oli vegetali - Unitus DSpace - Università degli Studi della Tuscia

oli vegetali - Unitus DSpace - Università degli Studi della Tuscia
UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DELLA TUSCIA
DIPARTIMENTO GEMINI
CORSO DI DOTTORATO DI RICERCA
MECCANICA AGRARIA XIX CICLO
Utilizzazione di biolubrificanti di origine vegetale nelle macchine e nelle
apparecchiature dei settori agricolo forestale
(AGR/09)
Coordinatore: Prof. Ing. Danilo Monarca
Firma
Tutor: Prof. Ing. Maurizio Carlini
Firma
Dottorando: Ing. Sonia Castellucci
Firma
INDICE
Introduzione generale
4
CAPITOLO I
Lubrificanti
Premessa
1.1. Proprietà dei lubrificanti
1.2. Additivi per lubrificanti
1.3. Lubrificanti liquidi
1.4. Oli sintetici
1.5. Lubrificanti pastosi e solidi
9
10
13
16
23
24
CAPITOLO II
Oli vegetali
Premessa
2.1. Caratteristiche degli oli vegetali
2.2. Caratteristiche chimiche dell’olio vegetale
2.2.1. Gli acidi grassi
2.2.2. I trigliceridi
2.2.3. I componenti minori
2.3. I metilesteri
26
26
29
30
34
36
39
CAPITOLO III
Macchine ed apparecchiature del settore agricolo-forestale
Premessa
3.1. Macchine agricole
3.1.1. La trasmissione
3.1.2. I sistemi idraulici
3.1.3. I lubrificanti agricoli
3.2. Funzionamento motore a due tempi
42
42
44
45
46
48
CAPITOLO IV
Biolubrificanti di origine vegetale
Premessa
4.1. Biolubrificanti di origine vegetale
4.2. Caratteristiche chimico-fisiche dei biolubrificanti
4.3. Reazioni di ossidazione nell’olio vegetale
2
50
51
53
54
CAPITOLO V
Sperimentazione bei biolubrificanti
Premessa
5.1. Utilizzazione di biolubrificanti in motori a due tempi
5.1.1. Descrizione del banco prova utilizzato
5.1.2. Protocollo di sperimentazione
5.1.3. Risultati della sperimentazione
5.2. Utilizzo di biolubrificanti in macchine agricole
58
59
59
65
71
78
Conclusioni
81
APPENDICE: Decreto Ministeriale 15 settembre 2004
Bibliografia
3
INTRODUZIONE
Il primo problema da affrontare quando si studiano i biolubrificanti si ha
nell’assenza di definizione univoca del termine, con il quale si intende:
•
lubrificanti di origine fossile con elevate proprietà biodegradabili e
non tossici;
•
lubrificanti di origine vegetale.
Data questa ambiguità non si hanno dati precisi riguardanti il consumo
Europeo di biolubrificanti di origine vegetale. I valori solitamente utilizzati
indicano in 100.000 t il consumo di biolubrificanti in Europa, meno del 2%
del mercato europeo dei lubrificanti, senza conoscere la percentuale precisa
relativa al consumo di biolubrificanti di origine vegetale.
In Italia non è presente un mercato di biolubrificanti di origine vegetale,
quindi per qualunque informazione si farà riferimento agli studi effettuati in
Germania e in Francia, dove, anche se
piccolo, esiste un mercato di
lubrificanti di origine vegetale. In dettaglio in Francia di 3.500 t di
biolubrificanti consumati annualmente circa 1.000 t sono di origine vegetale
(Tab. 1).
Tabella 1. Stima del mercato francese di biolubrificanti nel 2003
Olio per catena
Olio idraulico
Olio motore a 2 tempi
Lavorazione dei metalli
Trivellazione petrolifera
Utilizzi vari
TOTALE
TOTALE VEGETALE 1
(t)
200
400
50
200
150
1.000
TOTALE
BIODEGRADABILE (t)
300
1.000
500
200
500
1.000
3.500
I lubrificanti di origine fossile sono prodotti chimici che in base alle
direttive CE/1999/45 e CE/2001/58, hanno l’obbligo di etichettatura di
preparati pericolosi, inoltre dal 30 luglio 2002 devono esporre sulla
confezione il simbolo “N”, che indica la pericolosità per l’ambiente.
1
Queste cifre non includono gli additivi di qualsiasi natura, quali additivi trattati con acido solforico a base di olio di
caffè, di colza o di lino, utilizzati nella lavorazione dei metalli, che rappresentano circa 500-600 tonnellate
4
La quantità di lubrificanti rilasciati nell’ambiente, a causa dell’utilizzo o
delle perdite accidentali, è dell’ordine di 100.000-200.000 t/anno in Francia,
600.000 t/anno in Europa, circa il 15-20% dei lubrificanti consumati. In
dettaglio in tabella 2 si riportano le quantità di perdite di lubrificanti per
famiglia di applicazione, individuando le utilizzazioni con perdite totali
dell’olio e quelle in cui la dispersione nell’ambiente è solo accidentale.
Tabella 2. Principali applicazioni che creano perdite di lubrificanti nell’ambiente
Famiglie
di
applicazione
Principali applicazioni
che generano perdite
nell’ambiente
Motori a due tempi
Consumo
2003
Olio motore
344.700 t
X
Olio imbarcazioni
30.000 t
X
103.000 t
83.000 t
X
X
30.000 t
X
7.100 t
Olio
perduto
100%
X
Perdite
accid.
Olio motore
Ingranaggi e
trasmissione
Fluidi idraulici
Olio
ingranaggi
ammortizzatori
Lavoro
dei
metalli
Lubrificazione
generale
Lavorazione industriale
dei metalli
Strippaggio
8.000 t
X
Rotaie delle ferrovie
Catene di motoseghe
850 t
10.000 t
X
X
Trivellazioni petrolifere
100.000 t
X
e
Causa della
perdita
Fughe di benzina
e residui di
comb.
Fughe
accidentali
Contatto con
l’acqua
Fughe del
liquido sotto
pressione;
rottura circuiti
Applicazione in
grande quantità
Applicazione e
pulizia dei
supporti
Applicazione
Contatto diretto
dell’olio con il
bosco
Lubrificazione
testata della
trivella
Dato l’elevato carico inquinante dei lubrificanti in Germania nel 2000 è
partito il “Programma per l’introduzione dei biolubrificanti nel mercato
Tedesco”. Questo programma, promosso dal Governo Federale Tedesco e
dal Ministero dell’agricoltura, ha lo scopo di aumentare l’uso di oli vegetali
nei sistemi di lubrificazione e conta su un budget annuale di 10 milioni di
Euro. Il finanziamento, previsto nella misura massima di 100.000 Euro per
richiedente, coprirà: i costi di changeover fino al 100%, l’equipaggiamento
di biolubrificanti su nuove macchine nei settori delle macchine per
l’agricoltura e la selvicoltura, applicazioni in aree sensibili e in istallazioni
5
idriche. I biolubrificanti eleggibili al finanziamento devono rispettare delle
caratteristiche chimico fisiche ben precise:
•
contenuto di massa rinnovabile ≥ 50%;
•
classe di inquinamentoacque ≤ 1 (WGK tedesco classi da 0 a 3);
•
biodegradabilità ≥ 80% (CEC standard) o ≥ 60% (OECD standard);
•
ammessi lubrificanti per motori, ingranaggi, impianti idraulici ed
altro;
•
non sono ammessi lubrificanti per catene di motoseghe, e agenti
distaccanti per stampi (per tali applicazioni i biolubrificanti di
origine vegatale sono comunemente utilizzati in Germania e quindi
non necessitano di ulteriori forma di incentivazioni.
Un’ulteriore incentivazione alla produzione di biolubrificanti è arrivata
dalla Commissione europea che ha emanato i criteri per l’assegnazione ai
lubrificanti dell’etichetta ecologica europea Ecolabel, con la decisione 26
aprile 2005, n. 2005/360/CE. L’etichetta, nata nel 1992, è attualmente
gestita in base al regolamento (CE) n. 1980/2000, che prevede, per ciascuna
categoria di prodotto, criteri selettivi, ambientali e prestazionali, che i
prodotti devono rispettare al fin di poter ottenere tale riconoscimento. Questi
criteri vengono scelti sulla base di indagini di mercato e di studi di Life
Cycle Assessment (LCA), dopo lunghe concertazioni tra gli stati membri e
la consultazione delle parti interessate. È un processo lungo e impegnativo
che, pur garantendo trasparenza e correttezza al sistema, dall’altro, ne
rallenta lo sviluppo. Così dopo quasi quindici anni d’esercizio il sistema ha
emanato i criteri solo per 24 categorie di prodotto (22 merci e 2 servizi). Ciò
non toglie che molti produttori stiano trovando profitto nell’utilizzo
dell’etichetta e che il loro numero stia crescendo sempre più velocemente;
attualmente in Italia sono oltre 60 le aziende con prodotti etichettati, su circa
260 europee.
La categoria di prodotto “lubrificanti” è nuova nell’ambito dell’Ecolabel ed
è stata richiesta dai rappresentanti olandesi. I criteri avranno una validità di
quattro anni (31 maggio 2009); dopo questa data saranno sottoposti a
revisione. Non tutti i lubrificanti sono inclusi nella decisione, ma solo
alcune categorie comprendenti:
6
•
oli idraulici;
•
grassi;
•
oli per motosega;
•
oli per motori a due tempi;
•
disarmanti per calcestruzzo;
•
prodotti di lubrificazione a perdita totale.
Sono considerati gli usi sia professionali che privati e sono state, in pratica,
selezionate le categorie di prodotti con un elevato impatto ambientale
durante l’uso, perché destinati a perdersi nell’ambiente e non ricuperabili
per la tipologia del loro utilizzo (lubrificanti a perdita totale, oli per motori a
due tempi ecc.) o perché ad alto rischio di dispersione per perdite e
incidenti, come nel caso degli oli idraulici. Questi criteri di scelta dei
lubrificanti hanno chiaramente influito sulla caratterizzazione dei criteri
ambientali, molto incentrati sugli aspetti legati al rilascio e all’ecotossicità.
La finalità dichiarata dai criteri è infatti quella di promuovere prodotti che: l
siano poco nocivi per l’acqua e il suolo nel loro utilizzo, e l permettano di
ridurre le emissioni di CO2.
Scopo della decisione 2005/360/CE è quello di incentivare la diffusione dei
biolubrificanti. Con questo termine si intendono prodotti ad alta
biodegradabilità e bassa ecotossicità e in generale «ambientalmente
sostenibile». Purtroppo, non vi è una definizione univoca che ne consenta
una chiara classificazione e riconoscimento; quando nacquero, vent’anni fa,
infatti, erano principalmente originati da oli vegetali, mentre ora vi è la
tendenza a utilizzare esteri sintetici, che possono essere in parte derivati da
fonti rinnovabili. I criteri della decisione n. 2005/360/CE spingono
fortemente verso un, seppur ancora piccolo, mercato di lubrificanti derivati
da materie prime riciclate. Dati della Commissione del 1999 parlano di un
mercato dei biolubrificanti pari al 2%. Alcuni dei criteri riportati nella
decisione fanno riferimento all’intero prodotto, altri alle singole sostanze
componenti (fluido di base, agente addensatore, componente principale,
additivo); il limite, in quest’ultimo caso, è che i singoli componenti possano
essere stati deliberatamente aggiunti e rappresentare più del 0,1% rispetto al
contenuto del prodotto, sia prima che dopo eventuali reazioni chimiche
7
avvenute tra le sostanze mescolate per ottenere il preparato lubrificante.
I criteri non vengono più applicati anche nel caso in cui, durante la fase
d’uso, la sostanza perda la propria natura chimica, per cui non rientra più
nella classificazione delle sostanze pericolose, conformemente alla direttiva
1999/45/CE, e per la quale meno dello 0,1% nella parte trattata conserva la
forma precedente all’applicazione. I criteri sono divisi in 7 sezioni,
corrispondenti ad aspetti significativi:
1. fasi di rischio “R” indicanti un pericolo per l’ambiente e per la salute
umana;
2. tossicità acquatica;
3. biodegradabilità e potenziale di bioaccumulazione;
4. esclusione di specifiche sostanze;
5. materie prime riciclabili;
6. prestazioni tecniche;
7. informazioni da riportare sul prodotto assieme all’etichetta.
8
Capitolo I
LUBRIFICANTI
Premessa
I lubrificanti sono sostanze che interponendosi tra due superfici in
movimento relativo ne impediscono il contatto diretto riducendo i fenomeni
di attrito e di usura e facilitando lo scorrimento reciproco. Due componenti
che strisciano l’uno contro l’altro tendono a scaldarsi e a dar luogo al
grippaggio (ingranamento) del dispositivo; il lubrificante, interponendosi tra
i componenti e aderendo a essi, sostituisce l’attrito tra le parti con l’attrito
interno o viscosità, che è molto più modesto, e riduce il riscaldamento. La
presenza dei lubrificanti migliora il rendimento di macchine e motori e,
inoltre, esercita spesso un’azione raffreddante e previene la formazione di
ruggine, depositi, incrostazioni.
Fondamentale è la capacità dei lubrificanti di aderire fortemente alle
superfici da lubrificare, anche sotto forti pressioni; tale aderenza dipende
dalla natura dei legami che si instaurano tra il lubrificante e la superficie
lubrificata. Assai importante è anche la dipendenza della viscosità del
lubrificante dalla temperatura; è auspicabile che la viscosità sia la stessa a
tutte le temperature per garantire prestazioni costanti.
Un’importante applicazione dei lubrificanti è quella che si ha nei motori per
autotrazione dove il fluido viene forzato a circolare da una pompa che lo
spinge in appositi canali verso i punti da lubrificare. Esso ritorna poi dalle
zone lubrificate nella coppa per essere rimesso in circolazione dalla pompa.
Il sistema di lubrificazione è completato da un filtro e da un radiatore
refrigerante.
Tenendo conto di tutte le possibili applicazioni si possono classificare i
lubrificanti, in base al loro stato di aggregazione, in lubrificanti liquidi,
pastosi e solidi.
9
1.1. Proprietà dei lubrificanti
Il parametro più importante è la viscosità; essa misura la resistenza opposta
da un liquido alle forze che tendono a farlo scorrere ed è quindi un indice
dell’attrito interno. Esistono diversi tipi di viscosità : dinamica o assoluta,
cinematica , relativa.
VISCOSITÀ DINAMICA. In un liquido che scorre su una superficie piana
ferma spinto da una forza F lo strato a contatto con la superficie è privo di
moto mentre quello che si trova a una distanza x si muove con una velocità
v . La forza necessaria per mantenere alla velocità la superficie S distante x
dalla superficie solida ferma è proporzionale all’area S, al gradiente di
velocità
∆v/ ∆x
e a un coefficiente
η
, caratteristico del fluido
considerato, chiamato coefficiente di viscosità ( o semplicemente viscosità ).
E’ cioè
F =
ηS ∆v/∆x . La viscosità η
è misurata in poise o in
centipoise; essa può essere determinata con il viscosimetro di Mac Michael
che consiste in due cilindri cavi affacciati fra i quali viene interposto il
lubrificante. Uno dei due dilindri viene posto in rotazione è si misura o la
forza di trascinamento che esercita sull’altro o la forza frenante che quello
fermo esercita su quello in movimento.
La viscosità dinamica η compare anche nell’equazione di Poiseuille che si
riferisce al moto di un volume v di liquido che defluisce nel tempo t in un
capillare di lunghezza l e di raggio r in presenza di una differenza di
pressione p esistente agli estremi del capillare. E’ v = πpr4t / 8ηl. .Essa
può essere determinata con il viscosimetro di Ostwald che consiste in un
tubo capillare che collega due piccoli contenitori. Il lubrificante viene
aspirato nel recipiente superiore e poi si misura il tempo che un determinato
volume impiega per scendere in quello inferiore. Si confronta il tempo con
quello impiegato da un liquido di viscosità e densità note; si ha η1/ η
2
=
t1d1 / t2d2.
In campo autoveicolistico è comunemente usata una viscosità ( in secondi )
Saybolt che corrisponde ai secondi che, alla temperatura di prova, 60 cm3
di olio impiegano a uscire dal viscosimetro standardizzato di Saybolt. Sui
valori a -17,8°C (= 0°Fahrenheit) e a 98,9 °C (=210°F) della viscosità è
basata la classificazione degli oli lubrificanti per motori SAE (Society of
Automotive Engineers )
10
La classificazione SAE prevedeva nel passato lubrificanti contrassegnati
dalle sigle 10W , 20W , 30W (W = winter ) a seconda che fossero idonei a
temperature basse, medie, alte. Gli attuali oli multigrado hanno sigle del tipo
SAE10W30 oppure SAE15W40 per indicare che a basse temperature si
comportano come i vecchi lubrificanti
SAE10
e
SAE15
e ad alte
temprature come quelli SAEW30 e SAEW40 .
La viscosità dinamica η compare anche nell’equazione di Stokes che dà la
velocità di caduta v di una sfera di densità d2 e di raggio r in un
lubrificante di densità d1 e viscosità η .
