalelor substanțe produse în Europa, atât ca valori absolute, cât și ca valori raportate la emisia mondială (tabelul 2.2); o parte importantă din aceste emisii se datoreaza transporturilor, lucru care se va evidenția în cele ce urmează.
Repartițiile acestor emisii pe surse au fost apreciate de cele mai multe grupuri europene de cercetare a emisiilor poluante, care au folosit și proceduri de calcul diferite.
În continuare se prezintă două repartiții considerate ca fiind reprezentative pentru studiul poluării produse de transporturile rutiere.
Tabelul 2.2. Emisiile principalelor substanțe produse în Europa
*Estimările globale sunt nesigure CFC – clorofluor carbon
VOC-compuși organici volatili
NMHC-hidrocarburi fără metan
În tabelul 2.3. sunt înfățișate sursele principale de emisii, în care transportul rutier apare ca sursă distinctă, chiar distribuită funcție de tipul motorului (m.a.s.- motoare cu aprindere prin scânteie care funcționează cu benzină, m.a.c.- motoare cu aprindere prin comprimare, care funcționează cu motorină).
Tabelul 2.3. Sursele principale de emisii poluante
* – între 5-25% din emisiile totale în orașe comerciale neindustrializate
– între 25-50%, analog
# – peste 50%, analog
A doua repartiție considerată a fost făcută în 1986 în Germania, prin analiza măsurătorilor asupra poluării aerului efectuate și raportate atât la surse (tabelul 2.4) cât și la parcul de autovehicule (tabelul 2.5.)
Din tabelul 2.4. se observă că mijloacele de transport (de la motociclete la avioane) produc 74% CO, 61% NOx și 21% CO2; contribuția lor la emisia de SOx și particule este relativ mică.
Tabelul 2.4. Mijloacele de transport și emisiile poluante
*- incluzând solvenții; **- incluzând praful
Dacă se consideră numai poluarea produsă de transporturi, (tabelul 2.5.) se observă că emisia de CO și HC se datorează, în special, motoarelor cu benzină (m.a.s.). Emisia de SOx și particule este produsă, aproape în întregime, de motoarele Diesel (m.a.c.), în timp ce emisia de NOx se împarte relativ egal între m.a.s. și m.a.c..
Gradul ridicat de motorizare în țările civilizate, condițiile climatice locale nefavorabile din ultimul timp în sezonul cald, impun ca un paleativ reducerea vitezei de circulație a autovehiculelor pentru diminuarea nivelului de solicitare al motorului și cu aceasta a noxelor, în primul rând a oxizilor de azot, cu implicații directe asupra formării ozonului la sol, determinând în același timp și reducerea numărului de accidente.
Tabelul 2.5. Poluarea produsă de transporturile rutiere
2.1.2. Poluanții produși de motoarele cu ardere internă
2.1.2.1. Considerații generale
Luând în considerare punctul de vedere ecologist “un om curat într-o lume curată“, există nemulțumiri privind impactul motoarelor cu ardere internă (m.a.i.) asupra ambianței terestre pe care o poluează prin emisii de gaze nocive și zgomot, în principal, dar și prin alte inconveniente, aparent de o mai mică însemnătate, cum ar fi scurgeri de ulei și combustibili, deșeuri din procesul de fabricație sau de reciclare al vehiculelor, perturbații electromagnetice.
Atenția deosebită acordată sectorului de transporturi rutiere cu un grad ridicat de motorizare este justificată prin aceea că în 1990 acesta consuma circa 17% din producția de petrol extras anual, folosind 20-25% din energia mondială [58]. În 1993, statisticile British Petroleum stabilesc consumul de hidrocarburi pentru toate aplicațiile cu motoare cu ardere internă la 34%.
Efectul poluant cel mai important al motoarelor cu ardere internă se datorează emisiilor de gaze nocive existente în gazele de evacuare, emisii care apar datorită arderii defectuoase, incomplete, a combustibilului în motoarele cu ardere internă.
Arderea ideală a combustibililor se realizează prin evidențierea compușilor prezenți în schema din figura 2.1.
Fig. 2.1. Arderea ideală
Fig. 2.2. Arderea reală
În raport cu noxele, pierderile anuale pentru un automobil care ar parcurge 30 000 km/an, cu un consum de 7,5 l/100 km, s-ar repartiza astfel, în condițiile în care motorul nu a fost “depoluat”:
– hidrocarburi prin evaporare, 90 l ;
– hidrocarburi prin gazele de carter, 25 l ;
– hidrocarburi prin gaze de evacuare, 60 l ;
– oxid de carbon din gazele de eșapament (valoare echivalentă) 275 l, totalul fiind de 450 l din 2250 l necesari.
Primele două categorii de pierderi se datorează etanșării necorespunzătoare a rezervorului, carburatorului și mecanismului motor, iar celelalte două imperfecțiunii procesului de amestec și de ardere a hidrocarburilor, domeniu în care se cere încă a se acționa asiduu.
Din cele aproximativ 1000 de substanțe distincte existente în gazele de evacuare, din cauza efectului nociv dovedit, s-au limitat prin reglementări legislative următoarele:
hidrocarburile – HC;
monoxidul de carbon – CO;
oxizii de azot – NOx (NO+NO2);
particulele – PT (doar pentru motoarele cu ardere prin comprimare –m.a.c.);
fumul – măsură a efectului vizibil produs de gazele arse.
Efecte nocive incontestabile produc și alte substanțe,pentru care sunt în discuție unele propuneri de limitări:
dioxidul de carbon – CO2, considerat până de curând un produs “curat” al arderii, este acuzat în prezent de producerea efectului de seră, cu consecințe nefaste asupra mediului înconjurător; singura metodă de a limita acest poluant fiind reducerea consumului specific de combustibil. Din păcate, jumătate din dioxidul de carbon ajuns în atmosferă între 1900-1970 se găsește încă aici, neputând fi prelucrat de către clorofila plantelor;
oxizii de sulf – SOx (SO2+SO3), împreună cu NOx cauzează ploile acide, care distrug vegetația; metoda de limitare a acestor poluanți constă în reducerea conținutului de sulf din combustibil;
plumbul și compușii săi; este cunoscut pentru nocivitatea sa foarte mare; se impune evitarea folosirii tetraetilului de plumb ca aditiv antidetonant și găsirea unor înlocuitori nepoluanți;
benzo(a)pirena și alte substanțe chimice din grupa HC au efecte cancerigene sau mutagene dovedite.
2.2. Originea poluanților din gazele de evacuare ale motoarelor cu aprindere prin scânteie, mijloace generale de diminuare a noxelor
2.2.1. Surse de noxe
Dintre motoarele cu ardere internă, motorul cu aprindere prin scânteie este considerat ca cel mai reprezentativ poluant, nu atât datorită principiului de funcționare comparativ cu motoarele cu aprindere prin comprimare, cât datorită populației foarte mari de motoare de acest tip în trafic.
Din totalul de 100% noxe eșapate, 20% revin evaporării, 20% gazelor de carter și 60% gazelor de evacuare [15].
Aceasta a făcut ca, în multe țări, primele măsuri de protecție antipoluantă să fie luate relativ la etanșarea corectă îndeosebi a rezervorului, controlată prin bușonul acestuia și să se recurgă la aspirarea gazelor de carter. Intervențiile asupra gazelor evacuate în eșapament sunt mai complicate, ele presupunând atât controlul la geneză al noxelor, cât și prelucrarea ulterioară a acestora.
2.2.2. Originea hidrocarburilor
Hidrocarburile din gazele de evacuare se datorează condițiilor determinate în primul rând de imposibilitatea propagării frontului de flacără în amestecul carburant.
Experimental s-a dovedit că întreruperea lanțului de reacții specifice arderii se poate face fie în masa de gaze supuse arderii, fie în prezența unor pereți reci existenți în incinta în care are loc arderea [7].
Desigur că redeclanșarea scânteii sau realizarea unei scântei de prea mică intensitate, în scopul producerii primului nucleu de flacără, constituie accidente banale, dar și acestea au efecte de poluare, caracteristice fiind unei funcționări cu dispersie ciclică avansată, motiv pentru care nu ne vom ocupa expres de ele.
Măsurări experimentale au arătat că, în raport cu presiunea în colectorul de admisiune concentrația de hidrocarburi prezentă în gazele de evacuare se modifică brusc, ceea ce ne face să apreciem că domeniile A și B sunt determinate de mecanismele distincte de stingere a flăcării (figura 2.3)
Stingerea flăcării în masa de gaze se înregistrează în domeniul A, la presiuni foarte mici pca, când datorită consistenței mari de gaze arse reziduale, moleculele active se pot ciocni de molecule neutre și lanțul de reacție se întrerupe. Acest fenomen poate avea loc și la presiuni mai mari, pca , dar cu prioritate în zona supapei de evacuare, unde fenomene dinamice necontrolate pot determina întoarcerea gazelor de evacuare spre cilindru.
Stingerea flăcării în masa de gaze poate determina noxe de 10 ori mai multe decât prin stingerea flăcării la perete.
Limitarea sau anularea fenomenului de stingere a flăcării în masa de gaze este posibilă pe următoarele căi:
– reducerea depresiunii în conducta de admisiune;
– înteruperea alimentării motorului cu combustibil;
– sărăcirea accentuată a amestecului, ceea ce echivalează practic cu alimentarea parțială a motorului cu combustibil;
– oxidarea hidrocarburilor ce părăsesc cilindrul pe eșapament, cu reactori catalitici sau termici.
Stingerea flăcării la perete a fost pusă în evidență pentru prima dată în 1957, în cazul motoarelor cu ardere internă. Este știut faptul că în prezența unui perete rece, pe o distanță de 0,04…0,5mm, se înregistrează un gradient sever de temperatură.
Fig. 2.3. Mecanisme de stingere a flăcării
În figura 2.4. este prezentată situația unui cilindru, al unui motor cu ardere internă, în care distingem:
– domeniul (1) – gaze care ard;
– domeniul (2) – stratul limită.
Amestecul ajuns în stratul limită datorită gradientului ridicat de temperatură, va cunoaște întreruperi severe ale reacțiilor, conținutul de hidrocarburi nearse datorită acestui fenomen atingând doar ordinul procentelor.
Pentru reducerea riscului stingerii flăcării la perete se pot lua, individual sau combinat, următoarele măsuri:
intensificarea reacțiilor de oxidare, prin asigurarea oxigenului și a unei temperaturi ridicate pentru componentele din stratul limită;
micșorarea concentrației de hidrocarburi prin sărăcirea amestecului, până la limita stingerii flăcării în masa de gaze;
reducerea grosimii stratului limită prin majorarea presiunii și mai ales a temperaturii gazelor care ard în apropierea peretelui;
reducerea raportului dintre aria suprafeței camerei de ardere și cilindree;
reducerea jocului piston – cilindru, a distanței dintre primul segment și capul pistonului și micșorarea raportului D/Vh (D-alezajul, Vh-cilindreea unitară);
introducerea în cilindru a cotei – părți din gazele arse din eșapament, bogate în hidrocarburi;
postarderea hidrocarburilor, în eșapament, în primul rând cu reactori catalitici sau termici.
Fig. 2.4. Gradientul de temperatură în prezența unui perete rece
Studii teoretice și experimentale mai recente [6] au arătat că fenomenul de stingere a flăcării la perete generează cantități mai mici de HC decât s-a considerat inițial, alte fenomene, cum sunt imposibilitatea propagării flăcării prin spațiile înguste din camera de ardere, absorbția și desorbția în pelicula de ulei și în depozitele solide, fiind principalele generatoare de HC. Referitor la primul fenomen s-a constatat că o serie de zone ale camerei de ardere, cum sunt zona inelară de deasupra primului segment de compresie, zona locașurilor supapelor ca și zona bujiei, au condiții improprii propagării flăcării cu temperaturi mai mici ale gazelor și cu amestecare defectuoasă.
Astfel, la m.a.s. moderne, cu rapoarte de comprimare mari, masa de hidrocarburi acumulate în spațiile înguste și în spațiul dintre piston și chiulasă până la atingerea presiunii maxime poate reprezenta 10% din masa totală. Amestecul carburant din interstiții este transferat spre cilindru în cursa de destindere curgând cu viteze reduse – figura 2.5a.), scăderea temperaturii sub 1200 – 1400 [K] după începerea destinderii împiedicând continuarea reacțiilor de ardere.
Pe durata evacuării apar turbioane – figura 2.5b.) cu un conținut ridicat de hidrocarburi care se deplasează spre supapa de evacuare [6].
a. b.
Fig. 2.5 Evoluția amestecului în interstiții
2.2.3. Originea oxizilor de carbon
Oxidul de carbon (CO) apare datorită arderii incomplete ca urmare a lipsei de oxigen, constatându-se, la fiecare îmbogățire a amestecului cu 10%, o creștere a CO cu 3,5%. Azi este universal acceptat că reacția de formare și reducere a CO are loc după schema:
CO + OH CO2 +H
Reacția decurge cu viteză mare în ambele sensuri, ceea ce ar motiva existența unui echilibru între CO și CO2. Această situație nu este realizabilă pentru cilindrul m.a.i., deoarece concentrația de hidrogen este de zeci sau sute de ori mai mare decât cea de OH, ceea ce motivează prezența cu preponderență a CO [7].
2.2.4. Originea oxizilor de azot
Oxizii de azot sunt existenți în proporție redusă 2000-4000 ppm. în gazele emise de m.a.s., totuși suficienți pentru a fi catalogați ca noxă [58].
Se apreciază că reacțiile de formare NOx , cunoscute sub numele de mecanismul Zeldovici extins, sunt în următoarea structură [6]:
O + N2 NO + N (2.1.)
N + O2 NO + O (2.2.)
N + OH NO +H (2.3.)
Se constată că, în cilindrul motorului cu ardere internă, concentrația de oxigen atomic este de 100–1000 ori mai mare decât cea de azot atomic, motiv pentru care inițierea reacțiilor prin atomi de oxigen este cea mai probabilă.
Reacțiile (2.1) – (2.3) de formare a NO sunt caracterizate de viteze de reacție care cresc exponențial cu temperatura.
Dacă ne referim la interiorul cilindrului, există trei zone în camera de ardere: zona gazelor arse, zona flăcării și zona amestecului nears, toate având niveluri de presiune diferite, ceea ce, termodinamic implică temperaturi diferite. Astfel, zonele din camera de ardere, care generează concentrații mari de NO, sunt cele cu temperaturi mari, mai precis zonele din apropierea bujiei.
Așa se explică faptul că în cilindrul m.a.i. sunt normați gradienții de NOx de 1000 ppm. pe centimetru. În esență, conținutul de NOx în gazele arse este determinat de următorii factori care trebuie controlați:
temperatura, mai ales temperatura gazelor arse inițial, care trebuie să fie cât mai mică;
durata cât gazele arse inițial sau în cilindru, care trebuie, de asemenea, să fie foarte redusă;
cantitatea de oxigen disponibilă, cu cât este mai puțin oxigen, mai ales pentru gazele arse inițial cu atât este mai bine, ceea ce recomandă alimentarea stratificată (amestec bogat în zona bujiei, pentru amestecul inițial, și sărac pentru amestecul în faza arderii moderate).
Figura 2.6. ilustrează concentrații maxime ale oxizilor de azot pentru 1,1 când există aer în exces și temperaturile sunt spre valori maxime.
Fig. 2.6. Evoluția oxizilor de azot
Principiile care stau acumulate la îndemâna constructorilor de motoare, pentru reducerea NOx sunt:
reducerea temperaturii gazelor arse inițial, prin diluarea lor cu gaze arse sau aer, prin răcirea lor mai intensă, prin reducerea ;
reducerea O2 în gazele arse inițial, adică distribuția diferențială a combustibilului în amestecul supus arderii.
2.2.5. Originea particulelor
În cazul benzinelor cu plumb, particulele sunt de dimensiuni mari și conțin 60-65% săruri de plumb, 30-35% oxid de fier și 2-3% carbon [7].
La benzinele fără plumb, preponderente sunt particulele de carbon care provin datorită unei arderi defectuoase și, mai mult ulei ars pentru motorul cu uzură avansată și respectiv calamină.
Particulele pot fi de la zecimi de m la mm, depinzând de :
regimul de sarcină și turație;
concentrația de plumb în benzină;
consum și compoziție ulei;
starea și temperatura conductei de evacuare.
Reducerea plumbului din benzină și chiar folosirea unor fibre eficiente sunt căi sigure pentru reducerea particulelor din gazele arse.
2.2.6. Originea aldehidelor
Aldehidele sunt produse de ardere incompletă (acroleina și formaldehida). Apar în stadiul de flacără rece, înregistrată la temperaturi joase, când se introduce aer în gazele de evacuare, pentru combustie suplimentară.
Aldehidele sunt rău mirositoare cancerigene, fiind necesară postarderea lor.
2.3. Mijloacele de reducere a emisiilor poluante la motoarele cu aprindere prin scânteie
2.3.1. Influența unor factori asupra emisiilor produse de motoarele cu aprindere prin scânteie
Factorii ce determină nivelul emisiilor poluante eșapate de către motoarele cu aprindere prin scânteie pot fi grupați după cum urmează [7]:
Proprietățile fizice ale amestecului aer-combustibil (calitatea amestecului, presiunea, temperatura etc.).
Natura și nivelul regimurilor funcționale.
Natura și nivelul reglajelor funcționale (avans la scânteie, reglarea distribuției, etc.).
Particularitățile constructive ale motorului ( S/D, arhitectura colectoarelor, numărul de supape, numărul și dispoziția cilindrilor, etc.).
Particularitățile sistemului de alimentare cu combustibil (echilibrarea camerei de nivel constant, alimentarea prin carburație sau injecția de benzină, etc.).
Proprietățile combustibilului, apreciindu-se că 25% din măsurile pentru motorul curat trebuie să vizeze calitățile combustibilului.
Condițiile de exploatare și modul de organizare a traficului în zonele aglomerate, ce vor fi separat tratate, au o influență consistentă asupra noxelor.
Un număr așa mare de factori de influență, precum și interdependența complexă dintre aceștia, fac ca motorul curat să nu fie încă realizat nici în faza de laborator, iar motorul absolut „curat“ să rămână un deziderat.
2.3.2. Mijloace generale pentru diminuarea noxelor la geneză
Metodele de reducere se pot clasifica în: metode active, care desemnează acele metode care reduc emisiile poluante în faza formării acestora, mai precis în procesul de ardere și metode pasive, care cuprind metodele care acționează după formarea emisiilor, în principal în instalația de evacuare prin procese chimice, termice sau mecanice. Metodele de reducere pot fi aplicate în concepție și în exploatare. În cadrul acestui paragraf referirile se vor face la metode active specifice concepției, acestea sunt în general numai enumerate, fiind detaliate în lucrări mai extinse [58].
Normele europene antipoluare sunt realizabile chiar cu măsuri constructive simple, injecția multipunct permițând aceasta, motiv pentru care Europa realizează motoare cu =9,5 și n=6000 rot/min și chiar =10,25 și n=7000 rot/min, pe când S.U.A. se limitează la =8,5 și n=3600 rot/min.
În categoria mijloacelor generale, care presupun diminuarea noxelor la geneză, se înscriu următoarele:
– Eliminarea gazelor de carter, cu care de fapt s-au inițializat procedeele de reducere a poluanților din gazele de eșapament, încă la începutul deceniului șapte. Gazele sunt absorbite de regulă după carburator, sau în general pe traseul de aspirație al motorului. Este necesară existența unei supape sau cel puțin a unui drosel (orificiu calibrat) care să contribuie la reglarea indirectă a cantității de aer ce intră în carter pentru ventilarea acestuia astfel ca amestecul aer –gaze de carter să fie, la toate regimurile, cu proprietăți cât mai bune de ardere în motor.
– Procedee ce vizează carburatorul clasic, ce controlează cele mai poluante regimuri și anume: încălzirea motorului, mersul în gol, la sarcini mici și în decelerări acționându-se în principal după cum urmează:
– reglajul atent al șurubului pentru controlul orificiilor de dozare la mersul în gol, limitarea deplasării acestuia, folosirea unor șuruburi cu vârf conic lung sau a “legăturii“ pneumatice între șurubul de reglare a cantității de combustibil și cel de reglare a aerului la mersul în gol și sarcini mici.
– utilizare de trasee cu două ramuri după carburator, ramura cu diametru mai mic pentru mersul în gol și sarcini reduse dispunând și de sistem de preâncălzire (pată caldă) practicată la Vesta 2.
– suspendarea alimentării cu combustibil sau comanda vacuumatică a deschiderii relativ mai mult a clapetei obturator în regim de decelerare.
– aerisirea camerei de nivel constant a carburatorului când motorul cald se oprește.
– injecția de apă pe traseul admisiune pentru diminuarea oxizilor de azot.
– utilizarea carburatorului electronic, a injecției monopunct și multipunct de combustibil, gestionate de asemenea electronic.
– controlul noxelor prin forma camerei de ardere și prin stratificarea amestecului.
– utilizarea raportului de comprimare variabil și a distribuției variabile.
– practicarea soluției de umplere și golire a cilindrului prin procedeul mișcării fluidului proaspăt în tumbă.
– folosirea unor sisteme de aprindere evoluate care în ordinea performanțelor sunt: – aprinderea tranzistorizată și contacte mecanice.
– aprinderea tranzistorizată fără contacte (inductiv sau plăcuțe Ztall)
– aprinderea electronică microcomputerizată
– recircularea gazelor arse, soluție practicată cu succes și la motoarele turbosupraalimentate asupra căreia se va insista în continuare:
Caracterul inert al gazelor arse face ca prezența acestora în cilindrul motor să reducă temperatura pe ciclu și conținutul de emisii de oxizi de azot (NOx) [7].
Conținutul de gaze arse poate fi controlat fie prin întârzierea închiderii supapei de evacuare, fie, ceea ce este mai eficace și mai ușor de dozat, prin recircularea unei cote părți din gazele eșapate, spre cilindru.
Procedeul este mai eficace decât cel ce apelează la diluarea gazelor arse inițial cu aer, deoarece, în prezența gazelor reziduale, formarea NOx este mult mai mult frânată.
Cota volumică prelevată raportată la volumul total de gaze eșapate este în general de 3-5% la motoarele Otto și până la circa 30% la motoarele Diesel [114].
Dacă coeficientul de recirculare este prea mare, se poate stinge flacăra în masa de gaze sau pot apare chiar rateuri de aprindere, ceea ce este și mai grav, deoarece crește mult conținutul de hidrocarburi (HC) și monoxid de carbon (CO) în gazele evacuate.
Gazele arse prelevate pot fi răcite înainte de introducerea în colectorul de aspirație, mai ales pentru a nu se penaliza umplerea, una dintre soluții fiind cu comandă mecanică [7] conform figurii 2.7.
Fig. 2.7. Dispozitiv de prelevare cu comandă mecanică
Un procedeu mai evoluat de prelevare este cel care apelează la dispozitiv servo-vacuumatic de comandă (figura 2.8.), reglajul cantității de gaze arse recirculate făcându-se în raport cu sarcina (după depresiunea în dreptul clapetei obturator și temperatura fluidului de răcire) precum și în raport cu contrapresiunea de pe traseul de evacuare și de turația motorului [114].
Fig. 2.8. Dispozitiv servo vacuumatic de prelevare:
1-termoventil; 2-plăcuță de comandă; 3-priză de presiune de la obturator; 4-ventil de reglare;6-arcul dispozitivului servo-vacuumatic; 7-membrană elastică; 8-tijă și ventil de comandă al gazelor
prelevate; 9-cameră servo-mecanism; 10,11-conductă de prelevare; S.A.-supapă de admisie; S.E.-supapă de evacuare
Motoarele cu poluare redusă fabricate după 1987 au în bună parte și comanda prelevării gazelor arse electronizată. Acestea se realizează printr-un bloc electronic, care primește informații în legătură cu sarcina motorului, turația, coeficientul excesului de aer (de la sonda lambda) și temperatura fluidului de răcire. Poziționarea ventilului electromagnetic (figura 2.9.) se realizează utilizând un program de interpolare adecvat, în memoria microprocesorului găsindu-se informații obținute de la standul de probă, pentru a se asigura reglajul de prelevare din condițiile: noxe minime, mers uniform și consum specific cât mai mic.
În raport cu cantitatea de gaze arse recirculate, conținutul de NOx se poate reduce cu până la 60%. Dacă cota procentuală a acestor gaze, raportată la aerul introdus în motor nu depășește 10…15% nu se înregistrează creșteri ale consumului de combustibil (figura 2.10.) în cazul motoarelor cu aprindere prin scânteie. Limita cantitativă de prelevare este determinată de creșterea conținutului de hidrocarburi în gazele de eșapament, de majorarea consumului specific de combustibil și de mersul neregulat al motorului. Aceasta face ca la mersul în gol și la sarcină totală, când amestecul este foarte bogat și practic consistența emisiilor de NOx este minimă, să nu se mai recircule gazele arse spre cilindru.
Recircularea gazelor arse aduce și unele efecte suplimentare [7] care pot fi diminuate conform măsurilor schițate în figura 2.11.
Este reținut că în timp se pot înregistra depuneri de compuși macromoleculari pe traseul de admisiune și scaunele supapelor de aspirație.
Fig. 2.9. Motor cu control electronic al cantității de gaze prelevate.
Fig. 2.10. Influența recirculării asupra noxelor și a consumului specific de combustibil
Fig. 2.11. Măsuri de control al efectelor suplimentare determinate de recircularea gazelor
2.4. Metode pasive de reducere a emisiilor la motoarele cu aprindere prin scânteie cu catalizator
2.4.1. Considerații generale
Emisiile poluante din gazele de evacuare produse de motoarele cu aprindere prin scânteie limitate prin prevederi legislative sunt: hidrocarburile (HC), monoxidul de carbon (CO) și oxizii de azot (NOx). Indirect, pentru a limita poluarea atmosferei cu compuși ai plumbului se renunță din ce în ce mai mult la aditivarea benzinelor cu antidetonanți pe bază de plumb. Principalele metode pasive care se aplică motoarelor cu aprindere prin scânteie sunt utilizarea reactorilor termici, a filtrelor pentru reducerea particulelor de plumb și a reactorilor catalitici.
Primele două sisteme sunt deja mai puțin folosite, primul datorită eficienței sporite a reactorilor catalitici, iar cel de-al doilea din cauza renunțării la etilarea benzinelor.
Reactorii termici sunt sisteme dezvoltate în anii ’70 în scopul oxidării CO și HC din gazele de ardere și al căror principiu constă în menținerea acestor gaze cât mai mult timp la temperaturi ridicate, la care reacțiile de oxidare se pot produce. Reactorul este realizat dintr-o manta cilindrică din tablă izolată sau neizolată, după cum este plasat mai departe sau mai aproape de motor, în care se introduce un tub din oțel refractar cu conținut foarte ridicat de Ni, tub ce funcționează la temperaturi de 900…1100°C. Asigurarea acestor temperaturi înalte a creat probleme constructive, care au condus la renunțarea folosirii lor. Descrierea lor detaliată este cuprinsă în lucrarea [85].
Filtrele pentru reducerea particulelor de plumb sunt realizate din site de oțel acoperite cu aluminiu. La temperaturi ridicate, plumbul reacționează cu aluminiul și formează compuși nevolatili.
După probe de cale de 700 000 km, s-a constatat că filtrul reține plumbul și compușii săi în proporție de 90% în trafic urban, 70 – 80% în trafic interurban și 40% pe autostradă, la viteze mari. Dacă filtrul nu este înfundat, rezistența sa nu este prohibită pentru căderea de presiune [114]. Se recomandă la motoarele care trebuie să funcționeze cu benzine cu plumb. Eficiența acestora este destul de bună, totuși s-a constatat că nu sunt reținute tocmai acele particule de dimensiuni foarte mici, care pătrund prin traiectul respirator.
2.4. 2. Catalizatorii destinați motoarelor cu aprindere prin scânteie
2.4.2.1. Principii de funcționare și reacții chimice
Soluția pasivă cea mai utilizată și cea mai eficientă este cea care folosește cataliza și catalizatorii. Au fost concepute sisteme catalitice denumite reactoare catalitice, sau convertoare catalitice, în care reacțiile de oxidare și/sau de reducere pot avea loc cu ajutorul unor substanțe chimice promotoare. Acțiunea catalizatorilor se bazează pe proprietatea acestora de a reduce substanțial pragul energetic, pentru declanșarea reacțiilor de oxidare și de reducere și de a accelera viteza de reacție a acestor procese. Astfel, temperatura necesară pentru producerea acestor reacții se reduce semnificativ.
Începutul acestor reacții este precedat de absorbția substanțelor oxidabile și a oxigenului de către centrele catalitic active, la care se slăbesc legăturile chimice din molecula substanței nocive. Astfel se reduce considerabil energia de activare necesară reacției. În cadrul procesului de cataliză, un rol deosebit îl joacă transportul de materie la și de la centrele active ale catalizatorului. Întregul proces are loc în trei etape principale [63]:
absorbția;
reacția chimică;
desorbția.
Reacțiile principale care au loc sunt:
CmHn + (m +n/4) O2m CO2 + n/2 H2O (2.4)
CHn + 2 H2O CO2 + (2+n/2 ) H2 (2.5)
CO + 1/2 O2 CO2 (2.6)
CO + H2O CO2 +H2 (2.7)
CO + NO 1/2 N2 + CO2 (2.8)
CmHn + 2 (m +n/4) NO (m +n/4) N2 + n/2 H2O (2.9)
H2 + NO 1/2 N2 + H2O (2.10)
SO2 +1/2 O2 SO3 (2.11)
SO2 +3 H2 H2S + 2 H2O (2.12)
5/2 H2 + NO NH3 + H2O (2.13)
2 NH3 +5/2 O2 2NO + 3 H2O (2.14)
NH3 +CH4 HCN + 3 H2 (2.15)
H2 + 1/2O2 H2O (2.16)
Reacțiile (2.4)–(2.7) sunt de oxidare și determină transformarea hidrocarburilor nearse (HC) și a monoxidului de carbon (CO), în timp ce reacțiile (2.8)–( 2.10) sunt de reducere a NOx. La un catalizator trivalent (Three Way Catalyst), reacțiile (2.4)–(2.10) au loc simultan. Reacțiile (2.11)–(2.16) sunt reacții secundare, care apar în procesul catalizei.
Eficiența unui catalizator este apreciată prin gradul de conversie definit cu formula:
E=(ci–ce)/ci (2.17.)
în care:
ci – este concentrația poluantului înaintea catalizatorului;
ce – este concentrația poluantului după catalizator.
Principalii parametri care influențează gradul de conversie sunt:
coeficientul de exces de aer și variația acestuia;
temperatura gazelor arse;
viteza spațială (debitul gazelor arse raportat la volumul catalizatorului).
2.4.2.2. Clasificare și istoric
Sistemele catalitice se pot clasifica după diferite criterii, conform tabelului 2.6.
Din punct de vedere al numărului de paturi catalitice folosite, la începuturile dezvoltării catalizatorilor s-au folosit catalizatori de oxidare cu un singur pat sau cu două paturi, în combinație cu catalizatorul de reducere. Catalizatorul de reducere nu se mai folosește din cauza consumului de combustibil mare la un coeficient de exces de aer supraunitar și a refacerii amoniacului conform reacției 10. Reactorii cu un singur pat lucrează cu aer secundar și asigură oxidarea hidrocarburilor și a monoxidului de carbon în H2O și CO2. La injecția de benzină, dacă se lucrează cu 1, nu este absolut necesar aerul secundar, dar la carburator acesta este indispensabil.
Tabelul 2.6. Criterii de clasificare sisteme catalitice
Reactorul cu pat dublu constă din doi reactori legați în serie. Motorul va funcționa cu coeficientul lambda subunitar (<1), fiind utilizabil și la motorul cu carburator fără probleme.
Reducerea catalitică a oxizilor de azot (NOx) conduce și la formare de amoniac (NH3) care, datorită aerului secundar, fără de care nu se pot oxida catalitic hidrocarburile și monoxidul de carbon, determină producerea parțială din nou de NOx, reactorul fiind mai puțin performant decât cel cu trei căi.
După criteriile funcției chimice și al numărului de paturi, în figura 2.11. este ilustrată evoluția sistemelor catalitice.
În ceea ce privește configurația suportului, s-au folosit la început catalizatori depuși pe granule din materiale ceramice, la care substanțele active au fost depuse pe bile sau bastonașe. Prețul de cost este foarte ridicat, dovedind o amorsare slabă, rezistențe gazodinamice mari și pierderi mari de material, ei fiind înlocuiți cu catalizatori monolitici.
Din punct de vedere al materialului suportului, ca alternativă la catalizatorul ceramic s-a dezvoltat catalizatorul cu suport metalic din aliaje de Al–Cr–Fe, cu strat intermediar din pământuri rare (itriu, ceriu); acesta se folosește, datorită compactității sale, în funcția de catalizator de pornire pentru îmbunătățirea amorsării unui catalizator principal și pentru ușurarea sarcinii sondei lambda (). Suporții ceramici reacționează cu plumbul din combustibil, provocând modificări eutectice (silicat de plumb), care duc la scăderea temperaturii de topire; acest dezavantaj nu-l au suporții metalici, care sunt toleranți în ceea ce privește acțiunea plumbului.
Pentru motoare de performanță, catalizatorul cu suport metalic prezintă avantaje mai ales în regim de pornire; este realizat din cilindri concentrici și fâșii ondulate introduse între aceștia, grosimile tablelor fiind de 0,04–0,07 mm, conform reprezentării din figura 2.13. [43]. Datorită bunei conductivități a metalelor, reactorul intră foarte repede în regim normal de funcționare. Este puțin sensibil la solicitări mecanice, realizează pierderi de presiune mai reduse decât reactorii cu suport ceramic, dar are un preț de cost mai ridicat.
Fig. 2.12. Scheme de catalizatori
Pentru catalizatorii monolitici, în tabelul 2.7. sunt prezentate, evolutiv, domeniile ferestrelor și a aerului secundar (în procente față de aerul de admisie) specifice diferitelor variante.
Fig. 2.13. Reactor catalitic cu suport metalic.
Tabelul 2.7. Generații de catalizatoare
Caracteristic primei generații a fost utilizarea unor carburatoare nereglate, cu amestec bogat (<1), la care oxigenul necesar reacțiilor provenea din aer secundar. S-au folosit atât catalizatorii cu un pat, numerotați în tabel 2.7. cat. 1 cu recircularea gazelor de evacuare, cât și catalizatorii cu două paturi, unul de reducere cat. 2.1 și unul de oxidare cat. 2.2.
Generația a doua este destinată injecției de benzină, funcționând cu amestecuri sărace (1,05), fără aer secundar. S-au folosit catalizatori de oxidare cu un singur pat și cu recircularea gazelor arse. Pentru reducerea parțială a NOx, Concernul VW a folosit pentru prima dată catalizatorul cu trei căi, cu raportul platină rodiu de 12,3:1, în condiții de oxidare nereglată (Open Loop). Datorită funcționării cu exces de aer, față de generația 1 s-au realizat economii de combustibil.
Generația a treia este formată din sisteme reglate de formare a amestecului, folosindu-se sonde lambda (), devenind necesară funcționarea motorului la coeficient unitar (1). Catalizatorii trivalenți cu un singur pat (cat.4) satisfac pe deplin nevoile motoarelor cu injecție de benzină. La motoarele cu carburator s-a folosit sistemul cu două paturi cu catalizator trivalent (5.1) și cu catalizator de oxidare (5.2). Cu această soluție motorul funcționează cu amestec stoichiometric, dar este nevoie de o cantitate de aer secundar mai mică decât pentru cat.1, care se realizează prin autoaspirarea aerului secundar.
2.5. Catalizatorul cu triplă acțiune
În prezent, în Europa se folosește aproape în exclusivitate catalizatorul trivalent sau cu triplă acțiune (sau cu trei căi – Three Way Catalyst) cu suport ceramic, catalizator integrat în sistemul descris anterior ca aparținând generației a treia .
Catalizatorii s-au dezvoltat în două sisteme, reprezentate în figura 2.14.: catalizator cu granule și catalizator monolitic.
În prima fază s-au folosit catalizatorii cu granule, dar construcția nu s-a răspândit, cea mai întâlnită fiind construcția monolitică din materiale ceramice (figura 2.14.).
Suportul formează în ansamblu cu carcasa corpul propriu-zis al convertorului. Suportul ceramic este o construcție de tip fagure cu secțiunea rotundă sau ovală, cu canale pătrate, dispuse perpendicular pe direcția de curgere (200–600 celule pe inch2). Materialul ceramic, denumit cordierit, este refractar. Materialul are conductibilitate termică mică, rezistență mecanică, rezistență gazodinamică redusă și secțiune transversală mare. Suportul cu 400 cel/inch2 reprezintă cel mai bun compromis al acestor proprietăți.
Fig. 2.14. Reactori catalitici cu granule și cu structuri monolite
Stratul intermediar este compus din alumină și este depus printr-un procedeu special pe suport, în vederea intensificării activității catalitice a stratului nobil. Acest strat intermediar are o suprafață specifică mare (10–25 m2/g) și conține așa-numiții promotori care măresc capacitatea de acumulare a oxigenului la catalizatorul trivalent și care ajută reacțiile de reformare a vaporilor de apă și a vaporilor de hidrocarburi.
Fig. 2.15. Structura catalizatorului:
1 – suportul ; 2 – stratul intermediar ; 3 – stratul catalitic activ.
Stratul catalitic activ constă din metale nobile cum sunt platina, paladiul și rodiul. În timp ce platina promovează reacțiile de oxidare, rodiul contribuie la reducerea NOx. Un exemplu de depunere a unui catalizator existent este caracterizat de următoarele date: raportul platină rodiu de 5 la 1, concentrația totală de metal nobil de 40–50 g/ft3.
Catalizatorii ceramici monoliți au depus oxid de aluminiu peste care se aplică pentru reactori oxidanți platină și paladiu iar pentru cei cu trei componente, platină, pentru hidrocarburi, platină și rodiu pentru NOx..
Conținutul de metale nobile poate fi redus la 2–3g pe un reactor, suprafața activă ajungând la 20 000 m2.
Domeniul optim de funcționare este 400…950°C, peste 800°C existând pericol de compromitere termică, până la această valoare putându-se folosi și 100 000 km fără probleme.
Fig. 2.16. Schemă axiomatică a catalizatorului cu trei căi
În figura 2.16. este reprezentată o secțiune axometrică prin catalizatorul cu trei căi.
La defecțiuni, mai ales în sistemul de aprindere, reactorul poate ajunge la 1400°C, când se compromite rapid mai ales exfolierea substanței active.
Este interzisă folosirea benzinelor cu plumb. Dacă se face totuși o astfel de alimentare, este permis eventual un singur rezervor, se va decupla sonda lambda, se va alimenta apoi cu 2–3 rezervoare cu benzină verde, tot fără sondă și apoi se va reintroduce sonda în funcțiune. Pentru această situație, gradul de murdărire al reactorului este încă suportabil. Este indicată totuși o verificare la o stație service autorizată.
Sonda lambda funcționând în condițiile utilizării benzinei cu plumb, respectiv la reactor parțial murdar, dă informații eronate despre calitatea amestecului, ceea ce face ca motorul să funcționeze cu amestec bogat, cu penalizări atât la consum cât și la noxe. Dacă sonda lambda este scoasă din funcțiune, eficacitatea de reducere a noxelor scade la 30%.
În figura 2.17. este ilustrat efectul reactorului catalitic asupra principalelor noxe în raport cu coeficientul excesului de aer lambda. [8]. Se constată că intervalul convenabil pentru reducerile simultane ale celor trei compuși este foarte îngust, fereastra lambda, care desemnează intervalul coeficientului de exces de aer pentru care se produce reacția în buclă închisă a sondei, este între 0,99 și 1. Sonda lambda instalată în sistemul de evacuare măsoară conținutul de oxigen al gazelor arse. În cazul amestecurilor sărace tensiunea în senzor este de 100 mV, iar la amestecuri bogate tensiunea crește la 800 mV. Pentru amestecul stoichiometric tensiunea senzorului scade brusc de la o valoare la cealaltă. Se observă că în domeniul amestecurilor sărace catalizatorul nu mai are efecte benefice în ceea ce privește diminuarea oxizilor de azot și datorită disponibilităților excesive de oxigen.
Fig. 2.17. Efectul reactorului catalitic asupra noxelor
2.6. Reducerea emisiilor la pornire pentru motoarele cu prelucrarea gazelor evacuate în catalizatori
Una dintre cele mai dăunătoare faze de funcționare a motoarelor echipate cu catalizatori este faza pornirii la rece, fază în care 60–85% dintre poluanți sunt eliminați prin sistemul de evacuare. Pentru a scurta această fază, se recomandă funcționarea la mers în gol după pornire sau folosirea unor dispozitive care să reducă perioada de încălzire a catalizatorului.
Un catalizator nu este amorsat sub temperaturi de 250C, iar sistemul este eficient numai peste 1–2 minute. La pornirile la rece, amestecul trebuie să fie mai bogat, ceea ce înseamnă că pe lângă consumul mărit de combustibil ies gaze de evacuare cu combustibil nears. Pentru reducerea duratei de încălzire a catalizatorului s-au căutat cele mai convenabile metode. Una ar fi poziționarea catalizatorului cât mai aproape de motor, ceea ce poate produce încălzirea nedorită a compartimentului motorului, cu impedimente asupra pieselor electronice, tuburilor de cauciuc, izolațiilor electrice și a polimerilor.
O soluție convenabilă este încălzirea electrică la pornire a catalizatorului cu energie de la bateria de acumulatori. Catalizatorul cu încălzire electrică este cald înainte de antrenarea motorului fiind necesare 1–2 kW pentru 20–40 s. Totuși, această energie, preluată de la alternator sau baterie, înseamnă practic o energie dublă a combustibilului ars în motor; în plus, sistemul introduce gradienți termici foarte mari și supune bateria și alternatorul la cicluri de descărcare repetate dure.
Altă metodă este utilizarea unui arzător de combustibil care generează o putere de 10–20 kW, producând o încălzire rapidă, cu gradienți severi de temperatură.
Un alt mod de menținere a căldurii în catalizator este izolarea catalizatorului. Aceasta înseamnă folosirea unei conducte izolate cu pereți dubli, care pornește de la colectorul de evacuare până la catalizator și izolații refractare în jurul catalizatorului însuși, pentru a menține temperatura peste cea de lucru timp de câteva ore după oprirea motorului. Totuși, asigurarea unei izolații atât de eficiente este dificilă, implicând gabarite și mase foarte mari.
O altă metodă este folosirea unei izolări compacte cu variație a conductanței termice [34]. Între călătorii, conductivitatea este mică ducând la reținerea căldurii, iar la faza de încălzire conductivitatea crește pentru eliberarea rapidă a căldurii. Un astfel de sistem propune firma NREL, cu utilizarea a trei inovații: izolație compactă vacuumatică, material cu schimbarea stării de agregare, ca agent de stocare termică și izolație cu conductivitate variabilă, pentru a preveni supraîncălzirea. Sistemul este scump și dificil de întreținut.
Firma Schatz a proiectat o baterie de căldură care stochează căldura reziduală preluată din motor folosind izolarea vacuumatică (pierderea de căldură este de 3W la temperaturi ale mediului sub –20C); bateria conține o serie de tuburi plate din tablă, umplute cu materiale care își schimbă starea de agregare. Când temperatura lichidului de răcire este mai mare de 78C, materialul se topește și energia se stochează sub formă de căldură latentă peste noapte sau chiar până la sfârșitul săptămânii. La pornirea la rece, lichidul de răcire trece prin baterie extrăgând căldura, solidificând materialul și încălzind motorul și cabina. Materialul este un compus al bariului, Ba (OH)2∙8 H2O, reciclabil, nepoluant.
2.7. Sinteză asupra controlului la motoarele cu aprindere prin scânteie
2.7.1. Corelația dintre condițiile de funcționare și noxe
Condițiile de funcționare a motoarelor cu aprindere prin scânteie, determinante pentru noxele eșapate, vor fi tratate prin prisma parametrilor ce guvernează funcționarea motorului.
Influența turației. Dacă turația crește, lucrul mecanic de frecare crește, consumul orar se majorează, randamentul mecanic și putera efectivă se diminuează, consistența noxelor devenind mai severă. Trebuie reținut că, la o turație mai mare, obținerea puterii se face cu un consum de combustibil mai mare decât la turație mică, consum de combustibil majorat înseamnă inclusiv creșterea noxelor.
Influența sarcinii. Sarcina, definită prin coeficientul de sarcină are următoarele efecte: dacă se majorează temperatura fluidului din cilindru, se reduce efectul de stingere a flăcării în masa de gaze, se îmbunătățește arderea moderată, scade conținutul de hidrocarburi și monoxid de carbon, dar crește cel de oxid de azot.
Influența vitezei de deplasare a vehiculului. Dacă această viteză crește, puterea efectivă crește, consumul orar de combustibil crește, ceea ce ar determina, în general, majorarea noxelor. Având însă în vedere că la creșterea vitezei automobilului crește și sarcina motorului, putem aprecia că hidrocarburile și monoxidul de carbon nu cresc cu aceasta, majorându-se însă cantitatea de oxizi de azot datorită regimului termic mai sever.
Efectele funcționării în regim tranzitoriu a motorului. Dificultățile de dozaj în regim tranzitoriu determină majorarea noxelor. Deschiderea bruscă a obturatorului atât la carburație, cât și la injecția monopunct facilitează separarea combustibilului din aer și cu aceasta necesitatea îmbogățirii suplimentare a amestecului, crescând consumul de combustibil și noxele. Numai injecția multipunct poate rezolva această problemă, cu atât mai mult cu cât nu este vorba de spații de volume mari care trebuie umplute și golite de amestec proaspăt. Cu cât tranziția este mai severă cu atât injecția multipunct este mai avantajoasă pentru consumul de combustibil și pentru noxe.
2.8. Inventarierea metodelor de măsurare a noxelor
2.8.1. Instalații și metode de măsurare a poluanților emiși de către motoarele cu ardere internă
2.8.1.1. Instalații de măsurare a poluanților gazoși
Există mai multe posibilități de conectare a aparatelor descrise, pentru măsurarea simultană a CO, NOx și HC emise de un motor. Schema tipică este reprezentată în figura 2.18.
Fig. 2.18. Schema instalației de măsură a poluanților gazoși
Performanțele instalației depind foarte mult de tipul analizorului folosit, în special de caracteristicele sale de curgere. Analizoarele HFID și HCLA necesită un sistem de încălzire a probei, în timp ce analizoarele NDIR necesită un sistem de răcire. Înaintea construirii unei asemenea instalații de măsură trebuie consultați producătorii de analizoare. Este mai bine, dar mult mai costisitor, să se achiziționeze un sistem profesional de măsurare a emisiilor gazoase.
Corectitudinea măsurătorii poate fi afectată de mai multe cauze: scăpări de aer, curgeri inverse în conductele de evacuare, probe prea fierbinți care duc la pierderi prin oxidare sau probe prea reci care produc condensări, de aceea este foarte important să se urmeze cu exactitate instrucțiunile de măsurare.
2.8.1.2. Instalații de măsurare a particulelor
Măsurarea particulelor se face prin metoda gravimetrică. Determinarea particulelor necesită un sistem de diluție capabil să mențină gazele diluate de evacuare sub 52C și să evite condensarea apei, un sistem de prelevare a particulelor cu filtre speciale și o microbalanță care trebuie plasată într-o cameră cu atmosferă controlată. Diluarea se poate efectua printr-un sistem principal sau printr-un sistem în deviație.
Cele două sisteme de diluție și prelevare diferite – sistemul de diluție în circuitul principal și sistemul de diluție în derivație sunt reprezentate în figura 2.19 și respectiv în figura 2.20.
Fig. 2.19. Sistem de diluție în circuitul principal
1. filtru de aer; 2- debitmetru de intrare; 3- pompă de diluție; 4- tunel de diluție secundară; 5- filtru; 6- pompă de prelevare a particulelor; 7- debitmetru de ieșire; 8- sistem de prelevare în diluție dublă; 9- tunel de diluție primară;10- tub de transfer a particulelor; 11- schimbător de căldură; 12- sondă de prelevare a particulelor; 13- filtru; 14- sistem de prelevare în diluție simplă; 15- pompă de prelevare a particulelor; 16- debitmetru; 17-intrarea gazului de eșapament; 18- sistem opțional cu pompă volumiocă; 19- sistem de măsurare a debitului cu ventilator.
Instalația descrisă în figura 2.19. folosește prelevarea la volum constant (CVS- Constant Volume Sampling). Se măsoară volumul total de amestec gaze arse-aer și se prelevează o probă pentru analiză. Masa emisiilor de particule este apoi calculată cunoscând masa particulelor prelevate, debitul prelevat și debitul total de amestec.
Filtrele pentru reținerea particulelor sunt filtre din fibre de sticlă acoperită cu fluorcarbon sau teflon sau filtre tip membrană pe bază de fluorcarbon; ele sunt de obicei două, dispuse în serie, la distanță maximă de 100 mm. Microbalanța utilizată trebuie să aibă o precizie de 2%, iar domeniul de măsurare este 05 mg.
Camera cu atmosferă controlată este necesară pentru evitarea erorilor de cântărire, de aceea temperatura se menține în intervalul 20…30C, iar umiditatea între 35 și 55%. Toate piesele sistemului de diluție și prelevare care sunt în contact cu gazele arse diluate și nediluate trebuie să minimalizeze depunerea și alterarea particulelor (conducte din oțel inoxidabil) și să evite efectele electrostatice (legare la pământ).
Instalația descrisă in figura 2.20. se bazează pe diluarea numai a unei părți din gazele de eșapament, iar emisia de particule se determină cu masa particulelor prelevate pe filtre, raportul de diluție, debitul eșantionat și debitul total de gaze arse.
Fig. 2.20. Sistem de diluție în derivație
1-filtru de aer; 2-debitmetru de intrare; 3,13-regulator de debit; 4,5,9-analizor pentru CO2 sau NOx; 6,8-tub de transfer; 7-sondă de prelevare a particulelor; 10-robinet; 11-filtru; 12-sistem de prelevare a particulelor; 14–pompă de prelevare a particulelor; 15-debitmetru de ieșire; 16-sistem de control al presiunii; 17-sistem de control al presiunii diferențiale; 18-sondă izocinetică.
2.8.1.3. Scheme pentru standuri dinamice cu role
Măsurarea noxelor se realizează prin colectarea acestora în saci de prelevare (100 l), automobilul funcționând pe standul dinamic cu role, după programul prescris în ciclul de funcționare. Standul, cu ajutorul dinamometrului și a maselor inerțiale, simulează urcarea rampelor, coborârea pantelor și mersul în palier.
Fig. 2.21. Schema pentru testul ECE/EC- Europa:
1-dinamometru; 2-mase inerțiale; 3-eșapament; 4-filtru aer; 5-aer proaspăt de diluție; 6-răcitor; 7-termometru; 8-manometru; 9-suflantă rotativă cu piston; 10-saci de prelevare (100 l); 11-sistem de evacuare.
Fig. 2.22. Schema pentru testul FTP- S.U.A.:
1-dinamometru; 2-mase inerțiale; 3-eșapament; 4–filtru de aer; 5-aer proaspăt de diluție; 6-ajutaj prelevare probă; 7-termometru; 8-manometru; 9-ajutaj; 10-ventilator; 11-saci de colectare probe; 12-sistem de evacuare.
Figura 2.2.1 prezintă schema standului dinamic cu role utilizat în Europa, iar figura 2.2.2 a celui utilizat în S.U.A. Elementele componente ale standului reies din legendele figurilor.
2.8.1.4. Elemente privind determinarea experimentală a poluanților și a mirosului gazelor de eșapament
2.8.1.4.1. Inventarierea metodelor de măsurare a noxelor
Cercetarea genezei poluanților și a eficienței mijloacelor de combatere a acestora impun identificarea naturii și a concentrației substanțelor poluante prin metode și cu echipamente cât mai performante de măsurare. Acestea trebuie să satisfacă o serie de cerințe distincte cum ar fi: timpul de răspuns redus, mai ales pentru măsurările continue, costurile legate de încercare și materialele consumabile să fie cât mai mici, fiabilitatea și precizia cât mai mari.
Întrucât metodele de investigație se aplică unei probe prelevate din gazele de eșapare, aceasta nu trebuie să sufere modificări în perioada deplasării în sistemul de prelevare sau în perioada de conservare (absorbție-desorbție la perete, condensare, reacții chimice între componenți, etc.).
Metodele de analiză aplicate pentru a determina componentele gazelor de evacuare nelimitate prin norme nu sunt, nici ele și nici metodele de prelevare a probelor, reglementate de astfel de norme. În același timp, deși pentru prelevarea probelor se pot utiliza, în parte metodele unice aplicate componentelor limitate prin norme, la înregistrarea analitică se pot aplica metode unice pentru ambele grupe de substanțe. Aceasta se justifică, în principal, prin două cauze: pe de-o parte, sensibilitatea aparatelor de măsură aplicabile componentelor gazelor de evacuare limitate prin norme nu corespunde cerințelor efectuării cercetărilor componentelor care nu sunt limitate prin norme, componente a căror concentrație este de multe ori mai redusă iar pe de altă parte, selectivitatea aparatelor existente este insuficientă.
De aceea, a fost necesară elaborarea unor tehnici de înregistrare de înaltă sensibilitate, precum și a unor metodici de prelucrare prealabilă a probelor pentru separarea dorită a substanțelor necesare. Această combinație dintre prelevarea selectivă a probelor, dirijată în totalitate spre separarea și detectarea specială a substanțelor, a căpătat denumirea de microanaliză.
Metodele de microanaliză se bazează, în principal, pe principii fizice sau fizico-chimice de măsurare. Printre acestea sunt, de exemplu, metode cunoscute precum :
– spectrometria masică;
– cromatografia;
– gravimetria;
– termo-gravimetria;
– combinații ale cromatografiei cu spectrometria masică.
Metodele clasice, pur chimice, de analiză nu se pot aplica, în majoritatea cazurilor, unor serii mari de măsurători, datorită timpului îndelungat de lucru si a costurilor mari implicate. De aceea, unde a fost posibil, ele s-au înlocuit cu metode moderne, în mare măsură automatizate.
Metodele utilizate pentru prelevarea probelor și metodele de analiză pentru diferitele componente ale gazelor de evacuare sunt prezentate în tabelul 2.8.
Tabelul 2.8. Metode prelevare, analiză pentru diferite component ale gazelor de evacuare
* Prelevarea probelor se face din gazele de evacuare diluate, exceptând analiza hidrocarburilor aromatice policiclice pentru care prelevarea probelor se face direct din curentul de gaze de evacuare nediluate.
** DSC – cromatografia straturilor subțiri;
HPLC – cromatografie lichidă de înaltă sensibilitate;
GC/FID – cromatografie cu detector de ionizare a flăcării;
GC/MC – cromatografie cu spectrometrie de masă.
În esență, metodele pentru măsurarea noxelor apelează la :
În cazul hidrocarburilor :
spectroscopia în infraroșu
cromatografia cu gaze
spectroscopia de masă
În cazul oxidului de carbon :
absorbția în infraroșu
oxidarea catalitică
spectroscopia în infraroșu
În cazul oxizilor de azot :
spectroscopia în infraroșu
spectroscopia în ultraviolet
spectroscopia de masă
metode de chemiluminiscență
metode calorimetrice
În cazul fumului și al particulelor (compuse în principal din funingine și hidrocarburi absorbite sau condensate la motoarele Diesel) :
gravimetria și termogravimetria (aplicate și pentru stabilirea fracțiunilor organice ce compun particulele).
fotometria (bazată pe măsurarea valorii absolute a absorbției luminii servind la determinarea concentrației unui component dintr-un amestec)
Este de reținut că măsurarea particulelor implică o procedură complicată cu aparatură costisitoare, care presupune: diluarea gazelor de evacuare sau a unei părți a acestora, măsurarea exactă a raportului de diluație, cântărirea filtrelor înainte și după eșantionare într-o atmosferă controlată, cunoașterea exactă a debitului de gaze diluate care trec prin filtru în perioada eșantionării.
Această tehnică este obligatorie astăzi la abilitarea unor motoare noi sau de concepție modernizată, pentru inspecțiile tehnice periodice obligatorii fiind acceptate metode mai simple, expeditive și ieftine, care apelează la măsurarea indicelui de fum cu ajutorul fummetrelor, cele mai obișnuite fiind :
fummetrul Bosch, cu scală de la 0 la 10, la care se evaluează gradul de înnegrire a hârtiei de filtru de tip Whatman 4, de 8 cm2, prin care este trecută o probă de gaz de 330cm3.
Gradul de înnegrire al filtrului este măsurat de o celulă fotoelectrică ce primește lumina reflectată suprafața filtrului (reflectrometru).
– fummetrul Hartridge care exploatează gradul de extincție al luminii, pe o scală de la 0 la 100. Lumina emisă cu o sursă cu filament de tungsten ajunge la o celulă fotoelectrică, după ce trece printr-o coloană lungă de 457 mm în care se găsește gazul de analizat. Sursa de lumină și celula sunt plasate pe brațe ce pot pivota, astfel că pot fi aliniate cu o coloană de lungime egală plină cu aer curat, printr-un control. Originea scalei aparatului corespunde situației când lumina trece prin aer curat, iar dimensiunea 100, obturării complete a luminii.
– alte instumente de firmă, necomercializate.
Instituții consacrate în domeniul investigării de motoare Diesel și de aparatură destinată acestui scop cum sunt MIRA (Societatea Britanică pentru Cercetări în Industria de Automobile) și AVL (Institutul Austriac de Cercetări a Motoarelor) au obținut rezultate foarte bune în stabilirea legăturii între cifrele de fum și concentrația de funingine măsurată în gazele de evacuare nediluate, mai exact în stabilirea corelațiilor fum-funingine la estimarea emisiei masice de particule (pentru detalii vezi [2]). De menționat că în cazul metodei MIRA se apreciază cu unitați Hartridge (HSU) legate de coeficientul de absorbție cu lumini KM în [m-1] prin relația:
HSU[%]=1-e-0,43 KM (2.18.)
Informații mai extinse despre aparatura de măsurare a noxelor se pot găsi în [2]
2.8.1.4.2 Evaluarea mirosului gazelor de eșapament
Mirosul produs de gazele de evacuare ale motoarelor cu ardere internă reprezintă un alt neajuns, cauzând neplăcere respiratorie, senzație de disconfort, iar în cazul concentrațiilor mari, iritații ale mucoasei nazale și senzație de sufocare.
La motoarele cu aprindere prin scânteie mirosul gazelor arse de evacuare este supărător, mai ales la pornire, când se elimină combustibil nears. La motoarele cu aprindere prin comprimare mirosul gazelor de evacuare este mai puternic decât la motoarele cu aprindere prin scânteie. Acesta este dat de o serie de compuși de oxidare parțială a motorinei, de compuși oxigenați, din grupa aldehidelor, fenolilor și substanțelor aromatice ca și de compușii pe bază de sulf.
O serie de cercetări arată că intensitatea mirosurilor emise de gazele motoarelor Diesel crește cu sarcina, descrește prin îmbunătățirea sistemului de injecție și nu variază semnificativ cu turația motorului. Aplicarea catalizatorilor de oxidare conduce la reducerea intensității mirosului și a compușilor oxigenați.
Evaluarea mirosurilor este o problemă dificilă, deoarece implică aprecierea prin metode senzoriale, metode cu grad ridicat de subiectivitate. Studiul mirosurilor se realizează cu jurii de specialiști, antrenați în acest scop. Aceștia miros probe de gaz de evacuare, diluat cu aer în diferite proporții, sub și peste pragul de detectabilitate al mirosului uman. Se determină asfel concentrațiile de gaz care sunt supărătoare prin intermediul relației de proporționalitate dintre intensitatea mirosului și logaritmul zecimal din concentrația minimă sesizată de juriu [2].
O altă metodă, mai puțin artificială și mai ușor de pus în practică, folosește diluția naturală a gazelor evacuate cu aerul. În interiorul unui hangar funcționează un motor, la diferite distanțe de acesta, fiind plasați evaluatori care apreciază distanța până la care mirosul este sesizat.