É v = 2g(d2 – d1 ) r2 / η , dove g è l’accelerazione di gravità. Su questa
formula è basato il viscosimetro di
Hoppler
che consiste in un tubo
trasparente inclinato riempito di lubrificante con densità d1 nel quale viene
inserita una sfera di acciaio di densità d2 , cronometrandone poi il tempo t
di caduta. É η = kt(d2 – d1) , dove k è una costante caratteristica
dell’apparecchio di misura.
VISCOSITÀ CINEMATICA. Talvolta, in luogo della viscosità dinamica, si
ricorre alla viscosità cinematica ν ; essa è data dal rapporto tra la viscosità
dinamica η e la massa volumica
(o densità ). E’ cioè ν = η/d. L’unità di
misura della viscosità cinematica è lo stokes o il centistokes.
VISCOSITÀ RELATIVA. La viscosità relativa di un lubrificante deriva dal
confronto con la viscosità dell’acqua alla stessa temperatura. Si tratta di un
numero adimensionale corrispondente al rapporto tra il tempo di efflusso del
lubrificante e quello di un ugual volume di acqua attraverso un foro sottile
praticato sul fondo di un contenitore. L’apparecchio si chiama viscosimetro
di Engler e dà la viscosità in gradi Engler, E°.
FLUIDITÀ. Il termine viene talvolta impiegato quando sono preminenti i
problemi di natura reologica. La fluidità ϕ è il reciproco della viscosità
dinamica. E’ cioè ϕ = 1/ η = 1/ νd ( η = viscosità dinamica; ν =
viscosità cinematica; d = densità ).
INDICE DI VISCOSITÀ. E’ un numero pratico che serve a quantificare in
che misura la viscosità di un lubrificante è influenzata da variazioni di
temperatura. L’indice di viscosità è alto quando la viscosità varia poco con
la temperatura. Per valutarlo si confronta l’olio in esame (vedi Fig 1), con
due oli campione con uguale viscosità a 98,9°C, ma
11
con
viscosità molto diverse a
bassa temperatura, dando indice
100
all’olio con viscosità che varia poco alle basse temperature e indice 0 a
quello che presenta maggiori variazioni. L’indice di viscosità ( I.V. ) si
ottiene dalla relazione :
I.V. = (L - U ).100 / L – H
dove L , H e U sono le viscosità a 37,8°C.
DENSITÀ O MASSA VOLUMICA. E’ un parametro indicativo della
costituzione del lubrificante; la densità è bassa, a parità di viscosità, per i
prodotti paraffinici e più alta per quelli aromatici o cicloparaffinici; per uno
stesso tipo aumenta con la viscosità e diminuisce all’aumentare dell’indice
di viscosità. La densità può essere espressa oltre che come la massa per
unità di volume (e vale allora 0,86 – 0,89 g/cm3 ), anche come rapporto tra
la massa di un dato volume di lubrificante a 15,6°C e la massa di un ugual
volume di acqua (peso specifico a 15,6°/15,6° ) , oppure come densità API
( American Petroleum Institute ).
E’ densità API = 141,5 / peso specifico a 15,6°/15,6° - 131,5.
PUNTO DI INFIAMMABILITÀ. È la temperatura alla quale , a seguito
della presenza di prodotti infiammabili presenti, una fiammella provoca
l’accensione della superficie del lubrificante. Nei lubrificanti nuovi varia da
130° a 300 °C e dipende dalla viscosità e dalla presenza di additivi.
PUNTO
DI
INTORBIDAMENTO. È la temperatura alla quale il
lubrificante comincia a perdere di trasparenza a causa della comparsa di
particelle solide di paraffina.
12
PUNTO
DI
SCORRIMENTO. È la temperatura alla quale l’olio
lubrificante mostra ancora una certa scorrevolezza in particolari condizioni
operative. Essa precede di 3°C la temperatura alla quale il lubrificante è
praticamente tutto solidificato. Si hanno temperature di scorrimento alte se i
lubrificanti sono ricchi in idrocarburi paraffinici e basse se predominano
quelli cicloparaffinici.
STABILITÀ TERMICA. Indica la resistenza di un lubrificante a
modificarsi a causa di aumenti di temperatura che provocano la rottura delle
grosse molecole in frammenti più piccoli a elevata tensione di vapore. Le
temperature di decomposizione variano attorno ai
330°–340 °C , ma
possono differire significativamente a seconda che sia o meno presente
l’ossigeno. Come indicazione di carattere generale si può precisare che negli
autoveicoli la temperatura nella coppa dell’olio è vicina a 100°C e che per
tempi brevi in alcuni punti del motore la temperatura del lubrificante può
raggiungere i 300°C.
CALORE SPECIFICO E CONDUCIBILITÀ TERMICA. Sono parametri
importanti quando i lubrificanti esplicano anche un’azione refrigerante. Il
calore specifico aumenta con la temperatura mentre la conducibilità termica
diminuisce all’aumentare sia della temperatura sia della viscosità. L’ordine
di grandezza del calore specifico è di 1,4 –1,5 J.g-1.°C-1 e quello della
conducibilità termica di 0,12 – 0,14 W.m-1.°C-1.
1.2. Additivi per lubrificanti.
Gli additivi sono componenti degli oli lubrificanti organizzati in miscele
complesse (pacchetti) che unite al mix di basi permettono di raggiungere il
livello prestazionale richiesto. L’interazione tra i vari additivi può essere
sinergica o antagonista: lo studio di tali interazioni è la base per
l’acquisizione del know-how per la realizzazione del lubrificante richiesto.
Gli additivi possono essere classificati in base al fatto che:
•
migliorano le caratteristiche intrinseche delle basi (modificatori
dell’Indice di Viscosità, miglioratori del punto di scorrimento,
antischiuma/disemulganti);
•
impartiscono nuove proprietà (antiusura/EP, detergenti, disperdenti,
anticorrosivi);
13
•
allungano la vita del lubrificante (antiossidanti).
Additivi detergenti . Sono prodotti che tendono a limitare la formazione di
sostanze non solubili nei lubrificanti, derivanti dai prodotti della
combustione o dall’alterazione dei lubrificanti, che si verifica nel
funzionamento a caldo dei motori. Nello strato di olio che ricopre le
superfici del cilindro si possono formare morchie che devono essere
rimosse.
Additivi disperdenti. Sono prodotti complementari a quelli detergenti che
hanno la funzione di mantenere i prodotti insolubili derivanti dal
funzionamento del motore sospesi nel lubrificante sotto forma di dispersione
finissima.
Additivi antiossidanti. Poiché i lubrificanti sono
esposti in esercizio
all’azione dell’ossigeno, dell’alta temperatura, dell’umidità, di metalli
pesanti occorre proteggerli dall’alterazione ossidativa che porta alla
formazione di prodotti di natura acida e di morchie.
Additivi miglioratori dell’indice di viscosità. Sono sostanze che aggiunte ai
lubrificanti diminuiscono la dipendenza della viscosità dalla temperatura. Si
impiegano a questo fine macromolecole polimeriche che a freddo sono
arrotolate su se stesse, con una piccola superficie di contatto con il
lubrificante. A caldo, quando la viscosità tende a diminuire, le molecole si
srotolano e instaurano con il lubrificante legami secondari che consentono
quest’ultimo di limitare notevolmente la perdita di viscosità. I polimeri
impiegati a questo fine appartengono alla famiglia dei polimetacrilati;
la natura del radicale R determina l’influenza sull’indice di viscosità.
Poiché questi additivi miglioratori fanno aumentare anche la viscosità del
lubrificante è necessario che il lubrificante di partenza sia poco viscoso. Il
ricorso ad additivi di questo tipo ha consentito la produzione di lubrificanti
14
che appartengono a più di una gradazione di viscosità
SAE ; questi
lubrificanti, che si chiamano multigrado od oli quattro stagioni, presentano
una viscosità relativamente modesta a freddo e relativamente alta a caldo e
quindi consentono di non ricorrere all’impiego di lubrificanti differenti
d’inverno e d’estate.
Additivi che abbassano il punto di scorrimento. Alte temperature di
scorrimento sono dovute alla presenza di idrocarburi paraffinici che
solidificano a temperature relativamente elevate, provocando forti resistenze
allo scorrimento. Questi idrocarburi vengono in buona parte eliminati dai
lubrificanti; la frazione superstite viene neutralizzata dall’aggiunta di
additivi che trasformano i solidi paraffinici a struttura tabulare in
microparticelle che, a causa delle ridotte dimensioni e della morfologia
sferica, non impediscono lo scorrimento del lubrificante.
Additivi che modificano l’attrito e l’usura. Vi sono dispositivi nei quali è
difficile garantire uno strato continuo di lubrificante. Le conseguenze
possono essere l’irreparabile saldarsi delle superfici in movimento relativo
oppure la lenta e continua asportazione di materiale. Si aggiungono allora
additivi untuosanti costituiti da acidi grassi, da esteri di acidi grassi, da
ammine, da nitrili. Sono tutti prodotti caratterizzati da molecole con una
parte oleosolubile, rivolta verso il lubrificante, e con una parte contenente
raggruppamenti chimici a forte polarità che si ancorano sulle superfici da
lubrificare rendendo difficile il loro allontanamento e garantendo così la
lubrificazione. Nel caso di dispositivi in cui le parti sono mantenute a
contatto sotto carichi molto forti si impiegano gli additivi per pressioni
estreme realizzati con prodotti organici oleosolubili contenenti elementi
fortemente elettronegativi come
Cl , S , P . Questi si ancorano sulle
superfici è in particolari condizioni possono decomporsi formando pellicole
di cloruri, di solfuri, di combinazioni fosforate, caratterizzate da basi
coefficienti di attrito e alti punti di fusione, che permangono anche a
temperature relativamente elevate. Analogamente in alcuni processi di
formatura dei metalli nei quali occorre lubrificare gli stampi dove avviene la
deformazione dei semilavorati e nei quali le pressioni richieste sono troppo
elevate per garantire la presenza di uno strato di olio, si usano oli per
15
lubrificazione limite a base di acidi grassi in grado di reagire con le superfici
metalliche per formare uno strato superficiale di sapone molto tenace.
Additivi anticorrosione e antiruggine . Sono sostanze che vengono aggiunte
per preservare i motori durante l’immagazzinamento o le soste
proteggendoli dalla corrosione dovuta ai prodotti acidi della combustione e
dall’arrugginimento provocato dall’azione combinata di umidità e ossigeno
atmosferico. L’azione necessaria può anche essere espletata dagli additivi
antiossidanti o antiusura.
1.3. Lubrificanti liquidi
La classe più importante è costituita dai lubrificanti petroliferi, costituiti da
miscele di idrocarburi provenienti dalle frazioni altobollenti del petrolio. Si
ricavano distillando a pressione ridotta , circa 1/20 di atmosfera, i residui
della distillazione del petrolio grezzo, raffinando le frazioni distillate
mediante estrazione con solventi (propano liquido, fenolo
C6H5-OH.
p.cresolo CH3-C6H5-OH ) che sciolgono le frazioni lubrificanti, ma non gli
idrocarburi poliaromatici, i composti eterociclici, gli asfalti ed eliminando le
paraffine ad alto punto di fusione.
I lubrificanti liquidi petroliferi risultano costituiti da idrocarburi con peso
molecolare che varia da 150 a 1000 , di tipo saturo oppure di tipo
aromatico o cicloparaffinico con catene laterali contenenti da 7 a 20 atomi
di carbonio. Opportunamente additivati sono in grado di garantire eccellenti
proprietà lubrificanti, stabilità termica, resistenza all’ossidazione, idonee
proprietà reologiche (ossia legate alla viscosità dell’olio). Per impieghi
particolari si possono utilizzare lubrificanti sintetici. Le categorie di
lubrificanti liquidi che più interessano in questa trattazione risultano essere:
•
olio motore;
•
oli per la trasmissione;
•
oli idraulici.
Olio motore
In un motore 4 tempi l’olio deve “aiutare” in misura sostanziale i segmenti a
fare una buona tenuta; deve inoltre assicurare una valida protezione delle
superfici metalliche nei confronti della corrosione e deve contribuire a
16
mantenere puliti i componenti con i quali entra in contatto. Infine, cosa non
meno importante, esso deve contribuire in misura considerevole al
raffreddamento del motore.
Per quanto riguarda invece i motori a due tempi il lubrificante viene
miscelato direttamente con la benzina ed alimentato al serbatoio.
Gli oli motore devono essere adeguati alle diverse esigenze di lubrificazione
derivanti dalle condizioni di funzionamento e pertanto si differenziano,
anche notevolmente, come caratteristiche e prestazioni.
Per distinguere questi oli è quindi necessario ricorrere ad opportuni sistemi
di classificazione.
I sistemi di classificazione più usati sono quelli basati sulla viscosità, sulle
condizioni di esercizio e sulle prestazioni.
Classificazione
in
base
alla
viscosità
(SAE):
per
stabilire
una
differenziazione degli oli lubrificanti secondo la loro viscosità ci si riferisce
alla classifica SAE (Society of Automotive Engineers). Essa stabilisce che
gli oli vengano raggruppati in diverse classi o gradazioni. Ciascuna classe
viene contraddistinta da un numero convenzionale e indica oli che rientrano
in determinati limiti di viscosità. La classificazione è schematizzata nella
tabella 1.1: in essa sono riportati gli intervalli di viscosità di ciascuna
gradazione alle temperature di riferimento stabilite dalla SAE.
Tali temperature riproducono due condizioni estreme che si possono
verificare nel funzionamento dei motori:
a freddo (—18°C), in fase di avviamento in climi particolarmente
rigidi;
a caldo (100°C), nel funzionamento a regime dei motori. Questa
temperatura, scelta originariamente come rappresentativa delle
temperature dell'olio nella coppa durante il funzionamento a regime,
è tuttora valida per definire le gradazioni SAE; tuttavia bisogna tener
presente che, con il progredire della tecnica motoristica, attualmente
le temperature dell'olio nella coppa possono raggiungere valori
sensibilmente superiori (fino ed oltre 150°C).
17
Tabella 1.1. Classificazione SAE per gli oli motore
(*) Gli oli con viscosità a -18°C inferiore a 5000 cP possono essere
designati 15W.
I numeri convenzionali delle gradazioni SAE, definite alla temperatura di 18°C sono seguiti dalla lettera W, iniziale della parola inglese " winter "
(inverno), per indicare appunto le condizioni climatiche nelle quali tali oli
sono chiamati a lavorare. In tabella 1.2 si ha la proposta di nuova
classificazione SAE per gli oli motore.
Classificazione in base alle condizioni di esercizio ed alle prestazioni
La classificazione SAE, fondata sulla viscosità, non risponde alla esigenza
di definire il livello qualitativo e la idoneità dei singoli prodotti ad essere
impiegati in condizioni di esercizio diverse. Si è resa quindi necessaria
l'introduzione di altri sistemi di classificazione, quali le classificazioni API.
La prima classificazione fu presentata nel 1947 dall'American Petroleum
Institute (API), che definì tre tipi di olio motore in base alla loro
additivazione. Essi erano: Regular, Premium, Heavy Duty (HD).
In linea generale gli oli del tipo Regular erano minerali puri, quelli tipo
Premium contenevano inibitori di ossidazione e quelli Heavy Duty (HD)
contenevano inibitori di ossidazione e limitate quantità di additivi
detergenti-disperdenti.
18
Le denominazioni Premium ed HD sono ancora impiegate, ma con
significato diverso da quello che avevano in origine: Premium indica
genericamente un prodotto di buona qualità mentre HD contraddistingue gli
oli con alte proprietà detergenti-disperdenti. Questa classificazione non
teneva conto delle differenti esigenze di lubrificazione dei motori a benzina
e di quelli Diesel; inoltre non prendeva in considerazione le diverse
condizioni di funzionamento dei motori. Per tali ragioni sia i costruttori di
motori che i produttori di olio riconobbero che essa era del tutto inadeguata.
Di conseguenza l'API, con la cooperazione dell'American Society for
Testing and Materiais (ASTM) sviluppò nel 1952 un nuovo sistema di
classificazione; detto sistema fu revisionato nel 1955 ed ancora nel 1960.
La seconda classificazione API descriveva le condizioni di servizio dei
motori. Essa prevedeva tre servizi diversi per i motori a benzina (ML, MM,
MS) e tre per i motori Diesel (DG, DM, DS), i servizi sono descritti nella
tab. 1.3.
Questo sistema non dava indicazioni sulle caratteristiche che un olio doveva
possedere per essere incluso nelle singole classi; di conseguenza esisteva un
largo margine di discrezionalità nell'indicare la rispondenza di un prodotto
ai vari tipi di servizio.
Per evitare tale indeterminatezza tre grandi case automobilistiche americane,
la General Motors, la Ford e la Chrysler, si accordarono nel 1957 per
mettere a punto metodi di prova su motori a benzina di loro produzione che
esprimessero in termini quantitativi i requisiti che un olio doveva avere per
essere qualificato idoneo al servizio MS.
I metodi di prova, ufficializzati con la denominazione di sequenze MS,
erano originariamente in numero di cinque, indicati con i numeri romani I,
II, III, IV e V. Subirono in seguito successive modifiche per cui attualmente
sono ridotti a tre. Per quanto riguarda i lubrificanti per motori Diesel, non
essendosi raggiunto l'accordo sui metodi di prova da adottare, invalse l'uso
di considerare idonei ai servizi DG, DM e DS gli oli che rispondevano alle
seguenti specifiche:
Servizio DG: Specifica MIL-L-2104 A dell'USA Departement of thè
Army o specifica Militare Britannica DEF-2101-C.