Ambele metode sunt subiective, apreciind numai intensitatea mirosurilor. O abordare care evaluează și calitatea mirosurilor utilizând o scară absolută de referință este metoda Turk, în care un juriu antrenat format din 12 specialiști apreciază intensitatea și calitatea mirosului gazelor de evacuare (patru calități : afumat-ars, aromatic, caustic și uleios), prin compararea acestora cu cele emise de o trusă etalon. Trusa Turk cuprinde două seturi de materiale, unul pentru evaluarea intensității globale a mirosului, iar celălalt pentru evaluarea mirosului pe cele patru calități de mirosuri. Gazele de analizat sunt diluate cu aer în proporția de 1:200, fiind apoi supuse mirosirii de către experți.
Alte încercări de apreciere obiectivă a mirosului gazelor de evacuare au urmărit aprecierea gustului apei prin care au trecut gazele de evacuare, dar mai științific se dovedește a fi corelarea mirosului cu prezența unor substanțe puternic mirositoare aflate în cantități foarte mici și detectate prin cromatografie și spectrografie de masă.
Pragul de sensibilitate al aparatelor de 10-9, iar cel al mirosului uman este de 10-18…10-21, ceea ce înseamnă că natura nu a fost încă depășită de om.
2.9. Evaluarea poluǎrii produse în transporturile rutiere
Transporturile rutiere realizate cu autovehicule echipate cu motoare cu ardere internă au o contribuție însemnată asupra poluării mediului înconjurător, afectând practic toate ecosistemele. Principalele efecte sunt prezentate în tabelul 2.9.
Tabelul 2.9.
Intrucât s-a dovedit cǎ un procent important din populație este afectat de maladii cauzate de poluarea mediului ambiant, se impune întrebarea: care este rolul transporturilor cu motoare cu ardere internǎ la declanșarea unor asemenea situații dramatice, care este contribuția acestuia în raport cu alte surse poluante.
Contribuția procentualǎ a transporturilor rutiere la degradarea mediului este, conform ultimelor aprecieri:
schimbǎri de climǎ:
prin producerea efectului de serǎ 17%;
prin reducerea stratului de ozon 2%;
acidificare 25%;
eutroficare cu azot (5%), cu fosfor (2%),
zgomot 90%;
miros 38%
În continuare, se prezintǎ douǎ repartiții considerate ca fiind reprezentative pentru studiul poluǎrii produse de transporturile rutiere.
În tabelul 2.10. sunt expuse sursele principale de emisii în care transportul rutier apare ca sursǎ distinctǎ, chiar distribuitǎ în funcție de tipul motorului (m.a.s.-motoare cu aprindere prin scânteie care funcționeazǎ cu benzinǎ, m.a.c.– motoare cu aprindere prin comprimare, care funcționeazǎ cu motorinǎ).
Dupa studii efectuate in Germania, prin analiza mǎsuratorilor asupra poluării aerului efectuate si raportate atât la surse (tabelul 2.11.), cât si la parcul de autovehicule (tabelul 2.12.), se pot face o serie de aprecieri.
Se constatǎ ca mijloacele de transport (de la motociclete la avioane) produc 74% CO, 61% NOx si 21% CO2; contribuția lor la emisia de SOx și particule este relativ micǎ. Dacǎ se considerǎ numai poluarea produsǎ de transporturi (tabelul 2.12.), se observǎ cǎ emisia de CO și HC se datoreazǎ, în special, motoarelor Otto (m.a.s.). Emisia de SOx și particule este produsǎ, aproape în întregime, de motoare Diesel (m.a.c.), în timp ce emisia de ansamblu pentru NOx se împarte relativ egal între m.a.s. și m.a.c.
Tabelul 2.10.
Legenda:
* – între 5 – 25% din emisiile totale în orașele neindustrializate;
. – între 25- 50%, analog
+ – peste 50%, analog
Tabelul 2.11. Gradul de poluare, in %
Legenda:*-
Tabelul 2.12.
2.10. Concluzii
Formarea noxelor la motoarele Otto este determinată de:
soluțiile constructiv funcționale adoptate la realizarea motoarelor cu ardere internă
condițiile în care motorul cu ardere internă este exploatat mai ales în cazul tracțiunii rutiere caracterizat printr-o variabilitate de sarcină și turație
calitățile combustibilului știut fiind faptul că prognozele stabilesc că realizarea unui motor “curat” pentru un mediu “curat” mai are rezerve de 75 % din posibilitățile legate de soluțiile perfecționabile de construcție a motorului și de 25 % legate de reproiectarea combustibilului
Un motor “curat” necesită o presiune de vapori Reid mai scăzuta, reducerea temperaturii T90 (temperatura la care se evaporă 90% din combustibil), hidrocarburi cu un conținut mai consistent de aromatice pentru m.a.s. respectiv de parafinice pentru m.a.c., bineînțeles echipamente de prelucrare a gazelor de eșapament.
Totodată nu este de neglijat observația că, în condițiile în care inspecțiile tehnice periodice nu se realizeaza la timp, cu toate investițiile consistente la proiectarea și realizarea unor reactori catalitici sofisticați, nivelul de reducere a noxelor nu depășește 3%, cheltuielile cu realizarea noilor soluții/echipamente antipoluare fiind pe de o parte mai consistente decât câștigul obținut prin reducerea noxelor.
Constructorii de automobile trebuie să recurgă tot mai consistent la soluții inovatoare de exemplu folosirea injecției directe la motoarele cu aprindere prin scânteie (obținerea mișcării de “Tumble”) și să accepte ideea că industria petrolului cu toate cheltuielile suplimentare pentru producerea unor combustibili mai ecologici trebuie să aplice aceste soluții.
2.11. Automobilul și încǎlzirea globalǎ
Dincolo de efectul negativ asupra sǎnǎtǎții oamenilor, emisiile vehiculelor afecteazǎ și încǎlzirea globalǎ prin emisia de gaze cu „efect de serǎ”. Încǎlzirea globalǎ se produce atunci când anumite substanțe din atmosferǎ permit radiației termice solare sǎ ajungǎ pe suprafața Pǎmântului, dar împiedicǎ întoarcerea în spațiu a unei pǎrți din aceastǎ energie. O anumitǎ încǎlzire a atmosferei este naturalǎ și necesarǎ. Dacǎ vaporii de apǎ, bioxidul de carbon, metanul și alte gaze din atmosferǎ, care absorb radiațiile infraroșii, n-ar reține o parte din energia radiatǎ de Pǎmânt, temperatura planetei ar putea fi cu circa 33ºC mai micǎ și viața n-ar fi posibilǎ în forma cunoscutǎ. Gazele din naturǎ cu accentuat efect de serǎ sunt vapori de apǎ, bioxidul de carbon (CO2), metanul (CH4), protoxidul de azot – gazul ilariant (N2O) și ozonul (O3).
Câteva substanțe din clasa halogenilor, care conțin fluor, clor sau brom au de asemenea efect de seră, dar ele sunt, în cea mai mare parte, produse ale activităților industriale. Clorofluorocarbonul (CFCs) și hidroclorofluorocarbonul (HCFCs) sunt compuși halogenați ai carbonului. Alți compuși halogenați mai sunt hidrofluorocarbon (HFCs), perfluorocarbon (PFCs) și hexafluorura de sulf (SF6).
Există, de asemenea, și alte gaze care, deși nu au efect direct asupra încălzirii globale, influențează formarea sau distrugerea ozonului, care are efect asupra absorției radiației terestre. Aceste gaze includ oxidul de carbon (CO), oxizii de azot (NOx) și compușii organici volatili care nu provin din metan (NMVOCs).
Aerosolii, particule extrem de mici sau picături de lichid, adesea produse de emisiile de bioxid de sulf (SO2), pot afecta caracteristicile de absorție ale atmosferei.
Concentrația atmosferică de CO2, CH4 și N2O a crescut ca urmare a activităților umane. Din anul 1800, și până astăzi, concentrațiile acestora au crescut cu 30%, 145%, și respectiv cu 15%. Această creștere a alterat compoziția atmosferei și a putut afecta clima globală.
Discuțiile la nivel științific cât și politic, referitoare la încălzirea globală ca o problemă serioasă, au ca țintă prevederile Protocolului de la Kyoto din 1997, care cere reducerea emisiei de gaze cu efect de seră, față de nivelul din 1990, între 2008 și 2012. În cadrul responsabilităților acceptate s-a convenit ca în SUA reducerea să fie de 7%, în Japonia de 6% și în Uniunea Europeană de 8%. Pentru a atinge această țintă ambițioasă fiecare participant trebuie să-și reducă emisiile cu cât mai mult posibil. Gazele aflate în discuție sunt CO2, CH4, N2O, ozonul, CFC și SF6.
În tabelul 2.13. sunt prezentate duratele de viață și potențialul de efect de seră al gazelor relevante [47].
Tabelul 2.13. Duratele de viață ale gazelor cu efect de seră
Oricum, vaporii de apă reprezintă cel mai important component natural cu efect de seră, figura 2.23. [45].
În partea dreaptă a figurii sunt evidențiate gazele produse ca urmare a activităților umane a căror participație este evaluată la 0,5 – 1,5% din total.
Fig. 2.23. Contribuția activităților umane la emisia de gaze cu efect de seră
2.11.1. Bioxidul de carbon
Se apreciază că CO2 este cel mai activ pentru încălzirea globală, dintre gazele produse de activitățile umane. Participația sa la efectul global este evaluată la 0,3 – 0,6%. Cele mai recente cercetări evaluează emisia totală de CO2 în medie de 800 miliarde tone, din care surselor naturale (oceanele – 43%, vegetația – 28% și solul – 28%) le revin 96,5%, iar activităților umane (centrale electrotermice, sisteme de încălzire a locuinelor și industria) le revin 29 miliarde tone, adică circa 3,5%. Partea care revine traficului rutier (autoturisme, autocamioane, autobuze și motociclete) este de aproximativ 13,5%, ceea ce reprezintă abia 0,5% din totalul emisiilor, figura 2.24. Contribuția traficului aerian, în creștere, este aproape jumătate din cea a autoturismelor.
Fig. 2.24. Contribuția diferitelor surse la emisia globală de CO2
În ciuda eforturilor de reducere a emisiei de CO2 în multe țări industrializate, din cauza consumului energetic crescut, ca urmare a dezvoltării economice, în țările din Asia, și America Latină aceste emisii vor crește în viitor, figura 2.25.
Fig. 2.25. Emisia globală prognozată de CO2 provenit din arderea combustibililor fosili
În figura 2.26. se prezintă rezultatele unui model de calcul. Linia de sus reprezintă tendința de creștere a emisiei de CO2 în absența Protocolului de la Kyoto. Următoarea linie reprezintă tendința în condițiile îndeplinirii prevederilor Protocolului de la Kyoto. Următoarele două se referă la evoluția emisiei de CO2 în cazul în care țările dezvoltate și-ar reduce emisiile cu 50 respectiv 100%, între anii 2008 și 2010. Este clar că o astfel de reducere este imposibilă, dar s-a încercat obținerea unui rezultant șocant.
Fig. 2.26. Emisia globală de CO2 în condițiile unor scenarii
Chiar în ipotezele menționate, în anul 2020 emisia de CO2 va fi mai mare decât în anul 2000. Ceea ce înseamnă că influența țărilor industrializate este foarte mică, principale surse fiind țările în curs de dezvoltare.
Evoluția emisiei de CO2 ca urmare a dezvoltării activităților umane este ilustrată în figura 2.26. Efectul marginal al emisiilor provenind de la autoturisme, în special, și de la traficul rutier, în general, este evident.
În figura 2.27. s-a încercat să se evidențieze și influența introducerii autoturismelor cu consum redus de combustibil (3 l/100 km) asupra reducerii emisiei globale de CO2.
Fig. 2.27. Tendința emisiei globale de CO2 provenit din activitățile umane
2.11.2. Metanul
Emisiile globale de metan sunt estimate între 120 și 295 milioane de tone pe an, cu cea mai probabilă valoare de 225 milioane tone/an, pentru sursele naturale (37%), și între 260 și 420 milioane tone/an, cu cea mai probabilă valoare de 380 milioane tone/an, pentru sursele umane (63%).
Sursele naturale sunt: terenurile întinse cu vegetație arbustieră și mlăștinoasă (63%), termitele și insectele (10%), rumegătoarele sălbatice (3%), arderea biomasei (15%), tundra (2%), oceanele (6%) ș lacurile (1%).
Sursele activităților umane sunt: agricultura umedă a orezului (35%), rumegătoarele domestice (24%), ținuturi deșertice (13%), extracția și exploatarea țițeiului și gazelor naturale (9%), minele de cărbune și utilizarea acestuia (9%), arderea biomasei (9%), lacuri (0,5%), autoturisme (0,3%) și autocamioane (0,2%).
2.11.3. Protoxidul de azot – gazul ilariant
Emisiile globale de N2O variază între 28 și 60 milioane tone/an, cu cea mai probabilă valoare de 35 milioane tone/an, din surse naturale (69%) și între 9 și 18 milioane tone/an, cu cea mai probabilă valoare de 16 milioane de tone/an, din activitățile umane (31%).
Principalele surse naturale sunt: oceanele (38%), pădurile tropicale (35%), alte păduri, pajiști și pășuni (22%), apa freatică (4%) și din arderea biomasei (1%).
Sursele activităților umane sunt: defrișările pădurilor tropicale pentru pășuni (25%), fertilizările organice (21%) și artificiale (23%), industrie (10%), apele freatice (8%), arderea combustibililor fosili în instalații staționare (4%) și a biomasei (4%), autoturisme (1,6%), vehicule grele și autobuze (1,6%) și alte surse mobile (1,8%).
2.11.4. Non – metan hidrocarburi
Precursorii ozonului troposferic sunt NMHC și NOx.
Estimările emisiilor globale variază între 490 și 2200 milioane de tone/an, cu cea mai probabilă valoare de 1250 milioane tone/an, din sursele naturale (91%) și între 100 și 140 de milioane de tone/an, din activități umane (9%).
Principalele surse naturale sunt isoprenul, alți reactivi NMHC și alți NMHC, iar din activități umane se menționează arderea biomasei, utilizarea solvenților și a surselor staționare.
2.11.5. Oxizii de azot
Emisia globală de NOx se estimează la 50-100 milioane tone/an, cu cea mai probabilă valoare de 80 milioane de tone/an, din surse naturale (42%) și 110 milioane tone/an din activități umane (58%).
Principalele activități umane ca surse de oxizi de azot sunt: centralele termice (25%) arderea biomasei (14%), industria (12%), încălzirea locuințelor și micile utilități (7%), autocamioane și autobuze (11%), autoturisme (9%), trafic aerian (3%), transport maritim (5%), alt trafic (2%), îngrășăminte artificiale (7%), etc.
2.11.6. Hidrocarburi halogenate
CFC și HFC – create în anii 1930 pentru a îmbunătăți confortul și stilul de viață – sunt aproape exclusiv produși ai activităților umane. Efectul asupra încălzirii globale produs de CFC-11 este de 4500 de ori mai mare decât a bioxidului de carbon.
Cu 10 ani în urmă numai CFC 12 era utilizat la sistemele de aer condiționat. Începând din 1991 acesta a fost înlocuit cu HFC 134a mult mai convenabil pentru mediu. CFC 11 și CFC 12 a scăzut de la 300 kt, în 1988, la mai puțin de 30 kt, astăzi. Pe de altă parte emisia de HFC 134 a atins 150 kt astăzi.
În tabelul 2.14. sunt prezentate, ca exemplu, emisiile anuale de gaze cu efect de seră în țările Uniunii Europene.
Tabelul 2.14. Emisiile de gaze cu efect de seră în țările din UE (15 membri)
2.12. Contribuția transportului rutier la producerea gazelor cu efect de seră
Funcționarea automobilelor este bazată aproape exclusiv pe utilizarea combustibililor fosili și de aceea contribuția lor la efectul de seră este semnificativă (îndeosebi cu CO2). Eficiența energetică și implicit emisia de CO2 (energia cheltuită pe călător sau tonă transportată) a crescut foarte puțin sau, chiar, deloc față de 1970. Utilizarea mai frecventă a vehiculelor mai grele și mai puternice – însoțitǎ de reducerea gradului de ocupare și a factorului de sarcinǎ – a compensat creșterea eficienței energetice a vehiculelor, ca urmare a tehnologiilor avansate folosite. A rezultat o creștere cu 14% a consumului energetic ca urmare a creșterii volumului transportat și o creștere cu 12% a emisiei de CO2, între 1990 și 1996. Se apreciazǎ cǎ în 2010 transporturile vor constitui principala sursǎ de CO2 a Uniunii Europene. Astǎzi, circa 98% din transporturi sunt dependente de petrol, consumul reprezentând 67% din consumul total de țiței [1].
Transporturile de persoane și de mǎrfuri s-au dublat în ultimii 25 de ani, cea mai puternicǎ creștere înregistrându-se în transporturile aeriene și rutiere. Transporturile de cǎlǎtori cu automobilele a crescut de la 65% la 74% între 1970 și 1997, iar transportul cu autocamioane reprezintǎ 45% din totalul transporturilor fațǎ de 30% în 1970.
În 1970 și 1997 transportul de persoane și de mǎrfuri în Uniunea Europeanǎ a crescut înregistrându-se o creștere anualǎ, în medie, de 2,8%, respectiv 2,6% în timp ce produsul intern brut a crescut cu 2,5%. Creșterea transportului rutier și aerian de persoane se datoreazǎ creșterii veniturilor, reducerii prețului real de transport și schimbǎrilor în rețelele de transport. Referitor la intensificarea transportului rutier de mǎrfuri, explicația constǎ în schimbǎrile volumului și structurii economiei și a infrastructurii disponibile.
În Japonia, sectorului transporturi îi revine aproximativ un sfert din totalul emisiilor de CO2: 55,1% – autoturisme, 12,2% – autovehicule ușoare de transport marfǎ, 17,1% – autocamioane, 1,8% – autobuze, 1,8% – taxiuri, 5,8% – vapoare, 2,8% – locomotive și 3,4% – avioane. Emisia de CO2 la autoturisme se produce astfel: 85,8% – în timpul exploatǎrii, 4,0% – în timpul fabricǎrii, 7,1% – în timpul producerii materialelor care intrǎ în componența acestora, 1,7% – în timpul transportului vehiculului și 1,4% – în timpul întreținerii [26].
Referitor la emisiile de CO2, determinate de activitǎțile umane, transportul rutier contribuie global cu aproximativ 10%, iar regional, în Europa, cu circa 20%.
Emisia globalǎ de CO2 înregistreazǎ o creștere ușoarǎ de la 10% în 2000 la 11% în 2010.
Contribuția transportului rutier la emisia globalǎ de CH4 este neînsemnatǎ, mai puțin de 0,2%, iar regional, mai puțin de 1%. Din activitǎțile umane emisia globalǎ este sub 0,5%, iar regional, în Europa, de 2%.
Contribuția transportului rutier la emisia globalǎ de N2O este mai micǎ de 0,3%, iar regional, pânǎ la 2%. Din activitǎțile umane emisia globalǎ este sub 1%, iar regional, în Europa, de aproape 10%.
Emisia de N2O a scǎzut de la toate sursele, dar la transportul rutier crește, pânǎ în 2010, din cauza echipamentelor catalitice.
Emisiile de NMHC de la toate sursele sunt în scǎdere. Contribuția transporturilor este sub 1/3.
Emisiile de NOx din transportul rutier, ca de altfel la toate sursele, sunt în scǎdere începând cu 1990. Contribuția transportului rutier a fost mai micǎ de 40% în 2000 și are tendințǎ de scǎdere și în viitor.
Contribuția transportului rutier la emisia totalǎ de CFC este sub 0,1%, iar regional de 0,2%. Toate emisiile de CFC sunt determinate de activitǎțile umane.
2.13. Mǎsuri de protecție a mediului
Urmare a creșterii continue a numǎrului de vehicule și amânǎrii rezolvǎrii problemei calitǎții aerului, la care s-au adǎugat problemele determinate de emisiile toxice și modificǎrile climaterice, Europa, SUA și Japonia au decis mǎsuri extrem de severe pentru anii urmǎtori. Printre mǎsurile din ultimii ani se menționeazǎ:
Uniunea Europeanǎ a adoptat Directive privind emisiile vehiculelor ușoare de marfǎ și calitatea combustibililor prin care standardele (2000 și 2005) devin și mai restrictive, s-au adǎugat prevederi noi (diagnosticarea la bord – OBD, duratǎ de funcționare) și s-a limitat conținutul de sulf din combustibili;
S-au adoptat normele Euro III, IV și V pentru vehicule comerciale grele (autocamioane) și autobuze, cu intenția de a stimula introducerea sistemelor avansate de control a emisiei de oxizi de azot (NOx) și a postarderii particulelor din gazele de evacuare (PM);
California Air Board (CARB) – Autoritatea americanǎ californianǎ de standardizare în domeniul emisiilor poluante – a stabilit limite strânse nu numai pentru emisiile de oxid de carbon (CO), hidrocarburi nearse (HC), oxizi de azot (NOx) și particule (PM), ci și privind neutralitatea combustibililor (vehiculele cu motoare Diesel trebuie sǎ indeplineascǎ aceleași standarde ca și cele pe benzinǎ) și a vehiculelor (vehiculelor ușoare de marfǎ și cele cu destinație utilitar–sportivǎ–SUV–dacǎ sunt folosite pentru transport de persoane, trebuie sǎ îndeplineascǎ aceleași norme ca și autoturismele);
Japonia a impus, pentru prima datǎ în ultimii 20 de ani, norme mai severe pentru automobilele cu motoare Otto și a introdus cerințe pentru cele cu motoare Diesel;
În SUA, EPA (Energy Policy and Conservation Act) împreunǎ cu CARB au impus cele mai severe restricții din istoria industriei motoarelor pentru vehicule grele;
EPA a adoptat cele mai severe standarde referitoare la PM și NOx, pentru autocamioanele grele și autobuze, și a dispus utilizarea motorinei cu conținut scǎzut de sulf pentru a se aplica tehnologiile avansate necesare;
Uniunea Europeanǎ împreunǎ cu constructorii de automobile (ACEA–Asociația Europeanǎ a Constructorilor de Automobile) au ajuns la un acord care prevede reducerea emisiei de bioxid de carbon (CO2) cu 25% pânǎ în 2008;
CARB a decis, dat fiind faptul cǎ particulele emise de motoarele Diesel sunt toxice, sǎ intensifice eforturile de reducere a emisiei de PM și la vehiculele cu motoare Diesel existente.
De asemenea, sunt în derulare urmǎtoarele acțiuni:
În contexul prevederilor Protocolului de la Kyoto, se acționeazǎ în direcția reducerii emisiei de gaze cu efect de serǎ provenite din sectorul de transport, în special CO2, metanul (CH4) și protoxidul de azot (N2O);
Cercetǎrile evidențiazǎ faptul cǎ particulele de carbon emise de motoarele Diesel au un efect de serǎ mai pronunțat decât metanul, și de aceea presiunea de reducere a emisiei de PM a crescut, inclusiv pentru vehiculele existente;
Japonia este într-un stadiu avansat de introducere a unui control sever, care impune instalarea filtrelor de PM pe toate motoarele Diesel noi și reducerea conținutului de sulf din motorinǎ.
Uniunea Europeanǎ intenționeazǎ sǎ înlocuiascǎ parțial combustibilul convențional pentru automobile, pânǎ în 2020, dupǎ cum urmeazǎ: 6% biocombustibil (2-4 ori mai scump) pânǎ în 2010, 5% gaz natural pânǎ în 2015 și 5% hidrogen pânǎ în 2020 (ponderea acestora va deveni sesizabilǎ dupǎ 2030) [1].
CAPITOLUL 3
Reglementări
interne și internaționale privind poluarea datorată motoarelor cu ardere internĂ
3.1. Legislația antipoluare
3.1.1. Evoluția legislației pentru combaterea poluării
Omenirea s-a preocupat de mult timp de calitatea aerului pe care îl respiră. Prima lege împotriva poluării a fost promulgată în anul 1273 de către regele Edward I al Angliei și era îndreptată împotriva fumului și oxizilor de sulf care rezultau în urma arderii cărbunelui.
Între legislațiile moderne are prioritate tot o lege britanică, adoptată în 1956, care limita emisiile surselor industriale și casnice.
Primele măsuri împotriva emisiilor poluante ale automobilelor au fost adoptate în S.U.A, în statul California, începând cu 1959. Statul California, datorită condițiilor geografice neprielnice, o depresiune puțin aerată și temperaturi relativ înalte, precum și datorită numărului mare de autovehicule care ducea la producerea smogului, mai ales pe străzile orașului Los Angeles, a fost inițiatorul unor legislații foarte aspre care, în decursul timpului, au prescris valori ale emisiilor sub cele conținute în legislația federală a S.U.A. Apoi, din 1960, s-au întocmit legislații la nivel federal, cuprinzând, în principal, limitarea emisiilor evaporative din carburator și rezervor. În 1963 s-au limitat gazele de carter, în 1965 NOx, iar în 1968 toate autoturismele au devenit obiectul legislației pentru controlul emisiilor poluante, limitându-se CO și HC [1].
Efectul global al măsurilor adoptate în S.U.A. a fost evaluat în 1970 ca fiind remarcabil, totuși insuficient, de aceea s-a adoptat o altă orientare a evaluării emisiilor, pornind de la observația că poluarea aerului depinde de masa absolută de noxe deversate în atmosferă. Se renunța astfel la criteriul conținutului relativ de substanțe poluante din gazele arse (exprimat în procente sau ppm) și se adoptă criteriul absolut: exprimarea în grame / milă (care dezavantajează autovehiculele cu cilindree mare).
În 1975 (California) și 1976 (celelalte state federale din S.U.A.) limitele emisiilor au atins nivelul care, de regulă, necesita folosirea unui convertor catalitic (m.a.s.). Următoarele reduceri din 1977 – 1982 în California, urmate, în 1983, de restul S.U.A., au condus la introducerea obligatorie a catalizatorilor trivalenți, cu control electronic. Din 1987 s-a introdus controlul asupra emisiilor de particule la motoarele Diesel.
Europa a reacționat cu mare întârziere față de S.U.A., înaintea ei luând măsuri antipoluante Japonia și Canada. Cronologic, controlul emisiilor poluante a început în Europa în 1970 prin limitarea CO și HC la motoarele Otto, continuând cu limitarea fumului în 1972 la motoarele Diesel. A urmat reducerea emisiei de CO la mersul în gol și scăderea pragului CO și HC în 1974, iar în 1977 s-a introdus limitarea NOx.
În anii '80 regulamentele au modificat numai valorile limită admise pentru m.a.s. , iar la m.a.c. s-a prevăzut controlul particulelor începând cu anii '90.
Se poate aprecia că prima perioadă în care s-a declanșat lupta împotriva emisiilor a fost caracterizată de creșterea consumului de combustibil, dovedindu-se că politica legislativă a emisiilor a fost foarte costisitoare. În 1975, odată cu declanșarea crizei petroliere, s-au dezvoltat mijloacele de control a emisiilor fără creșterea consumului de combustibil.
În perioada 1975 –1990 eforturile scăderii consumului de combustibil s-au corelat cu cele făcute pentru scăderea emisiilor. Problema scăderii consumului de combustibil a devenit acută, nu numai din punct de vedere economic cât mai ales datorită emisiei de CO2.
Politica antipoluare a generat planuri, prognoze și strategii de reducere a emisiilor autovehiculelor, care sunt în plină desfășurare. Țările puternic industrializate au luat o serie de măsuri stimulative pentru constructorii de vehicule nepoluante (sau mai puțin poluante), cum ar fi reducerea impozitelor și aplicarea de sancțiuni (taxe suplimentare ecologice sau chiar interzicerea circulației) pentru vehiculele cu emisii poluante mari, peste norme. S-au definit o serie de categorii de vehicule, din punct de vedere al nivelului de poluare, planificându-se ca producția de autovehicule a anilor 2000 să respecte anumite procente din aceste categorii:
TLEV (Transitional Low Emission Vehicle) – vehicul cu emisii relativ scăzute;
LEV (Low Emission Vehicle) – vehicul cu emisii scăzute;
ULEV (Ultra Low Emission Vehicle) – vehicul cu emisii foarte scăzute;
ZEV (Zero Emission Vehicle) – vehicul cu emisii (practic) nule.
S.U.A. (mai ales statul ) au cuprins în planificările referitoare la producția de autovehicule noi procente mari de ZEV, obținute fie prin îmbunătățirea motoarelor clasice cunoscute, fie prin folosirea unor motoare cu combustibili mai puțin poluanți (gaze naturale, alcooli, energie electrică) sau total nepoluanți (hidrogenul).
La ora actuală există în lume trei mari centre de dezvoltare economică, producătoare de autovehicule, care și-au impus proceduri, legislații, strategii proprii în ceea ce privește emisiile poluante ale autovehiculelor : Europa, S.U.A. și Japonia.
Astfel, nu se poate vorbi de un singur regulament internațional de măsurare și limitare a emisiilor. În prezent coexistă cele trei seturi de legislații, la care au subscris multe alte țări. Există și țări cu legislații antipoluare proprii.
Strategiile față de limitarea emisiilor poluante s-au dovedit divergente: S.U.A. pun accent pe reducerea nivelului de particule, acceptând valori mari ale CO, Japonia impune scăderea NOx, fără a limita (până în 1993 – 1994) particulele, iar Europa se situează undeva la mijloc, căutând calea compromisului.
Procedurile de testare sunt diferite, bazate pe o serie de regimuri de funcționare cu ponderi diferite. De exemplu, pentru a se compara testele executate în regimuri stabilizate pentru autovehicule grele (testul european și cel japonez) cu cel american, executat în regim tranzitoriu, acesta din urmă a fost echivalat cu un test cu 8 trepte staționare sau cu testul european existent, variindu-se ponderile acordate fiecărei trepte de încercare.
Încercările comparative ale aceluiași motor după cele 3 proceduri au demonstrat că se obțin rezultate diferite ale poluanților, ceea ce poate duce la concluzii contradictorii asupra caracteristicilor aceluiași motor [2]. Comparația este și mai greu de făcut dacă se ține seama că se folosesc unități de măsură diferite: g/kWh, g/km, g/test, ppm.
Legislațiile își lărgesc treptat cadrul, tinzând să limiteze toate formele de poluare, pornind de la poluanții din gazele de evacuare, continuând cu gazele carter și vaporii de combustibil scăpați din instalațiile motorului sau la stațiile de alimentare.
Funcție de durata de viață utilă a vehiculului, se fac măsurări ale emisiilor după un anumit număr de ore de funcționare, acceptându-se coeficienți de corecție și se verifică durabilitatea dispozitivelor antipoluante (convertor catalitic, filtru de particule etc.)
În cele ce urmează se vor face referiri numai la legislația autovehiculelor rutiere și se vor prezenta pe scurt principalele regulamente europene, americane și japoneze.
3.1.2. Regulamente Europene
Documente cu putere de lege emit două organisme europene: Comunitatea Economică Europeană și Comisia Economică Europeană ( organism al Organizației Națiunilor Unite ). Directivele primului organism sunt similare regulamentelor celui de-al doilea și tind în timp să devină identice.
Întrucât România s-a aliniat documentelor emise de CEE-ONU, acestea vor fi descrise în cele ce urmează.
3.1.2.1. Regulamentul nr. 83 CEE – ONU
În cele ce urmează se fac referiri la mai multe categorii de vehicule, care sunt conform standardului referitor la frânarea vehiculelor, STAS 11960, notate prescurtat conform explicației din tabelul 3.1.
Tabelul 3.1. Categorii de vehicule conform STAS 11960
Prevederile acestui regulament se aplică:
emisiilor din gazele de eșapament și emisiilor de gaze carter ale tuturor vehiculelor din categoria M1 și N1, cu motoare cu aprindere prin scânteie, funcționând cu benzină cu plumb;
emisiilor din gazele de eșapament, din gazele de carter și emisiilor evaporative; durabilității dispozitivelor antipoluante ale vehiculelor din categoria M1, N1 cu motoare cu aprindere prin scânteie, funcționând cu benzină fără plumb;
emisiilor din gazele de eșapament și durabilității dispozitivelor antipoluante ale tuturor vehiculelor din categoria M1, N1, cu motoare cu aprindere prin comprimare, având cel puțin 4 roți.
Categoriile M1 și N1 cuprind vehicule pentru transportul de marfă și de persoane, cu masa totală sub 3,5t (în principal autoturisme și autoutilitare).
Există 5 tipuri de încercări de omologare care se aplică diferențiat fiecărei categorii de vehicul, conform tabelului 3.2.
Încercarea de tip I urmărește controlul emisiilor din gazele de eșapament cu vehiculul montat pe un banc cu rulouri, care simulează rezistența la înaintare și inerția. Se efectuează un ciclu format dintr-un ciclu urban, ce se repetă de 4 ori și dintr-un ciclu care simulează funcționarea în afara orașului (extraurban) figura 3.1. Inițial, această încercare cuprindea numai ciclul urban. Acest ciclu solicită puțin motorul (viteza maximă 50km/h) și de aceea nu este reprezentativ pentru toate regimurile de funcționare, în special emisiile de NOx fiind foarte mici, fără relevanță. După multe discuții s-a adăugat și ciclul extraurban, în care viteza maximă este de 120 km / h.
Tabelul 3.2. Incercari de omologare pe categorii de vehicule
În timpul încercării gazele de evacuare sunt diluate și colectate în saci. Pentru vehiculele cu m.a.s. se măsoară CO, HC, NOx, iar pentru m.a.c. se măsoară în plus particulele. Valorile limită sunt date funcție de tipul vehiculului (tabelul 3.3.).
Tabelul 3.3. Emisiile poluante admise ale vehiculelor care funcționează cu benzină etilată (M1)*
*Pentru categoria de vehicule N1, valorile HC + NOx din tabelul 3.3. se multiplică cu 1,25
Tabelul 3.4. Emisiile poluante admise ale vehiculelor care funcționează cu benzină neetilată
(M1)*
*Pentru categoria de vehicule N1 sunt valabile datele din tabelul 3.4.
Tabelul 3.5. Emisiile poluante admise ale vehiculelor care funcționează cu motorină (M1)*
*Pentru categoria de vehicule N1 sunt valabile datele din tabelul 3.5.
Limitele prognozate de legislatorii europeni, în ceea ce privește emisiile poluante produse de motoarele cu aprindere prin scânteie., sunt sintetizate în tabelul 3.6.
Tabelul 3.6. Limite emisii poluante admise produse de motoarele cu aprindere prin scânteie
Încercarea tip II se referă la controlul CO la mersul în gol, imediat după al patrulea ciclu din încercarea I. Valorile CO nu trebuie să depășească 3,5%, pentru reglajul specific încercării de tip I sau nu trebuie să depășească 4,5% CO, pentru plaja de reglaje specificate în acest regulament.
Încercarea tip III verifică emisiile din gazele carter la mers în gol și la 50km/h, folosind standul cu role. Presiunea măsurată în carter nu trebuie să depășească valoarea presiunii atmosferice din momentul măsurării. Dacă acest lucru nu se respectă, se impune o încercare complementară prin care se colectează gazele carter într-un sac fixat la orificiul jojei de ulei. Vehiculul este considerat satisfăcător dacă nu se produce o umflare vizibilă a sacului.
Încercarea tip IV determină emisiile de hidrocarburi evaporate prin metoda SHED (Sealed Housing for Evaporative Determinations).
Aceasta metodă constă în captarea emisiilor într-o incintă închisă care conține vehiculul. Cunoscându-se volumul incintei și concentrația substanțelor poluante, se determină emisiile totale.
Emisiile evaporabile se împart în:
pierderi diurne – apar când vehiculul este staționat, cu motorul oprit, datorită evaporării combustibilului din rezervor, provocată de variația temperaturii care apare în 24 de ore;
pierderi datorită încălzirii – apar când vehiculul încălzit este lăsat să staționeze și căldura motorului este transferată rezervorului și / sau carburantului;
pierderi în funcționare – apar când vehiculul este condus în condiții normale de funcționare.
Metoda SHED are măsurători similare și în S.U.A., determinându-se cele 3 tipuri de emisii amintite. Suma acestora nu trebuie să depășească 2g/test.
Încercarea tip V urmărește verificarea durabilității dispozitivelor antipoluante care echipează m.a.s. sau m.a.c. în cursul încercării de anduranță de 80 000 km. Este definit un program de funcționare, alcătuit din 11 cicluri de 6km lungime, care se repetă până la 80.000 km. Se măsoară emisiile din 10 000 km în 10 000 km și, pe baza lor, se calculează factorul de deteriorare al emisiilor din gazele de eșapament, ca raport al emisiei de poluanți, în g / km la 6400 km și la 80 000 km.
3.1.2.2. Regulamentul nr. 49 CEE – ONU
Acest regulament se aplică emisiilor gazoase și de particule ale motoarelor cu aprindere prin comprimare, care antrenează autovehicule având viteza nominală superioară valorii de 25km/h și aparținând categoriilor M1 de masa totală peste 3,5t , M2, M3, N1, N2, N3. Mai scurt spus, se aplică autovehiculelor grele (autocamioane și autobuze) echipate cu m.a.c. Pentru încercare, motorul (și nu vehiculul) este montat pe un banc de încercare, este cuplat la un dinamometru și este supus unui ciclu de încercări alcătuit din 13 trepte de funcționare staționară, definite de sarcină și turație (tabelul 3.7.).
După prima treaptă de mers în gol, motorul este încărcat treptat în sarcini crescătoare, la 10, 25, 50, 75 și 100% din sarcina maximă, la turație intermediară. Turația intermediara este definită ca turația de cuplu maxim, dacă aceasta se încadrează între 60 și 75% din turația nominală, iar dacă această condiție nu este îndeplinită, se consideră egală cu 60% din turația nominală. În treapta a șaptea a ciclului, motorul funcționează în gol, după care urmează treptele de funcționare la turație nominală, în sarcină descrescătoare:100, 75, 50, 25 și 10% din sarcina maximă; ultima treaptă cuprinde din nou mersul în gol.
Tabelul 3.7. Ciclul de incercari din 13 trepte de functionare stationara
În fiecare treaptă se măsoară, prin înregistrări grafice, emisiile gazoase care se mediază pe întreg intervalul de măsurare; apoi media fiecărei trepte intră în calculul mediei ponderate finale cu un anumit coeficient (tabelul 3.7). Măsurările de debit de gaze arse, cuplu și turație duc la stabilirea puterii specifice fiecărei trepte necesare la determinarea puterii echivalente a întregului ciclu. Emisiile gazoase măsurate de analizoare se raportează masic la puterea echivalentă a ciclului și se exprimă în g/kWh.
Pentru determinarea particulelor se folosește metoda gravimetrică: gazele arse, diluate cu aer curat, trec printr-o pereche de filtre din teflon de o anumită porozitate, colectând depunerile solide și lichide existente în gazele arse. Filtrele sunt cântărite înainte și după același ciclu, iar debitul masic de particule este raportat la puterea motorului.
Valorile admise ale celor patru poluanți considerați sunt redate în tabelul 3.8.
Tabelul 3.8. Valori admise pentru poluantii considerati
*Valoarea limită pentru emisiile de particule se înmulțește cu 1,7 în cazul motoarelor cu putere nominală mai mică sau egală cu 85kW.
Limitele EURO III sunt cu 30% mai mici ca EURO II și, deși se prevedea intrarea lor în vigoare în 1999, acest termen s-a amânat până la 1 octombrie 2000. Noile valori ale emisiilor, conform ciclurilor de încercare propuse, denumite după numele organizațiilor care le-au emis, sunt cuprinse în tabelul 3.9.
Tabelul 3.9. Valori emisii conform ciclurilor de incercare propuse
*Pentru motoare cu o cilindree unitară mai mică de 0,7 dm3 și o turație nominală mai mare de 3000 rot/min.
O altă propunere pentru valorile emisiilor categoriei de motoare definite de legislatorii europeni și care este considerată cea mai optimistă este ilustrată în tabelele 3.10 și 3.11, acestea cuprinzând valorile limită ale emisiilor poluante produse de motoarele Diesel (motoare convenționale catalizatori de oxidare, în ciclul european OICA) și respectiv valorile limită ale emisiilor poluante emise de motoarele Diesel și a motoarelor cu gaze naturale (motoare Diesel cu post-tratare avansată a gazelor arse incluzând filtre de particule și catalizatori de NOx ,în ciclul european tranzitoriu FIGE).
Tabelul 3.10. Valori limita emisii poluante motoare Diesel in ciclul european OICA
*Pentru motoare cu o cilindree unitară mai mică de 0,7 dm3 și o turație nominală mai mare de 3000 rot/min.
Tabelul 3.11. Valori limita emisii poluante motoare Diesel in ciclul european FIGE
*Pentru motoare cu o cilindree unitară mai mică de 0,75 dm3 și o turație nominală mai mare de 3000 rot/min.
**Numai pentru motoarele cu gaze naturale.
***Numai pentru motoarele Diesel.
Regulamentul nr. 24 CEE – ONU
Acest regulament cuprinde prescripții referitoare la omologarea motoarelor cu aprindere prin comprimare, în ceea ce privește emisiile poluante vizibile (fumul). Emisiile poluante se măsoară în cursul a două încercări: în regim stabilizat de funcționare în sarcină totală (a) și în regim de accelerare liberă (b).
a – Încercarea se execută fie pe motor, fie pe autovehicul, măsurându-se opacitatea gazului de eșapament. Se execută un număr suficient de măsurări, repartizate între turația nominală maximă și cea minimă. Pentru fiecare din turațiile la care s-au făcut măsurări ale coeficientului de absorbție se calculează debitul nominal de gaz:
G = V n / 120 (3.1.)
în care :
G este debitul nominal de gaz (l/s);
V – cilindreea motorului (l);
n – turația motorului (rot/min).
Coeficientul de absorbție al luminii, măsurat cu opacimetrul, trebuie să fie mai mic decât valorile limită impuse acestui coeficient în regulament, funcție de debitul de gaz.
b – Încercarea se execută asupra motorului instalat pe bancul de încercare sau pe vehicul. Emisiile poluante vizibile în accelerație liberă trebuie măsurate când motorul funcționează la regim nominal și la puterea sa maximă. Motorul, funcționând la regimul de mers în gol, este accelerat rapid, dar fără brutalitate, pentru a se obține debitul maxim al pompei de injecție. Această poziție se menține până se atinge regimul maxim al motorului, apoi se decelerează până când motorul ajunge din nou la regimul de mers în gol, la turație minimă și opacimetrul revine la condițiile inițiale. Se repetă operația de cel puțin 6 ori, notându-se valorile maxime ale opacității, obținute în încercări succesive, până când se obțin valori stabilizate într-o plajă de 0,25 m1 Valoarea coeficientului de absorbție este media aritmetică a 4 valori consecutive ale opacității, care respectă condiția anterioară.
Referitor la modalitatea de a se efectua accelerarea prin apăsarea completă, rapidă, dar nu violentă a pedalei de accelerație, există opinia că această indicație este prea vagă, lăsată la aprecierea fiecărui executant. Pentru a elimina arbitrarul, unele standarde (ISO /TR 9310) stabilesc intervalul valorilor gradientului de turație de la 15 la 50 s-2.
Așa cum s-a putut consta în subcapitolul anterior, există tendința ca prevederile acestui regulament să fie cuprinse unitar în regulamentul dedicat emisiilor poluante ale motoarelor cu aprindere prin comprimare.
În afara acestor regulamente specifice autovehiculelor rutiere, există o serie de norme ale emisiilor produse de aplicații nerutiere din domeniul, feroviar, naval, agricol, al construcțiilor sau a generatoarelor electrice. În Europa, documentul cel mai des menționat este ISO 8178, care indică procedura de încercare specifică și valorile admisibile fiecărei utilizări în parte.
Regulamente ale S.U.A.
3.1.3.1. Cicluri și limite pentru autovehicule ușoare
Din 1972, ciclul de măsurare al emisiilor s-a bazat pe ciclul tranzitoriu obținut din regimurile reprezentative de funcționare ale motoarelor corespunzătoare conducerii unui vehicul în Los Angeles. Procedura originală, denumită FTP-72 (Federal Test Procedure – procedura de încercare federală ), este un test alcătuit din două faze care acoperă un parcurs de 7,5 mile în 23 de minute. Din 1975, procedura s-a modificat, devenind FTP-75 și aceasta are aceeași componență ca FTP-72, la care s-a mai adăugat prima fază după o pauză de 10 minute. Intenția acestui ciclu modificat este de a cuprinde și influența emisiilor produse de motorul pornit cald. Vehiculul este mai întâi condiționat 12 ore la temperatura ambiantă, apoi se efectuează ciclul de funcționare la rece, gazele fiind colectate în primul sac. Pe durata funcționării stabilizate gazele sunt direcționate către sacul al doilea. Urmează o întrerupere de 10 minute, după care se reia prima fază, dar în condițiile în care motorul este încălzit. În acest ultim caz gazele se adună în cel de-al treilea sac.
Emisiile celor trei faze se ponderează în modul următor :
EC = 0,43 TPr + SP + 0,57 TPc , (3.2.)
în care :
EC – emisiile totale de poluant pe ciclu;
TPr – emisiile de poluant din perioada de funcționare rece;
SP – emisiile de poluant din perioada de funcționare staționară;
TPc – emisiile de poluant din perioada de funcționare caldă.
Suma ponderată a emisiilor din cei trei saci este evaluată în funcție de distanța parcursă și este exprimată în gram /milă. Figura 3.2. prezintă ciclul FTP-75 și ciclul de funcționare pe autostradă, acesta din urmă măsurând consumul de combustibil și emisia de NOx.
Spre deosebire de Europa, S.U.A. nu au diferențiat legislația antipoluare în funcție de tipul motorului care echipează vehiculul. Motoarele Diesel trebuie să respecte aceleași valori ale emisiilor în gram / milă. Totuși, din cauza emisiei mari de particule, statul California a inclus limite ale particulelor în propunerea legislativă numită LEV II (tabelul 3.12.).
Tabelul 3.12. Limite ale particulelor conform legislatiei LEV II
* Numai pentru motoare cu aprindere prin comprimare
Începând cu 2004, 25% din vehiculele sub 6000 de livre trebuie să respecte limita NOx 0,07g/milă, urmând adăugări de 25% la fiecare 3 ani. Celelalte 75% trebuie să îndeplinească regulamentul federal LEV (0,3 g/milă NOx în medie, cu maximum 0,6 g/milă NOx, iar particulele sub 0,02 g/milă ).
Începând cu 2004, 25% din vehiculele peste 6000 de livre trebuie să respecte limita NOx 0,2g/milă, urmând adăugări de 25% la fiecare 3 ani; particulele sunt admise la limita de 0,06g/milă. Celelalte 75% trebuie să îndeplinească condițiile de 0,6g/milă NOx, iar particulele sub 0,06 g/milă; din 2008, 50% din aceste vehicule trebuie să aibă emisia de NOx de 0,07g/milă, urmând ca restul de 50% să fie acceptate în 2009.
3.1.3.2. Ciclul pentru autovehicule grele
În 1985 s-a alcătuit un ciclu tranzitoriu, format în urma analizei regimurilor de funcționare ale motoarelor în condițiile pornirii la rece și la cald în mediu urban aglomerat, în mediu urban neaglomerat și pe autostradă.
Măsurările au fost făcute în și , iar ciclul rezultat supune motorul unei funcționări într-o gamă largă de sarcini și turații. Ciclul este parcurs de două ori, prima oară după o pornire rece, iar a doua oară după o pauza de 20 de minute. Emisiile obținute în cele două secvențe sunt ponderate, 1/7 pentru ciclul rece și 6/7 pentru ciclul cald. Ceea ce este interesant este faptul că acest ciclu cuprinde și 178 s în care motorul este împins, adică antrenat de dinamometru, fază în care se urmărește comportarea motorului când acesta nu este alimentat cu combustibil, deși motorul se rotește.
3.1.4. Regulamente Japoneze
Regulamentele japoneze privitoare la emisii sunt complexe, datorită numărului mare de proceduri de testare, categorii de vehicule și date de intrare în vigoare. În 1990 erau în vigoare următoarele tipuri de cicluri de încercări:
Ciclul cu 10 trepte – ciclu urban cu pornire la cald, cu accelerări de până la 40km/h, folosit pentru autoturisme și autoutilitare ușoare cu m.a.s. sau motoare cu gaze petroliere lichefiate (LPG) și m.a.c. (sub 1700 kg masă totală).
Ciclul cu 11 trepte – ciclu cu pornire la rece și viteze până la 60 km/h, completează ciclul cu 10 trepte.
Ciclul cu 6 trepte – ciclu bazat pe ponderarea emisiilor măsurate în 6 trepte de funcționare staționară, folosit pentru vehicule peste 2500 kg sau vehicule cu m.a.c. peste 1700 kg.
Testul emisiilor evaporative – se bazează pe captarea vaporilor de hidrocarburi în containere cu cărbune poros (procedură diferită de SHED).
După 1991, aceste proceduri s-au modificat astfel încât să includă cicluri cu viteze mai mari și măsurările să se facă în g/km sau g/kWh în loc de ppm.
Noile cicluri sunt:
Ciclul 10 – 15 trepte, care se aplică din 1991 autoturismelor și autoutilitarelor cu m.a.s. sau LPG sau m.a.c. Înlocuiește ciclul cu 10 trepte.
Cicilul cu 13 trepte pentru m.a.s./LPG, care schimbǎ unitatea de mǎsurǎ ppm în g/kWh.
Ciclul cu 13 trepte pentru m.a.s. / LPG, care schimbă unitatea de măsură ppm în g/kWh. Se aplică din 1992 autovehiculelor comerciale.
Ciclul cu 13 trepte pentru m.a.c., care schimbă unitatea de măsură ppm în g/kWh și se aplică din 1993 autovehiculelor comerciale cu m.a.c.
Figura 3.3. cuprinde schematic caracteristicile acestor cicluri. Ciclul cu 13 trepte nu este identic cu cel european (Reg. CEE – ONU nr.49), de aceea nu se poate face o comparație valabilă.
Tabelele 3.13 și 3.14 cuprind valorile emisiilor din gazele de evacuare admisibile pentru autoturisme din standardul japonez, echipate cu m.a.s. respectiv m.a.c.
Fig. 3.3. Structura ciclurilor japoneze
Tabelul 3.13. Valori emisii admisibile conform standardelor japoneze
Tabelul 3.14. Valori emisii admisibile din gazele evacuate conform standardelor japoneze
3.1.5. Legislația Românească
Legislația românească tinde să se alinieze la legislația europeană antipoluantă prin recunoașterea prevederilor unor regulamente (CEE – ONU nr.24, 49 și 83) și prin emiterea unor documente legislative proprii care să armonizeze cu documentele similare ale ISO (Organizația Internațională de Standardizare).
În domeniul poluării chimice sunt în vigoare mai multe norme (STAS), dintre care mai importante sunt:
STAS 10474 Autovehicule. Determinarea opacității gazelor de evacuare ale motoarelor cu aprindere prin comprimare;
STAS 11040 Autovehicule. Dispozitive pentru măsurarea opacității gazelor de evacuare la motoarele Diesel (metoda prezentată este identică cu prevederile Reg.CEE-ONU nr.24).
STAS 11369 Vehicule rutiere. Determinare emisiilor poluante. Limite admise și metode de încercare pentru vehicule cu masa până la 3500 kg (metoda este identică cu varianta anterioară a Reg.CEE-ONU nr.83) lipsind bucla pentru deplasare cu o viteză de până la 120 km/h.
În afara documentelor de standardizare, există un organism abilitat de Ministerul Transporturilor de a se ocupa de certificarea și omologarea vehiculelor aflate în circulație pe drumurile publice din România, Registrul Auto Român (R.A.R).
Documentele emise de R.A.R. cuprind prevederi clare referitoare la relația dintre motor și mediul înconjurător.
Valoarea zgomotului exterior măsurată în staționare nu e limitată, însă ea trebuie înscrisă în certificatele de omologare, pentru a putea fi utilizată ca bază de referință la eventuale verificări ale nivelului de zgomot al autovehiculelor aflate în exploatare.
În afară de certificarea de tip și de omologarea individuală, R.A.R. efectuează inspecții tehnice periodice care, din punct de vedere al emisiilor poluante, sunt mai simple decât testarea pe standul de încercare a autovehiculelor sau motoarelor, fiind determinate de încercarea în câteva regimuri de funcționare stabilite.
La motoarele Otto se măsoară conținutul de CO care nu trebuie să depășească 0,5% la mersul în gol și 0,3% la mersul în gol accelerat minimum 2000 rot/min) și coeficientul de exces de aer care trebuie să se încadreze în plaja 1± 0,03.
La motoarele Diesel se măsoară indicele de opacitate al gazelor de evacuare care nu trebuie să depășească 2,5m-1 pentru motoarele cu aspirație naturală și 3m –1 pentru motoarele supraalimentate.
În legătură cu proba pentru fum, pentru eliminarea arbitrarului la efectuarea acestei încercări în regim de accelerare, unele standarde, subliniem din nou, cum este ISO-TR 9310 stabilesc intervalul gradientului de turație de la 15 la 50s-2 (adică într-o secundă turația va fi majorată de la 15 rot/sec până la maximum 50 rot/sec, nefiind admisă o accelerare foarte violentă, pentru motorul Diesel).
3.2. Concluzii
Ca o concluzie se poate afirma că legislația antipoluare este cât se poate de diversă. În afara poluanților și a metodelor de măsurare a acestora, care sunt aceleași, diferă semnificativ:
structura ciclurilor de încercare,
unitățile de măsură, valorile limită ale poluanților,
împărțirea autovehiculelor pe categorii.
Pentru o interpretare unitară, se propune crearea unor regulamente sau acceptarea regulamentelor existente a căror valabilitate să fie recunoscută global. În același timp, se observă eforturile continue, susținute de organismele abilitate de a elibera norme cât mai stricte de limitare a emisiilor, în scopul alcătuirii unui cadru legislativ propice reducerii emisiilor poluante și a poluării mediului înconjurător.
Metoda de calcul a noxelor este bună, relațiile mai simple sunt mai expeditive, dar mai puțin exacte, iar cele complexe sunt relativ ușor de prelucrat cu ordinatorul deoarece sunt funcții algebrice.
Metoda permite studii expeditive de optimizare funcțională a motorului pentru diminuarea noxelor în corelație cu caracteristicile sale constructiv funcționale.
3.3. Automobilul și regulamentele de poluare
3.3.1. Scurt istoric
După un secol de dezvoltare, aproape liberă, a automobilului, cu realizări considerabile în ultimii ani, urmează o perioadă în care perfecționarea acestuia trebuie realizată în condițiile existenței unor restricții extrem de severe. Niciodată inginerii nu s-au aflat sub o presiune atât de mare, determinată de armonizarea unor cerințe atât de contracdictorii cum sunt: pretențiile clienților, poluarea chimică și sonoră, consumul de combustibil, siguranța vehiculelor, confortul, costurile, integrarea în sistemele de transport, performanțele și plăcerea de a conduce. Toate acestea constituie obstacole greu de depășit și impun cheltuieli materiale însemnate și eforturi intelectuale deosebite. În figura 3.4. sunt prezentate, în viziunea firmei Volkswagen, principalele modernizări ale automobilului în ultimii 50 de ani și cauzele care le-au determinat [68].
Fig. 3.4. Introducerea principalelor inovații la automobile și cauzele care le-au determinat
Primele măsuri legislative privind controlul emisiilor la automobile au fost introduse în statul american California în 1961. În Comunitatea Europeană primele măsuri legislative au devenit efective în 1970. Evoluția reglementărilor referitoare la emisiile de oxid de carbon (CO), hidrocarburi (HC),oxizi de azot (NOx) și particule (PM) este prezentată în figura 3.5 [38]. În figura 3.6 este prezentată evoluția standardelor pentru vehiculele grele ale căror masă este mai mare de 3,5t și sunt echipate cu motoare cu puterea mai mare de 85kW.
Fig. 3.5. Evoluția standardelor de poluare pentru autoturisme în Uniunea Europeanǎ
Fig. 3.6. Evoluția standardelor de poluare în Uniunea Europeanǎ pentru vehicule grele
Reduceri substanțiale ale emisiilor noilor automobile se realizează în majoritatea țărilor dezvoltate. Din cauza faptului că nu se folosesc aceleași proceduri de testare este dificil să se facă o comparație referitoare la severitatea reglementărilor. Dacă se ignorează aceste proceduri, atunci se pot centraliza cerințele referitoare la emisiile de oxizi de azot și particule, la autoturisme și autocamioane, pentru diferite regiuni ale globului.
Ciclurile de testare, a automobilelor, European (NEDC), Japonez și Nord-American sunt prezentate comparativ în figura 3.7. [12].
Fig. 3.7. Ciclurile European, Japonez și Nord-American de testare a automobilelor
Noul ciclu european de testare – NEDC (New European Drive Cycle) este format din 4 super cicluri de simulare a circulației urbane cu durata de 195 de secunde fiecare (ECE sau UDC – Urban Drive Cycle) și un ciclu de simulare a circulației extraurbane de 400 de secunde (EUDC – Extra Urban Drive Cycle). Distanța echivalentă parcursă de automobil în ciclul NEDC este de 11km (1+1+1+1+7). Ciclul ECE+EUDC mai este cunoscut și sub denumirea de ciclu MVEG-A.
3.3.2. Regulamentele privitoare la emisiile oxizilor de azot la autoturisme
Limitele privind emisiile de oxizi de azot (NOx), în g/km, la autoturisme sunt prezentate în tabelul 3.15. pentru cele echipate cu motoare Otto și în tabelul 3.16. pentru cele echipate cu motoare Diesel [80].
Tabelul 3.15. Prevederile standardelor referitoare la emisiile de NOx (Otto)
Alte limite prevǎzute de standardele Tier 2 și LEV II sunt de 0,04 g/km pentru HC și 0,67g/km pentru CO. De asemenea, standardul SULEV prevede limite de 0,02 g/km pentru HC și 0,67g/km pentru CO.
În Japonia limita pentru NOx a fost redusǎ la 0,05 g/km începând din anul 2005 [90].
Tabelul 3.16. Prevederile standardelor referitoare la emisiile de NOx (Diesel)
Se constatǎ cǎ reglementǎrile preconizate pentru 2005, în toate zonele, prevǎd niveluri scǎzute pentru NOx la autoturisme. Totodatǎ, se observǎ cǎ durata de viațǎ a autoturismelor, pretinsǎ în Europa și Japonia, este substanțial mai micǎ decât în America de Nord. Un element cheie al realizǎrii acestor niveluri scǎzute îl constituie conținutul redus de sulf din benzinǎ. Astfel, în Japonia limita admisǎ este de maxim 30ppm, în Europa, de maxim 50ppm în 2005, iar în SUA, de maxim 80ppm, dar cu o valoare medie de 30ppm.
Referitor la autoturismele cu motoare Diesel, reglementǎrile din Europa și Japonia au devenit mult mai severe, comparativ cu anii precedenți, dar sunt încǎ mult mai lejere comparativ cu autoturismele cu motoare Otto. În Japonia, limita pentru NOx a fost redusǎ la 0,14g/km începând din anul 2005 [90].
3.3.3. Regulamentele privitoare la emisiile de particule Diesel la autoturisme
Cerințele privitoare la emisia de particule Diesel la autoturisme sunt mult mai lejere în Europa și Japonia comparativ cu SUA. În Europa numai autoturismele din clasa superioarǎ sunt obligate sǎ utilizeze filtre de particule, în timp ce cele din clasele medie și micǎ nu sunt obligate sǎ instaleze filtre, ceea ce înseamnǎ cǎ ele vor emite un numǎr mare de particule ultrafine chiar dacǎ se încadreazǎ în prevederile standardului. În SUA persistǎ o oarecare reținere fațǎ de penetrarea largǎ pe piațǎ a motorului Diesel în ciuda economicitǎții sale incontestabile, din cauza faptului cǎ emisiile Diesel (îndeosebi particule) au fost trecute pe lista substanțelor cauzatoare de cancerul la plǎmân. Acesta este și motivul adoptǎrii unei legislații de poluare extrem de dure.