19
Tabella 1.3. Seconda classificazione API.
Servizio DM; Specifica U.S. Army 2-104B Supplement 1, o MIL-L2104 B, o DEF-2101-D.
Servizio DS: Specifica MIL-L-45199 B, o Caterpillar Superior
Lubricant Series 3.
La seconda classificazione API era già un grande passo in avanti rispetto
alla precedente, ma, come abbiamo visto non stabiliva quali dovessero
essere le prestazioni dell'olio per essere idoneo ai diversi servizi. Si era
20
creata inoltre la necessità di un sistema più flessibile, aperto cioè ai prodotti
più avanzati che, come era prevedibile, sarebbero stati formulati
successivamente alla sua definizione.
Per tali ragioni, nel biennio 1969-1970 l'API, l'ASTM e la SAE cooperarono
per mettere a punto una classificazione completamente nuova.
La SAE stabilì che dovevano essere considerate otto categorie di oli motore
di interesse commerciale. Da parte sua l'ASTM stabilì i metodi di prova e le
prestazioni per ciascuna delle otto categorie. L'API invece preparò un
linguaggio d'impiego, introducendo nuove sigle per ciascuna delle diverse
condizioni di esercizio.
Il nuovo sistema di classificazione ha permesso di definire o distinguere con
migliore precisione gli oli motore in base alle loro prestazioni e di correlare
più facilmente ciascun, olio al tipo di servizio per il quale è stato studiato.
La più recente versione della nuova classificazione API comprende dieci
tipi di servizio, sei per motori a benzina e quattro per motori Diesel.
Le sigle dei diversi servizi sono formate da due lettere, delle quali la prima
indica se l'olio è destinato a motori a benzina (lettera S) o a motori Diesel
(lettera C) mentre la seconda è ottenuta dalla successione delle lettere
dell'alfabeto. Si hanno quindi rispettivamente le due serie di sigle SA, SB,
SC, SD, SE, SF e CA, CB, CC, CD.
Nelle tabella 1.4 è riassunta l'attuale classificazione API con le descrizioni
dei servizi, le specifiche militari e civili corrispondenti e le prove
motoristiche che devono essere superate per ogni servizio.
Per ciascun servizio è riportata anche la sigla corrispondente della seconda
classifica API.
Olio per trasmissione
Per questo tipo di oli rimangono importanti le funzioni di asportazione del
calore generato per attrito e le caratteristiche di protezione delle superfici
metalliche, inoltre questi oli utilizzati per cambi di velocità, differenziali
e/o riduttori devono possedere ulteriori proprietà:
una elevata stabilità all’ossidazione adeguata a lunghi periodi di
esercizio
pur
in
presenza,
solitamente,
di
funzionamento inferiori a quelle degli oli motore;
21
temperature
di
avere incrementate caratteristiche antischiuma, per contrastare la
violenta agitazione prodotta dagli ingranaggi nel bagno d’olio;
proprietà antiruggine, per proteggere le superfici metalliche anche
dall’azione importante dovuta all’umidità atmosferica.
Tabella 1.4. Classificazione API per oli per motori a benzina
Olio idraulico
In alcuni tipi di trasmissioni (ad esempio quelle automatiche) un lubrificante
deve poter funzionare come fluido idraulico, trasmettendo potenza con
prontezza attraverso convertitori di coppia o giunti idraulici, e deve
22
mantenere corretti coefficienti di attrito nel tempo tra i dischi frizione, per
assicurare cambiate dolci e lineari. La caratteristica però più importante che
un lubrificante deve possedere nel campo delle trasmissioni (in particolar
modo in quelle più sollecitate dotate eventualmente di ingranaggi ipoidi) è
la capacità di sopportare i carichi elevati che si generano abitualmente tra i
denti in presa. L’ottenimento di queste prestazioni avviene tramite additivi
che hanno elevata reattività chimica con i materiali ferrosi: tali additivi
devono però essere selezionati accuratamente per non presentare (cosa non
rara) reattività di tipo corrosivo nei confronti di alcune leghe metalliche.
1.4. Oli sintetici
Gli oli sintetici derivano, come suggerisce il nome, da processi di sintesi
chimica. A seconda del tipo di processo chimico, si ottengono basi
sintetiche di diversa natura e con diverse caratteristiche. Le principali
famiglie sono: poliolefine, idrogenati o hydrocracked, poliisobuteni, esteri e
poliglicoli. Nel settore autotrazione, vengono impiegati in larga misura le
poliolefine e gli hydrocracked; esteri e poliisobuteni sono impiegati in
maggioranza nella formulazione di oli due tempi, mentre con i poliglicoli si
producono oli industriali e fluidi freni.
Si tratta di prodotti di origine petrolifera profondamente modificati e
costituiti da molecole selezionate che presentano viscosità pochissimo
dipendente dalla temperatura, scarsa tendenza all’evaporazione, resistenza
alle alte temperature.
Dal punto di vista delle prestazioni, rispetto agli oli minerali, gli oli sintetici
sono più scorrevoli alle basse temperature, più stabili alle alte e presentano
una maggiore resistenza alla degradazione chimica.
I vantaggi dati dall’utilizzo di lubrificanti sintetici sono indiscutibili;
avviamenti del motore più rapidi, migliori prestazioni del motore in termini
di potenza, consumi d’olio ed emissioni, maggiore protezione della
meccanica e minori consumi d’olio.
Questi lubrificanti garantiscono costanza di prestazioni dei lubrificanti per
autoveicoli anche dopo percorrenze dell’ordine di
chilometri.
23
20,000 – 30.000
In altri casi si impiegano lubrificanti a base non di idrocarburi, ma di esteri
che presentano un campo di temperature di impiego più ampio di quello
degli oli minerali e che vengono usati nei motori degli aviogetti.
Un’altra categoria di lubrificanti sintetici è quella dei poliglicoli, es. il
glicole polipropilenico, solubili nell’acqua e negli idrocarburi con i quali è
possibile preparare lubrificanti acquosi da impiegare dove esiste pericolo di
incendi.
1.5. Lubrificanti pastosi e solidi
Lubrificanti pastosi
Sono costituiti da sostanze di origine animale, vegetale o minerale di
consistenza semisolida. I più importanti sono i grassi minerali lubrificanti,
ottenuti mescolando agli oli minerali un addensante costituito da saponi di
metalli pesanti (piombo), alcalini (sodio, litio), alcalino-terrosi (calcio).
Oltre a esplicare l'azione lubrificante, proteggono le parti in movimento da
sostanze estranee, come la polvere e la ruggine , e dall'acqua.
La loro consistenza ne consente l’adesione alle superfici da lubrificare,
anche se verticali, senza l’aiuto di costosi sistemi di tenuta, impedendo
l’ingresso di povere e umidità. L’agente ispessente è costituito da saponi
formati da sali di Li, Na, Ca, Al degli acidi oleico, stearico, palmitico per
impieghi a temperature inferiori a 200°C e da sostanze solide ad alto punto
di fusione quali argilla, silice, ammidi aromatiche per impieghi a
temperature superiori. Per ampliare l’impiego alle basse e alle alte
temperature i saponi possono essere sostituiti da oli sintetici, siliconi, esteri,
fluoroderivati, tutti a bassa volatilità.
Nei grassi ispessiti con saponi, l’ispessente è sotto forma di fibre lunghe da
1 a 100 µm con diametri di 1/10 – 1/100 della loro lunghezza. Queste
fibre ispessiscono il lubrificante formando una struttura reticolare che
trattiene capillarmente l’olio. Quando i grassi sono fortemente sollecitati
oltre una soglia limite si ha la rottura della struttura reticolare e la viscosità
crolla al valore di quella del lubrificante liquido. Tale variazione è
reversibile e la struttura reticolare si ripristina quando la sollecitazione
diminuisce d’intensità. Nella più importante applicazione dei grassi
lubrificanti, che concerne i cuscinetti a sfera o a rulli, la sollecitazione di
24
taglio fra le parti in movimento relativo è molto forte. Il grasso sembra non
rammollire in quanto in buona parte è lontano dalle superfici da lubrificare;
la frazione che si trova su tali superfici si trasforma invece in un materiale
molto molle e oleoso con ottime proprietà lubrificanti.
Lubrificanti solidi
Sono costituiti da minerali a struttura lamellare che permette loro di
sfaldarsi e di aderire alle superfici. Si usano quando le temperature di
esercizio superano i 200 °C o quando la parte da lubrificare è accessibile
con difficoltà.
Si comportano in questo modo la grafite, il talco ( 3MgO.4SiO2.H2O ), il
disolfuro di molibdeno ( MoS2 ), il nitruro di boro ( BN ). Un problema
importante nell’uso dei lubrificanti solidi è il mantenimento di uno strato
sufficiente tra le superfici a contatto. Se vengono applicati in sospensione in
un fluido tendono a depositarsi senza raggiungere la zona da lubrificare; se
vengono applicati sotto forma di pasta per contrastarne la precipitazione è
difficile forzarli negli spazi stretti tra le superfici da lubrificare. Inoltre
alcuni prodotti come la grafite e il MoS2 si ossidano molto rapidamente
all’aria a temperature superiori a 400°C e devono essere sostituiti da altri
lubrificanti solidi, se non può essere evitato il contatto con l’ossigeno.
25
Capitolo II
OLI VEGETALI
Premessa
Gli oli vegetali sono sostanze grasse contenute, in percentuali variabili, nei
semi o nei frutti delle piante, quelli maggiormente utilizzati industrialmente
per scopi alimentari provengono dai semi di arachide, girasole, soia,
sesamo, colza e ravizzone, cotone e dai frutti di palma, olivo e cocco.
I semi oleosi sono solitamente formati da un guscio privo di sostanze grasse
e da una mandorla contenente i colitedoni, l’albume e l’embrione o germe;
solitamente si sfrutta tutto il seme per ricavarne la parte grassa.
I frutti oleosi possiedono una polpa che circonda il nocciolo, all’interno del
nocciolo è situata la mandorla. La sostanza grassa può essere ricavata dalla
lavorazione di tutto il frutto (olio di oliva) o trattando separatamente la
polpa (olio di palma) o la mandorla (olio di palmisti). I frutti oleosi tendono
a deteriorarsi rapidamente poiché contengono lipasi, enzimi in grado di
scindere i grassi.
Ogni specie oleaginosa produce un olio con caratteristiche specifiche alcune
delle quali ne influenzano le modalità di utilizzo, si hanno, però, delle
proprietà comuni: elevata viscosità, minor potere calorifico rispetto agli oli
minerali, basso numero di
cetano , bassa distillabilità a pressione
atmosferica.
2.1 Caratteristiche degli oli vegetali
Consideriamo più dettagliatamente le caratteristiche degli oli vegetali :
Acidità totale: si esprime in milligrammi di idrossido di potassio (KOH)
necessari per neutralizzare tutti gli acidi grassi presenti in un grammo di
olio; è diversa a seconda che si tratti di olio grezzo o raffinato, nel primo
caso si ha acidità di 3 mg KOH/g, nel secondo di 1 mg KOH/g. Questo è un
26
indice molto importante, infatti, gli acidi grassi liberi sono molto suscettibili
all’ossidazione (rispetto ai corrispondenti legati), in più ad alte temperature
formano sali con il metallo e quindi possono danneggiare il motore o i
serbatoi di stoccaggio.
Contenuto di fosforo: gli oli vegetali contengono fosfolipidi che possono
assorbire umidità dall’aria e formare gomme insolubili nei serbatoi, nelle
tubazioni e nei filtri; in più il fosforo causa un aumento dell’indice
carbonioso “Conradson” con conseguenti deposizioni, nella camera di
combustione, quando si utilizza olio come combustibile. Il contenuto di
fosforo varia da olio a olio (olio di girasole ha un contenuto di fosfatidi pari
a circa lo 0,5%, mentre per l’olio di soia si aggira attorno allo 0,2%) e per
uno stesso olio varia in base al grado di raffinazione (gli oli raffinati hanno
un contenuto in fosforo inferiore a 10ppm, mentre un olio grezzo ne
contiene circa 180 ppm).
Distillazione: la curva di distillazione degli oli grezzi è sensibilmente più
alta di quella del gasolio: inizia a 310-360 oC (160-200 oC per il gasolio), e
termina a 880-890 oC (meno di 400 oC per il gasolio). A causa delle alte
temperature di inizio ebollizione, si preferisce distillare gli olio sotto vuoto
spinto in modo da diminuire notevolmente la temperatura della colonna di
distillazione.
Massa volumica: in media si ha 0,91 kg/dm3 a T=20 oC, ma varia in
funzione della specie oleaginosa, e della temperatura di misurazione.
Numero di cetano: indica il comportamento all’accensione di un
combustibile, ossia, più è alto il suo valore e maggiore è la prontezza del
combustibile all’accensione. Il gasolio ha un numero di cetano medio pari a
48, mentre per gli oli grezzi varia tra 30-40, in funzione del grado di
saturazione, di raffinazione e della lunghezza della catena degli acidi grassi,
ad esempio una lunga catena di acidi grassi con 3-5 doppi legami necessita
di elevate temperature per vaporizzare e quindi di un lungo tempo per
accensione. Il numero di cetano di un olio grezzo è tale da consentire
27
utilizzo in motori molto vecchi, infatti nei motori moderni, che necessitano
di combustibili con ottima autoaccensione, l’olio tal quale si dimostra
inadatto.
Numero di iodio: indica il grado di insaturazione dell’olio; il termine
insaturo si riferisce alla presenza di doppi legami tra atomi di carbonio che
non sono completamente saturati da atomi di idrogeno. Questo indice si
esprime in grammi di iodio che reagiscono in 100 g di prodotto analizzato,
più è alto l’indice e maggiore è il grado di insaturazione.
Potere calorifico: se misurato sulla massa è mediamente inferiore del 1520% rispetto al gasolio, mentre se misurato sui volumi la differenza scende
al 10-11%. Gli oli vegetali sono i combustibili liquidi aventi, tra tutti i
combustibili rinnovabili la maggior “densità energetica”: ad esempio, a pari
volume l’etanolo ha un potere calorifico più basso del 40% . Per gli oli
grezzi i valori si aggirano attorno a 36-37 MJ/kg e 34 MJ/dm3.
Punto di fusione: alcuni tipi di oli vegetali solidificano già a 10-15 oC; altri,
soprattutto quelli ad elevato numero di acidi grassi insaturi, mantengono il
loro stato liquido fino a temperature attorno a zero gradi, mostrando però
un’elevata viscosità.
Punto di infiammabilità(flash point): indica la temperatura minima alla
quale i vapori di un combustibile si accendono in presenza di fiamma; più è
alto il punto di infiammabilità e tanto più sicuro è lo stoccaggio, il trasporto
e la manipolazione del prodotto. Per gli oli si ha un valore medio di flash
point attorno ai 300 oC, mentre per il gasolio circa 60-73 oC. Questa
notevole differenza può essere attribuita alla maggiore lunghezza della
catena carboniosa e al grado di insaturazione dell’olio.
Punto di intorbidamento e di scorrimento: in molti oli questi due valori
sono più alti rispetto al gasolio, ad esempio nell’olio grezzo di girasole il
primo è di –8 oC e il secondo –15 oC, mentre il gasolio a pari condizioni fa
registrare –9 oC e –18.5 oC rispettivamente.
28
Stabilità all’ossidazione: l’ossidazione in un olio aumenta la sua viscosità e
ne degrada l’aroma; nel tempo un olio ossidato tende a depositare gomme e
cere nei serbatoi e sugli elementi stazionari di un motore. Questo indice si
esprime in quantità di gomma formatasi esponendo un campione riscaldato,
a determinate condizioni di pressione, in presenza di ossigeno.
L’ossidazione può essere causata da batteri, idrolisi, autoossidazione ed è
principalmente influenzata dal grado di insaturazione degli acidi grassi; il
suo andamento nel tempo può essere influenzato dalla presenza di
antiossidanti e/o metalli e dalla temperatura. Per l’olio di girasole il valore
di ossidazione è di 78.3 mg/100ml, per l’olio di colza è di 86.8 mg/100ml.
Viscosità cinematica: indica la resistenza che le particelle di un corpo
incontrano nello scorrere le une rispetto alle altre, l’unità di misura è il
“centiStokes”. La viscosità cinematica aumenta con l’aumentare del
contenuto di acidi grassi saturi, e con l’allungarsi delle catene di acidi
grassi, diminuisce, invece, con aumentare della temperatura. In media un
olio vegetale ha una viscosità cinematica maggiore di circa 10-100 volte
rispetto al gasolio alla stessa temperatura. Questa elevata viscosità crea
problemi quando si utilizza l’olio nei motori studiati per lavorare con
gasolio e non con combustibili più viscosi, infatti, si deve aumentare la
pressione di iniezione, si ha un ritardo nell’accensione con una conseguente
minor atomizzazione.