Tabelul 3.17. Prevederile standardelor referitoare la emisia de particule Diesel (autoturisme)
3.3.4. Regulamentele privitoare la emisia oxizilor de azot la autovehicule grele
Mari progrese s-au realizat în privința reducerii emisiilor la autovehiculele grele. Se pare cǎ majoritatea țǎrilor admit cǎ este nevoie și totodatǎ, posibil sǎ se introducǎ controlul sistemelor de poluare și de postardere la acest tip de vehicule. Condiția reducerii emisiilor constǎ în introducerea motorinei cu conținut foarte scǎzut (aproape zero) de sulf.
Limitele privind emisiile de oxizi de azot (NOx) la autovehiculele grele, în g/kWh, sunt prezentate în tabelul 4 [80].
În Japonia limita pentru NOx a fost redusǎ la 2g/kWh începând din anul 2005 [90].
Tabelul 3.18 Limite pentru emisiile de NOx in g/kWh (autovehiculele grele)
3.3.5. Regulamentele privitoare la emisia de particule Diesel la autovehicule grele
Limitele privind emisiile de particule Diesel (PM) la autovehiculele grele, în g/kWh, sunt prezentate în tabelul 3.19. [80].
În Europa, Asociația Europeanǎ a Constructorilor de Automobile – ACEA (The European Car Manufacturer’s Association) a propus și Uniunea Europeanǎ a acceptat reducerea per-vehicul a emisiilor cu efect de serǎ cu 25% pânǎ în 2008. Aceasta implicǎ o creștere a economicitǎții cu 33% la noile vehicule.
Tabelul 3.19 Limite pentru emisiile de particule Diesel in g/kWh (autovehicule grele)
*Euro IV din 2005 și Euro V din 2008
În Japonia, guvernul a stabilit standarde de consum în funcție de greutate, care înseamnǎ pentru vehiculele comerciale ușoare o reducere de consum de aproximativ 23% pânǎ în 2010.
3.3.6. Regulamentele europene pentru autoturisme
Limitele emisiilor pentru autoturisme, în ciclul MVEG, sunt prezentate în tabelul 3.20.
În figura 3.8. s-au reprezentat, comparativ, limitele admise de standardele Euro III, Euro IV 2005 (0,10 HC, 1,0 CO, 0,08 NOx în g/km), ULEV și SULEV 2004 (0,01 HC, 1,0 CO, 0,02 NOx și 0,01 PM în g/milǎ) [96].
Se apreciazǎ cǎ diferența dintre normele californiene pentru anul 2004 și normele europene pentru anul 2005 este de „câțiva ani”.
Referitor la emisia de CO2, ACEA a adoptat limita de 140g/km pentru automobilele noi începând cu anul 2008. Uniunea Europeanǎ propune pentru anul menționat limita de 120g/km.
Tabelul 3.20 Limitele prevǎzute de standardele Euro III (2000) și Euro IV (2005)
Tabelul 3.20 Limitele prevǎzute de standardele Euro III (2000) și Euro IV (2005)
Fig. 3.8. Prezentarea comparativǎ a standardelor europene și nord-americane de poluare.
3.3.7. Regulamentele europene pentru vehiculele comerciale
Tabelul 3.21. prezintǎ standardele pentru emisii la vehiculele comerciale, exprimate în g/kWh, deoarece acestea sunt mult mai bine caracterizate de puterea lor [44]. O comparație directǎ cu valorile care exprimǎ emisiile la autoturisme nu este posibilǎ.
Tabelul 3.21 Limitele pentru emisii in g/kWh (vehicule comerciale)
1) Procedurǎ extinsǎ de testare a tuturor motoarelor Diesel; 2) Testul tranzitoriu suplimentar pentru toate motoarele Diesel + sistemul de post-tratare; 3) Testul tranzitoriu numai pentru motoarele cu gaz; 4) Numai pentru motoarele cu gaz; 5) Numai pentru motoarele Diesel; Soot=Funingine
Evoluția normelor de poluare Euro I-V pentru autovehiculele comerciale mari sunt prezentate în figura 3.9. (FIE – Fuel Injection Equipment, EGR – Exhaust Gas Recirculation, DPF – Diesel Particulate Filter) [14]
Fig. 3.9. Evoluția standardelor Euro I-V pentru autovehicule comerciale mari cu motoare Diesel
3.3.8. Alte reglementǎri
În 2010, circa 12% din parcul de vehicule a fost constituit din automobile zero poluante (ZEV – Zero Emission Vehicles), iar zgomotul, care a fost redus în 2000 pânǎ la 71dB(A) la autoturisme și pânǎ la 77dB(A) la autocamioane, urmeazǎ sǎ fie redus substanțial în continuare din rațiuni de confort.
Din 2003, în California, se pretinde ca minim 10% din automobilele noi vândute în acest stat sǎ fie zero poluante sau, cel puțin, echivalent zero poluante [57].
Se așteaptǎ ca automobilele de serie produse în primul deceniu sǎ realizeze performanțele pretinse pentru anul 2000 și anume o putere de 100kW și un cuplu de 200Nm dintr-un litru de cilindree.
O problemǎ foarte importantǎ o constituie utilizarea raționalǎ a materiilor prime. Și din acest punct de vedere se impune reducerea masei automobilului, pentru a reduce consumul de materiale și a crește procentul din masa reciclabilǎ a acestuia.
În prezent minim 75% din masa automobilului trebuie sǎ fie reciclabilǎ (5,4% materiale neferoase: 3% Al, 0,4% Cu, Zn, 2% echipamente electrice; 70,1% materiale feroase: 13% fontǎ, 13% piese forjate, 39% tablǎ, 5,1% echipamente mecanice). Rǎmân nerecuperate (reziduuri) 24,5% materiale: 8,5% plastice, 3,5% sticlǎ, 1% textile, 0,5% hârtie, 2,8% altele, 3% echipament electric, 4% cauciuc, 1% ulei și unsori [78].
Directiva Comisiei Europene 2000/53/EC din 18 septembrie 2000, referitoare la automobile care își încheie ciclul de funcționare – ELV (End of Life Vehicles), prevede, ca și ACORD (The Automotive Consortium on Recycling and Disposal), cǎ începând de la 1 ianuarie 2006 circa 85% din masa automobilelor realizate dupǎ 1980 trebuie sǎ fie reutilizabilǎ și recuperabilǎ (80% reutilizabilǎ și reciclabilǎ), iar începând din 2015 procentul sǎ creascǎ pânǎ la 95% (85% reutilizabilǎ și reciclabilǎ) [31, 105].
Directiva mai prevede cǎ producǎtorii de echipamente originale (OEM) trebuie sǎ asigure manuale pentru dezmembrare, pentru a ușura identificarea componentelor și materialelor reutilizabile și recuperabile. De asemenea, producǎtorii de vehicule trebuie sǎ publice rapoarte asupra proiectǎrii automobilelor și a componentelor lor referitoare la potențialul de recuperare și reciclare.
CAPITOLUL 4
măsurarea emisiilor poluante
4.1. Metode de măsurare a emisiilor
4.1.1. Măsurarea monoxidului de carbon
Măsurarea CO se face cu analizorul tip NDIR (analizor nedispersiv cu absorbție în infraroșu) sau cu analizorul electric, primul fiind preferat de regulamentele internaționale.
Dacă se dovedește că alte metode sunt echivalente în performanțe cu cele ale analizatorului NDIR nu se exclud. Acest analizor folosește metoda absorbției energiei radiante nedispersive în spectrul de radiații infraroșii, care are la bază următorul principiu: gazele poliatomice absorb selectiv energia radiată în spectrul infraroșu în diferite benzi de lungimi de undă caracteristice fiecărei substanțe. Pe această cale se poate determina atât concentrația de CO cât și CO2 și HC. CO și CO2 absorb radiația infraroșie la lungimea de undă de 4,7 μm și 4,3 μm. Analizorul NDIR măsoară absorbția la o lungime de undă dată și compară rezultatul cu absorbția unor gaze etalon. Analizorul acesta face o comparație comparativă și nu una absolută, depinzând într-o mare măsură de calitatea amestecului de gaze pure. În figura 4.1. este reprezentată o diagramă simplificată în care o sursă de radiații de bandă largă în infraroșu produce două fascicule paralele, care trec prin două tuburi cu pereți interiori reflectorizanți și care sunt apoi captate de un detector diferențial de gaz.
Detectorul este alcătuit dintr-o carcasă etanșă, cu două fante de transmitere a radiației infraroșii, care este despărțită de o diagramă flexibilă, ce reprezintă placa unui condensator. Cele două părți ale condensatorului sunt umplute cu gazul de analizat și cu gazul etalon. Când cele două fascicule pătrund în detector, componentele la lungimile de undă specificate sunt absorbite de gazul detector, care se încălzește și se dilată. Când fasciculele sunt egale, nu există dezechilibru al diafragmei separatoare. Un fascicul, cel de referință, urmează un drum fixat, celălalt trece prin tubul de gaz analizat. În acest tub, energia fasciculului scade datorită absorbției unui anumit component și prin trecerea prin jumătatea corespunzătoare a detectorului, dezvoltă mai puțină căldură de absorbție, ceea ce conduce la deplasarea diafragmei cu variația capacității electrice a condensatorului. Fasciculele sunt întrerupte cu o frecvență de 6-10 Hz, ceea ce determină generarea unui semnal electric alternativ. Selectivitatea pentru fiecare component dată de natura gazului folosit în detector poate fi crescută prin folosirea filtrelor de bandă îngustă în infraroșu tip Fabry-Perrot sau prin înlăturarea compusului cu care interferează.
Fig. 4.1. Schema unui analizor în infraroșu (NDIR) [49]
4.1.2. Măsurarea oxizilor de azot
Măsurarea NOx se face prin metoda absorbției sau prin metoda chemiluminiscenței, aceasta din urmă fiind metoda recomandată de regulamentele internaționale. Determinarea NOx prin chemiluminiscență se bazează pe faptul că NO reacționează cu ozonul (O3), rezultând NO2 încărcat electric; acesta se descarcă producând o cuantă de lumină roșie:
NO + O3 = NO2* + O2
NO2* = NO2 + h · ν
Aceasta poate fi măsurată cu precizie, folosind un fotomultiplicator. Pot avea loc alte două reacții:
NO + O3 = NO2 + O2
NO + O3 = NO2* + O2 = NO2 + O2 + M
Prima reacție consumă O2, fără a produce molecule excitate, iar cea de a doua consumă molecule excitate, prin acțiunea moleculelor inerte (M), fără a produce emisie de fotoni.
Pentru evitarea acestor reacții parazite, se menține gazul la presiune scăzută și temperatură constantă și se elimină apa, pentru a nu crea molecule inerte. Analizorul are alcătuirea din figura 4.2.
Fig. 4.2. Analizorul cu chemiluminiscență (HCLA) [49]
În camera de reacție pătrunde gazul de analizat și ozonul. În această cameră, menținută la temperatură constantă, se produce reacția care generează molecule de NO2 excitate. Camera este vidată (3 – 12 torr) cu o pompă de vid. Fotomultiplicatorul (cu celulă fotoelectrică) transformă impulsurile luminoase în curent electric. Aparatul mai cuprinde circuitul probei și circuitul de producere a ozonului (ozonul se obține prin trecerea O2 printr-un reactor cu doi electrozi, alimentați la o sursă de tensiune înaltă, care produce o descărcare electrică, rezultând 2% ozon din oxigenul vehiculat). Deoarece normele solicită măsurarea concentrației totale de NOx (NO + NO2) și pornind de la constatarea că în gazele de evacuare se află NO și NO2, aparatul este realizat pentru a măsura și suma acestor gaze. Pentru aceasta, proba de gaze se trece printr-un reactor încălzit electric la temperatura de 650…700˚C, la care totalitatea NO2 disociază în NO, care este apoi analizat după metoda descrisă.
4.1.3. Măsurarea hidrocarburilor
O serie de hidrocarburi absorb radiația în spectrul infraroșu, la lungimea de undă de 3,4 μm, dar altele, în special hidrocarburile aromatice, au absorbția aproape nulă. Doar aproximativ 50% dintre hidrocarburi pot fi măsurate prin NDIR, ceea ce este inadmisibil pentru o tehnică de măsură. Metoda care realizează măsurători cu o precizie mai bună este cea care utilizează detecția ionizării flăcării (FID – Flame Ionization Detection). Această metodă se bazează pe faptul că atomii de carbon pot fi separați, la temperatură ridicată, în ioni pozitivi și electroni liberi. Întrucât vaporii de apă influențează măsurarea, gazele de analizat se încălzesc până la 190˚C, iar metoda devine HFID (Heated FID). Procedeul de măsură are avantajul că indicația detectorului este proporțională cu concentrația hidrocarburilor și cu numărul de atomi de carbon din moleculă, de exemplu, indicația aparatului la 100 ppm propan (C3H8) este jumătate din indicația la 100 ppm hexan (C6H14). Aparatul se mai numește și numărător de atomi de carbon (figura 4.3).
Gazul de analizat se amestecă cu aer și arde într-o flacără formată din H2 (40%) și He (60%). În zona flăcării sunt amplasate 2 plăci electrizate pozitiv și negativ. Ionii pozitivi și negativi se vor separa, pe plăci, generând un curent electric proporțional cu numărul de atomi de carbon, curent care poate fi amplificat și măsurat, ce și sugerează continuarea cercetărilor pentru obținerea de noi variante și soluții ale problemei analizate în teză.
Fig. 4.3. Analizorul pentru hidrocarburi cu ionizarea flăcării (HFID) [49]
4.1.4. Măsurarea fumului
Metodele cele mai răspândite de măsurare a fumului sunt metoda filtrării gazelor și metoda evaluării luminii absorbite de gaze.
Metoda filtrării gazelor constă în colectarea particulelor de fum pe un filtru și aprecierea acestora fie prin cântărire, fie prin determinarea colorației hârtiei de filtru. Metoda de măsurare gravimetrică este identică cu cea prezentată la măsurarea particulelor, ceea ce înseamnă că noțiunea de particule reprezintă o noțiune mai largă: particula include produși solizi și lichizi ai arderii incomplete. Determinarea colorației hârtiei de filtru este principiul care stă la baza construcției fummetrelor Bosch. Fumul trece printr-un disc din hârtie de filtru, la o depresiune constantă creată de o pompă de vacuum. După luarea probei, filtrul se compară cu unul curat, cu ajutorul unei celule fotoelectrice. Valorile obținute se încadrează în scara Bacharach, care stabilește 10 niveluri de înnegrire, zero fiind atribuit hârtiei de filtru curate.
Metoda evaluării luminii absorbite de gaze are ca principiu de măsură comparația transparenței coloanei de fum cu transparența unei coloane de aer curat. O lampă cu incandescență emite un flux luminos, ce trece prin coloanele de gaze și aer, impresionând o celulă fotoelectrică. Funcție de coeficientul de absorbție determinat se stabilesc valorile corespunzătoare ale unităților de fum. Fummetrele care lucrează după acest principiu se numesc fummetre tip Hartridge sau opacimetre.
Între cele 2 scări de măsură, Bosch și Hartridge, s-a stabilit o echivalență calitativă, iar prin medierea intervalului de variație s-au obținut valorile cele mai probabile.
În condițiile în care s-au precizat metodele de măsură a particulelor, măsurarea fumului poate fi considerată inutilă. Reglementările referitoare la măsurarea opacității gazelor de evacuare se mențin în vigoare, fumul fiind considerat neoficial o măsură vizibilă a emisiei de particule.
QUARG (Grupul pentru calitatea aerului din Marea Britanie) a dat următoarea definiție: „Fumul reprezintă materia formată din particule cu diametrul sub 15 μm, rezultată în urma arderii incomplete a combustibilului. Fumul negru reprezintă materia formată din particule negre (nereflectante) care rezultă în urma măsurării prin metoda filtrării”.
Diferența dintre fum și fum negru: termenul fum se referă la particulele primare, indiferent de culoarea acestora (grad de înnegrire). Măsurările de fum din aer prin metoda filtrului depind de gradul de înnegrire al hârtiei de filtru, s-a introdus termenul de fum negru, pentru a se face o distincție între capacitățile de depunere diferite ale fumului provenit din surse diferite.
4.1.5. Măsurarea particulelor
Întrucât metoda gravimetrică este destul de complicată, firma a propus altă metodă de măsurare a particulelor prin tehnica absorbției în infraroșu la anumite lungimi de undă; echipamentul 482 determină conținutul de carbon (fracțiunea insolubilă a particulelor) și cantitatea totală de hidrocarburi (solide, lichide și gazoase); precizia determinării este de ±5% pentru carbon și de ±15% pentru hidrocarburi, raportate la metoda convențională. Această metodă n-a întrunit suficientă adeziune din partea organismelor legislative pentru a fi preferată.
4.1.6. Echivalența fum – particule
Particulele emise de motoarele diesel sunt compuse în principal din funingine, generată în timpul arderii (carbon grafitic) și hidrocarburi, absorbite sau condensate. Particulele sunt definite, în scop legislativ, ca materialul (cu excepția apei) care se colectează pe un filtru de Teflon la trecerea gazelor arse emise de motor, anterior diluate cu aer filtrat; diluarea cu aer curat se face pentru a respecta condiția ca Tfiltru<52˚C, pentru a evita volatilizarea unor hidrocarburi și condensarea apei.
Măsurarea particulelor se bazează pe definiția anterioară și implică o procedură complicată: diluarea gazelor de evacuare sau a unei părți a acestora, măsurarea exactă a raportului de diluție, cântărirea filtrelor înainte și după eșantionare într-o atmosferă controlată, cunoașterea exactă a debitului de gaze diluate care trec prin filtru în perioada eșantionării.
Se poate trage concluzia că măsurarea particulelor este o operație cu multe faze, scumpă și de durată și, de aceea, nu este surprinzător faptul că au fost făcute multe încercări de a corela măsurarea gravimetrică a particulelor cu măsurarea indicelui de fum, prin folosirea fummetrelor obișnuite (Bosch, Hartridge) sau a altor instrumente necomercializate. Majoritatea studiilor pe această temă au obținut corelații între cifrele de fum și concentrația de funingine măsurată în gazele de evacuare nediluate. De aceea, se va urmări aplicativitatea corelațiilor existente fum-funingine în estimarea emisiei masice de particule și se vor cerceta relațiile dintre particule, funingine și fum.
În cele ce urmează se vor prezenta rezultatele cercetărilor unor instituții consacrate în domeniul investigării de motoare diesel și de aparatură destinată acestui scop. Cele mai dese referiri se vor face la MIRA (Motor Industry Research Association – Societatea britanică pentru cercetări în industria de automobile) și AVL (Institutul austriac de cercetare a motoarelor).
4.1.6.1. Corelații cu unitățile de fum Bosch
Există mai multe determinări, efectuate de diferiți investigatori, începând din anii ’60, care au stabilit o serie de corelații sub formă de nomograme, valori tabelate sau ecuații [56]:
C = 3,87∙10-2∙Bn5 – 1,47∙10-1∙Bn + 1,06∙10-1∙Bn3 + 12,6∙Bn + 12,4∙Bn (4.1.)
C = 24,7∙Bn + 1,92∙Bn3 (4.2.)
C = 19,1∙Bn1,78 (4.3.)
(4.4.)
în care: C – este concentrația de funingine din gaze (g/m3);
Bn – indicele de fum în unități Bosch.
Pe graficele următoare (figura 4.4) aceasta ultimă curbă (4) adoptată pentru celelalte dependențe cantitative expuse în lucrare – este cea mai reprezentativă, având o poziție mediană în raport cu celelalte curbe (1), (2) și (3).
Formulele (4.2.), (4.3.) și (4.4.) au fost determinate prin măsurarea masei de carbon raportată la condițiile standard de presiune și temperatură și a indicelui de fum Bosch, în 53 de puncte de funcționare ale motorului.
Semnificația fizică a ecuației (4) este mai evidentă în forma:
Bn=10{1-exp[-(kC)b]} (4.5.)
unde:
Bn – indice de fum Bosch;
C – concentrația de carbon (g/m3);
k, b – constante experimentale.
Fig. 4.4 Diferite funcții de interpolare a dependențelor experimentale C(Bn)
Ecuația (4.5) reflectă fenomenul de atenuare al radiației luminoase,definit de legea Lambert-Beer, iar determinarea experimentală a coeficienților k, b a condus la ecuația:
Bn=10{1-exp[-(0,0017C)0,708]} (4.6.)
Pentru aceleași încercări s-a stabilit corelația particule fum [8]:
(4.7)
În care P este concetrația de particule din gaze arse (g/m3) și echivalența sa:
Bn=10{1-exp[-(0,0018C)0,829]} (4.8)
În figura 4.5. se observă consistența relațiilor (4.4) și (4.7), cu relația evidentă C<P pe domeniul de aplicabilitate tipic 0<Bn<5, inegalitate care se păstrează, pe curbele de interpolare, pentru valori ale lui Bn<6.
Fig. 4.5. Curbele de funingine și particule
Din reprezentarea grafică a formulei (4.7) se observă că măsurătorile de particule se corelează surprinzător de bine cu indicele de fum Bosch, relația (4.7) având un grad de încredere de 97%, ceea ce înseamnă că fracțiunea volatilă a particulelor are o influență redusă asupra fumului Bosch. Ecuația (4.7) a fost confirmată și de studiul [8], rezultând o corespondență excelentă.
Alți autori [9], folosind măsuri efectuate pe motoare Diesel cu cameră unitară și cu cameră divizată, au propus relația:
P=1,024C+0,505HC (4.9)
în care:
C – concentrația de carbon sau funingine obținută prin măsurarea fumului Bosch prin corelația propusă de MIRA 9 și care este trasată în figura 4.6.
HC – concentrația masică de hidrocarburi din gazele de evacuare
(4.10)
în care 0,405 este lungimea (m) a tubului de măsură
a,b – coeficienți experimentali (a = 4,95 și b = 0,38).
Fig. 4.6. Curba de corelație MIRA
Figura 4.7. redă corespondența descrisă de ecuația (4.10), iar figura 4.8. arată situarea acestei relații comparative cu alte relații deja existente, dintre care curba MIRA-DB este cea din figura 4.6., curba Alkidas este cea corespunzătoare relației (4.4) (fig. 4.5), iar celelalte curbe s-au obținut de specialiștii firmei AVL cu ocazia dezvoltării altor fummetre.
Fig. 4.7. Corelația funingine-unitǎți Bosch (conform AVL)
Din graficele prezentate, ce reprezintă concluziile mai multor investigatori ai problemei, care au utilizat diferite tipuri și mărimi de motoare Diesel, rezultă convergența opiniilor lor, dovedind că fummetrul Bosch poate fi un instrument potrivit pentru evaluarea particulelor.
Fig. 4.8. Corelații funingine-fum Bosch.
Din figura 4.8. se poate observa curba MIRA – AVL, determinarea fiind efectuată prin cooperarea celor doua instituții. Curba AVL 8404 coincide cu curba AVL 415 până în jurul coeficientului Bn = 4.
4.1.6.2. Corelația cu unitățile de fum Hartridge
Principiul de măsurare a fumului cu fummetrul Hartridge diferă de cel al fummetrului Bosch. În primul caz se realizează compararea intensității luminoase a unui fascicul luminos, care trece printr-un spațiu umplut cu gaze de evacuare, cu intensitatea luminoasă a aceluiași fascicul, care trece prin aer curat, iar în al doilea caz se realizează filtrarea gazelor și evaluarea colorației (gradului de înnegrire) a hârtiei de filtru.
Fig. 4.9. Corelații ale măsurătorilor de fum
Ca metodă de măsurare, metoda Hartridge este mai directă, ea fiind caracterizată de o mărime cu semnificație fizică clar definită – coeficientul de absorbție a luminii (m-1), spre deosebire de metoda Bosch, la care scara de măsurare este relativă.
Răspândirea mare a acestor fummetre a dus la stabilirea unei corespondențe între indicele de fum Bosch și indicele Hartridge. Statistic, MIRA a determinat această corespondență sub forma grafică din figura 4.9., în care apare, de asemenea, corelația cu conținutul de particule solide.
Pe baza măsurătorilor efectuate de MIRA (9), care au stabilit relații de corespondență tabelară între fumul Hartridge și emisia de funingine, specialiștii germani (10) au aplicat corecții acestei corespondențe, explicabile datorită modificărilor echipamentului de măsură, definind astfel o nouă formulă de echivalență:
[g/m3] (4.11)
în care:
P – concentrația de particule din gazele arse
H – indicele de fum Hartridge
Această formulă a rezultat din interpretarea statistică a 376 de perechi de măsurări (particule – fum Hartridge), valoarea centrală fiind cea mai probabilă; formula cuprinde între limitele sale 95% dintre măsurători (probabilitate de eroare de 5%).
Reprezentarea grafică a valorii minime, medii și maxime a curbelor PH s-a ilustrat în figura 4.10. (pentru deosebirea curbelor s-au utilizat indicii 0, 1 și respectiv 2).
Fig. 4.10. Corespondența fum Hartridge – funingine
4.1.6.3. Interpretarea curbelor de echivalență
În figura 4.10. s-au reprezentat curbele care definesc corespondența particule – fum Hartridge determinate de formula (4.11), în care PH,0,1,2 au semnificația din figura 4.10, iar PBH. reprezintă corespondența particule –fum Hartridge.
Se observă o corespondență foarte bună a formulei (4.4) cu valoarea medie dată de formula (11) în intervalul uzual de indici de fum Hartridge (0-55).
La valori mai mari ale indicelui de fum Bosch (Bn>5), rar întâlnite în practică, extrapolarea curbelor de corespondență prezentate nu este semnificativă și introduce erori importante.
Întrucât măsurarea fumului prin metoda Hartridge este cea recunoscută de organismele europene (Regulamentul CEE-ONU nr. 24.03), se propune folosirea formulei (4.11), prin care se determină concentrația de particule a emisiei motorului pentru un regim dat.
Pentru stabilirea acestei emisii, se urmărește procedura de calcul din Regulamentul CEE-ONU nr. 49.02 cu modificările impuse de concordanța ecuațiilor dimensionale precizate în [11]. Acest regulament prevede că se acceptă și alte metode, sisteme și tipuri de analizoare dacă se dovedește că ele dau rezultate echivalente; echivalența este recunoscută dacă rezultatele noului sistem se încadrează în limitele ±5% față de rezultatele obținute cu sistemul considerat de referință.
4.1.6.4 Verificarea corelației fum – particule
Pentru verificarea corelației propuse prin formula (11) s-au efectuat măsurători de fum Hartridge, în cele 13 trepte prevăzute de Regulamentul nr. 49.02, pe motorul Renault tip MIDR 06 354N/3. Acest motor a fost certificat conform Regulamentului nr. 49.02 și este caracterizat de o emisie de particule de 0,226g/kWh, determinate deci prin metoda gravimetrică; prin metoda propusă, emisia probabilă de particule este de 0,223g/kWh, ceea ce înseamnă o eroare de 1,3% față de metoda de referință.
4.2. Instalații și aparate de măsurare
4.2.1. Instalații de măsură a poluanților
4.2.1.1. Instalații de măsurare a poluanților gazoși
Există mai multe posibilități de conectare a aparatelor descrise, pentru măsurarea simultană a CO, NOx și HC emise de un motor. Schema tipică este reprezentată în figura 4.11.
Fig. 4.11. Schema instalației de mǎsurǎ a poluanților gazoși
Performanțele instalației depind foarte mult de tipul analizorului folosit, în special de caracteristicele sale de curgere. Analizoarele HFID și HCLA necesită un sistem de încălzire a probei, în timp ce analizoarele NDIR necesită un sistem de răcire. Înaintea construirii unei asemenea instalații de măsură trebuie consultați producătorii de analizoare. Este mai bine, dar mult mai costisitor, să se achiziționeze un sistem profesional de măsurare a emisiilor gazoase.
Corectitudinea măsurătorii poate fi afectată de mai multe cauze: scăpări de aer, curgeri inverse în conductele de evacuare, probe prea fierbinți care duc la pierderi prin oxidare sau probe prea reci care produc condensări, de aceea este foarte important să se urmeze cu exactitate instrucțiunile de măsurare.
4.2.1.2. Instalații de măsurare a particulelor
Măsurarea particulelor se face prin metoda gravimetrică. Determinarea particulelor necesită un sistem de diluție capabil să mențină gazele diluate de evacuare sub 52C și să evite condensarea apei, un sistem de prelevare a particulelor cu filtre speciale și o microbalanță care trebuie plasată într-o cameră cu atmosferă controlată. Diluarea se poate efectua printr-un sistem principal sau printr-un sistem în deviație.
Cele două sisteme de diluție și prelevare diferite – sistemul de diluție în circuitul principal și sistemul de diluție în derivație sunt reprezentate în figura 4.11. și respectiv în figura 4. 12.
Fig.4.12. Sistem de diluție în circuitul principal
1 – filtru de aer; 2 – debitmetru de intrare; 3 – pompă de diluție; 4 – tunel de diluție secundară; 5 – filtru; 6 – pompă de prelevare a particulelor; 7- debitmetru de ieșire; 8- sistem de prelevare în diluție dublă; 9- tunel de diluție primară;10- tub de transfer a particulelor; 11- schimbător de căldură; 12- sondă de prelevare a particulelor; 13- filtru; 14- sistem de prelevare în diluție simplă; 15- pompă de prelevare a particulelor; 16- debitmetru; 17-intrarea gazului de eșapament; 18- sistem opțional cu pompă volumiocă; 19- sistem de măsurare a debitului cu ventilator.
Instalația descrisă în figura 4.12 folosește prelevarea la volum constant (CVS- Constant Volume Sampling). Se măsoară volumul total de amestec gaze arse-aer și se prelevează o probă pentru analiză. Masa emisiilor de particule este apoi calculată cunoscând masa particulelor prelevate, debitul prelevat și debitul total de amestec.
Filtrele pentru reținerea particulelor sunt filtre din fibre de sticlă acoperită cu fluorcarbon sau teflon sau filtre tip membrană pe bază de fluorcarbon; ele sunt de obicei două, dispuse în serie, la distanță maximă de 100 mm. Microbalanța utilizată trebuie să aibă o precizie de 2%, iar domeniul de măsurare este 05 mg.
Camera cu atmosferă controlată este necesară pentru evitarea erorilor de cântărire, de aceea temperatura se menține în intervalul 20…30 C, iar umiditatea între 35 și 55%. Toate piesele sistemului de diluție și prelevare care sunt în contact cu gazele arse diluate și nediluate trebuie să minimalizeze depunerea și alterarea particulelor (conducte din oțel inoxidabil) și să evite efectele electrostatice (legare la pământ).
Instalația descrisă in figura 4.13. se bazează pe diluarea numai a unei părți din gazele de eșapament, iar emisia de particule se determină cu masa particulelor prelevate pe filtre, raportul de diluție, debitul eșantionat și debitul total de gaze arse.
Fig.4.13. Sistem de diluție în derivație
1-filtru de aer; 2-debitmetru de intrare; 3,13-regulator de debit; 4,5,9-analizor pentru CO2 sau NOx; 6,8-tub de transfer; 7-sondă de prelevare a particulelor; 10-robinet; 11-filtru; 12-sistem de prelevare a particulelor; 14–pompă de prelevare a particulelor; 15-debitmetru de ieșire; 16-sistem de control al presiunii; 17-sistem de control al presiunii diferențiale; 18-sondă izocinetică.
4.2.2. Scheme pentru standuri dinamice cu role
Măsurarea noxelor se realizează prin colectarea acestora în saci de prelevare (100 l), automobilul funcționând pe standul dinamic cu role, după programul prescris în ciclul de funcționare. Standul, cu ajutorul dinamometrului și a maselor inerțiale, simulează urcarea rampelor, coborârea pantelor și mersul în palier.
Fig.4.14. Schema pentru testul ECE/EC- Europa
1-dinamometru; 2-mase inerțiale; 3-eșapament; 4-filtru aer; 5-aer proaspăt de diluție; 6-răcitor; 7-termometru; 8-manometru; 9-suflantă rotativă cu piston; 10-saci de prelevare (100 l ); 11-sistem de evacuare.
Fig.4.15. Schema pentru testul FTP- S.U.A.
1-dinamometru; 2-mase inerțiale; 3-eșapament; 4–filtru de aer; 5-aer proaspăt de diluție; 6-ajutaj prelevare probă; 7-termometru; 8-manometru; 9-ajutaj; 10-ventilator; 11-saci de colectare probe; 12-sistem de evacuare.
Figura 4.14. prezintă schema standului dinamic cu role utilizat în Europa, iar figura 4.15. a celui utilizat în S.U.A..
Elementele componente ale standului reies din legendele figurilor.
4.2.3. Aparatura de mǎsurare
Pentru realizarea unei instalații de mǎsurare compatibile cu prevederile, este necesarǎ prospectarea pieței de astfel de produse (în România nu se fabricǎ încǎ astfel de componente) [13].
Firmele strǎine producǎtoare de astfel de analizoare se împart în:
– firme ce produc analizoare de uz general, care sunt folosite la controlul calitǎții aerului ambiant și la supravegherea poluǎrii produse de industria materialelor de construții, industria siderurgicǎ și centralele termoelectrice; acestea nu au facilitǎțile necesare folosirii în domeniul autovehiculelor, dar pot fi adaptate, cu avantajul de a fi relativ ieftine, comparative cu cele din categoria urmǎtoare (cele mai cunoscute sunt Rosemount – SUA, CCS, Bosch – Germania, ADS, Signal și Analitical System – Anglia).
– firme ce produc instalații de mǎsurare proiectate special pentru industria de autovehicule, care respectǎ cerințele impuse de regulamente referitoare la domeniul de mǎsurǎ, precizia mǎsurǎrii și condițiile de eșantionare și prelevare; principalii producǎtori specializați în echipamente complete de mǎsurare (atât poluanți gazoși cât și particule) sunt Pierburg și Siemens – Germania, Horiba – Japonia, AVL – Austria, Signal – Marea Britanie.
Principale facilitǎți ale acestor echipamente sunt:
sistemul este comandat de o unitate centralǎ electronicǎ;
analizoarele au o construcție modularǎ având microprocesoare încorporate;
comunicarea cu unitatea centralǎ se face prin interfața serialǎ;
posibilitǎți de conectare la înregistrator, imprimantǎ sau ecran de afișare;
autodiagnozǎ;
ușurințǎ în lucrul cu ecranul și meniurile;
game de mǎsurǎ reglabile ale analizoarelor în domenii largi (0-10 ppm…0-10000 ppm)
posibilitatea cuplǎrii cu module specializate pentru cercetarea experimentalǎ (de exemplu modul specializat pentru determinarea eficienței recirculǎrii gazelor, modul pentru studiu eficienței filtrelor de particule sau a catalizatorilor de oxidare).
4.3. Metode moderne de cercetare a poluanților chimici
Cercetarea genezei poluanților și a eficienței mijloacelor de combatere a acestora impun identificarea naturii și a concentrației substanțelor poluante prin metode și cu echipamente cât mai performante. Acestea trebuie să statisfacă o serie de cerințe distincte cum ar fi timpul de răspuns redus, mai ales pentru măsurările continue, costurile legate de încercare și materiale consumabile să fie cât mai mici, fiabilitatea și precizia cât mai mari.
Întrucât metodele de investigație se aplică unei probe prelevate din gazele de evacuare, aceasta nu trebuie să sufere modificări în perioada deplasării în sistemul de prelevare sau în perioada de conservare (absorție-desorbție la perete, condensare, reacții chimice între componenți, etc.).
4.3.1. Analiza substanțelor nelimitate prin norme
Metodele de analiză aplicate pentru a determina componentele gazelor de evacuare nelimitate prin norme nu sunt, nici ele și nici metodele de prelevare a probelor, reglementate de astfel de norme. În același timp, deși pentru prelevarea probelor se pot utiliza, în parte, metodele unice aplicate componentelor limitate prin norme, la înregistrarea analitică se pot aplica metode unice pentru ambele grupe de substanțe. Acestea se justifică, în principal, prin două cauze: pe de-o parte, sensibilitatea aparatelor de măsură aplicabile componentelor gazelor de evacuare limitate prin norme nu corespunde cerințelor efectuării cercetărilor componentelor care nu sunt limitate prin norme, componente a căror concentrație este de multe ori mai redusă iar, pe de altă parte, selectivitatea aparatelor existente este insuficientă.
De aceea, a fost necesară elaborarea unor tehnici de înregistrare de înaltă sensibilitate, precum și a unor metodici de prelucrare a probelor pentru separarea dorită a substanțelor necesare. Această combinație dintre prelevarea selectivă a probelor, dirijată în totalitate spre separarea și detectarea specială a substanțelor, a căpătat denumirea de microanaliză.
Metodele de microanaliză se bazează, în principal, pe principii fizice sau fizico-chimice de măsurare. Printre acestea sunt, de exemplu, metode cunoscute precum:
spectrometria masică;
cromatografia;
gravimetria;
termo-gravimetria;
combinații ale cromatografiei cu spectrometria masică.
Metodele clasice, pur chimice, de analiză nu se pot aplica, în majoritatea cazurilor, unor serii mari de măsurători,datorită timpului îndelungat de lucrul și a costurilor mari implicate. De aceea, unde a fost posibil, ele s-au înlocuit cu metode moderne, în mare măsură automatizate.
Metodele utilizate pentru prelevarea probelor și metodele de analiză pentru diferitele componente ale gazelor de evacuare sunt prezentate în tabelul 4.1.
Tabelul 4.1. Metode utilizate pentru prelevare probe si analiza componente din gazelle evacuate
* Prelevarea probelor se face din gazele de evacuare diluate exceptând analiza hidrocarburilor aromatice policiclice pentru care prelevarea probelor se face direct din curentul de gaze de evacuare nediluate.
** DSC – cromatografia straturilor subțiri;
HPLC – cromatografie lichidă de înaltă sensibiliate;
GD/FID – cromatografie cu detector de ionizare a flăcării;
GC/MC – cromatografie cu spectrometrie de masă
4.3.2. Spectrometria de masă
Această metodă analizează compoziția chimică a unui amestec, funcție de comportarea particulelor sale încărcate electric într-un câmp electromagnetic. Proba de gaze analizată este bombardată cu electroni cu energii înalte, rezultând ioni de masă m și sarcină e. Aceștia sunt accelerați într-un câmp electric de tensiune U, până când ating viteza w, cu care pătrund într-un câmp magnetic H. Traiectoria inițială a electronilor se cubează cu raza:
R=[2Um/eH2)]0,5 (4.12)
Raza de curbură poate fi modificată convențional, acționându-se asupra lui U sau H, astfel că particulele cu un anumit raport caracteristic m/e să ajungă la detector. Răspunsul detectorului este proporțional cu numărul de ioni cu același m/e, adică cu concentrația inițială a substanței analizate.
Spectrometrul de masă se folosește pentru determinarea tuturor substanțelor dintr-un amestec, pe baza înregistrării continue a razei de curbură a traiectoriei particulelor. Datorită descompunerii sau a ionizării duble din faza bombardării electronice, spectrul de masă al unei substanțe are mai multe vârfuri (spectru de fragmentare). Fiecare vârf corespunde unui raport m/e caracteristic, iar înălțimea vârfului este proporțională cu concentrația sa în amestec. La un amestec cu mai mulți componenți, spectrele de fragmentare interferează și fiecare vârf al spectrului poate reprezenta rezultanta mai multor vârfuri, ceea ce complică analiza. De aceea, pentru efectuarea analizei, este necesar să se cunoască compușii probabili din amestec și spectrul de fragmentare al acestora. Analiza comportă rezolvarea unui sistem de ecuații algebrice, în care numărul de ecuații este egal cu numărul de vârfuri din spectrul de masă. Această metodă de analiză este foarte sensibilă, ea poate fi folosită pentru determinarea unor concetrații de ordinul 1 ppmd (parte de miliard).
4.3.3. Cromatografia
Cromatografia este o metodă de separare a amestecurilor multicomponente. Ea se bazează pe repartiția diferită a componentelor unui amestec între o fază mobilă și una staționară având ca urmare deplasarea cu viteză diferită a componentelor purtate de fază mobile de-a lungul fazei staționare.
Există mai multe variante ale metodei cromatografice, în funcție de tehnică, modul de lucru și propietățile fizico-chimice ale fazelor. Practic, cea mai importantă clasificare are drept criteriu starea de agregare a fazei mobile:
cromatografie în faza gazoasă;
cromatografie în fază lichidă.
Tehnica de lucru diferă atât de mult în aceste două grupe, încât s-au dezvoltat aparate distincte, foarte diferite. Principale deosebiri sunt:
folosirea unei faze mobile gazoase atrage după sine utilizarea unor coloane de separare, în timp ce folosirea unei faze mobile lichide permite și aplicarea altor tehnici, cum ar fi cromatografia pe hârtie sau în strat subțire;
deoarece transferul de masă este cu câteva ordine de mărime mai rapid în gaze decât în lichide, viteza de separare prin cromatografie în fază gazoasă este mult mai mare decât în fază lichidă
faza mobilă gazoasă se pretează mai bine la determinarea cantitativă a unor cantităti extreme de mici de substanță, cromatografia în fază gazoasă fiind o astfel de metodă de microanaliză calitativă și cantitativă [14].
În cromatografia gazoasă,procesul de separare a componenților se bazează pe legile termodinamice ale echilibrului fazelor, care se stabilește la trecerea amestecului prin coloana de separare.
O categorie de coloane de separare au pereții prevăzuți cu un material absorbant poros, care reține prin absorție un component, stabilindu-se un echilibru între fracțiunea componentului rămas în amestec și fracțiunea absorbită. Conform legii lui Henri, cantitatea absorbită este proporțională cu concentrația componentului în amestec.
O altă categorie de coloane, numite coloane de partiție, sunt prevăzute cu materiale poroase impregnate cu un lichid. O parte a componentului se dizolvă în acest lichid, până atinge echilibrul cu faza rămasă în amestecul de gaze. Conform legii lui Nernst, concentrația finală a fracțiunii dizolvate în faza lichidă este proporțională cu concentrația componentului în faza gazoasă.
Analiza hidrocarburilor existente în gazele de evacuare se realizează prin cromatografie pe partiție. Pentru efectuarea analizei se injectează o cantitate determinată dintr-un gaz purtător inert (hidrogen sau azot), care nu interacționează cu proba. În ordinea afinitătii față de materialul coloanei, componenții amestecului se separă, părăsind coloana pe rând. Gazul care iese este analizat de un detector care sesizează aparția componenților sub forma unei succesiuni de semnale funcție de timp, obținându-se grafic o cromogramă.
Primul vârf de pe cromogramă corespunde momentului când ajung în detector componenții care nu sunt reținuți în colector, iar coada cromatogramei corespunde componenților care nu sunt bine separati. Intervalul de timp dintre momentul injecției probei și momentul apariției primului vârf se numește timp de reținere și caracterizează o substanță dată; aceasta poate servi la identificarea substanțelor folosind o cromogramă de etalonare. Concentrația unui component în amestec poate fi determinată calculând aria unui vârf care este proporțională cu cantitatea inițială a componentului în amestec. Timpul de reținere depinde de temperatura fazei lichide din coloană; astfel, prin scăderea temperaturii, se mărește timpul de reținere și se îmbunătățește rezoluția.
Construția cromatografelor moderne cuprinde mai multe coloane de separare cu materiale și temperaturi diferite, în care separarea începe la temperaturi joase, mărindu-se timpii de reținere pentru primii compuși, ca să rezulte o bună separare. Temperatura crește apoi treptat, pentru ca să se evite timpii de reținere prea mari pentru ultimii componenți separați. Detectorii folosiți sunt detectorul cu conductibilitate termică, detectorul cu ionizare a flăcării sau spectrometrul de masă.
Cromatografia are dezavantajele de a nu permite analiza continuă a gazelor arse și de a avea o durată de analiză destul de mare. Printre avantaje se numără:
posibilitatea de a analiza toate gazele și toate substanțele lichide sau solide care pot fi evaporate fără descompuneri;
cantitatea de probă este redusă fiind de ordinul 10-6-10-3grame;
pot fi analizate și substanțe prin descompunerea lor termică controlată (piroliză).
Sensibilitatea analizelor depinde de detector. Concentrația măsurată cu detectorul de conductibilitate este de 0,1% iar cu detectorul cu ionizare a flăcării, de 1ppm.
4.3.4. Gravimetria și termogravimetria
Metoda gravimetrică urmărește determinarea masei probei de analizat prin cântărire: este folosită în special la determinarea masei totale de particule, dar și la analiza compoziției acestora. Ustensilele cele mai folosite sunt microbalanțele analitice (încărcare maximă 20g și sensibilitate 10-3mg), ultra-microbalanțele încărcare maximă de zeci de miligrame și sensibilitate 10-4mg) și nanogram-balanțele (încărcare maximă 20mg și sensibilitate 10-6mg).
Termogravimetria urmărește variația greutății substanțelor la diferite temperaturi și intervale de timp, prin cântărirea lor după fiecare etapă. În tehnica instrumentală folosită în prezent, proba este cântărită continuu în timp ce este încălzită într-un cuptor, în care ridicarea temperaturii se realizează cu viteză constantă. Ea este folosită cu precădere în analiza compoziției particulelor, mai ales a fracțiunii organice.
4.3.5. Fotometria
Metodele fotometrice se bazează pe măsurarea valorii absolute a absorbției luminii, servind la determinarea concentrației unui component dintr-un amestec.
Principiul măsurării fotometrice este următorul: lumina emisă de o sursă trece printr-un manocromator, care lasă să treacă o bandă îngustă de lungimi de undă și apoi trece prin soluția cercetată, ajungând la o celulă fotoelectrică. Intensitatea luminoasă se compară cu intensitatea radiației ce trece prin amestecul fără componentul urmărit, diferența fiind proporțională cu concentrația măsurată. Monocromatorul separă lumina albă prin refracție sau, mai adesea prin difracție și, printr-o fantă mobilă în raport cu evantaiul de raze monocromatice astfel obținut, filtrează trece-banda lumină. Prin baleierea acestui evantai de raze, corelată mecanic sau electronic cu bariera unei axe (a absciselor) pe hârtia unui inregistrator X-Y sau pe ecranul unui calculator, se parcurge tot domeniul frecvețelor de interes (uzual între infraroșu și ultraviolet). Ordonata diagramei spectrometrice este intensitatea luminoasă (reprezentată liniar, dacă se doresc determinări cantitative de precizie sau logaritmic, dacă se doresc doar aprecieri calitative, eventual numai identificări de poluanți). Neuniformitățile spectrale ale sursei sunt, la rândul lor, compensate mecanic sau electronic. Evident, sursele luminoase au construcție specială (de la sursele cu incandescență cu filamente speciale, pentru infraroșu și vizibil, până la sursele cu tuburi de descărcare în gaz, îndeosebi halogen, cu sticlă specială de cuarț).
4.3.6. Alte metode de cercetare
Laboratoarele de cercetare din domeniul motoarelor și-au dezvoltat tehnici proprii de măsurare adaptate la specificul problemelor studiate. De multe ori, metodele folosite sunt diferite și, de aceea,este necesară evaluarea corectitudinii măsurătorilor. Un exemplu în acest sens este cazul analizei conținutului de hidrocarburi aromatice [15], care poate fi făcut prin 4 metode de analiză chimică, ale căror rezultate sunt diferite.
Studiul este interesant, datorită procedurii folosite. De exemplu, s-au organizat două programe de măsurători în sistem turneu, la care au participat 8 laboratoare. În primul turneu s-au evaluat precizia măsurării PAH, determinate prin alegerea liberă a metodei de către fiecare laborator, iar al doilea turneu a impus o anumită metodă. Rezultatele studiului au arătat că nici una din cele 4 metode nu se evidențiază față de celelalte, iar folosirea unei singure metode dă precizie mai mare decât în cazul în care fiecare laborator își alege singur metoda. Deviația standard înregistrată a variat între 15 și 34% dovedindu-se o precizie suficientă pentru studiul combustibililor Diesel și a efectelor PAH din particule asupra mediului.
Studii mai aprofundate asupra procesului de formare a particulelor au impus folosirea microscopului electronic, care cuplat cu un sistem computerizat de luat vederi, a dat informații despre mărimea și structura particulelor. Concluziile cercetării au relevat faptul că particulele sunt compuse din particule separate, de forme neregulate, cu aglomerări având o structură complexă, neputând fi modelate cu o sferă ci mai degrabă în lanțuri. Pe baza fotografiilor aglomerărilor de particule s-au putut defini o serie de mărimi specifice cum ar fi diametrul mediu al particulelor și dimensiunea Hausdorf (perimetrul aproximativ al conturului exterior al particulei) [16].
În scopul aprecierii nocive ale unor componenți ai particulelor, lucrarea [17] prezintă construcția unui generator de aerosoli alcătuiți din particule emise de motoare Diesel care au absorbit compuși aromatici policiclici (PAC) și a unui sistem de distribuire a aerosolilor către camere de inhalație cu animale de laborator.
De multe ori măsurarea unor mărimi specifice poluanților Diesel se face folosind aparatura proiectată pentru alte domenii.este cazul măsurării continue a conținutului de carbon din gazele de evacuare cu ajutorul unui aparat de determinat concentrația prafului din atmosferă. Scopul cercetării [18] este de a dezvolta o metodă de măsurare continuă a conținutului de carbon, ca și a variației temporale a concentrației acestuia. Particulele sunt depuse pe o bandă de filtrare de pe care absorb radiația β a unei surse cu Kr-85 montată sub filtru. Variația intensitătii radiației β, măsurată într-o cameră de ionizare, este proporțională cu masa raportată la unitatea de suprafață, astfel încât calibrarea gravimetrică a detectorului de radiații β cu filtrul acoperit cu particule duce la determinarea masei absolute. Considerând un set de valori al masei, creșterea raportată la unitatea de timp se poate calcula prin metoda celor mai mici pătrate și, cunoscând debitul de aer, concentrația se poate determina cu ușurință.
Întrucât atât combustibilul cât și uleiul sunt hidrocarburi studiul originii particulelor este greu de făcut prin analiza compoziției lor. Pentru aprecierea contribuției pe care o are uleiul la formarea emisiilor, s-a folosit tehnica trasorilor radioactivi [19]. Se adaugă în uleiul de ungere un compus organic radioactiv care conține izotropul C14, și care va avea rolul de trasor. După amestecarea cu uleiul se efectuează probe de funcționare a motorului, colectându-se particulele. Se măsoară apoi cantitatea de C14, raportată la conținutul total de carbon. Contribuția uleiului la emisia de particule depinde de gradul în care C14 a fost diluat cu carbonul provenit din alte surse (combustibil). Măsurarea C14 din emisia de particule se poate face prin metoda scintilației în lichide. Probele de particule sunt arse, obținându-se CO2 și apă, iar aceste produse de ardere sunt absorbite de o soluție specială cu un lichid scinilator (cu rol de traductor – revelator). Scânteile emise de acest amestec sunt supuse analizei cu un spectrofometru.
4.4. Tendințe și obiective în programul de acțiune și reducere a poluǎrii asupra mediului
4.4.1. Al 6-lea Program de Acțiune Asupra Mediului
Mediul Înconjurǎtor 2010: Viitorul nostru, Alegerea noastrǎ
Obiective
Sǎ defineascǎ obiectivele și prioritǎțile politicii de mediu a comunitǎții pânǎ în 2010, și după, și sǎ descrie mǎsurile care trebuie luate pentru a putea implementa strategia de dezvoltare susținutǎ de Uniunea Europeanǎ.
Act
Comunicat de la Comisie cǎtre Consiliu, Parlamentul European „Comitetul Economic și Social și Comitetul Regiunilor din 24.01.2001 asupra celui de-al 6-lea Program de Acțiune Asupra Mediului „Mediul Înconjurǎtor 2010: Viitorul nostru, Alegerea noastrǎ”.
Cuprins
1) Comunicatul prezintǎ Programul de Acțiune Asupra Mediului cu titlul „Mediul Înconjurǎtor 2010: Viitorul nostru, Alegerea noastrǎ”, care acoperea perioada 01.01.2010 – 31.12.2010. Acest program s-a bazat pe al 5-lea Program de Acțiune Asupra Mediului (1992-2000) și deciziile luate la revizuirea acestora.
Abordarea strategicǎ
2) Comunicatul exprimǎ clar cǎ întâmpinarea provocǎrilor ridicate de problemele de mediu din ziua de azi înseamnǎ a privi dincolo de abordarea strict legislativǎ și a stabili o abordare strategicǎ folosind o serie de instrumente și mǎsurǎtori pentru a implementa deciziile luate de afaceri, deciziile luate de consumatori, cetǎțeni și planificatori politici. Propune prioritǎți de acțiune strategicǎ:
a. o îmbunǎtǎțire a implementǎrii legislației existente
b. integrarea preocupǎrilor de mediu în alte politici de domenii
c. o mai bunǎ colaborare cu piața
d. a conferi putere oamenilor ca cetǎțeni privați și a-i ajuta sǎ-și schimbe comportamentul
e. luarea în considerare a problemei mediului în planificarea folosirii spațiului și a deciziilor de management
3) 1a. S-au considerat urmǎtoarele acțiuni:
– susținerea rețelei IMPEL și extinderea ei în țǎrile candidate
– raportarea implementǎrii legilor de mediu
– o strategie „nume, rușine și faimǎ” asupra implementǎrilor legilor de mediu
– îmbunǎtǎțirea standardelor de mediu inspectate
– inițierea combaterii crimei de mediu
– a acționa legal în CURTE EUROPEANǎ pentru a asigura implementarea
4) 2b. Comunicatul propune
– stabilirea unor mecanisme de integrare adiționale
– implementarea totalǎ de cerințe asupra integrǎrii preocupǎrilor de mediu
– dezvoltarea în continuare a indicatorilor de monitorizare a procesului de integrare
5) 3c. Am putea include:
– încurajarea unei largi preluǎri a EMAS (Schema de Ecomanagement și Audit a Comunitǎții)
– a încuraja companiile sǎ publice propiile performanțe și sǎ se încadreze în cerințele de mediu
– introducerea unor scheme de recompense pentru performanțele de mediu a companiilor
– încurajarea voluntariatului
– stabilirea unei politici de integrare a produselor
– promovarea folosirii și evaluǎrii eficacitǎții schemei eco-label (ecomarcǎ de produs)
– promovarea consumului de produse verzi
– adoptarea legislației cu privire la rǎspunderea de mediu
6) 4d. Include 2 sugestii:
– a ajuta cetǎțenii sǎ creascǎ performanțele de mediu
– îmbunǎtǎțirea calitǎții informației despre mediu
7) 5e. Sunt propuse urmǎtoarele acțiuni:
– publicarea unui comunicat despre importanța integrǎrii mediului în planificarea și managementul folosirii terenului
– îmbuǎtǎțirea implementǎrii directivei de stabilire a impactului asupra mediului
– rǎspândirea celor mai bune practici și supravegherea schimbului de experiențǎ referitor la dezvoltarea susținutǎ inclusiv dezvoltarea urbanǎ
– impulsionarea mǎsurilor din agriculturǎ-mediu cuprins în politica de agriculturǎ
– dezvoltarea unor parteneriate active pentru susținerea turismului
8) Al 6-lea Program de Acțiune asupra Mediului focalizat pe patru ani de acțiune care sunt:
Modificarea climatului
9) Obiectivele în aceastǎ problemǎ sunt de a reduce gazele cu efect de serǎ pânǎ la un nivel care nu va cauza variații nenaturale în climatul Terrei.
10) Pe termen scurt Uniunea Europeanǎ țintește sǎ atingǎ obiectivele Protocolului de la Kyoto:
– sǎ reducǎ emisia gazelor cu efect de serǎ cu 8% pânǎ în 2008-2012 comparat cu nivelul din 1990
– pe termen lung pânǎ în 2020 va fi necesarǎ reducerea acestor gaze cu 20 pânǎ la 40% prin intermediul unei colaborǎri eficace internaționale
11) Eforturile comunitare pentru preîntâmpinarea provocǎrilor datorate schimbǎrii climei
– integrarea obiectivului de schimbare a climei în diferite politici comunitare, în particular politica energeticǎ și politica în transporturi
– reducerea gazelor cu efect de serǎ prin mǎsuri specifice de creștere a eficienței energetice, de creștere a folosirii surselor energetice reînnoibile, promovarea acordând cu industria și a face economie energeticǎ
– creșterea cercetǎrii asupra modificǎrii climei
– îmbunǎtǎțirea informǎrii cetǎțenilor despre schimbarea climei
– pregǎtirea cetǎțenilor pentru impactul schimbǎrii climei
Naturǎ și biodiversitate
12) Obiectivele comunicatului referitoare la aceasta sunt de a proteja și restabili structura și funcționarea sistemelor naturale și de a opri pierderea biodiversitǎții atât în Uniunea Europeanǎ cât și la nivel mondial
13) Acțiunile propuse sunt:
– implementarea legislației de mediu în special în domeniul apei și aerului
– extensia aplicǎrii directivei SEVESO II
– coordonarea statelor membre comunitare în caz de accidente și dezastre naturale
– examinarea necesitǎții de a proteja plantele și animalele de radiații ionizante
– protecția, conservarea și restaurarea peisajului
– protecția și promovarea dezvoltǎrii susținute a pǎdurii
– stabilirea unei strategii comunitare pentru protecția solului
Protecția și restaurarea habitatului marin și a coastelor și includerea în rețeaua Natura 2000
– întǎrirea controalelor de label (marcǎ), monitorizarea GMO
– integrarea conservǎrii naturii și biodiversitatea în politici comerciale și dezvoltare
– crearea de programe pentru strângerea de informații despre conservarea naturii și biodiversitate
– susținerea cercetǎrii în domeniul conservǎrii naturii
Mediul înconjurǎtor și sǎnǎtatea
14) Obiective
– atingerea unei calitǎți a mediului înconjurǎtor care sǎ nu genereze impact semnificativ sau riscuri asupra ori pentru sǎnǎtatea umanǎ
15) Propuneri
– identificarea riscurilor pentru sǎnǎtate inclusiv copii și bǎtrâni și stabilirea unor standarde corespunzǎtoare
– introducerea de prioritǎți de mediu și sǎnǎtate în alte politici de domeniu și standarde referitoare la apǎ, aer, fumuri și sol
– stimularea cercetǎrii în domeniul sǎnǎtǎții și a mediului
– dezvoltarea unui nou sistem pentru evaluarea riscului noilor chimicale
– interzicerea sau limitarea folosirii majoritǎții pesticidelor periculoase și asigurarea aplicabilitǎții celui mai sigur mod de folosire
– asigurarea implementǎrii legislației despre apǎ
– asigurarea aplicǎrii standardelor de calitate a aerului și definirea unor strategii despre poluarea aerului
– adoptarea și implementarea directivei despre zgomot
Managementul resurselor naturale și gunoiul menajer-deșeuri
16) Obiectivele sunt de a asigura cǎ, consumul resurselor reînnoibile și nereînnoibile nu depǎșește capacitatea de saturație a mediului și sǎ se asigure o declupare a folosirii resurselor de creștere economicǎ prin îmbunǎtǎțirea semnificativǎ a eficienței resurselor și reducerea gunoiului menajer.
În legǎturǎ cu gunoiul menajer, ținta este de a reduce cantitatea finalǎ cu 20% pânǎ în 2010 și 50% pânǎ în 2050.
17) Acțiunile sunt:
– dezvoltarea unei strategii pentru managementul resurselor prin stabilirea prioritǎților și reducerea consumului
– taxarea folosirii resurselor
– eliminarea programului care încurajeazǎ supraexploatarea resurselor
– integrarea eficienței resurselor și a politicii de producere
– stabilirea unei strategii pentru reciclarea gunoiului
– îmbunǎtǎțirea schemelor existente de management al gunoiului și investiții calitative și cantitative de prevenție
– integrare de prevenție a gunoiului cu politica produsului și strategia comunitarǎ a chimicalelor
4.4.2. Noxele cu efect de serǎ și programe pentru controlul schimbǎrilor climatice
Obiective
Dezbatere publicǎ pentru implementarea unei posibile politici comunitare referitoare la emisiile de gaze înaintea aplicǎrii protocolului Kyoto.