2.2 Caratteristiche chimiche degli oli vegetali
Gli oli vegetali , come tutti i grassi, sono nutrienti essenziali per l’organismo
umano, la loro importanza nutrizionale è legata al contenuto energetico,
superiore a quello degli altri alimenti, ed all’apporto di acidi grassi che essi
forniscono e che sono, tra l’altro i precursori di una classe importante di
ormoni, le prostaglandine. Inoltre costituiscono i “carries” delle vitamine
liposolubili e impartiscono qualità organolettiche a molti cibi. La
definizione di “grasso” che ancora oggi appare la più adeguata è quella
29
proposta dal chimico francese Chevreul nella prima metà dell’800: “i grassi
sono miscele di trigliceridi misti”. In realtà, tale definizione non tiene conto
del fatto che i trigliceridi, pur costituendo il 97-98% in peso dei grassi, non
ne rappresenta la totalità; il rimanente 2-3% è formato da quelli
comunemente chiamati “costituenti minori”, ma la cui importanza non è
secondaria nel determinare le proprietà generali di questi prodotti (Fig 2.1).
Consideriamo ora più dettagliatamente i vari costituenti dell’olio.
100,00%
90,00%
80,00%
70,00%
Olio di arachide
60,00%
Olio di colza
50,00%
Olio di girasole
Olio di mais
40,00%
Olio di oliva
30,00%
Olo di palma
20,00%
10,00%
0,00%
Digliceridi
Trigliceridi
Altri
Figura 2.1. Composizione oli
2.2.1. Gli acidi grassi.
Gli acidi grassi sono acidi carbossilici, generalmente a catena lineare, saturi
ed insaturi, a numero pari di atomi di carbonio, da C4 a C30, non sono
tuttavia infrequenti acidi con numero dispari di atomi di carbonio, ramificati
o nella forma ciclica, oppure con sostituenti diversi nella catena
idrocarburica.
Secondo la nomenclatura IUPAC ogni singolo acido viene indicato
prendendo come riferimento l’idrocarburo con lo stesso numero di atomi di
30
carbonio, saturo o insaturo, sostituendo uno dei gruppi metilici (CH3)
terminali con un gruppo carbossilico (COOH), (Fig.2.2).
Figura 2.2. Modello molecolare di un acido cardossilico
Il suffisso “o” del nome dell’idrocarburo viene trasformato in “oico”,
quando è presente una in saturazione la si indica con “en” e la sua posizione
viene specificata con un numero opportuno; l’isomeria geometrica è indicata
con cis e trans, anche se, i doppi legami di quasi tutti gli acidi grassi
presenti in natura sono nella configurazione geometrica cis . Accanto a
questa nomenclatura esiste un’utile scrittura stenografica che designa un
acido grasso con due numeri separati da due punti, il primo indica il numero
di atomi di carbonio dell’acido grasso, il secondo il numero delle
insaturazioni, ossia il numero dei doppi legami presenti.
Così la simbologia 18:2 sta a rappresentare un acido grasso a 18 atomi di
carbonio e due insaturazioni (acido ottadecadienoico).
Gli acidi grassi si possono dividere nei seguenti gruppi:
• acidi saturi a catena lineare;
• acidi insaturi a catena lineare:
1. acidi grassi con un solo doppio legame (monoenoici);
2. acidi grassi con due o più doppi legami , i doppi legami
non sono mai coniugati ma sono separati da un gruppo metilico;
• acidi grassi a struttura particolare.
31
In totale sono più di trecento gli acidi grassi di origine lipidica conosciuti,
nella tabella 2.1 riportiamo i più comuni con alcune proprietà fisiche.
Tra
gli acidi grassi saturi i più diffusi sono l’acido stearico e l’acido
palmitico, mentre per gli acidi insaturi i più diffusi sono l’acido oleico,
l’acido linoleico, che costituisce il componente principale di alcuni oli di
semi, quali l’olio di girasole (40-67%) e l’olio di soia (50-55%), e l’acido
linolenico, caratteristico degli oli siccativi, cioè gli oli dotati di proprietà
filmogene utilizzati nella preparazione delle vernici.
Tabella 2.1. Proprietà dei più comuni acidi grassi.
Nome
comune
Miristico
Palmitico
Stearico
Oleico
Linoleico
Linolenico
Arachidico
Behenico
Numero atomi di Formula molecolare
C
14:0
C14H28O2
16:0
C16H32O2
18:0
C18H34O2
18:1
C18H33O2
18:2
C18H32O2
18:3
C18H30O2
20:0
C20H40O2
22:0
C22H44O2
T.eb. in Co
Densità relativa
309,0
332,6
355,2
334,7
230
232
215
306
0,858
0,8414
0,839
0,8634
0,9025
0,9157
0,8240
0,8221
Gli oli alimentari, come ad esempio l’olio di colza o di soia, contengono
percentuali variabili tra il 6 e il 13% di acido linolenico, mentre per tutti gli
altri si hanno raramente valori che superano il 2%. Quando si parla di
composizione degli oli alimentari in acidi grassi, si intende la distribuzione
di questi nei trigliceridi, costituenti principali degli oli vegetali. Questa
composizione degli oli riveste una notevole importanza sia sotto il profilo
tecnologico sia sotto quello nutrizionale, analizziamo più da vicino questi
aspetti.
Dal punto di vista tecnologico la composizione in acidi grassi è
fondamentale per una buona conservazione del prodotto, infatti, la facilità
con cui un olio subisce il processo di irrancidimento ossidativo dipende in
larga misura dal suo grado di in saturazione, infatti, l’ossigeno molecolare
attacca gli acidi grassi aventi due o più doppi legami formando prodotti
complessi responsabili del sapore di rancido ; in più la percentuale di acidi
grassi presenti nell’olio ne determina il comportamento alle diverse
32
operazioni cui è sottoposto per la preparazione degli alimenti, come la
frittura e la cottura, oltre che per immagazzinamento: gli oli fortemente
insaturi, infatti, sono soggetti ad una notevole polimerizzazione nei
trattamenti ad alta temperatura; mentre quelli ricchi di acidi grassi saturi o
contenenti acido erucico, avendo temperatura di solidificazione superiore a
quella ambiente, danno problemi per l’immagazzinamento e il trasporto.
Da un punto di vista nutrizionale, un grasso ottimale dovrebbe presentare un
rapporto acidi saturi/insaturi di 1.5 ed un contenuto di acido linoleico di
circa il 15%, inoltre dovrebbe contenere basse percentuali di acido erucico,
in quanto recenti ricerche hanno dimostrato la sua potenziale pericolosità
per gli organismi animali; un decreto del Ministero della Sanità ha posto un
limite del 5% al contenuto di acido erucico negli oli alimentari.
La determinazione della composizione in acidi grassi è uno dei mezzi più
validi per il riconoscimento di un olio o di una miscela di oli. A titolo di
esempio consideriamo la tabella 2.2 in cui viene mostrata la composizione
in percentuale, in acidi grassi, dei più diffusi oli vegetali.
Analizzando i valori riportati in tabella si può facilmente verificare che sono
l’acido oleico (C18:1), e l’acido linoleico (C18.2) gli acidi grassi che sono
presenti in quantità maggiori negli oli.
Tabella 2.2. Composizione in acidi grassi di alcuni oli vegetali (%)
Acidi
grassi
Olio di Olio di Olio
girasole
mais
soia
C14:0
C16:0
C18:0
C18:1
C18:2
C18:3
C20:0
C22:0
0.5
6.0
4.0
16.3
71.4
0.5
0.4
0.7
0
12.9
2.6
33.3
48.9
1.4
0.4
0.4
0.2
11.1
4.1
23.8
52.9
7.1
0.2
0
di
Olio di oliva
Olio
palma
di Olio
arachidi
0.1
13.6
2.7
67.4
12.0
0.9
0.6
0.2
1.1
44.0
4.5
39.2
10.1
0.4
0.4
0
0.1
8.0
1.5
49.9
35.4
0
1.1
2.1
33
di
2.2.2. I trigliceridi.
I trigliceridi sono i prodotti dell’esterificazione dei tre gruppi funzionali
alcolici della glicerina con altrettanti acidi grassi, se i gruppi acidi sono
uguali si parla di trigliceridi “semplici”, in caso contrario di trigliceridi
“misti”. La glicerina è quindi l’alcool di partenza per la formazione dei
trigliceridi.
Considerando le proprietà fisiche (P.f.= 18oC, P.eb.= 290oC, Densità a 20
o
C= 1,261) si osserva che il glicerolo è, a temperatura ambiente, un liquido
dall’aspetto leggermente viscoso, in più è completamente solubile in acqua
e in alcool, debolmente solubile nell’etere dietilico e completamente
insolubile negli idrocarburi; la sua formula di struttura è:
Come tutti gli alcoli è il gruppo –OH che fornisce le principali proprietà
fisiche e chimiche, è , infatti, la rottura del legame O-H con distacco dell’-H
che determina la
34
Come già detto i trigliceridi possono essere :
trigliceridi semplici: se le tre posizioni del glicerolo esterificato sono
occupate
dallo
stesso
tipo
di
acido
grasso
(tristearilglicerolo,
tripalmitoilglicerolo, trioeilglicerolo);
trigliceridi misti: se le tre posizioni del glicerolo esterificato sono occupate
da due o più diversi acidi grassi;
L’elevato numero di acidi grassi che può dare esterificazione, porta alla
formazione di una vastissima gamma di esteri con conseguenti incertezze e
contraddizioni sulla composizione dei trigliceridi naturali che costituiscono
l’olio e sulle loro proprietà. A tal proposito si può sottolineare il fatto che : i
trigliceridi contenenti solo acidi grassi saturi, come la tristearina, sono a
temperatura ambiente solidi bianchi; mentre i trigliceridi formati in gran
parte di acidi grassi insaturi sono liquidi a temperatura ambiente. A queste
conclusioni è facile giungere considerando la composizione in acidi grassi
dei principali oli vegetali riportata nella tab. 1.2.
Queste difficoltà sono state superate solo recentemente , grazie alle nuove
tecniche
di
separazione
cromatografica,
soprattutto
con
la
gascromatografia.
Le proprietà fisiche degli oli vegetali, come succede per tutti i grassi
naturali, possono variare in maniera sensibile anche quando sono costituiti
da acidi grassi uguali o simili, queste variazioni sono dovute alle quantità
relative degli acidi grassi e al modo con cui sono distribuiti nella molecola
del gliceride. A tale proposito sono state proposte varie teorie riguardanti la
distribuzione degli acidi grassi nelle tre posizioni della glicerina, quella
attualmente più accreditata, nota come teoria 1-random, 2-random, 3random, ipotizza che i diversi acidi grassi si distribuiscano in maniera
caratteristica nelle tre posizioni, ma nell’ambito di ciascuna posizione la
distribuzione risulti casuale.
35
2.2.3. I componenti minori.
Oltre ai trigliceridi tutti gli oli vegetali contengono altre sostanze,
denominate complessivamente componenti minori, il loro contenuto è
generalmente ridotto e variabile da olio a olio, nel caso degli oli vegetali si
va dallo 0.1-0.2% dell’olio di cocco all’1% dell’olio di oliva.
Questi componenti hanno in comune la caratteristica di essere liposolubili, e
possono essere classificati nelle due categorie di composti saponificabili e
non saponificabili: i primi comprendono le cere, i fosfolipidi e gli
sfingolipidi; ai secondi appartengono i mono-digliceridi, gli acidi grassi
liberi, gli alcoli superiori, i tocoferoli, le vitamine e i pigmenti.
Cere
Con questo termine si indica una classe di sostanze chimicamente diverse
ma con proprietà fisiche comuni, tra cui la consistenza cerosa; si tratta
prevalentemente degli esteri di acidi grassi a catena lunga ( aventi da 14 a
più di 36 atomi di carbonio) con alcoli superiori ( ossia aventi da 16 a 22
atomi di carbonio), quali steroli ed alcoli triterpenici.
Il contenuto di cere negli oli comuni è generalmente basso, unica eccezione
è rappresentata dall’olio di sansa di oliva, che ne contiene circa il 2%.
Fosfolipidi
Sono tutti derivati dall’acido glicerolfosforico. Nei fosfolipidi naturali i due
gruppi ossidrilici sono esterificati generalmente con acidi grassi, e in alcuni
casi con alcoli saturi o insaturi. Il gruppo ossidrilico dell’acido fosforico può
essere a sua volta legato con amminoacidi o basi azotate o con inosiloto.
Fosfolipidi comuni sono la lecitina e la cefalica; la lecitina commerciale si
estrae dall’olio di soia, che ne contiene circa lo 0.2%, altri oli con
quantitativi che ne rendono interessante il recupero sono l’olio di colza e di
arachide.
Questi composti vengono comunque rimossi quasi totalmente nel corso
della raffinazione.
36
Sfingolipidi
Sono ammidi di acidi grassi con basi, tipo la sfingosina o composti ad essa
correlati, a catena lunga. Comprendono i ceramici, i fosfosfingolipidi, i
cerebrosidi e i sulfatidi.
Momo-digliceridi
Vengono spesso utilizzati negli alimenti come agenti emulsionanti.
Industrialmente si producono facendo reagire la glicerina con i trigliceridi, o
esterificando la glicerina con gli acidi grassi.
Acidi grassi liberi
Come indica il nome, si tratta di acidi grassi presenti in forma libera; si
trovano in percentuali significative negli oli non raffinati e in quelli esausti.
Per effetto del processo di raffinazione il loro contenuto si riduce a valori
orientativamente compresi tra lo 0.01 e l’1%.
Alcoli superiori
Questi composti derivano, probabilmente, dalle cere che ricoprono il frutto;
gli oli ottenuti con operazioni meccaniche ne contengono piccole quantità,
mentre in quelli estratti con solvente si hanno quantitativi maggiori,
mediamente si va dallo 0.5 al 7% della frazione non saponificabile.
Gli steroli, noti anche come alcoli steroidi, sono formati dal nucleo steroide,
da una catena laterale con 8-10 atomi di carbonio e da un gruppo alcolico. Il
contenuto in steroli totali varia dallo 0.1% della frazione non saponificabile
nell’olio di cocco, allo 0.25% negli oli di oliva, allo 0.5% negli oli di semi o
estratti con solvente. Gli steroli presenti negli oli vengono denominati
“fitosteroli”, tra i più importanti vanno ricordati il β-sitosterolo, lo
stigmasterolo e il campesterolo. Tutti i grassi, compresi gli oli, contengono,
in quantità modeste, alcolo triterpenici; questi composti sono considerati
delle vere “impronte digitali” degli oli, in quanto non esistono due oli con la
stessa composizione in alcoli triterpenici. Negli oli sono presenti anche
alcoli di terpenici, quali il fitolo e il geranilgeraniolo.
37
Tocoferoli
Da un punto di vista chimico possono essere considerati derivati dal
benzoidropirano, nel quale il C6 è legato a un ossidrile, e il C2 ad un metile e
ad una catena isoprenica a 16 atomi di carbonio. Sono presenti nella
maggior parte negli oli vegetali, hanno capacità antiossidanti e, oltre ad
ostacolare la rancidità sono una fonte di vitamina E. Vengono classificati a
seconda del loro potere antiossidante e del contenuto di vitamina E, l’αtocoferolo presenta la maggiore attività vitaminica e il minor potere
antiossidante. La concentrazione di questi composti può ridursi in seguito al
processo di raffinazione, ecco perché sono spesso aggiunti ai prodotti finiti
per aumentarne la stabilità.
Vitamine
Gli oli vegetali contengono quantità variabili di vitamine liposolubili, quali
la vitamina A, le vitamine D e K, la vitamina E ed i tocoferoli già descritti.
Tra queste l’unica presente in quantità apprezzabili è la vitamina E; la
vitamina A non è generalmente presente come tale, ma in forma di βcarotene, o provitamina A, che ne rappresenta il precursore. L’olio di palma
è quello che ne contiene quantitativi maggiori, fino a 400mg per 100g di
olio.
Pigmenti
Le principali classi di pigmenti sono costituite dalle clorofille e dai
carotenoidi.
La clorofilla è presente solo in alcuni oli, come l’olio di oliva, l’olio di soia
e l’olio di vinaccioli. In alcuni casi essa è considerata un fattore negativo,
per la colorazione verde che impartisce, e viene rimossa nel corso del
processo di raffinazione.
I carotenoidi impartiscono una colorazione variabile dal giallo al rosso vivo,
il più diffuso è il β-carotene, seguito dall’α- e γ-carotene, e dal licopene. Il
tenore in carotenoidi di un olio dipende da numerosi fattori, quali l’ambiente
in cui è cresciuto il seme, la tecnologia di estrazione e il sistema di
conservazione.
38
Il più ricco è l’olio di palma, in cui sono presenti fino a 400 mg di
carotenoidi per 100 g di olio. Negli oli di semi il contenuto è modesto:
raramente si superano i 50 mg per 100 g di olio.
2.3. I metilesteri
Gli oli raffinati hanno un elevata viscosità (70-80 cSt a 20oC contro i 4-7
cSt del gasolio). Un netto miglioramento di questa caratteristica si ottiene
con il processo di transesterificazione (o esterificazione), che ha come
risultato più evidente la rottura della molecola del trigliceride in tre
molecole più piccole e quindi meno viscose.
La reazione di esterificazione, come si può osservare, è semplice da un
punto di vista chimico, una difficoltà è dovuta al fatto che l’olio raffinato è
costituito da una miscela in cui i grassi vegetali sono presenti sotto forma sia
di trigliceridi che digliceridi e minogliceridi: la reazione, quindi, deve essere
ottimizzata sulla media delle caratteristiche di questi componenti.