Mǎsuri comunitare
Green Paper = este un act referitor la emisiile de gaze cu efect de serǎ aplicabil în Uniunea Europeanǎ.
Conținut
1. Conform protocolului Kyoto (1997) Uniunea Europeanǎ a semnat sǎ scadǎ emisiile de gaze cu efect de serǎ cu 8% (2008-2012) comparativ cu nivelele din 1990. Comunitatea dorește sǎ implementeze propiile scheme de reducere a emisiilor de gaze pentru a câstiga experiențǎ inainte de introducerea schemei internaționale din 2008.
2. Schimbul de emisii este o schemǎ în cadrul fiecǎrei companii cǎreia îi este alocatǎ o anumitǎ marjǎ pentru propriile emisii de gaze în concordanțǎ cu ambițiile fiecǎrui guvern.
Este un sistem practic în care companiile individuale își permit sǎ emitǎ mai mult decât propria marjǎ cu condiția sǎ gǎseascǎ o companie care a emis mai puțin și care e dispusǎ sǎ vândă diferența de marja. Aceastǎ schemǎ încurajeazǎ dezvoltarea de noi tehnologii. Companiile motivate de profitul obținut prin vânzarea diferenței de marjǎ vor investi în procesul de tehnologizare.
4. Protocolul Kyoto prevede redistribuirea marjei de emisii între statele membre ale Uniunii Europene. Odatǎ ce protocolul este ratificat statele membre sunt obligate sǎ anunțe secretariatul Convenției de aceste redristribuiri care per întreg trebuie sǎ atingǎ o reducere de 8% în comunitate.
5. Schema schimburilor de emisii ar putea scǎdea costul implementǎrii protocolului Kyoto cu 1/5. Acestǎ schemǎ ar duce la un unic preț al diferențelor de marjǎ asigurând o funcționare corespunzǎtoare a pieței interne.
Comunitatea va interveni în:
Asigurarea unui tratament egal pentru companii de dimensiuni comparabile în ceea ce privește schema de schimbǎri de emisii de gaze;
Asigurarea unei competiții tip economie de piațǎ;
Asigurarea sinergismului cu legislația în vigoare;
Sǎ se asigure cǎ schema este aplicatǎ eficient;
Sǎ asigure compatibilitatea cu schema protocolului ;
Schema alocǎrii marjelor de emisii este foarte dificilǎ. Trebuie întâi sǎ se determine care sectoare și companii vor fi implicate. Dupǎ 2008 statele vor trebui sǎ cadǎ de acord între ele asupra modului de distribuție a marjelor de emisii asigurând cerința protocolului Kyoto de reducere per total de 8%.
Cu privire la sinergismul cu alte politici trebuie clarificatǎ modalitatea tehnicǎ de reglementare, taxare a schemei de schimbare de emisii.
Comisia s-a decis pentru învǎțarea prin implementare. Comunitatea vrea sǎ înceapǎ prin aplicarea schemei de CO2 unde monitorizarea sistemului e mai fezabilǎ. Bazându-se pe aceastǎ experiențǎ comunitatea poate trece la monitorizarea autovehiculelor ce aduc în plus (ridicǎ) probleme tehnice și administrative.
Politica Comunitǎții Europene și mǎsurile de reducere a emisiilor de gaze cu efect de serǎ subliniazǎ cǎ implementarea protocolului Kyoto necesitǎ o serie de inițiative de schimbare a climei în ceea ce privește aerul, transportul și energia, ținta fiind de a face toate aceste programe compatibile.
4.4.3. Transportul și bioxidul de carbon
Obiective
Protecția Ministerului de Interne prin reducerea emisiilor de CO2 în transporturi în concordanțǎ cu Protocolul Kyoto.
Mǎsuri comunitare
Comunicat de la Consiliul Comisiei, Parlament European, Comitetul Economic și Social și Comitetul Regional referitor la transport și CO2.
Conținut
Protocolul Kyoto
În Uniunea Europeanǎ emisiile de gaze din transport reprezentând proporția de CO2 a crescut de la 19% la 26% în 1995. Emisiile de CO2 din transporturile Uniunii Europene sunt responsabile de 3,5% din emisiile globale de CO2 va trebui sǎ includǎ acțiuni asupra emisiilor din transporturi.
În Comunicat, Comisia susține cǎ politica mǎsurilor de transport propusǎ sau adoptatǎ deja la nivel comunitar sau local ar trebui sǎ facǎ posibilǎ reducerea ratei de creștere a emisiei de CO2 la jumǎtate.
Road freight
Ținte:
creșterea ratei de utilizare a autovehiculelor;
reducerea turației în gol;
îmbunǎtǎțirea capacitǎții de conducere care ar putea duce la o reducere cu 20% a consumului de combustibil;
dezvoltarea folosirii unui program de software de stabilire a rutei pentru a reduce distanța stabilitǎ;
Autovehicule pasageri
Autovehicule pasageri sunt responsabile de aproximativ jumǎtate din emisiile de CO2 din transporturile în Uniunea Europeanǎ. Pentru a reduce emisiile poluante constructorii de mașini trebuie să producă mașini eficiente din punct de vedere al combustibilului consumat. Această abordare ar trebui să permită o reducere de aproximativ 30% a emisiilor de CO2 pentru noile mașini lansate în viitor pe piață. Uniunea Europeană a adoptat deja o strategie de reducere a emisiilor de CO2 la autovehiculele pasagerilor prin îmbunătățirea economiei de combustibil ajungându-se la o medie de emisie de CO2 de 120grame/kilometru până în 2005 cel mai târziu 2010 pentru mașinile noi.
Rail freight
Promovarea transportului feroviar reprezintă o prioritate a strategiei comisiei de a reduce emisiile poluante. În 1996 Actul Alb (o strategie pentru realizarea comunitătii feroviare) subliniază că este necesar ca transportul feroviar să răspunda mai bine cerințelor călătorilor și să-și îmbunătățească performanța. Aceasta necesită o mai mare liberalizare a transportului feroviar. În 1998 Comisia a prezentat o serie de măsuri pentru a îmbunătăți eficiența transportului feroviar.
Ținte:
încurajarea armonizării și interoperabilității tehnice în sistemul feroviar convențional
îmbunătățirea folosirii managementului, modalității de precizare și stabilizare a costurilor în infrastructura feroviară;
clarificarea rețelei dintre stat și companiile feroviare
Transportul public de pasageri
Este importantă promovarea acestui tip de transport ca o modalitate de reducere a emisiilor poluante în zonele urbane, măsuri variate de creștere a transportului public.
Încurajarea companiilor pentru achziționarea biletelor de sezon în sistem de transport public pentru angajați.
Promovarea calității transportului public la nivel național, regional și local.
Încurajarea consumatorilor de a folosi transportul public prin companii eficiente de informare.
a. Transportul maritim:
Reprezintă unul dintre modalitățile de transport cel mai puțin poluante. Folosirea inclusiv pe distanțe mici ar trebui să fie prioritară. Protocolul Kyoto lasă la aprecierea organizațiilor mondiale maritime responsabilitatea de a emite reguli pentru reducerea emisiei gazelor cu efect de seră.
b. Transportul pe aer:
Responsabil de 12% din totalul emisiei de CO2 din transporturi.
În 1998 – opțiuni pentru scăderea emisiilor de CO2:
stabilirea unor limite stricte a emisiilor standard internaționale;
promovarea eficienței transportului aerian (îmbunătățirea prețurilor, limitarea distanțelor de zbor);
promovarea modalităților alternative de transporturi;
Comisia examinează sistemul de taxe în special VAT (care nu este aplicabil la tarife aeriene intracomunitare) și tratament fiscal al Kerosenului.
crearea unui sistem de transport European ar trebui să reducă emisiile de CO2 cu aproximativ 4%.
Se crede că creșterea taxelor pe minimum de combustibil ar duce la reducerea emisiilor de CO2 în transporturi.
Comisia a propus măsuri complementare în funcție de diferitele modalități de transport.
Revigorarea rolului autorităților naționale, regionale și locale în managementul transportului (controlul vitezei, companii de informare, promovarea modalităților nonpoluante de transport de exemplu bicicleta, restricționarea traficului în zonele urbane).
Dezvoltarea de noi și mai puțin poluante tehnologii de propulsie de exemplu mașini hibride și celule de combustibil.
Cercetarea ar trebui să se bazeze pe reducerea costurilor de prelucrare a acestor tehnologii.
Programele Alterner și Thermie ar trebui să permită comisiei să dezvolte:
experiența în noile metode tehnologice de transport
promovarea combustibililor noi de tip biocombustibil
îmbunătățirea coordonării Bursei de Valori prin adoptarea unor planuri de acțiune;
implementarea unui sistem de monitorizare a evoluției raportului transport – emisiile de CO2 cu participarea Agenției Europene de Mediu
4.4.4. Protocolul Kyoto asupra schimbării climei
Obiective
De a combate schimbările climatice prin măsuri internaționale de reducere a emisiilor anumitor gaze cu efect de seră.
Act
Decizia Consiliului 2002/358/EC/25.04.2002 în legătură cu aprobarea în numele Consiliu Europei a protocolului la Convenția Națiunilor Unite asupra modoficării climatului.
Sumar
1. În 4 februarie 1991 Consiliul autorizat Comisia să participe în numele Uniunii Europene la negocierea convenției cadru a Națiunilor Unite asupra modificării climatului care a fost adoptată în 9 mai 1992 la New York. Comunitatea a ratificat convenția cadru prin decizia 94/69/EC/15.12.1993, care a fost aplicată în fortă în 21 martie 1994.
2. Convenția Cadru poate fi considerată un succes mai ales prin efectul de a atrage atenția oamenilor din toată lumea asupra problemelor legate de schimbarea climatului. Uniunea Europeană a onorat angajamentul făcut în cadrul Convenției de a reduce nivelele emisiei de gaze din 1990 până în 2000. Totuși un număr mare de țări industrializate, inclusiv SUA, nu au respectat obiectivul referitor la stabilizarea concentrației gazelor cu efect de seră la nivelul anului 1990.
3. La a patra întâlnire a părților în Berlin în martie 1995 – semnatarii Convenției au decis să negocieze un protocol conținând măsuri de reducere a emisiilor pentru perioada de după 2000 pentru țările industrializate. După multă muncă protocolul Kyoto a fost semnat în 10 decembrie 1997 la Kyoto.
4. Comunitatea Europeană a semnat protocolul Kyoto în 29 aprilie 1998. În decembrie 2001 Consiliul Europei de la Laeken a confirmat că Uniunea Europeană dorește să introducă Kyoto înaintea Summitului Mondial de la Johannesburg în susținerea dezvoltării (26.04 – 04.09.2002). Până la această decizie a aprobat protocolul în numele Comunității. Statele membre se obligau să coordoneze acțiunile lor de a asigura instrumentele de ratificare în același timp cu Comunitatea și cât mai departe posibil până 01.07.2002.
5. Anexa II a Deciziei cere angajamente de a limita și a reduce emisiile în Comunitatea Europeană pentru o perioadă inițială între 2008-2012.
6. Protocolul Kyoto luptǎ împotriva emisiilor a șase gaze cu efect de serǎ:
– Dioxidul de carbon (CO2);
– Metan (CH4);
– Oxid nitros (N2O);
– Hidrofluorocarbon;
– Perofluorocarbon (PFC)
– Hexafluorid de sulf (SF6);
Reprezintǎ un important pas înainte în efortul de a combate efectul de serǎ deoarece include obiective cantitative de alimitǎ și reduce gazele cu efect de serǎ.
7. Luat ca întreg, pǎrțile ce au semnat Anexa I a Convenției Cadru se angajeazǎ sǎ reducǎ emisiile de gaz cu efect de serǎ cu cel puțin 5% sub valorile din 1990 în perioada 2008 – 2010. Anexa B a protocolului Kyoto conține angajamente cantitative emise de pǎrțile semnatare. Statele Membre ale Uniunii Europene per total trebuie sǎ reducǎ emisiile de gaze cu efect de serǎ cu 8% între 2008 – 2010.
8. În perioada de pânǎ în 2008 pǎrțile semnatare trebuie sǎ demonstreze progres evident în realizarea angajamentelor, nu mai târziu de 2005. Pǎrțile care doresc pot face din anul 2005 un an de referințǎ pentru scǎderea emisiilor de HFC, PFC și SF6.
9. Protocolul sugereazǎ modalitǎți variate de atingere a acestor obiective:
– introducerea de politici naționale de reducere a emisiilor (eficiențǎ energeticǎ mai mare, promovarea unei forme susținute de agriculturǎ, dezvoltarea unor surse noi de energie);
– cooperarea cu celelalte pǎrți semnatare (schimb de experiențǎ și informații);
10. Cu un an înainte de începerea primei perioade a angajamentului fiecare parte semnatarǎ trebuie sǎ aibǎ un sistem național de estimare a emisiilor antropogenice și de eliminare a tuturor gazelor cu efect de serǎ necontrolate de protocolul de la Montreal.
11. Angajamentele trebuie revizuite cel târziu în 2005 pentru a doua perioadǎ de angajament.
4.4.5. Indicatori de cuantificare a condițiilor de mediu
Obiective
De a stabili o listǎ a indicatorilor de mediu și de a alege șapte dintre cei mai relevanți pentru a include în lista indicatorilor structurali pentru a susține implementarea strategiei de a face Europa cea mai competitivǎ și dinamicǎ economie bazatǎ pe conștiințe din lume, capabilǎ sǎ susținǎ o dezvoltare economicǎ.
Act
Raport de la Comisie pentru Consiliul din 20 septembrie 2002. Analiza listei de deschidere a indicatorilor cap de serie – referitor la mediu se numește COM (2002) 524 final.
Sumar
1. Strategia pentru o dezvoltare susținutǎ a fost adoptatǎ în Consiliul Europei din Götheborg în iunie 2001, adǎugând o dimensiune ecologicǎ a strategiei de angajare în reforma economicǎ și coeziunea socialǎ de la Lisabona. Comisiei i-a fost datǎ sarcina de a evalua implementarea strategiei prin raportul anual din primǎvarǎ, pe baza indicatorilor structurali. Consiliul, nesatisfǎcut de indicatorii ecologiei aleși, a oferit o listǎ deschisǎ de indicatori.
Acest raport este o analizǎ a fezabilitǎții și disponibilitǎții de date pentru indicatorii propuși.
Constituie baza pentru alegere a celor șapte indicatori ecologici, pentru eventuala includere în raportul primǎvara 2003.
2. În raport indicatorii sunt împǎrțiți în patru grupe:
– cei care sunt fezabili în 2002 deoarece datele cerute sunt disponibile și certe;
– cei care sunt fezabili doar în parte în 2002 deoarece datele deși sunt diponibile sunt incomplete și nu suficient de actualizate;
– cei care sunt nefezabili în viitorul apropiat deoarece, deși datele sunt identificabile, sursele sunt neadevǎrate sau datele nu sunt întotdeauna emise anual;
– cei pentru care datele disponibile nu sunt suficient de clare și pentru care sunt necesare metodologii noi.
3. Pentru fiecare dintre indicatorii din primele trei grupe, raportul include descrierea, datele disponibile, metoda de calculare și propuneri pentru îmbunǎtǎțire.
4. Indicatorii care sunt fezabili în 2002 (primul grup):
– totalul emisiilor gazelor cu efect de serǎ, emisii per capita, emisiile pe sector și emisii pe unitatea GDP;
– energia consumatǎ în funcție de modul de transport;
– opulația urbanǎ expusǎ la poluarea aerului (prin ozon și masǎ particulatǎ);
– amisii de poluanți de aer (precursor de ozon, masǎ particulatǎ și SO2);
– susținerea unui pescuit selectiv pentru specii (propunerea alternativǎ stocuri de pește în apele maritime europene);
– departament devotat agriculturii organice.
5. Indicatorii fezabili în 2002 dar incompleți (al doilea grup):
– intensitatea de transport GDP;
– modalitatea de împǎrțire a felurilor de transport (dependeța transporturilor de bunuri din sectorul rutier și transporturilor de pasageri de mașinǎ);
– colectarea deșeurilor de cǎtre municipalitate;
– rate de reciclare a materiilor selectate (hârtie, sticlǎ, etc.);
– concentrațiile de nitrat și fosfați în râuri;
– protecția biodiversitǎții zonelor;
– balanța nitrogenului (balanța dintre nitrogenul adǎugat solului și nitrogenul luat de la nivelul solului prin culturi sau creșteri de vite).
6. Indicatorii cu șanse mici de a fi fezabili în viitorul apropiat (a treia grupǎ):
– investițiile în infrastructura transportului;
– rata de reciclare a materialelor selectate;
– deșeuri generate hazardat;
– deversarea de poluanți (nutrienți, organici, chimici) în apǎ;
– calitatea apei potabile;
– folosirea apei în sectorul economic;
– productivitatea din resurse naturale;
– consumul de pesticide;
– evoluția folosirii terenurilor.
7. Indicatorii neclari, care necesitǎ metodologie importantǎ de implementare (al patrulea grup):
– expunerea poluanților la nivele înalte de zgomot generat de transport;
– durata și distanța medie într-o vacanțǎ pe persoanǎ în funcție de mod și scop;
– internalizarea costurilor externe din domeniul transporturilor;
– expunerea și consumul chimicalelor toxice;
– prevenirea formǎrii deșeurilor;
– rata de valorizare a materialelor selectate;
– intesitatea primarǎ a folosirii materialelor;
– index de biodiversitate;
– soluri contaminate și erodate;
– alți indicatori potențiali în domeniul sǎnǎtǎții publice;
8. Raportul concluzioneazǎ cǎ un program de muncǎ detaliat pentru identificarea indicatorilor se va dezvolta în urmǎtorul stadiu. Prioritatea va fi acordatǎ producerii de indicatori fezabil în 2002 și de indicatori fezabili în 2002 dar incompleți.
4.5. Concluzii
În concluzie, metodele de mǎsurare a poluanților chimici sunt foarte diverse și depind mult de obiectul cercetǎrilor. Pentru alegerea metodei adecvate, aceasta trebuie sǎ îndeplineascǎ o serie de condiții:
relevanțǎ;
repetabilitate, reproductibiliate;
senzitivitate;
evitarea interferențelor;
costuri reduse;
utilitate și în alte mǎsurǎtori similare;
posibilitatea de abordare cu tehnicile chimiei analitice.
Fiecare metodǎ propusǎ trebuie pusǎ la punct în prealabil prin teste de validare care permit:
stabilirea pragurilor de detecție a poluantului respectiv;
precizarea tehnicilor de calibrare și generarea curbelor asociate;
definirea interferențelor;
verificarea stabilitǎții de stocare a probei;
determinarea debitelor, a mediului de colectare și a temperaturii pentru substanțǎ absorbantǎ;
verificarea stabilitǎții agentului absorbant;
determinarea eficienței colectǎrii;
stabilirea tehnicilor de control a calitǎții;
delimitarea domeniului de aplicabilitate (m.a.c. sau m.a.s., etc.);
raportarea la tehnicile de testare a emisiilor poluante deja standardizate.
Dupǎ completarea acestor teste generale de validare, se fac și o serie de teste particulare de omologare, pentru fiecare din cazurile concrete de studiat, în care apar și caracteristicile echipamentelor anexa necesare pentru mǎsurare (de exemplu, parametrii constructive ai tunelului de diluție) și, de asemenea, caracteristicile tehnice ale vehiculului pe care se face testarea.
Metodele de colectare a poluanților în vederea analizei lor chimice sunt:
colectarea directǎ în saci;
colectarea chimicǎ umedǎ;
colectarea cu filtrare de reținere;
utilizarea de substanțe (capcanǎ) absorbante.
Stabilirea rezultatului mǎsurǎtorilor trebuie sǎ ținǎ seama de influența specificǎ metodelor de colectare (de exemplu, trebuie considerate pierderile de depunere pe pereții incintelor). Pentru a evita alterarea caracterului probelor se impun adesea condiții speciale, de exemplu încǎlzirea probelor (care provine denaturarea lor prin condensarea apei), etc.
Dupǎ efectuarea mǎsurǎtorilor se realizarea o serie de prelucrǎri experimentale care cuprind, în principal, urmǎtoarele operații:
calculul mǎrimilor mǎsurate pe baza înregistrǎrilor fǎcute de analizoare;
compararea mǎrimilor mǎsurate cu valorile limitǎ impuse;
evaluarea statisticǎ a rezultatelor;
redarea graficǎ a informațiilor și stocarea lor în baze de date.
Pentru a evalua efectele nocive ale poluanților, atât pe cele globale cât și pe cele locale, este necesarǎ elaborarea în prealabil a unui model de împrǎștiere a gazelor de evacuare, care sǎ permitǎ determinarea concentrațiilor reale de poluanți. Pentru conceperea acestui model, trebuie luate în considerare caracteristicile emisiilor poluante ale mijloacelor de transport, parametrii meteorologici, precum și condițiile în situ (tipul strǎzii, parametrii geometrici ai cǎii de rulare, ai clǎdirilor înconjurǎtoare și tunelelor rutiere, etc.)
Concentrațiile efective, determinate conform cu modelul de rǎspândire, sunt comparate cu valorile ale concentrațiilor poluanților respective, stabilite de organisme abilitate în acest sens (din domeniile sǎnǎtǎții populației, protecției muncii, ecologiei, etc.). În general, stabilirea valorilor limitǎ admisibile se face prin împǎrțire cu coeficienți de sigurațǎ (în jurul valorii de 100), a concentrațiilor de risc (la care apar primele semne de înrǎutǎțire a stǎrii de sǎnǎtate).
CAPITOLUL V
COMBUSTIBILI PENTRU MOTOARELE CU ARDERE INTERNĂ
5.1. Benzine. Cifra octanică
Benzinele (cel mai de seama combustibil lichid) se obțin pe trei cai.
Benzinele naturale rezulta prin distilarea petrolului (aproximativ 30-40% din petrolul brut).
Benzinele de cracare termică si catalitică se obțin din fracțiunile superioare din petrol(lampant 929w2219j , motorina).Spre deosebire de cele naturale, benzinele de cracare conțin alchene.
Prin încalzirea la peste 400° a fracțiunilor mai grele de țiței(motorina sau păcura) are loc procesul de cracare, obtinandu-se fractiuni mai ușoare(benzinele de cracare).În funcție de condițiile în care se lucrează, se deosebesc: procedee de cracare termică și procedee de cracare catalitică.
Cracarea termica se poate realiza in faza lichidă sau in fază de vapori:
în faza lichidă, motorina sau păcura este încalzită la 450-550° sub o presiune de 15-45at;
în faza de vapori, motorina sau păcura se încălzește la temperaturi de 500-600° si la presiuni joase de 1-3 at. Benzinele de cracare astfel obținute se deosebesc de benzinele rezultate prin distilarea fracționată a țițeiului, prin conținutul lor mai mare de alchene și hidrocarburi aromatice.
Cracarea catalitică se realizează în faza de vapori; motorina sau păcura, la 480° si 1-2,5 at, este trecută peste un strat de catalizatori (ortosilicat de aluminiu).La cracarea catalitică se obțin randamente mai mari de benzină si cu caracter mai saturat.
Benzinele de cracare, în comparație cu cele obținute la distilarea fractionată a țițeiului, sunt mai bune și au o cifra octanică (C.O.) mai mare.
Benzinele sintetice se formează în anumite condiții (temperatură, presiune, catalizatori) prin hidrogenarea cărbunilor (procedeul Bergius) sau a oxidului de carbon. Amestecul de hidrocarburi se distilă fracționat.
Calitatea benzinelor folosite drept combustibil în motoarele cu explozie depinde de comportarea lor în motor și este dată de cifra octanică (C.O.) a benzinei. Asemenea explozii au urmari foarte grave pentru funcționarea motorului. Detonația se reduce sau dispare complet cand se utilizează benzine superioare, cu cifră octanică mare.
De exemplu, o benzina cu o cifra octanica 98 (cum este cea utilizată la autoturismul "Dacia") se comporta în motor ca un amestec de 98% izooctan si 2% n – heptan.
Calitatea benzinei crește o dată cu creșterea cifrei octanice. Benzina cu cifra octanică mai mare permite funcționarea motorului cu randament mai bun. Pentru îndeplinirea acestei cerințe, benzinele trebuie sa conțină izoalcani sau arene.
Un procedeu folosit pentru mărirea cifrei octanice constă în adaugarea în benzine a unui antidetonant, ca de exemplu tetraetilul de plumb, care se descompune în radicali etil și ramifică n-alcanii, transformându-i în izoalcani.
Deseori benzina de la distilarea primară, cu cifra octanică mică, este transformată pe cale termică sau catalitică în benzină cu cifră octanică superioară. Procesul se numește reformare.
Cifra octanică C.O. a unei benzine reprezintă deci, procentul, în volume de izooctan (2, 2, 4-trimetil pentan) dintr-un amestec de izooctan cu heptan normal. Cu cât C.O. a unui combustibil este mai mare cu atât rezistența sa la detonație este mai mare.
Cifra octanică (C.O.) sau indice octanic arată rezistența la detonație a unui combustibil (exemplu benzina) pentru motoarele cu aprindere din exterior.
În practică, s-a observat că apariția fenomenului de "ciocanire" a motorului se produce din cauza unei arderi anormale a carburantului, ceea ce duce la micșorarea puterii motorului. S-a constat, de asemenea, că hidrocarburile care intra in compoziția benzinelor se comportă diferit în motor în ce privește fenomenul de detonație; în timp ce alcanii normali produc detonație puternică în motor , izoalcanii și hidrocarburile aromatice împiedică apariția acestui femomen.
Pentru a apecia tendința la detonație a unei benzine se compară comportarea ei într-un motor experimental și în condiții standard cu a amestecurilor formate din hidrocarburile n-heptan, considerând ca având cifra octanică zero și izooctan, căruia i s-a atribuit cifra octanică 100. Datorită proprietăților sale antidetonante, izooctanul a fost luat ca substanță de referință. În felul acesta se stabilește o scara cu limite cuprinse între 0 si 100 în care benzinele cu o cifră octanică anumită, de exemplu C.O. 86, se comportă în acest motor ca un amestec format din 86% izooctan și 14 % n-Heptan.
Cifra octanică C.O. a unei benzine se poate imbunatății prin adaos de mici cantități de antidetenoanți care împiedică combustia detonantă în motoare. Cel mai utilizat este tetraetil-plumb.
5.2. Cifra cetanică.
Valoarea numerică care reprezintă procentul, în volume, de cetan într-un amestec al acestuia cu α – Metilnaftalina.
Pentru aprecierea cifrei cetanice, s-a ales o scară arbitrară potrivit căreia s-a atribuit cetanului, valoarea 100 iar α – Metilnaftalina, valoarea 0.
Cifra cetanică arată tendința spre aprindere a combustibilor folosiți în motoarele Diesel, cu auto-aprindere.
Cu cât cifra cetanică a unui combustibil este mai mare cu atât mai ușor se aprinde combustibilul.
La combustibilii obișnuiți folosiți la motoarele Diesel, cifra cetanică variază între 35 si 55.
Cifra cetanică (CC) este o măsură a capacității de autoaprindere a combustibilului utilizat la motoarele diesel. Utilizăm termenul generic de combustibil deoarece un motor diesel (cu autoapridere) poate funcționa atât pe motorină cât și pe biodiesel (B20, B100). Cifra cetanică este o imagine a întârzierii la autoaprindere a combustibilului. Acestă întârziere reprezintă durata de timp între momentul injecție și momentul efectiv al inițierii arderii. Cu cât cifra cetanică este mai mare cu atât întârzierea la autoaprindere este mai mică.
Valoarea cifrei cetanice constituie una din cerințele impuse combustibililor în ceea ce privește conținutul și calitatea. Standardul european EN 590:2004 reglementează cerințele aplicabile combustibililor diesel. Pe lângă densitate, vâscozitate, punctul de inflamabilitate, conținutul de sulf, apă, cenușă, etc. cifra cetanică este impusă la o valoare de minim 51. Astfel toți distribuitorii de combustibili din comunitatea europeană trebuie să asigure valoarea minimă a cifrei cetanice.
În general motoarele diesel sunt proiectate astfel încât să funcționeze optim pentru o anumită valoare a cifrei cetanice. În cazul în care cifra cetanică este mai mică decât cea pentru care a fost proiectat motorul pot apărea următoarele fenomene dăunătoare pentru motor:
pornire dificilă, mai ales la temperaturi scăzute sau la altitudini ridicate
creșterea zgomotului în funcționare
creșterea consumului de combustibil
creșterea nivelului de emisii poluante
diluția accentuată a uleiului
uzura prematură a pieselor în mișcare
Utilizarea unui combustibil cu cifra cetanică ridicată permite funcționarea motorului diesel, din punct de vedere al procesului de ardere, într-un domeniu de turații mai ridicat datorită capacității combustibilului de a se autoaprinde mai repede. Totuși utilizarea unui combustibil cu cifra cetanică ridicată (>60) poate crea probleme motorului în ceea ce privește consumul și emisiile poluante. În cazul acestor combustibili, caracterizați de autoaprindere rapidă, arderea este incompletă datorită faptului că nu se realizează amestecul optim al combustibilului cu aerul din cilindru. Combustibilul se aprinde prea repede, nu arde complet, rezultatul fiind creșterea de emisii poluante și fum.
Motoarele diesel moderne funcționează cu combustibili având cifra cetanică între 51 și 55. În funcție de tipul combustibilului, motorină sau biodiesel, cifra cetanică poate avea valori diferite.
Determinarea cifrei cetanice a unui combustibil se realizează prin compararea acestuia din punct de vedere al autoaprinderii cu un combustibil etalon. Amestecul etalon este format din două substanțe cu calități opuse de autoaprindere:
cetanul C16H34, un alcan ce se descompune ușor la temperaturi joase și în prezența oxigenului, căruia i se atribuie cifra cetanică 100
alfa-metilnaftalina C11H10, o hidrocarbură aromatică cu rezistență mare la autoaprindere datorită compactității moleculei, căreia i se atribuie cifra cetanică 0
Alfa-metilaftalina este o substanță chimică greu de obținut, ce implică costuri ridicate. Din acest motiv, ca înlocuitor, se utilizează heptametilnonanul (sau isocetanul) cu cifra cetanică 15.