Per ottenere un estere occorre trattare l’olio raffinato con un alcol,
solitamente metilico, e opportuni catalizzatori (normalmente alcalini:
idrossido di potassio, idrossido di sodio o mutilato di sodio) che aumentano
la velocità e l’efficienza della reazione che può così avvenire a temperature
39
e pressioni non elevate. Altrimenti si parla di tempi molto lunghi o di
temperature dell’ordine dei 250oC. Per oli grezzi con acidità elevata
(superiore a 1 %) l’utilizzo di catalizzatori alcalini può portare alla
formazione di saponi quindi sarebbe meglio utilizzare quelli acidi.
Normalmente però gli oli raffinati hanno una bassa acidità e perciò si
impiegano proprio catalizzatori alcalini. Il prodotto finale ha una viscosità
inferiore rispetto all’olio grezzo (circa 6-7 cSt a 20oC, dello stesso ordine di
grandezza di quella del gasolio); le caratteristiche a freddo sono tali da
renderlo idoneo per quasi tutti i climi; il numero di cetano aumenta di 12-15
unità; è inoltre possibile aggiungere combustibile minerale in qualsiasi
proporzione. Si ottiene anche un sottoprodotto: una fase acquosa a base di
glicerolo, la cui raffinazione richiede impianti piuttosto complessi.
Il bilancio di massa semplificato dell’intero processo è il seguente:
1000 kg olio raffinato +100 kg metanolo=1000 kg biodiesel+100 kg glicerolo
Poiché si tende ad ottenere un elevato tasso di conversione in estere metilico
(se possibile superiore al 97%), occorre eliminare fosfolipidi e mucillagini e
mantenere il tasso di acidità dell’olio il più basso possibile.
Per accelerare il processo si opera in due modi:
aggiunta di metanolo/etanolo in eccesso (tipicamente in rapporto 1:
6);
eliminazione della glicerina formata in modo che la reazione è più
spostata a destra.
Il metanolo non è totalmente solubile nell’olio a temperatura ambiente,
occorre quindi ricorrere al riscaldamento e agitazione della miscela. La
temperatura di reazione in effetti non è standard, ma deve essere individuata
tenendo conto anche dei tempi di reazione. Indicativamente non si
osservano differenze significative di resa con temperature di 45oC o 60oC,
mentre a 32oC la resa è leggermente inferiore. Dopo quattro ore invece la
resa è sempre attorno al 98-99%.
L’alcol residuo nella soluzione di metilestere viene separato per distillazione
sotto vuoto e quindi tutto o quasi l’eccesso di metanolo immesso viene
40
recuperato; una piccola parte rimane nella soluzione acquosa e verrà
recuperata in un secondo momento. Esistono comunque differenti
tecnologie di processo. Comune a tutti i processi è il controllo della qualità e
l’eventuale aggiunta di additivi (gli stessi utilizzati per il gasolio). In genere
vengono verificati: contenuto in esteri e glicerina, flash-point, contenuto di
catalizzatore o di acido utilizzato per l’arresto della reazione. Se la qualità
non è soddisfacente, il prodotto è rinviato a monte dell’impianto. La
soluzione acquosa, sottoprodotto principale del processo, può essere trattata
per ottenere glicerina a diversi gradi di purezza. A tal fine, deve essere
neutralizzata, centrifugata e separata nei suoi componenti.
41
Capitolo III
MACCHINE ED APPARECCHIATURE DEL
SETTORE AGRICOLO-FORESTALE
Premessa
Il settore agricolo-forestale risulta essere il più interessante per quanto
riguarda la sperimentazione e l’utilizzazione dei biolubrificanti di origine
vegetale. Si tratta infatti di utilizzazioni che comportano un contatto diretto
tra il lubrificante e l’ambiente circostante con la possibilità di inquinamento
diretto del terreno che subisce la lavorazione.
Per quanto riguarda le macchine agricole, i biolubrificanti vegetali non sono
adatti per l’utilizzo come olio motore, ma hanno dato ottimi risultati come
oli idraulici e oli per trasmissione.
I biolubrificanti vegetali possono essere utilizzati come olio motore per i
motori a due tempi tipici delle apparecchiature forestali quali motoseghe e
decespugliatori. Sul mercato italiano sono inoltre presenti lubrificanti a
base di oli vegetali per catene di motoseghe, largamente utilizzati per l’alta
biodegradabilità dell’olio.
3.1. Macchine agricole
Il trattore agricolo, come indica il nome, è una macchina specializzata per
la trazione agricola, nata inizialmente per lo scopo specifico di moto-aratura
solo successivamente ha assunto sempre più connotati della macchina
tuttofare in agricoltura, buona per tutti gli scopi, sia come centro mobile di
potenza che come macchina porta attrezzi universale.
I requisiti principali che deve possedere un trattore per soddisfare le
esigenze dell’utente sono molteplici, quali:
- buona trattività, elevate forze di trazione producibili quando necessario;
- buona mobilità su ogni terreno;
42
- buona manovrabilità;
- ampia possibilità di attacco e comando attrezzi;
- elevata velocità massima;
- sicurezza e facilità di guida;
- affidabilità e facilità di manutenzione;
- basso costo di acquisto e d’esercizio;
tutte queste esigenze sono rispettate da un macchina
polivalente,
solitamente un trattore a doppia trazione(DT).
Esistono comunque nicchie di mercato per trattori specializzati per uno o
più dei requisiti precedenti: trattori a due ruote motrici (2RM), trattori a
quattro ruote motrici (4RM), a telaio rigido o articolato, trattori cingolati.
Il moderno trattore agricolo ha un notevole contenuto tecnologico e nei
modelli di gamma medio-superiore non ha nulla da invidiare, come
tecnologia costruttiva, alle automobili, anche come dotazioni di sicurezza e
di conforto di guida. I sistemi componenti di un trattore sono innumerevoli:
motore;
trasmissione;
sollevatore idraulico e sistemi idraulici;
sistemi di frenatura di servizio e di stazionamento;
sistemi elettrici ed elettronici anche come strumentazione di
comando e di controllo;
sistemi di aggancio e comando attrezzi anteriori e posteriori;
cabina di protezione e posto di guida;
sistema di propulsione (peneumatici o cingoli);
sistemi di direzione e sterzo.
Tali sistemi possono presentare a seconda dei modelli un notevole grado di
diversificazione e sofisticazione ed il ventaglio delle possibilità offerte dal
mercato è innumerevole.
Per quanto riguarda l’utilizzo dei biolubrificanti vegetali è necessario
analizzare in dettaglio il sistema di trasmissione, e quello idraulico.
43
3.1.1. La trasmissione
Per trasmissione si intende l’insieme degli organi che trasmettono la potenza
del motore ai punti di utilizzazione che in un trattore
agricolo
comprendono, oltre alle ruote motrici anche la presa di potenza e i sistemi
idraulici (sollevatore, idroguida, distributori idraulici….). Inoltre compito
della trasmissione principale è, non solo trasmettere potenza alle ruote, ma
anche variare opportunamente la coppia motrice erogata dal motore, in
funzione della coppia motrice incontrata, cambio di velocità. La
trasmissione, inoltre, deve consentire u facile controllo da parte del
guidatore mediante dispositivi di inserimento e disinserimento del motore:
nelle trasmissioni meccaniche questi dispositivi sono rappresentati dalla
frizione.
In linea generale le trasmissioni sono classificabili in base alla loro
costituzione in:
meccaniche;
idrauliche;
miste;
o in base al tipo di azionamento in:
manuali, sono i sistemi tradizionali frizione e cambio meccanico a
gradini;
semiautomatiche (power shift), consentono il cambio sotto carico
senza abbassare il pedale della frizione, il cambio richiesto avviene
con un servomeccanismo che comanda delle frizioni idrauliche;
automatiche, consentono il cambio dei rapporti senza alcun
intervento dell’operatore.
Le trasmissioni meccaniche sono costituite da un sistema di organi
meccanici basati su ingranaggi di ruote dentate: rotismi ordinari o
epicicloidali. Tali sistemi hanno il vantaggio di consentire la trasmissione di
elevate potenze con elevati rendimenti di trasmissione ma con
l’inconveniente di elevati ingombri e pesi specifici; le trasmissioni per
ingranaggi consentono, inoltre, solo un cambio discontinuo, a gradini, e non
un cambio continuo della velocità. Trasmissioni meccaniche, in particolari
44
applicazioni, possono essere realizzate anche con catene o cinghie, come
avviene ad esempio per gli organi operatori delle mietitrebbie.
Le trasmissioni idrauliche sono costituite da un fluido (olio) in moto che
trasmette la potenza meccanica agli organi operatori e si dividono in
idrostatiche o idrodinamiche a seconda che la potenza idraulica sia trasferita
sotto forma di elevata pressione o elevata velocità.
Le trasmissioni idrostatiche sono costituite, in linea generale, da una pompa,
da un circuito idraulico e da motori o attuatori idraulici, il vantaggio delle
trasmissioni idrostatiche è di essere flessibili e di poco ingombro, con lo
svantaggio di rendimenti di trasmissione più bassi rispetto a quelle
meccaniche.
Le trasmissioni idrodinamiche sono rappresentate da due sistemi
caratteristici: il giunto idraulico, detto anche frizione idraulica, e il
convertitore idraulico di coppia.
In molti casi, per esempio nelle mietitrebbia, si realizzano trasmissioni
miste, idrostatiche e meccaniche, per consentire un controllo continuo della
velocità di avanzamento nell’ambito della marcia inserita ed una maggiore
facilità e semplicità di guida.
3.1.2. I sistemi idraulici
Negli ultimi trent’anni i sistemi idraulici si sono particolarmente diffusi sui
trattori agricoli interessando lo sterzo, la trasmissione, i freni, i comandi
elettro-idraulici, i distributori idraulici e il sollevatore idraulico.
Da un punto di vista generale una trasmissione idrostatica permette
trasmissione di potenza attraverso un liquido (olio) sotto pressione. Le
pressioni dei circuiti idraulici principali dei trattori raggiungono di norma i
150 bar (15 MPa), con valvole di salvaguardia tarate a circa 180 bar (18
MPa).
I principali componenti di un sistema idraulico sono:
pompe: Compito delle pompe è muovere il fluido nel sistema
idraulico e per questo rappresenta il cuore del sistema. In genere in
un trattore sono presenti due o tre pompe per il sistema idraulico,
tutte comandate dal motore, generalmente mediante l’albero di
45
distribuzione o quello della presa di potenza. Le pompe trasmettono
l’energia meccanica al fluido sotto forma di pressione e velocità;
attuatori:dispositivi in grado di trasformare l’energia idraulica fornita
dalla pompa in energia meccanica, il più semplice e diffuso attuatore
idraulico è rappresentato da un cilindro o martinetto idraulico;
valvole di distribuzione e di regolazione: i distributori consentono di
inviare opportunamente e regolare il flusso dell’olio nel circuito
idraulico, sono presenti ad esempio tra la pompa e l’attuatore; per
quanto riguarda le valvole di regolazione della pressione possono
essere di due tipologie, di sicurezza o di massima quando limitano la
pressione massima del circuito. Quando le portate e le pressioni in
gioco nel circuito sono elevate si impiagano limitatori di pressione o
di portata;
linee, filtri, accumulatori idraulici, radiatori, serbatoi che permettono
di
chiudere
il
circuito
idraulico
garantendone
il
giusto
funzionamento, ad esempio gli accumulatori idraulici possono essere
utilizzati per vari scopi:accumulare energia, in modo da risparmiare
potenza della pompa in modo di disporne nel caso di rottura della
pompa, per compensare eventuali perdite di olio, smorzare i picchi
di pressione e di portata, per compensare il volume dell’olio presente
nel circuito.
3.1.3. Lubrificanti agricoli
Rispetto al passato i nuovi trattori agricoli sono di potenza notevolmente
aumentata perciò richiedono nuovi lubrificanti in condizione di soddisfare
appieno l'aumento di prestazioni col rispetto delle nuove specifiche
tecniche. Che si tratti di lubrificare il singolo elemento quali motore,
circuito idraulico, trasmissione e freni in bagno d'olio o tutte le parti del
trattore, occorre che il prodotto sia formulato con additivi d'elevata qualità e
per la loro specifica applicazione.
46
Olio motore.
Il motore, per esempio, richiede un prodotto adatto per la generalità dei
motori Diesel ma occorre fare una scelta attenta e precisa degli additivi in
considerazione delle varie e particolari esigenze quali la:
detergenza: per evitare il rischio di formazione di depositi importanti
di colamina che favoriscono l'usura e l'ossidazione dell'olio;
dispersione: per disperdere e polverizzare le particelle abrasive di
carbone ed evitare l'usura;
corrosione: causata da carburanti con un alto contenuto di zolfo;
partenze rapide con oli multigradi per l'uso durante il clima freddo.
L'olio per lubrificare il motore del trattore deve essere cioè formulato in
modo specifico per assicurarne il
miglior rendimento, la maggior durata e
contenere le spese d'uso e riparazione rispettando la funzionalità che è
garantita dal costruttore.
Oli idraulici
Il progresso tecnico e nuove esigenze di lavorazione dei prodotti agricoli
hanno comportato l'uso di nuovi oli idraulici per ottenere un migliore
funzionamento anche con le pressioni più elevate e le più alte temperature
ora raggiungibili. Le maggiori prestazioni fornite oggi da lubrificanti di
qualità, hanno comportato modifiche costruttive e funzionali quali, ad
esempio, il montaggio di serbatoi d'olio più piccoli e più lunghi intervalli di
cambio olio. Gli attuali oli idraulici possiedono alta stabilità chimica che
impedisce la perdita di fluidità, causa del calo di "nervosismo" idraulico, ed
ottima resistenza alla formazione di schiuma. L'azione anticorrosiva
protegge le parti metalliche della pompa ed altre parti dell'impianto
idraulico. Il rischio di guasti, con perdite d'olio e possibile inquinamento
ambientale, ha reso necessario un attento controllo e sviluppato il crescente
interesse all'uso d'oli idraulici con delle basi vegetali (tipo olio di colza) od
ottenuti per esterificazione di queste basi non inquinanti.
Oli trasmissione
Gli oli per la trasmissione ad ingranaggi devono assicurare una maggior
durata degli ingranaggi nella scatola cambio, dei planetari, del differenziale
47
e dei riduttori finali. La loro funzione è una superiore lubrificazione, per
minimizzare l'usura d'ingranaggi e pompe sottoposti a carichi elevati,
assicurando un'ottimale resistenza e la protezione ai carichi da choc.
L'elevata tolleranza alla presenza d'acqua riduce gli effetti corrosivi della
condensa proteggendo dalla formazione di depositi, la disgregazione
d'additivi e la formazione di ruggine ed emulsioni. Le caratteristiche
antiattrito limitano l'usura delle parti meccaniche della trasmissione
prolungandone quindi la loro durata. I più importanti costruttori di trattori
agricoli quali J.Deere, Ford-Massey Fergusson, Renault, Case, Fiat, hanno
studiato ed adattato le loro richieste per soddisfare le crescenti esigenze
tecniche ed applicative.
Le norme definite dai costruttori possono essere considerate complesse ma è
necessario conoscerle bene, fare una giusta scelta dei prodotti d'acquisto e
garantirsi il miglior funzionamento del trattore. La lubrificazione del trattore
deve garantire ottima funzionalità di tutte le componenti meccaniche e
cioè:
motore;
circuito idraulico;
trasmissione;
freni a bagno d'olio.
Questo può essere assicurato da lubrificanti specifici per ogni parte
meccanica o da pochi altri, detti universali che, per la loro particolare
additivazione, assicurano la giusta lubrificazione di tutte le parti con uno
solo od, al massimo, due prodotti.
3.2. Funzionamento motore a due tempi
I motori a due tempi sono caratteristici di diverse apparecchiature forestali
quali motoseghe decespugliatori, alimentati da miscele costituite da benzina
e oli lubrificante.
Lo sviluppo di motori a due tempi nasce dall’osservazione che nel motore a
quattro tempi si impiegano due corse per fare l’aspirazione e lo scarico,
mentre poi si ha un’unica corsa utile su quattro (l’espansione)cui si
aggiunge quella di compressione necessaria per poter ricavare lavoro. Per
48
poter sfrutturare un motore a due tempi si è vincolati a mantenere una corsa
di compressione, una di espansione e la fase di combustione, potendo agire
sulla riduzione delle fasi di ricambio (scarico del gas esausto ed
introduzione di miscela o aia fresca che deve lavorare) in prossimità del
PMS.
L’applicazione pratica che trova maggior riscontro e successo è il così detto
motore a tre luci: si eliminano le valvole, presenti nei motori a quattro
tempi, e si comanda l’ingresso della carica fresca e l’espulsione del gas di
scarico attraverso delle luci scolpite nel cilindro, inoltre la manovella è
avvolta da un carter a chiusura ermetica.
Immaginando di partire dal PMS si è in presenza della miscela alla massima
pressione, scocca la scintilla ed avviene la combustione; Quando lo
stantuffo comincia a scendere scopre la luce 1 per cui il gas che ha compiuto
l’espansione ha la possibilità di uscire (scarico). Nel frattempo lo stantuffo
continua la discesa fino a scoprire la luce 2: si ha un intervallo di tempo in
cui sono aperte contemporaneamente le luci 1 e 2. Ci si avvale di questo
espediente per “lavare” il cilindro, ossia l’aria fresca che entra dalla luce 2,
attraverso il carter, si presenta sotto forma di fronte che spinge all’esterno il
gas, che ha già lavorato, attraverso la luce 1. Quando lo stantuffo arriva al
PMI, ossia a fondo corsa, e comincia a risalire si crea una certa depressione
nel carter che permette all’aria di entrare attraverso la luce 3. L’aria che si
carica in questo modo nel carter verrà compressa durante la fase di ritorno
dello stantuffo (PMS- PMI), permettendo l’uscita della stessa dalla luce 2.
Solitamente i motori a due tempi, a causa dell’apertura contemporanea della
luce 1 e 2, generano una perdita di miscela ecco perché sono solitamente
utilizzati per piccoli motori di cilindrata intorno ai 50 cm3.
49
Capitolo IV
BIOLUBRIFICANTI DI ORIGINE VEGETALE
Premessa
I lubrificanti sono sostanze grasse liquide, pastose, o semi solide che si
interpongono tra due interfacce in movimento relativo per ridurre lo
strofinio e l’usura. Il termine “bio” come prefisso alla parola “lubrificante”
indica il carattere biodegradabile della sostanza senza dare alcuna
indicazione sull’origine dell’olio. Gli oli di base dei biolubrificanti possono
essere classificati secondo le seguenti cinque famiglie:
- materie prime di origine vegetale:
oli vegetali non modificati;
esteri di oli vegetali;
-
materie prime di origine petrolifera:
esteri sintetici;
idrocarburi sintetici;
oli minerali.
In questo studio si intende per biolubrificanti solo i lubrificanti di origine
vegetale, dunque sostanze di origine organica, animale o vegetale, che
hanno le proprietà di lubrificare rispettando tre condizioni fondamentali:
• formazione del film nell’interfaccia tra le due parti;
• continuità del film durante il contatto dei pezzi;
• facile deformazione del film per cesellamento.
I biolubrificanti possono essere utilizzati per varie finalità:
•
riduzione delle perdite di energia meccanica nelle macchine;
•
riduzione dell’usura delle parti in movimento;
•
trasmissione di pressione;
•
protezione delle parti da corrosione;
•
abbassamento della temperatura di funzionamento delle macchine;
•
aumento dell’impermeabilità;
•
evitare e rimuovere i depositi di impurità e di sporcizia.
50
Il lubrificante di base è un olio vegetale più vari additivi in funzione della
natura dell’olio, le materie base sono oli ricchi in acido oleico, acido
grasso a lunga catena (18 atomi di carbonio), derivanti principalmente da
oleaginose.
L’origine della materia prima permette di distinguere due tipi di
biolubrificanti:
•
i biolubrificanti di origine animale: costituiti essenzialmente di esteri
derivanti dalla combinazione di acido grasso e di glicerina, si
possono trovare allo stato liquido, pastoso e solido;
•
i biolubrificanti di origine vegetale: combinazione di acidi grassi
esterificati o al naturale. Si possono trovare sotto tre forme:
liquidi, oli semi-siccativi (si addensano per ossidazione)
quali olio di cotone, di colza o non siccativi caratterizzati da
una alta viscosità e la possibilità di utilizzazioni per una larga
gamma di temperature;
pastoso, olio di palma, di cocco, di palmisti: liquidi alle
temperature tropicali ma pastosi nelle regioni temperate;
solido:resine e colofonie estratte da pini e resistenti all’acqua.
4.1 Biolubrificanti di origine vegetale
Esistono sul mercato europeo, in particolare francese e tedesco, tre
generazioni di lubrificanti di origine vegetale:
•
olio vegetale non trasformato: possiede un potere lubrificante
naturale, altamente biodegradabile e buona adesività alle interfacce
metalliche. Questo tipo di biolubrificante poco additivato è ideale
per temperature inferiori ai 70oC;
•
esteri di oli vegetali: sono trigliceridi che hanno subito una
modificazione strutturale, ossia la sostituzione di un glicerolo da
parte di un alcool sulla catena del carbonio, si parla generalmente di
reazione di esterificazione, modificazione che permette di migliorare
la resistenza all’ossidazione, e l’utilizzo a temperature superiori ai
70oC. Questo lubrificante è utilizzato soprattutto come fluido
idraulico o per trivellazioni, ha il vantaggio di possedere elevate
51
proprietà di biodegradabità; le sue qualità sono comparabili con
quelle di un lubrificante minerale.
•
Esteri di oli vegetali elaborati: sono esteri di tipo saturo che possono
essere utilizzati in settori specifici come quello automobilistico e
aeronautico, o come additivi in applicazioni più severe ( motori a 4
tempi) resistendo a idrolisi e ad ossidazione fino a temperature di
120oC. Le loro qualità sono superiori a quelle degli oli minerali e
hanno una grande capacità biodegradabile.
Indipendentemente dall’origine dell’olio vegetale di base i biolubrificanti
possiedono delle proprietà intrinseche che li rendono competitivi con i
lubrificanti di origine minerale:
•
un potere lubrificante naturale;
•
una buona adesività alle interfacce;
•
una buona untuosità;
•
un elevato indice di viscosità.
I settori di applicazione dei biolubrificanti sono gli stessi degli oli
lubrificanti di origine petrolchimica:
•
olio di catene;
•
fluido idraulico;
•
grasso;
•
lubrificanti per motori.
I settori di intervento in cui si possono utilizzare i biolubrificanti possono
essere classificati in due ordini:
settori in cui il biolubrificante è irrecuperabile, come nel caso delle
attività forestali e la navigazione fluviale dove la contaminazione
dell’ambiente è realizzata dagli oli delle catene delle motoseghe, dai
grassi e fluidi idraulici, dall’utilizzo dei motori a due tempi sia di
tipo forestale che nautico;
settori in cui il lubrificante può essere soggetto a perdite accidentali,
come nel settore agroindustriale ed automobilistico.
52
4.2. Caratteristiche chimico-fisiche dei biolubrificanti di origine vegetale
Gli oli vegetali sono prodotti da fonti rinnovabili, grazie alla loro
composizione chimica sono altamente biodegradabili, ossia possono essere
trasformati in modo irreversibile in altri composti più semplici ad opera dei
microrganismi presenti nell'ambiente, inoltre sono prodotti non tossici sia
per l’ambiente che per la salute umana.
Possiedono inoltre proprietà fisiche che ne determinano un elevato grado di
sicurezza nell’utilizzazione:
elevato punto di infiammabilità: il valore di flash-point medio per
gli oli vegetali è di circa 300oC, molto più elevato degli oli minerali,
questo comporta una sicurezza maggiore sia in termini di
maneggevolezza del prodotto che di utilizzo;
bassa volatilità relativa: la curva di distillazione degli oli vegetali è
più alta di quella degli oli minerali, ciò comporta una riduzione
della quantità di lubrificante che può evaporare
a parità di
temperatura di utilizzazione, inoltre si ha una riduzione delle
emissioni allo scarico e di depositi solidi;
elevato indice di viscosità: ossia la viscosità degli oli vegetali varia
poco con la temperatura rispetto agli oli minerali, che garantisce un
film lubrificante omogeneo e di giusto spessore a tutte le
temperature di funzionamento;
elevata viscosità cinematica: che comporta un minor attrito delle
parti in movimento e una riduzione del consumo dei combustibili.
Tuttavia gli oli vegetali presentano delle limitazioni che
possono
comprometterne l’utilizzo come base per gli oli lubrificanti:
punto di scorrimento: anche se i punti di scorrimento degli oli
vegetali sono paragonabili con quelli degli oli minerali, questo non
consente di avere un uguale affidabilità per i due oli; per esempio
anche se l’olio alto-oleico di colza ha un punto di scorrimento di 27oC, congela dopo tre giorni a -20 oC, e dopo 7 giorni a -10 oC.
L’aggiunta di additivi, quali liquidi sintetici o oli minerali può
migliorare notevolmente le caratteristiche a bassa temperatura degli
oli vegetali. Per esempio, aggiungere all’additivo 30% di additivi
53
all’olio alto oleico di colza permette che rimanga fluido dopo 7
giorni a -20 oC; l’olio normale di colza congela dopo tre giorni a -30
o
C, ma può essere mantenuto fluido per sette giorni a quella
temperatura con l’aggiunta di 20% di additivi;
bassa stabilità idrolitica
e ossidativi: le reazioni di idrolisi che
possono avvenire nell’olio in presenza di acqua e i fenomeni
ossidativi causati dall’alta temperatura degradano notevolmente gli
oli vegetali causando la formazione di acidi e di composti pastosi
che creano problemi alla lubrificazione.
4.2.1. Reazioni di ossidazione nell’olio vegetale
L’olio vegetale a contatto con l’ossigeno atmosferico dà luogo ad un
insieme di reazioni a catena, che portano all’ossidazione dell’olio e quindi al
deterioramento delle sue caratteristiche chimico-fisiche, favorite anche dalle
alte temperature.
Le reazioni di ossidazione procedono attraverso i seguenti stadi elementari:
•
attivazione: con scissione omolitica dell’atomo di idrogeno nella
posizione più reattiva del gliceride;
•
propagazione: con formazione di radicali perossidici che, a loro
volta, reagiscono con una nuova molecola di acido grasso;
•
terminazione: con formazione di composti stabili, i cosiddetti
composti di ossidazione secondaria.
I fattori principali che determinano la resistenza di un olio all’ossidazione
sono la composizione in acidi grassi e la presenza eventuale di metalli e di
antiossidanti.
Per quanto riguarda gli acidi grassi, il parametro principale da considerare è
costituito dal rapporto acidi saturi/acidi insaturi, infatti, la resistenza
dell’olio all’ossidazione diminuisce al diminuire di questo rapporto, ossia,
all’aumentare del contenuto di acidi grassi insaturi. Possiamo riportare nella
tabella 4.1 una scala di reattività per alcuni tipi di acidi grassi alla reazione
di ossidazione.
54
Si può notare che maggiore è l’insaturazione dell’acido, e maggiore è la
reattività all’ossidazione. La tabella 4.2 mostra la percentuale di
insaturazione dei più comuni oli vegetali.
Tabella 4.1. Reattività relativa degli acidi grassi all'ossidazione
Acidi grassi
Atomi C: legami insaturi
Reattività relativa
Acido stearico
18:0
1
Acido oleico
Acido linoleico
18:1
18:2
10
100
Acido linolenico
18:3
150
L’olio più soggetto all’ossidazione è l’olio di colza, ha, infatti, la maggiore
percentuale di acidi grassi insaturi e quindi il minor rapporto saturi/insaturi
Quando si parla di percentuale di acidi grassi saturi o insaturi in un olio,
come già detto, si intende la quantità di acidi che costituiscono i trigliceridi,
e non gli acidi grassi liberi.
Tabella 4.2. Percentuale di insaturazione di alcuni oli vegetali
Tipi di olio
Acidi saturi %
Acidi insaturi %
Rapporto
saturi/insaturi
Olio di palma
50
50
1
Olio di cotone
28
72
0.39
Olio di mais
15
85
0.18
Olio di soia
15
85
0.18
Olio di girasole
13
87
0.15
Olio di colza
7
93
0.075
55
La presenza di metalli, anche in tracce, ha un effetto negativo sulla
resistenza all’ossidazione, in quanto tali specie riducono l’energia di
attivazione delle reazioni di ossidazione, causandone un aumento di
velocità; i metalli agiscono da catalizzatori specifici, inducendo la
formazione di radicali perossidici.
Alcune ricerche effettuate sull’olio di girasole sottoposto a riscaldamento
severo in presenza di metalli hanno portato alla definizione della seguente
scala di reattività:
Fe > Mn > Cu > Co > Pb > Ni > Zn
Gli antiossidanti agiscono da donatori di idrogeno ed accettatori di radicali
liberi; quindi riducono la concentrazione dei radicali che intervengono nella
fase di attivazione, provocando una diminuzione della velocità globale di
ossidazione.
La maggior parte degli antiossidanti sono composti volatili, quindi la loro
azione protettiva diminuisce all’aumentare della temperatura e/o del tempo
di riscaldamento; nel caso dei composti a bassa volatilità, ad esempio i
tecoferoli, avenasterolo ( appartiene agli steroli), l’effetto antiossidante è
invece molto più marcato.
Un ulteriore fattore da considerare è il contenuto di ossigeno, che
diminuisce all’aumentare dell’umidità dell’olio, ed aumenta per effetto
dell’agitazione e con l’estensione della superficie di esposizione del olio
all’aria.
Sottoponendo un generico olio ad idrolisi si possono ottenere gli acidi grassi
riportati in tabella 4.3.
L’acido palmitico ha solo legami singoli tra gli atomi di carbonio è quindi
un acido saturo; l’acido oleico ha un solo legame doppio tra gli atomi di
carbonio risulta essere un acido monoinsaturo; l’acido linoleico è un acido
di-insaturo avendo più legami doppi tra gli atomi di carbonio.
56
Tabella 4.3. Prodotti di idrolisi di un olio vegetale
Nome
Acido palmitico
Acido oleico
Acido linoleico
Molecole per
100 (mol %)
18-25
17-38
45-55
Formula
CH3(CH2)14COOH
CH3(CH2)7CH-CH(CH2)7COOH
CH3(CH2)4CH-CHCH2CH-CH(CH2)7COOH
Studi effettuati da Renewable Lubricants Inc. (RLI) e da Lubrizol, aziende
americane leader nello sviluppo di biolubrificanti di origine vegetale, hanno
dimostrato che modificando geneticamente gli oli vegetale si possono
produrre oli altamente resistenti all’ossidazione. In dettaglio hanno
dimostrato che oli con un alta percentuale di acido oleico possiedono una
stabilità all’ossidazione maggiore:
•
olio alto-oleico di colza (HORO) con acido oleico al 72%;
•
olio di girasole alto oleico (HOSO) con acido oleico all’80%.
La stabilità all’ossidazione può essere ulteriormente migliorata aggiungendo
gli antiossidanti che possono migliorare anche la stabilità idrolitica dell’olio.
57
Capitolo V
SPERIMENTAZIONE BIOLUBRFICANTI
Premessa
I biolubrificanti di origine vegetale possono essere utilizzati al posto dei
lubrificanti di origine minerale, in molti settori tra i quali hanno maggior
rilievo quelli in cui il lubrificante può andare in contatto diretto con
ambiente:
•
utilizzazioni in macchine forestali: motori a due tempi di motoseghe;
•
utilizzazioni in macchine agricole: oli idraulici e di trasmissione.
Nel primo caso si hanno infatti emissioni dovute alla combustione del
motore a due tempi che oltre a generare inquinamento atmosferico può
causare anche danni alla salute dell’operatore; nel secondo caso invece
l’olio idraulico o utilizzato per la trasmissione di trattori può andare
direttamente in contatto con il terreno agricolo in lavorazione causando
danni anche per le colture.
Per quanto riguarda la sperimentazione dei biolubrificanti da utilizzare in
motori a due tempi si farà riferimento al Decreto Ministeriale 15 settembre
2004 “Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti. Recepimento della
direttiva 2002/88/CE del Parlamento europeo e del Consiglio del 9 dicembre
2002, che modifica la direttiva 97/68/CE del Parlamento europeo e del
Consiglio concernente i provvedimenti da adottare contro l'emissione di
inquinanti gassosi e particolato inquinante prodotti dai motori a
combustione interna destinati all'installazione su macchine mobili non
stradali”(GU n. 87 del 15-4-2005- Suppl. Ordinario n.64), inoltre si
effettuerà un confronto con un olio motore sintetico.
Per quanto riguarda la sperimentazione
dei biolubrificanti in macchine
agricole verranno riportati i risultati di prove effettuate sugli oli per la
trasmissione, verificando la tipologia di olio vegetale più idoneo a tale
utilizzazione.
58
5.1. Utilizzazione di biolubrificanti in motori a due tempi
Per verificare la valenza ambientale dei biolubrificanti si sono eseguite
l’analisi dei gas di scarico della motosega Alpina P500, le cui caratteristiche
tecniche sono riportate nella tabella 5.1.
Tabella 5.1. Caratteristiche tecniche della motosega Alpina P500
Caratteristiche tecniche della motosega Alpina P500
Cilindrata
cm³
50,8
Potenza
kW (CV)
2,3 (3,1)
N° giri al minimo
giri/min
2700-3000
N° giri al massimo
giri/min
11800-12000
N° giri alla coppia massima
giri/min
5500-6500
Capienza serbatoio
cm³
520
% olio miscela
%
2-4
Peso secco senza barra e catena
kg
4,9
5.1.1 Descrizione del banco prova utilizzato per la sperimentazione
La sperimentazione è stata condotta presso la “cella motore” del laboratorio
di “Macchine” del Dipartimento di Meccanica ed Aeronautica, Facoltà di
Ingegneria dell’Università degli Studi di Roma “La Sapienza”. La cella
motore è distinta in due ambienti: il primo dove sono collocate le macchine
da testare, ed il secondo dove si trovano i pannelli di comando delle
attrezzature presenti. Queste due camere sono separate fra loro da una parete
dotata di un’ampia vetrata che consente di verificare l’andamento dei test e
da un portello di accesso a chiusura ermetica a doppia anta e con capacità
tagliafuoco.