O metodă de determinare a cifrei cetanice este metoda raportului de comprimare critic. Testele se efectuează pe un motor special, monocilindru, în patru timpi, aspirat, cu injecție indirectă și cu raport de comprimare variabil. Turația motorului este menținută constant la 900 rot/min iar temperatura aerului la intrare în motor reglată în jurul valorii de 65.6 °C.
Pentru combustibilul supus testelor se modifică raportul de comprimare al motorului până la valoarea minimă sub care autoaprinderea nu mai are loc. Apoi se utilizează două amestecuri etalon (cetan și alfametilnaftalină), în diferite proporții, pentru care se obțin raporturi de comprimare mai mic respectiv mai mare decât a combustibilului testat. Prin interpolare liniară se determină cifra cetanică, care variază în funcție de compoziția combustibilului.
În țări precum SUA combustibilul diesel are cifra cetanică destul de scăzută, minimul fiind de 40 iar maximul aproximativ 45. Din acest motiv, o practică comună este aditivarea suplimentară utilizând substanțe pe bază de nitrați (azotați) de alchil. Acești aditivi au proprietatea de desfacere rapidă a legăturilor ce are ca efect eliberarea oxigenului care contribuie la o ardere mai bună. Dezavantajul constă în oxidarea, formarea apei și a depunerilor în combustibil, cu implicații asupra stării tehnice a motorului. Din acest motiv nu se recomandă utilizarea aditivilor pe bază de nitrați de alchil în scopul îmbunătățirii cifrei cetanice a combustibilului.
De reținut că motoarele sunt proiectate să funcționeze optim pentru un combustibil cu o anumită cifră cetanică. România adoptând legislația europeană în vigoare, ce reglementează calitatea combustibililor, impune producătorilor și distribuitorilor de carburați o cifră cetanică de minim 51. Atenție însă la utilizarea combustibililor din țări care nu sunt în Uniunea Europeană, combustibili care calitativ pot fi inferiori standardelor europene!
BIBLIOGRAFIE
Affenzeller, J., Kriegler, W., Lepperhoff, G., Owen, N., Gruson, J. F., Blaich, M., Vehicle Research, A Roadmap for the Future, 9th EAEC International Congress, Paris 2003
Alkidas, A. C., Relationships between Smoke Measurements and Particulate Measurement, SAE Paper 840412
Apostolescu N., Bățagă, I., Motoare cu ardere internă, Editura Tehnică, Bucuresti 1967
Apostolescu, N., Chiriac, R., Procesul arderii în motorul cu ardere internă, Editura Tehnică, București 1998
Apostolescu, N., Grunwald, B., Neomogenitatea termică și chimică din motoarele cu ardere internă, Editura Academiei, București 1975
Apostolescu, N., Sfințeanu, D., Automobilul cu combustibili neconvenționali, Editura Tehnică, București 1989
Arama, C., Apostolescu, N., Grunwald, B., Poluarea aerului de catre motoarele cu ardere interna, Editura Tehnica, Bucuresti 1975
Aramă, C., Motoare cu ardere internă, Editura Tehnică, București 1966
Babescu, G., ș.a., Tehnici speciale de reducere a consumului de combustibil și limitarea noxelor la autovehicule, Univ. Transilvania, Brașov 1989
Benson, R.S., The Thermodynamics and Gas Dynamics of Internal Combustion Engines vol. I , Claredon Press, Oxford 1982
Birch, S., Sorting Through New Automotive Technologies. Engines for Growth. Is this the Beginning of the End for Internal Combustion Engines?, Automotive Engineering International, 2002
Bobescu, G., Cofaru, C., Chiru, A., Radu, A., Motoare pentru automobile și tractoare, vol. I – II, Chișinău 1996
Boretti, G., Diesel Engine Combustion Chamber Design with Three-Dimensional Flow Computations, International Conference Combustion in Engines, 1992
Braun, G., Wolters, P., The Development Potentials of Gasoline Engines with Respect to Exhaust Emissions and Fuel Consumption, EAEC Congress, Bratislava 2001
Budianu, C., Călinescu, E., Elemente de ecologie umană, Editura Științifică și Enciclopedică, București 1982.
Cărăbaș, I.D., Nagi, M., Laza, I.I., Uricanu P.N., The Influence of the Fins Over the Performance Thermal and Fluid Dynamics of Heat Exchangers, HUMBOLDT Conference, Fac. de Mecanică, Univ. Politehnica, Timisoara 2010
Chang H., Zhang Y., Chen L., Gray Forecast of Diesel Engine Performance Based on Wear, Applied Thermal Engineering, 2003
Chen B., Qin Z., Analysis of Piston-Cylinder Dynamic Oil Film Behaviour , Proceedings 6-th International Congress on Tribology vol.IV-Eurotrib, Budapest 1993
Cooper, B., Diesel Catalytic after Treatment Systems for the , Engine Technology International, 1998
Diem, W., Injecting Some Competition, Automotive Engineer, July/August, 2001
Dodd, A., Holubecki, Z., The Measurements of Diesel Exhaust Smoke, MIRA Report, October 1965
Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG, Type. Maβe. Toleranzen, WKD 423710 2M Stand 8, Stuttgart 1992
Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG, Type. Maβe. Toleranzen, WKD 423910 2M Stand 8, Stuttgart 1993
Filippi, F., Vehicule industriale si mediul inconjurator, ATA, 1990
Funazaki, A., Taneda, K., Life Cycle Assessment on Automobile Shredder Residue Treatments of a 2002-year End-of-Life Vehicle, Proceedings of the 2002 Environmental Sustainability Conference and Exhibition, Published by SAE Inc. USA, 2001
Gaiginschi, R., Zătreanu, G., Motoare cu ardere internă-construcție și calcul , Editura Gh. Asachi , Iași 1995
Griffits, J.D., Mathematics in Transport Planning and Control, Univ. Of Walls – College of Cardiff, Ed. Clarendon Press, Oxford 1992
Gruden, D., Auto und Umwelt, Porsche A.G. Stand 1, Stuttgart 1998
Gruden, D., Umweltschutz in der Automobilindustrie: Motor, Kraftstoffe, Recycling, GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2008
Grunwald, B., Teoria, calculul și construcția motoarelor pentru autovehicule rutiere, Editura Didactică și Pedagogică, București 1980
Haseganu, C., Vladu, C., Reglementari legale pe plan european asupra emisiilor de noxe din gazele de esapament ale autovehiculelor, Revista inginerilor automobilisti nr. 4-5, 1992
Henderson, P.T., Wells, D., Haddox, M., Diesel Engines Emissions: A Timing Control Approach, SAE Technical Paper Series 871630
Hiroyasu, H., Measurements of Spray Characteristics and Fuel Vapor Concentration in a Diesel Spray, Univ. of , Japan 1994
Hirsiger, F., Tichtinsky, H., Modelisation numerique de l’etablissement d’une zone de combustion avec recirculation, ONERA 1979
Ionel, I., Ungureanu, C., Termoenergetica și mediul, Editura Tehnică, 1996
Ionel, I., Dispersia noxelor. Teorie si aplicatii, Editura Politehnica, Timisoara 2000
Johnson, M. R., Wang, M. H., Sustainability and Management of End-of-Life Vehicles Within the European Union’s Directive on ELVs, Proceedings of the 2002 Environmental Sustainability Conference and Exhibition, Published by SAE, USA 2001
Kamimoto, T., Bae, M., High Combustion Temperature for the Reduction of Particulate in Diesel Engines, SAE Technical Paper Series 880423
Kirilin, V., Termodynamique Technique, Edition MIR, Moscow 1981
Klinger, H. J., Size Analysis and Fractal Dimension of Diesel Particles Based on REM Measurements with an Automatic Imaging System, Journal of Aerosol Science vol. 20, 1989
Kobayashi, M., Method of Removing Nox in Exhaust Gases from a Diesel Engine, Patent nr. 5021227, 1991
Knoll, G., Peeken, H., Lechtape-Gruter, The Dynamics of Lubricated Piston Rings, Proceedings 6-th International Congress on Tribology vol.IV-Eurotrib, Budapest 1993
, , Reitz, R.D., Spray Combustion Processes in Internal Combustion Engine, , Medison 1996
Kuhlmann, P., 1993
Lenz, H. P., Cozzarini, C., Emissions and Air Quality, Published by , Warrendale 1999
Lenz, H. P., Pruller, S., Naderer, R., Visions for Clean Air – Future Requirements and Developments, FISITA World Automotive Congress, Helsinki 2002
Mayer, W. J., Lehman, D. C., The Contribution of Engine Oil to Diesel Exhaust Particulate Emissions, SAE Paper 900256
Metz, N., Contribution of Passenger Cars and Trucks to CO2, CH4, N2O, CFC and HFC Emissions, Proceedings of the 2002 Environmental Sustainability Conference and Exhibition, Published by SAE, USA 2001
Mitrache, A., Vaduva, G., Injectia de combustibil la motorul de automobil, SID 68, 1989
Monaghan, M., Putting Friction in Its Place, Internal Combustion Engine Research in Universities – C375/KN1, ImechE 1991
Mortimer, J., Alternative Power: Optimum Exposure, Automotive Engineer, September 2001
Moser, F., Zur Partikellemission von Nutzfahrzeug Dieselmotoren, MTZ 51, 1990
Nagi, M, Cărăbaș, I.D., Ilieș, P., Ghiță, E., Uricanu, P.N., The Exploitation Feature and the Efficiency of the Radiators with Sinusoidal Fins, BENA Conference, Fac. De Mecanică, Univ. Politehnica, Timisoara 2010
Neacșu, E., Nagi, M., Tabele, diagrame si formule termotehnice, Timisoara 1997
Neculai, N., Cromatografe de proces, Editura Tehnica, Bucuresti 1980
Negoițescu, A., Jădăneanț, M., Termodinamica pentru inginerie mecanica, Editura Orizonturi Universitare, Timisoara 2009
Negrea, V.D., Bazele cercetării experimentale a motoarelor termice, Timișoara 1978
Negrea, V.D., Motoare cu ardere internă. Procese. Economicitate. Poluare – vol. I, Editura Sedona, Timișoara 1997
Negrea, V.D., Automobilul un prieten ce poate deveni dusman, Conferinta ESFA, Bucuresti 1998
Negrea, V.D., Sandu, V., Combaterea poluării mediului în transporturile rutiere, Editura Tehnică , București 2000
Negrea, V.D., Procese în motoare cu ardere internă – vol. I, Editura Politehnica, Timișoara 2001
Negrea, V.D., Procese în motoare cu ardere internă – vol.II, Editura Politehnica, Timișoara 2003
Oprean, I.M., Andreescu, C., Dobrescu, B., Unele probleme ale automobilului la inceput de mileniu, Revista Inginerilor de Automobile nr.1, 1999
Oprean, I.M., Automobilul modern, Editura Academiei Romane, Bucuresti 2003
Oser, P., Brandstetter, W., Principii de bază ale reducerii poluării la motoare cu aprindere prin scanteie aplicând catalizatori, MTZ 45, 1985
Parker, D., The Measurement and Reduction of Piston Assembly Friction, Internal Combustion Engine Research in Universities-C375/017, ImechE 1991
Pischinger, F., Vehicle Engine Development Trends under Future Boundary Conditions, FISITA Congress, 1994
Popa, B., Silași, C., Bățagă, I., Rodarea și uzura motoarelor cu ardere internă, Editura Tehnică, București 1967
Raica, T., Construcția și calculul motoarelor cu ardere internă – vol.I-V, Timișoara 1978
Rakosi, E., Rosca, R., Manolache, G., Combustibili neconventionali oxigenati pentru motoare cu ardere interna, Editura Gh. Asachi, Iasi 2002
Rizii, A., W., Inouye, M., Time Finite Volume Method for Three Dimensional Blunt Body Flow – vol. 11, AIAA Journal 1973
Sandu, V., Marinescu, A., Aparatura moderna pentru masurarea emisiilor motoarelor Diesel, Conferinta ESFA, Bucuresti 1995
Schedel, R., Moving Towards the Optimum Combustion Process, Auto Technology vol. I, 2001
Seiffert, U., The Automobile in the Next Century, FISITA Congress, Praga 1996
Smith, E., Clarke D., Sherrington, The Measurement of Piston Assembly Friction in a Engine, Internal Combustion Engine Research in Universities-C433/031, ImechE 1991
Spalding, D.B., Some Fundamentals of Combustion, Academic Press, 1955
Stratulat, M., Andreescu, C., Diagnosticarea automobilului, Stiinta si Tehnica, Bucuresti 1998
Tecusan, N., Ionescu, E., Tractoare si automobile, Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti 1982
Thring, R., Piston Skirt Friction in Internal Combustion Engines, Internal Combustion Engine Research in Universities-C375/002, ImechE 1991
Ting L., Shih T., Piston Ring Friction Loss Behaviour for Motored and Fired Reciprocating Engines, Proceedings 6-th International Congress on Tribology vol.IV-Eurotrib, Budapest 1993
Tokar, A., Cercetări privind interacțiunea dintre automobilul echipat cu motor cu ardere internă și mediu, Teză de doctorat, Univ. Politehnica, Timișoara 2009
Tuzu, C., Motoare Diesel , Editura Tehnică, București 1966
Uricanu, P.N., Aspecte practice si de normare a activitatii de inspectie tehnica periodica pentru autovehicule, Dizertatie – Master, Fac. de Mecanica, Univ. Politehnica, Timișoara 2001
Uricanu, P.N., Audi Q7 Hybrid: The Clean Way to High Performance, International Symposium „ Man and the Environment” 5th Edition, Fac. de Mecanică, Univ. Politehnica, Timisoara 2007
Vasilescu, C. Q., Combaterea poluarii produse de motoarele cu ardere interna, Editura Academiei, 1975
Ventre, P., The Automotive Industry and the Environment – Acting Now to Protect the Future, FISITA Congress, Praga 1996
Vibe, G., Brennverlauf und Kreisprozess von Verbrennungsmotoren, VEB-Verlag Technik, Berlin 1970
Voicu, V., Tehnica desprafuirii aerului, Editura Tehnica, Bucuresti 1988
Walsh, P. M., Global Trends in Motor Vehicle Pollution Control-Accomplishments to Date and Challenges Ahead, FISITA World Automotive Congress, Helsinki 2002
Webb, A., A Piston Revolution, Engineering Management Journal, February 2002
Whitehouse, N.D., Baluswamy, N., Calculation of Gaseus Products During Combustion in Diesel Engine Using a Four Zone Model, SAE Paper No. 770410, USA 1977
Wiliams, A., Combustion of Liquid Fuel Sprays, ISBN 0-408-04113-7-1990
Williams, F.A., Combustion Theory, Addison-Wesley Publishing Company, 1965
Wolters, P., Fuel Economy Concepts for Gasoline Engines in Connection with Future Emission Legislation, FISITA Congress, 1998
Woschni, G., Elektronische Berechnung von Verbrennungsmotor-Kreisprozessen-MTZ, 1965 ,11
Yasuhiro, D., Future Technologies for Low-Emission and Fuel-Efficient Vehicles, FISITA World Automotive Congress, Helsinki 2002
Yeh, C., Kosaka, H., Kamimoto, T., Measurements of Drop Sizes in Unsteady Dense Spray, Tokyo Institute of Technology, Japan 1996
*** Automotive HandBook, Bosch 3-rd Edition, Stuttgart 1993
*** Kleine Kolbenkunde-Mahle, 1975
*** Zum Entwicklundsstand der Kolbenringe und Dichtungen fur Verbrennungsmotoren-MTZ-1978
*** Colecția de reviste MTZ
*** Colecția de reviste ATZ
*** Colecția de reviste Automotive Engineer
*** www.bosch.com
*** www.dieselgreen.com
*** www.porsche.com
*** www.audi.com
*** www.vw.com
*** www.sae.com
***www.avl.at
***manual utilizare AVL DiCom
***manual utilizare LabView 6.i
***Diesel Vehicle Emission and Urban Air Quality, QUARG 1993
***Obgastehnik fur Ottomotoren Tehnische Unterrichtung Bosch
BIBLIOGRAFIE
Affenzeller, J., Kriegler, W., Lepperhoff, G., Owen, N., Gruson, J. F., Blaich, M., Vehicle Research, A Roadmap for the Future, 9th EAEC International Congress, Paris 2003
Alkidas, A. C., Relationships between Smoke Measurements and Particulate Measurement, SAE Paper 840412
Apostolescu N., Bățagă, I., Motoare cu ardere internă, Editura Tehnică, Bucuresti 1967
Apostolescu, N., Chiriac, R., Procesul arderii în motorul cu ardere internă, Editura Tehnică, București 1998
Apostolescu, N., Grunwald, B., Neomogenitatea termică și chimică din motoarele cu ardere internă, Editura Academiei, București 1975
Apostolescu, N., Sfințeanu, D., Automobilul cu combustibili neconvenționali, Editura Tehnică, București 1989
Arama, C., Apostolescu, N., Grunwald, B., Poluarea aerului de catre motoarele cu ardere interna, Editura Tehnica, Bucuresti 1975
Aramă, C., Motoare cu ardere internă, Editura Tehnică, București 1966
Babescu, G., ș.a., Tehnici speciale de reducere a consumului de combustibil și limitarea noxelor la autovehicule, Univ. Transilvania, Brașov 1989
Benson, R.S., The Thermodynamics and Gas Dynamics of Internal Combustion Engines vol. I , Claredon Press, Oxford 1982
Birch, S., Sorting Through New Automotive Technologies. Engines for Growth. Is this the Beginning of the End for Internal Combustion Engines?, Automotive Engineering International, 2002
Bobescu, G., Cofaru, C., Chiru, A., Radu, A., Motoare pentru automobile și tractoare, vol. I – II, Chișinău 1996
Boretti, G., Diesel Engine Combustion Chamber Design with Three-Dimensional Flow Computations, International Conference Combustion in Engines, 1992
Braun, G., Wolters, P., The Development Potentials of Gasoline Engines with Respect to Exhaust Emissions and Fuel Consumption, EAEC Congress, Bratislava 2001
Budianu, C., Călinescu, E., Elemente de ecologie umană, Editura Științifică și Enciclopedică, București 1982.
Cărăbaș, I.D., Nagi, M., Laza, I.I., Uricanu P.N., The Influence of the Fins Over the Performance Thermal and Fluid Dynamics of Heat Exchangers, HUMBOLDT Conference, Fac. de Mecanică, Univ. Politehnica, Timisoara 2010
Chang H., Zhang Y., Chen L., Gray Forecast of Diesel Engine Performance Based on Wear, Applied Thermal Engineering, 2003
Chen B., Qin Z., Analysis of Piston-Cylinder Dynamic Oil Film Behaviour , Proceedings 6-th International Congress on Tribology vol.IV-Eurotrib, Budapest 1993
Cooper, B., Diesel Catalytic after Treatment Systems for the , Engine Technology International, 1998
Diem, W., Injecting Some Competition, Automotive Engineer, July/August, 2001
Dodd, A., Holubecki, Z., The Measurements of Diesel Exhaust Smoke, MIRA Report, October 1965
Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG, Type. Maβe. Toleranzen, WKD 423710 2M Stand 8, Stuttgart 1992
Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG, Type. Maβe. Toleranzen, WKD 423910 2M Stand 8, Stuttgart 1993
Filippi, F., Vehicule industriale si mediul inconjurator, ATA, 1990
Funazaki, A., Taneda, K., Life Cycle Assessment on Automobile Shredder Residue Treatments of a 2002-year End-of-Life Vehicle, Proceedings of the 2002 Environmental Sustainability Conference and Exhibition, Published by SAE Inc. USA, 2001
Gaiginschi, R., Zătreanu, G., Motoare cu ardere internă-construcție și calcul , Editura Gh. Asachi , Iași 1995
Griffits, J.D., Mathematics in Transport Planning and Control, Univ. Of Walls – College of Cardiff, Ed. Clarendon Press, Oxford 1992
Gruden, D., Auto und Umwelt, Porsche A.G. Stand 1, Stuttgart 1998
Gruden, D., Umweltschutz in der Automobilindustrie: Motor, Kraftstoffe, Recycling, GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2008
Grunwald, B., Teoria, calculul și construcția motoarelor pentru autovehicule rutiere, Editura Didactică și Pedagogică, București 1980
Haseganu, C., Vladu, C., Reglementari legale pe plan european asupra emisiilor de noxe din gazele de esapament ale autovehiculelor, Revista inginerilor automobilisti nr. 4-5, 1992
Henderson, P.T., Wells, D., Haddox, M., Diesel Engines Emissions: A Timing Control Approach, SAE Technical Paper Series 871630
Hiroyasu, H., Measurements of Spray Characteristics and Fuel Vapor Concentration in a Diesel Spray, Univ. of , Japan 1994
Hirsiger, F., Tichtinsky, H., Modelisation numerique de l’etablissement d’une zone de combustion avec recirculation, ONERA 1979
Ionel, I., Ungureanu, C., Termoenergetica și mediul, Editura Tehnică, 1996
Ionel, I., Dispersia noxelor. Teorie si aplicatii, Editura Politehnica, Timisoara 2000
Johnson, M. R., Wang, M. H., Sustainability and Management of End-of-Life Vehicles Within the European Union’s Directive on ELVs, Proceedings of the 2002 Environmental Sustainability Conference and Exhibition, Published by SAE, USA 2001
Kamimoto, T., Bae, M., High Combustion Temperature for the Reduction of Particulate in Diesel Engines, SAE Technical Paper Series 880423
Kirilin, V., Termodynamique Technique, Edition MIR, Moscow 1981
Klinger, H. J., Size Analysis and Fractal Dimension of Diesel Particles Based on REM Measurements with an Automatic Imaging System, Journal of Aerosol Science vol. 20, 1989
Kobayashi, M., Method of Removing Nox in Exhaust Gases from a Diesel Engine, Patent nr. 5021227, 1991
Knoll, G., Peeken, H., Lechtape-Gruter, The Dynamics of Lubricated Piston Rings, Proceedings 6-th International Congress on Tribology vol.IV-Eurotrib, Budapest 1993
, , Reitz, R.D., Spray Combustion Processes in Internal Combustion Engine, , Medison 1996
Kuhlmann, P., 1993
Lenz, H. P., Cozzarini, C., Emissions and Air Quality, Published by , Warrendale 1999
Lenz, H. P., Pruller, S., Naderer, R., Visions for Clean Air – Future Requirements and Developments, FISITA World Automotive Congress, Helsinki 2002
Mayer, W. J., Lehman, D. C., The Contribution of Engine Oil to Diesel Exhaust Particulate Emissions, SAE Paper 900256
Metz, N., Contribution of Passenger Cars and Trucks to CO2, CH4, N2O, CFC and HFC Emissions, Proceedings of the 2002 Environmental Sustainability Conference and Exhibition, Published by SAE, USA 2001
Mitrache, A., Vaduva, G., Injectia de combustibil la motorul de automobil, SID 68, 1989
Monaghan, M., Putting Friction in Its Place, Internal Combustion Engine Research in Universities – C375/KN1, ImechE 1991
Mortimer, J., Alternative Power: Optimum Exposure, Automotive Engineer, September 2001
Moser, F., Zur Partikellemission von Nutzfahrzeug Dieselmotoren, MTZ 51, 1990
Nagi, M, Cărăbaș, I.D., Ilieș, P., Ghiță, E., Uricanu, P.N., The Exploitation Feature and the Efficiency of the Radiators with Sinusoidal Fins, BENA Conference, Fac. De Mecanică, Univ. Politehnica, Timisoara 2010
Neacșu, E., Nagi, M., Tabele, diagrame si formule termotehnice, Timisoara 1997
Neculai, N., Cromatografe de proces, Editura Tehnica, Bucuresti 1980
Negoițescu, A., Jădăneanț, M., Termodinamica pentru inginerie mecanica, Editura Orizonturi Universitare, Timisoara 2009
Negrea, V.D., Bazele cercetării experimentale a motoarelor termice, Timișoara 1978
Negrea, V.D., Motoare cu ardere internă. Procese. Economicitate. Poluare – vol. I, Editura Sedona, Timișoara 1997
Negrea, V.D., Automobilul un prieten ce poate deveni dusman, Conferinta ESFA, Bucuresti 1998
Negrea, V.D., Sandu, V., Combaterea poluării mediului în transporturile rutiere, Editura Tehnică , București 2000
Negrea, V.D., Procese în motoare cu ardere internă – vol. I, Editura Politehnica, Timișoara 2001
Negrea, V.D., Procese în motoare cu ardere internă – vol.II, Editura Politehnica, Timișoara 2003
Oprean, I.M., Andreescu, C., Dobrescu, B., Unele probleme ale automobilului la inceput de mileniu, Revista Inginerilor de Automobile nr.1, 1999
Oprean, I.M., Automobilul modern, Editura Academiei Romane, Bucuresti 2003
Oser, P., Brandstetter, W., Principii de bază ale reducerii poluării la motoare cu aprindere prin scanteie aplicând catalizatori, MTZ 45, 1985
Parker, D., The Measurement and Reduction of Piston Assembly Friction, Internal Combustion Engine Research in Universities-C375/017, ImechE 1991
Pischinger, F., Vehicle Engine Development Trends under Future Boundary Conditions, FISITA Congress, 1994
Popa, B., Silași, C., Bățagă, I., Rodarea și uzura motoarelor cu ardere internă, Editura Tehnică, București 1967
Raica, T., Construcția și calculul motoarelor cu ardere internă – vol.I-V, Timișoara 1978
Rakosi, E., Rosca, R., Manolache, G., Combustibili neconventionali oxigenati pentru motoare cu ardere interna, Editura Gh. Asachi, Iasi 2002
Rizii, A., W., Inouye, M., Time Finite Volume Method for Three Dimensional Blunt Body Flow – vol. 11, AIAA Journal 1973
Sandu, V., Marinescu, A., Aparatura moderna pentru masurarea emisiilor motoarelor Diesel, Conferinta ESFA, Bucuresti 1995
Schedel, R., Moving Towards the Optimum Combustion Process, Auto Technology vol. I, 2001
Seiffert, U., The Automobile in the Next Century, FISITA Congress, Praga 1996
Smith, E., Clarke D., Sherrington, The Measurement of Piston Assembly Friction in a Engine, Internal Combustion Engine Research in Universities-C433/031, ImechE 1991
Spalding, D.B., Some Fundamentals of Combustion, Academic Press, 1955
Stratulat, M., Andreescu, C., Diagnosticarea automobilului, Stiinta si Tehnica, Bucuresti 1998
Tecusan, N., Ionescu, E., Tractoare si automobile, Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti 1982
Thring, R., Piston Skirt Friction in Internal Combustion Engines, Internal Combustion Engine Research in Universities-C375/002, ImechE 1991
Ting L., Shih T., Piston Ring Friction Loss Behaviour for Motored and Fired Reciprocating Engines, Proceedings 6-th International Congress on Tribology vol.IV-Eurotrib, Budapest 1993
Tokar, A., Cercetări privind interacțiunea dintre automobilul echipat cu motor cu ardere internă și mediu, Teză de doctorat, Univ. Politehnica, Timișoara 2009
Tuzu, C., Motoare Diesel , Editura Tehnică, București 1966
Uricanu, P.N., Aspecte practice si de normare a activitatii de inspectie tehnica periodica pentru autovehicule, Dizertatie – Master, Fac. de Mecanica, Univ. Politehnica, Timișoara 2001
Uricanu, P.N., Audi Q7 Hybrid: The Clean Way to High Performance, International Symposium „ Man and the Environment” 5th Edition, Fac. de Mecanică, Univ. Politehnica, Timisoara 2007
Vasilescu, C. Q., Combaterea poluarii produse de motoarele cu ardere interna, Editura Academiei, 1975
Ventre, P., The Automotive Industry and the Environment – Acting Now to Protect the Future, FISITA Congress, Praga 1996
Vibe, G., Brennverlauf und Kreisprozess von Verbrennungsmotoren, VEB-Verlag Technik, Berlin 1970
Voicu, V., Tehnica desprafuirii aerului, Editura Tehnica, Bucuresti 1988
Walsh, P. M., Global Trends in Motor Vehicle Pollution Control-Accomplishments to Date and Challenges Ahead, FISITA World Automotive Congress, Helsinki 2002
Webb, A., A Piston Revolution, Engineering Management Journal, February 2002
Whitehouse, N.D., Baluswamy, N., Calculation of Gaseus Products During Combustion in Diesel Engine Using a Four Zone Model, SAE Paper No. 770410, USA 1977
Wiliams, A., Combustion of Liquid Fuel Sprays, ISBN 0-408-04113-7-1990
Williams, F.A., Combustion Theory, Addison-Wesley Publishing Company, 1965
Wolters, P., Fuel Economy Concepts for Gasoline Engines in Connection with Future Emission Legislation, FISITA Congress, 1998
Woschni, G., Elektronische Berechnung von Verbrennungsmotor-Kreisprozessen-MTZ, 1965 ,11
Yasuhiro, D., Future Technologies for Low-Emission and Fuel-Efficient Vehicles, FISITA World Automotive Congress, Helsinki 2002
Yeh, C., Kosaka, H., Kamimoto, T., Measurements of Drop Sizes in Unsteady Dense Spray, Tokyo Institute of Technology, Japan 1996
*** Automotive HandBook, Bosch 3-rd Edition, Stuttgart 1993
*** Kleine Kolbenkunde-Mahle, 1975
*** Zum Entwicklundsstand der Kolbenringe und Dichtungen fur Verbrennungsmotoren-MTZ-1978
*** Colecția de reviste MTZ
*** Colecția de reviste ATZ
*** Colecția de reviste Automotive Engineer
*** www.bosch.com
*** www.dieselgreen.com
*** www.porsche.com
*** www.audi.com
*** www.vw.com
*** www.sae.com
***www.avl.at
***manual utilizare AVL DiCom
***manual utilizare LabView 6.i
***Diesel Vehicle Emission and Urban Air Quality, QUARG 1993
***Obgastehnik fur Ottomotoren Tehnische Unterrichtung Bosch
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Influenta Caracteristicilor Energetice ale Combustibilului Asupra Performantelor Motoarelor cu Ardere Interna (ID: 141345)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.