Nella cella motore sono presenti dei sistemi ad aspirazione localizzata e
generale, necessari all’eliminazione dei fumi ottenuti dalla combustione. Il
sistema di aspirazione localizzato è caratterizzato da una canna fumaria con
portata di 1000m3/h sulla quale, presso un’apposita flangia, viene inserito un
tubo convogliatore collegato a sua volta all’innesto speciale applicato alla
marmitta della macchina. Il collegamento tra la marmitta della macchina e
l’innesto speciale si effettua attraverso un tubo flessibile.
59
Il sistema di aspirazione generale è costituito da due griglie, di cui una per
l’immissione di aria fresca e l’altra, con aspiratore a due velocità, per
l’espulsione dei gas nocivi. Le due velocità di espulsione si rendono
necessarie in quanto, alla presenza di modeste produzioni di calore, una
velocità troppo alta di ricambio dell’aria rischierebbe di far abbassare la
temperatura invece di mantenerla costante; in questo modo sarebbero
alterate le condizioni della prova. D’altro canto una velocità troppo bassa
potrebbe essere insufficiente all’espulsione dei gas combusti.
Il banco di prova su cui vengono condotte le analisi dei gas di scarico è
costituito da:
•
freno dinamometrico a correnti parassite SCHENCK W40;
•
telaio regolabile su cui vengono disposte le macchine da testare.
La motosega è stata ancorata al telaio del
banco prova attraverso dei
sostegni metallici denominati “culle”, mentre il collegamento della
macchina alla flangia del freno dinamometrico, è reso possibile con un
giunto elastico per l’assorbimento di coppia (giunto HRC) caratterizzato da
due mozzi in acciaio dentati, interposti da un inserto in gomma nitrile
standard. Quest’ultimo assolve alla funzione di ammortizzare i picchi
transitori dei carichi e gli spostamenti accidentali paralleli, angolari e assiali
degli alberi di collegamento.
Per la determinazione della portata massica del carburante (consumo
espresso in kg/h alle varie modalità di prova) è stato realizzato un circuito
per il rifornimento della macchina, caratterizzato da un serbatoio da 2 litri e
da una buretta graduata di 25cm3, comunicanti tra loro attraverso una
tubazione. Da questi ultimi si dirama poi il tubo di rifornimento collegato
all’innesto di aspirazione della miscela del carburatore della macchina.
Bloccando con l’apposito rubinetto l’afflusso di carburante dal serbatoio, si
consente il consumo della miscela contenuta nella buretta graduata e quindi
cronometrando il tempo necessario al passaggio del menisco formato dalla
miscela, tra le due tacche di riferimento della buretta, si ottiene il valore di
consumo nell’unità di tempo (25cm3/min).
Il freno CARL SCHENCK W40 è un freno a correnti parassite per misure di
potenza che dissipa l’energia meccanica del motore in prova in calore
attraverso l’energia elettrica. Il calore viene poi eliminato dall’acqua di
60
raffreddamento che non esercita però azione frenante a differenza di quanto
accade sull’altro modello di freno SCHENCK (freno idraulico) presente
nella cella motore (Fig.5.1).
Figura 5.1. Schema freno SCHENCK W40
Dove:
K= forza in N applicata dal motore;
n = numero di giri al minuto;
P = forza peso in N;
r = raggio del rotore;
R = braccio di leva in m. Sullo Shenck W40 R = 0,358 m.
Il freno si compone principalmente di quattro parti:
•
la carcassa o statore, nella quale è alloggiato il rotore;
•
il telaio, sul quale è fissata la carcassa del freno;
•
il dispositivo di misura della forza (cella di carico), fissato sul telaio;
•
l’apparecchio di comando, che assieme all’output analogico del
dispositivo di misura della forza è posto nel “quadro SCHENCK”
della camera di controllo.
Il rotore è costituito da due semialberi e da un disco polare che ha una
dentatura stellare e ruota entro il campo magnetico di una bobina eccitata
con corrente continua.
Il disco polare ruota tra le camere di raffreddamento fisse entro il campo
magnetico generato da una bobina eccitata con corrente continua le cui spire
sono coassiali all’asse del freno. Il campo magnetico prodotto da questo
avvolgimento è quindi toroidale.
61
Data la configurazione del rotore, si hanno delle concentrazioni di flusso
magnetico in corrispondenza dei denti e pertanto, quando esso ruota, le zone
degli anelli dello statore che in un certo istante sono opposte ai denti oppure
comprese tra due denti del rotore, vengono alternativamente magnetizzate e
smagnetizzate. Si generano pertanto sulla superficie delle camere di
raffreddamento delle correnti di Foucalt (correnti parassite) che dissipano in
calore per effetto Joule l’energia fornita al freno dal motore termico; il
calore generato è asportato da una corrente d’acqua.
L’acqua di raffreddamento circola in un circuito chiuso di cui fa parte anche
il freno ed è mossa da una pompa che si trova sotto le grate della cella.
All’uscita dalle camere statoriche essa viene raccolta in un bacino, dal quale
viene poi convogliata in uno scambiatore aria-acqua posizionato all’esterno
dell’edificio. Qui viene raffreddata e di nuovo immessa in circolo.
I campi magnetici indotti dalle correnti parassite si oppongono al
movimento di rotazione.
La rotazione della carcassa (statore) viene impedita da una leva ad essa
solidale, vincolata ad un dispositivo dinamometrico a cella di carico.
Il momento torcente frenato viene indicato sotto forma di forza in rapporto
ad un determinato braccio di leva.
Nella tabella 5.2. che segue vengono riportate alcune caratteristiche tecniche
del freno Schenck, estrapolate dal manuale di uso e manutenzione fornito
dalla casa costruttrice.
Tabella 5.2. Caratteristiche tecniche del freno Schenck
Caratteristiche tecniche del freno Schenck
POTENZA MASSIMA DISSIPABILE
40 kW
REGIME DI ROTAZIONE MASSIMO
17000 giri/min
BRACCIO DELLA CELLA DI CARICO
0,358 m
MASSIMO MOMENTO TORCENTE
75 Nm
MASSIMO DISASSAMENTO TOLLERABILE 1 mm (2 mm all’avvio)
Il freno è equipaggiato per il collegamento a tensione alternata monofase
220 V, 50 Hz o 60 Hz rispettivamente 12 A, ma può funzionare anche con
tensioni comprese tra 205 V e 235 V. Altri valori di tensione necessitano di
un trasformatore opportuno.
62
Per la misura della coppia erogata dal motore viene impiegata una cella di
carico.
Il principio su cui si basa questo trasduttore è di tipo estensiometrico:
tramite una misura di deformazione di un dato corpo e dalla conoscenza del
suo modulo elastico, determiniamo il suo stato di sollecitazione. Il
trasduttore utilizzato è la cella di carico U2A prodotta dalla HBM.
Il trasduttore è una molla di misura realizzata in acciaio a cui sono applicati
otto estensimetri. L’elemento di misura è la parte superiore dell’involucro
del trasduttore. Gli estensimetri sono disposti in modo tale che quattro di
loro rilevano gli sforzi positivi e quattro gli sforzi negativi se la molla è
caricata nella direzione della misura.
La cella di carico è dotata di un circuito a ponte con tutte le resistenze di
correzione e compensazione, che sono utilizzate per sopprimere eventuali
influenze sul segnale di zero, sulla sensibilità e sulla caratteristica.
La forza che agisce lungo la direzione di misura deforma flessibilmente
l’elemento di misura e quindi gli estensimetri variano la loro resistenza
ohmica proporzionalmente alla loro variazione di lunghezza. In questo
modo si genera una squilibrio nel circuito di misura a ponte di Wheatstone.
Quando al ponte viene applicata una corrente di eccitazione il circuito
fornisce una differenza di potenziale proporzionale alla variazione di
resistenza dei suoi elementi e quindi alla forza applicata all’elemento
sensibile. Sollecitazioni di torsione, flessione e carichi concentrati
influenzano negativamente la cella e, pertanto, devono essere evitati.
Gli effetti della temperatura sul bilanciamento dello zero e sulla sensibilità
sono compensati; i cambiamenti della pressione ambiente agiscono come un
carico addizionale tuttavia queste variazioni sono poco apprezzabili nel caso
di grandi carichi nominali. Per conseguire i migliori risultati nelle misure
deve essere rispettato il campo nominale di temperature; le migliori
condizioni sono quelle in cui le temperature si mantengono costanti o
debolmente variabili. Gradienti di temperatura indotti nel trasduttore da
riscaldamento o raffreddamento su di un lato inducono rilevanti errori di
misura. La pressione ambiente dovrebbe essere compresa fra 0 e 5 bar e si
nota come la variazione di tale pressione può provocare una deriva dello
zero.
63
Il misuratore del numero di giri consiste in una ruota con 60 denti posta
all’estremità dell’albero del freno ed in un rilevatore di numero di giri. Gli
impulsi del rilevatore sono trasmessi tramite un convertitore della tensione
ad impulso, ad uno strumento analogico e digitale del quadro di comando
del freno.
L’altra estremità dell’albero del freno è invece dotata di una flangia per il
collegamento dell’albero del motore in prova.
Tutte le apparecchiature di controllo e di comando del freno a correnti
parassite sono contenute nell’armadio Schenck collocato nell’anticamera
della cella motore. Tali apparecchiature sono:
•
Apparecchio di comando Schenck LSG 24/18;
•
Contatore universale Schenck LUZ 11/36;
•
Amplificatore della cella di carico;
•
Indicatore analogico a bobina mobile HBM GA 03/411.
Per l’analisi dei gas di scarica si è utilizzato l’analizzatore Bosch un sistema
di misurazione trasportabile a struttura modulare per l’analisi dei gas di
scarico di veicoli con motore a ciclo Otto e Diesel la cui precisione di
misura secondo OIML R99 è di classe 0.
L’abbreviazione DTM sta per modulo numero di giri-temperatura ed è un
sistema che consente di avere le funzioni di misurazione della temperatura
dell’olio, attraverso un sensore di temperatura (per i motori a due tempi tale
funzione è inutilizzata), di misurazione del numero di giri, della tensione
della sonda lambda, dell’angolo di chiusura e di accensione, di valutazione
dell’inizio mandata e di misurazione del numero di giri attraverso un
trasduttore PMS.
L’analisi dei gas di scarico avviene attraverso il modulo di misura AMM
che consente di misurare le concentrazioni dei seguenti componenti dei gas
di scarico: CO, HC, CO2 e NOX. Il valore lambda (λ) viene calcolato dai
valori dei gas rilevati.
I campi di misura del modulo AMM vengono riportati nella tabella 5.3.
Per la misurazione dei contenuti di CO, CO2 e HC viene adoperato il
metodo non dispersivo a raggi infrarossi (NDIR - Spettroscopia non
dispersiva a raggi infrarossi). La quantità di ossigeno viene rilevata
mediante un sensore a funzionamento elettrochimico.
64
Tabella 5.3. Campi di misura del modulo AMM
CAMPI DI MISURA dell’ANALIZZATORE BOSCH
Componente Descrizione
Conc. Min. Conc. Max.
CO
Monossido di carbonio
0 %vol
10,00 %vol
HC
Idrocarburi
0 ppm
99999 ppm
CO2
Diossido di carbonio
0 %vol
18 %vol
O2
Ossigeno
0 %vol
22 %vol
NOX
Ossidi di azoto
0 ppm
5000 ppm
λ
Valore lambda
0,500
9,999
Il gas che deve essere misurato viene dapprima depurato da particelle ed
aerosol attraverso un cascata di filtri. Le particelle sono elementi solidi
come la polvere o la fuliggine mentre gli aerosol sono costituiti da
minuscole goccioline di liquido. Essi si possono depositare lungo il percorso
del gas e nelle celle di analisi formando una pellicola. Per evitare danni
all’apparecchio di analisi è necessario quindi fare attenzione al corretto
filtraggio e ad una corretta sostituzione dei filtri. L’analizzatore Bosch è
dotato di tre tipi di filtri: GF1, GF2 e GF3.
Il filtro GF1 depura il deflusso del gas dalle particelle più grandi e quindi
deve essere sostituito più di frequente per evitare uno scarso passaggio del
gas da analizzare. Il filtro GF2 depura il gas di scarico dall’aerosol e da
ulteriori particelle, mentre il GF3 è previsto per la protezione delle pompe.
Gli altri elementi che costituiscono l’analizzatore Bosch BEA 350 sono
l’opacimetro RTM 430, il trasduttore per il valore misurato NOX ed il
trasduttore del valore misurato O2. Quest’ultimi contengono rispettivamente
un soluzione acida e basica e quindi è richiesta molta attenzione nel
manipolare questi dispositivi.
5.1.2. Protocollo di sperimentazione
La legislazione a cui si fa riferimento durante lo svolgimento dei test, è il
Decreto Ministeriale 15 settembre 2004 che recepisce la Direttiva
2002/88/CE. Il D.M. stabilisce che i motori destinati ad essere montati su
macchine mobili non stradali, alimentati a benzina ed aventi una potenza
65
non superiore ai 19kW,vengono testati in conformità all’allegato IV, punti 2
e 3.
A seconda della classe di appartenenza delle macchine, le emissioni di CO
(monossido di carbonio), HC (idrocarburi incombusti), NOX (ossidi di
azoto) e HC+NOX (sommatoria di idrocarburi e ossidi di azoto)non devono
superare i valori imposti dalla direttiva. Nella fattispecie, per la Motosega
Alpina P500 (classe S e categoria SH3, data la cilindrata maggiore di
50cm3) i limiti previsti rispettivamente per la I fase e II fase nonché le
scadenze entro le quali i costruttori di questa tipologia di macchine devono
adeguare i propri prodotti, vengono riportati nella tabella 5.4.
Tabella 5.4. Limiti previsti nella I Fase e nella II Fase
LIMITI IMPOSTI DAL D.M. 15 SETTEMBRE 2004 PER LA CLASSE
SH3
Somma
Monossido
Ossidi di
ossidi di
Scadenza
di
Idrocarburi
Classe
Azoto
azoto ed
adeguamento
carbonio
idrocarburi
CO
HC
NOX
HC+NOX
g/kWh
g/kWh
g/kWh
g/kWh
11 agosto
603
161
5,36
SH3
2004
603
72
1 agosto 2008
La strategia in due fasi promossa dalla Direttiva Europea, e recepita dal
D.M. del 2004, ha lo scopo di consentire un graduale adeguamento
tecnologico delle ditte costruttrici e prevede anche delle deroghe di tre anni
per la seconda fase per tutti i costruttori di motori in piccole serie e cioè con
produzione inferiore alle 25000 unità/anno.
Per quanto riguarda le modalità di valutazione delle emissioni inquinanti di
cui al punto 2 dell’allegato IV, si stabiliscono le condizioni di prova
necessarie allo svolgimento dei test, le caratteristiche tecniche del sistema di
aspirazione, scarico e raffreddamento del motore, le caratteristiche tecniche
del carburante e dell’olio lubrificante e la regolazione al dinamometro.
Al punto 3 del medesimo allegato, vengono altresì definite le modalità per
l’esecuzione della prova come il posizionamento dell’apparecchiatura di
misurazione, l’avviamento del sistema di diluizione del motore, la
regolazione del rapporto di diluizione, controllo degli analizzatori e
66
funzionamento del motore al dinamometro, conformemente al ciclo di prova
prestabilito in base al tipo di macchina.
Per quanto concerne le macchine portatili (soffianti, motoseghe tagliasiepe,
decespugliatori, ecc.) il ciclo di prova è quello denominato G3, che prevede
il campionamento dei gas di scarico durante due modalità; la prima da
eseguirsi a regime minimo e la seconda a regime nominale con il 100% del
carico applicato, dove per carico si intende la frazione della coppia massima
disponibile ad una data velocità del motore. I valori di emissione espressi in
%vol (percentuale di volume) o ppm (parti per milione) di ogni singolo
componente gassoso ottenuti durante le due modalità, vengono dapprima
convertiti in portata massica di emissione (g/h) e successivamente mediati
con il calcolo delle emissioni specifiche (g/kWh) utilizzando gli opportuni
fattori di ponderazione. Nella tabella 5.5 viene schematizzata la procedura di
prova relativa al ciclo G3 e i fattori di ponderazione corrispondenti.
Tabella 5.5. Procedura di prova ciclo G3
CICLO G3
Numero modalità
1
2
Regime del motore
Regime nominale Regime minimo
Carico %
100
0
Fattore di ponderazione I FASE
0,90
0.10
WFi
II FASE
0,85
0,15
Conformemente al D.M. 15 settembre 2004, per l’esecuzione delle prove
sulla motosega Alpina P500, sono state eliminate le apparecchiature e i
dispositivi ausiliari che potrebbero falsare i risultati assorbendo potenza dal
motore. Pertanto la macchina è stata privata della barra di taglio e quindi del
carter-frizione. Viene inoltre asportato il rocchetto a campana della frizione
centrifuga per consentire l’inserimento della campana speciale da ancorare
alla flangia del freno Schenck.
Altre modifiche si sono rese necessarie per adattare l’uscita dei gas di
scarico del silenziatore alla sonda dell’analizzatore BEA 350 Bosch. Come
accennato precedentemente, il problema è stato risolto saldando sul tubo di
67
scappamento un raccordo filettato sul quale viene avvitato un flessibile a sua
volta fissato all’innesto speciale.
Un’altra modifica ha riguardato il collegamento del macchina con il circuito
di rifornimento e di valutazione dei consumi. Per le motoseghe Alpina è
stato scollegato il raccordo del carburatore al tubo di aspirazione della
miscela, collegandolo poi al tubo di alimentazione proveniente dal circuito
del carburante. Questo tubo è stato fatto passare nel vano carburatore sotto il
coprifiltro attraverso la piastra supporto carburatore
evitando di
farlo
interferire con i leveraggi dell’acceleratore.
Infine, per la valutazione della temperatura della testata della macchina alle
varie modalità di prova, è stata fissata con uno speciale mastice, una
termocoppia in prossimità della candela. Collegando quest’ultima con un
Tester dotato di convertitore di impulsi che converte gli impulsi elettrici in
valori di temperatura espressi in °C.
Questa metodologia di analisi, se pur in grado di fornire un ordine di
grandezza delle temperature in gioco, non è esente da errori, dovuti alla
probabile non perfetta aderenza della termocoppia sulla testata. Per questo,
in futuro, si provvederà ad applicare una termocoppia direttamente
all’interno di una candela, in modo da ottenere valori di temperatura più
precisi.
Di seguito vengo riportate in modo dettagliato le operazioni necessarie per
l’accoppiamento delle motoseghe con il banco freno Schenck W40 e
l’analizzatore per gas di scarico Bosch BEA 350, nonché le fasi che portano
all’ottenimento dei valori sperimentali di concentrazione dei componenti
tossici contenuti nei gas di scarico e di quelli necessari alla caratterizzazione
dei motori.
1. preparazione della motosega: la motosega viene privata dei
dispositivi ausiliari e fissata alla culla di ancoraggio al banco freno;
2. messa al banco delle macchine in prova: dopo aver imbullonato il
complesso macchina-culla al telaio regolabile del banco freno,
avviene la regolazione di quest’ultimo in modo tale da portare in
linea l’albero motore della macchina con l’asse di rotazione del
freno;
68
3. preparazione della cella motori del freno Schenck e dell’analizzatore
Bosch: i dispositivi in questione vengono accesi e regolati in base
alla prova da eseguire. L’analizzatore viene calibrato e si valutano
eventuali perdite del sistema;
4. rifornimento del serbatoio del circuito del carburante per la
valutazione dei consumi, con la miscela che si vuole testare;
5. valutazione delle caratteristiche ambientali della cella motore;
6. accensione della macchine;
7. carburazione delle macchina: la carburazione viene effettuata solo
all’inizio di un ciclo di prova in modo da ottenere dei dati
confrontabili;
8. rodaggio: la motosega rimane accesa al minimo per circa 15’poi, per
circa un minuto si accelera e si decelera per stabilizzare i parametri
motoristici;
9. analisi del gas di scarico emesso dalla motosega secondo le modalità
di prova previste dal D.M. 15 settembre 2004: l’analisi viene
condotta al minimo ed al massimo numero di giri, applicando però in
quest’ultimo caso, un carico tale da stabilizzare la rotazione del
motore al valore presso il quale la macchina esplica la coppia
massima (100%carico). I valori di emissione vengono memorizzati
dopo i primi 180s e poi dopo ogni 30s circa
Durante il ciclo di prova si sono confrontati i valori di emissione ottenuti
con biolubrificanti di origine vegetale con quelli rilevati utilizzando miscela
a base di lubrificante sintetico tradizionale. Nella tabella 5.6 che segue sono
riportati i materiali usati durante questo primo ciclo di prova.
Tabella 5.6. Caratteristiche lubrificanti utilizzati nella sperimentazione
Denominazione
Tipologia
Densità
(kg/dm3)
Castrol Garden
Synthetic 2T Oil
Olio lubrificante
0,865 a 20°C
Olio di colza
Olio lubrificante
0,91 a 15°C
Esteri metilici
Olio lubrificante
0,88 a 20°C
Specifica
lubrificante completamente sintetico
e ad alte prestazioni, studiato per
piccoli motori a due tempi
raffreddati ad aria
Lubrificante vegetale
Esteri
ottenuti
dalla
transesterificazione di oli vegetali
Per la miscelazione dei lubrificanti viene impiegata la benzina speciale
denominata UTG-96, per prove motori , prodotta dalla Chevron Phillips
69
Chemicals
con
sede
in
Brusselsesteenweg
Overijse
(Belgio)
commercializzata in fusti da 54 galloni (circa 200 litri) corrispondenti a
circa150 kg, ed avente una densità di 0,731 kg/dm3 a 15°C. La specifica di
impiegare un carburante speciale per prove di valutazione delle emissioni
inquinanti è esplicitamente richiesto dalla Direttiva 2002/88/CE. Questo
prodotto inoltre rispetta le specifiche del Federal Regulation CFR-40, Part
86.113, ed è indicato per l’uso nei test di certificazione delle emissioni.
Nella tabella 5.7sono riportate le caratteristiche del carburante speciale.
Tabella 5.7. caratteristiche del carburante speciale
CARBURANTE TIPO UTG-96
Proprietà
Valori tipici
Valori specifici
Corrosione del rame dopo 3 h a
1
1 max
50° C
API gravity a 60° F
59,8
58,7-61,2
Peso specifico a 60/60° F
0,740
0,734-0,744
Stabilità all’ossidazione
1440+
1440 min
Densità carbonio
2420
20401-2441
Gomma esistente, mg/100ml
1,0
5 max
Contenuto di piombo, g/gal
0,001
0,05 max
Contenuto di zolfo, wt %
0,005
0,1 max
Contenuto di fosforo, g/gal
0,001
0,005 max
Contenuto di alcool, % vol
0,00
0,00 max
Pressione di vapore a 100° F,
9,0
8,7-9,2
psia
Ricerca numero di ottani
96,1
96,1
Numero di ottani
87,0
Sensibilità
9,0
7,5
Intervallo di distillazione a
760mmHg, ° F
Punto
di
inizio
91
75-96
ebollizione
10%
128
120-135
50%
220
200-230
90%
309
300-325
Punto di fine
409
415 max
ebollizione
Composizione, vol%
Olefine
5
10 max
Aromatici
28
35 max
Saturi
67
residuo
Calore di combustione, Net,
18400
Btu/Ib
Contenuto di carbonio, wt %
86,5
Contenuto di idrogeno, wt %
13,5
Indice antidetonanti, (R+M)/2
92,0
Metodo di prova
ASTM D 130
ASTM D 1250
ASTM D 4052
ASTM D 525
Calcolato
ASTM D 381
ASTM D 3237 Modificato
ASTM D 3120
ASTM D 3231
Procedura EPA 10
ASTM D 323
ASTM D 2899
ASTM D 2700
Calcolato
ASTM D 86
ASTM D 1319
ASTM D 3338
Calcolato
Per quanto concerne l’olio lubrificante, il D.M. 15 settembre 2004 non
prevede alcun caratteristica standard, stabilendo nel punto 2.5 dell’allegato
70
IV che “i costruttori devono utilizzare lubrificanti rappresentativi dei
lubrificanti per motori disponibili in commercio”.
5.1.3. Risultati della sperimentazione
Nella tabella 5.8 vengono riportati i valori mediati, espressi in %vol delle
emissioni
dei
singoli
componenti
gassosi
ottenuti
durante
la
sperimentazione.
Tabella 5.8. Valori medi delle emissioni in % vol
HC
CO
CO2
NOX
Garden 2T
Metil estere
Olio di colza
I
II
I
II
I
II
modalità modalità modalità modalità modalità modalità
0,574
1,390
0,454
1,263
0,633
1,351
5,380
4,633
3,780
4,056
4,957
4,114
6,800
2,076
7,144
1,950
6,306
1,864
0,009
0,009
0,018
0,006
0,003
0,003
In particolare sono messe a confronto i valori delle emissioni ottenute
utilizzando olio sintetico e 2 tipologie di biolubrificanti costituiti da esteri
metilici e olio di colza tal quale. Le concentrazioni dei gas combusti sono
espresse in %vol (percentuale di volume) e quindi è necessaria la loro
conversione in g/kWh (portata massica d’emissione) per il confronto con i
limiti del D.M. 15 settembre 2004.
L’allegato IV dell’appendice 3 della suddetta direttiva riporta le formule
necessarie alla conversione dei valori sperimentali.
Conversione secco umido
La conversione delle concentrazioni da secco ad umido, nel nostro caso non
è necessaria poiché l’analizzatore BOSCH BEA 350 esegue il rilevamento
direttamente sull’umido. Tuttavia a titolo informativo, si riportano le
formule per l’elaborazione dei valori:
conc ( umido ) = k w × conc (sec co )
kw =
1
1 + α × 0 ,005 × (%CO[sec co] + %CO2 [sec co]) − 0 ,01 × % H 2 [sec co] + k w 2
71
H2 e kw2 si calcolano nel modo seguente:
H 2 [sec co] =
0 ,5 × α × %CO[sec co]× (%CO[sec co] + %CO2 [sec co])
%CO[sec co] + (3 × %CO2 [sec co])
k w2 =
1,608 × H a
1000 + (1,608 × H a )
Calcolo della portata massica d’emissione
La portata massica di emissione Gasmass [g/h] per ciascuna modalità si
calcola come segue:
Gasmass =
MWGas
1
×
× %conc× GFUEL × 1000
MWFUEL {(%CO2 [umido] − %CO2 AIR ) + %CO[umido] + %HC[umido]}
dove:
GFUEL[kg/h] è la portata massica del carburante.
MWGas[kg/kmole] è il peso molecolare di ciascun gas indicato nella tabella
seguente:
Gas MWGas[kg/kmole]
NOX
46,01
CO
28,01
HC
MWHC=MWFUEL
CO2
44,01
MWFUEL = 12,011 + α × 1,00794 + β × 15,9994 [kg/kmole] è il peso
molecolare del carburante, dove α è il rapporto idrogeno-carbonio e β è il
rapporto ossigeno-carbonio del carburante.
CO2AIR è la concentrazione di CO2 nell’aria d’alimentazione. All’inizio
d’ogni analisi, vengono rilevate con il BOSCH le concentrazioni di HC, CO,
NOX, O2 e CO2, presenti nell’atmosfera della cella motore, per le opportune
decurtazioni dai risultati finali. Quando la CO2AIR non viene rilevata, la
direttiva la pone pari allo 0,04%.
%conc è la concentrazione espressa in %vol (percentuale di volume) del gas
campionato con l’analizzatore.
%HC,%CO,%CO2 sono rispettivamente le concentrazioni di idrocarburi
incombusti, monossido di carbonio ed anidride carbonica, espresse sempre
in %vol, rilevate con l’analizzatore. Tuttavia il BOSCH esprime le
72
concentrazioni di HC ed NOX in ppm e quindi prima della loro elaborazione
e necessaria la conversione in %vol applicando la formula che segue:
%vol =
ppm
10000
Calcolo delle emissioni specifiche
Le emissioni specifiche espresse in (g/kWh) per tutti i singoli componenti
sono calcolate nel modo seguente:
n
∑ (Gas
Singolo gas =
massi
× WFi
)
i =1
n
∑ (P × WF )
i
i
i =1
dove:
WFi rappresenta i fattori di ponderazione previsti per la I e II fase di
attuazione della direttiva.
Pi è la potenza massima misurata alla velocità di prova nelle condizioni di
prova, calcolata con la formula Pi = PM,i + PAE,i . PM,i rappresenta la potenza
misurata con le differenti modalità di prova e PAE,i quella totale assorbita da
eventuali dispositivi ausiliari applicati per la prova. Nel nostro caso, questa
componente è pari a 2 kW per la prima modalità e 0 kW per la seconda
modalità, dato che la macchina testata viene privata di tutti i dispositivi
ausiliari.
Calcolo della portata massica del carburante
Per la valutazione dei consumi ci si avvale di un circuito di rifornimento
costituito da un serbatoio da 2 litri collegato ad un buretta graduata da
25cm3, attraverso un tubo. Da questo a sua volta si dirama il tubo
d’alimentazione della macchina. Per valutare i consumi in entrambe le
modalità di prova, si chiude il rubinetto che regola l’afflusso della miscela
dal serbatoio alla buretta in modo che il carburante consumato dalla
macchina sia quello contenuto nella buretta stessa.
Cronometrando il tempo necessario all’esaurimento dei 25cm3 del
contenitore graduato, si ottiene il valore di consumo espresso in cm3/s. La
conversione dei consumi espressi come tempo necessario al consumo di
73
25cm3 di miscela, in kg/h (portata massica del carburante, GFUEL) si esegue
applicando la seguente formula:
G FUEL
25
× Dmiscela
1000
=
min sec centesimi
+
+
60 3600
360000
dove:
Dmiscela [kg/dm3] è la densità della miscela, calcolata con la formula:
Dmiscela =
0,96 × Dbenzina + 0,04 × Dlub rificante
1000
La Dbenzina e la Dlubrificante, sono rispettivamente i valori di densità della
benzina e del lubrificante [kg/dm3], riportati nelle schede di sicurezza dei
prodotti.
Calcolo della potenza assorbita durante la modalità di prova
Pur costatando che per i motori endotermici a due tempi, il valore di potenza
massima si esprime all’incirca allo stesso numero di giri in cui la macchina
esplica il massimo valore di coppia, per una maggiore precisione si applica
la formula seguente per il calcolo della potenza assorbita durante la modalità
di prova. Il valore Pi ottenuto, si sostituisce nella formula per il calcolo delle
emissioni specifiche.
M [Nm] = K × b
Pi [kW ] = Mω
dove:
M rappresenta la coppia motrice ad un certo numero di giri che si ottiene dal
prodotto tra K (carico applicato dal freno ed espresso in N) e b braccio di
leva (distanza tra l’asse del rotore del freno dinamometrico e la cella di
carico, pari a 0,358m). La potenza P si ottiene invece moltiplicando M
(valore di coppia) per ω velocità angolare calcolate dalla formula:
ω = 2 ×π × f
74
dove:
f rappresenta la frequenza ad un certo regime del motore:
f =
numero giri min uto
60
Il superamento del limite di anche uno solo degli inquinanti gassosi, implica
la non omologabilità della macchina.
Nella tabella 5.9 sono riportati i valori delle emissioni espresse in g/kWh
relativi alle prove effettuate, in modo da confrontarle con i limiti imposti
dalla direttiva.
Tabella 5.9. Valori delle emissioni in g/kWh
HC
CO
CO2
NOX
Garden 2T
Metil estere
Olio di colza
I
II
I
II
I
II
Fase
Fase
Fase
Fase
Fase
Fase
23,85 25,03
21,4
22,6
27,98
29,249
486,5 495,54 386,07 394,89 480,5
489,38
946,44 952,8 1113,25 1119,92 941,02 947,02
1,34
1,37
2,93
2,95
0,48
0,49
Nelle figure 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, si confrontano le emissioni specifiche di ogni
singolo componente verificando i limiti imposti dalla normativa vigente.
Analizzando i dati si nota che i valori delle emissioni dei lubrificanti
utilizzati per la sperimentazione di origine vegetale, rientrano nei limiti
imposti dalla normativa inoltre durante le prove non si è notata nessuna
differenza di efficienza della motosega al cambio dell’olio motore utilizzato.
In base alle prove effettuate si può osservare che i biolubrificanti possono
sostituire l’olio sintetico, garantendo le stesse proprietà di lubrificazione ma
una biodegradabilità più alta e un grado di tossicità inferiore.
75
Figura 5.1. Confronto emissioni di HC in g/kWh
Emissioni di HC in g/kWh
30
25
20
15
I FASE
II FASE
10
5
0
GARDEN METIL OLIO DI
2T
ESTERE COLZA
Figura 5.2. Confronto emissioni di CO in g/kWh
Emissioni di CO in g/kWh
500
400
300
I FASE
II FASE
200
100
0
GARDEN METIL OLIO DI
2T
ESTERE COLZA
76
Figura 5.2. Confronto emissioni di CO2 in g/kWh
Emissioni CO2 in g/kWh
1150
1100
1050
1000
I FASE
950
II FASE
900
850
GARDEN METIL OLIO DI
2T
ESTERE COLZA
Figura 5.3. Confronto emissioni di NOx in g/kWh
Emissioni di NOx in g/kWh
3
2,5
2
1,5
I FASE
II FASE
1
0,5
0
GARDEN
2T
OLIO DI
COLZA
77
Confrontando le emissioni specifiche dei tre lubrificanti utilizzati si ha che
per quanto riguarda HC e il monossido di carbonio risulta essere il
Metilestere l’olio motore che comporta la minor presenza dei due inquinanti
nei gas di scarico, un discorso particolare deve essere fatto per l’anidride
carbonica e gli ossidi di azoto. La quantità di CO2 presente nei gas è
costituita da una parte
di anidride carbonica rinnovabile dovuta alla
presenza di un lubrificante di origine vegetale, mentre l’emissioni di NOx,
più elevata rispetto agli altri lubrificanti, deriva dalla presenza nel
Metilestere di una elevata percentuale di ossigeno che durante la
combustione determina la formazione di NOx. L’elevato contenuto in
ossigeno nel Metilestere consente una miglior combustione e quindi una
minor formazione di monossido di carbonio.
L’utilizzo nel motore di olio di colza, comporta, valori di emissioni
analoghe al lubrificante sintetico, si ha una diminuzione della quantità di
NOx presente nei gas di scarico.
Durante le prove si e valutata anche il valor medio della temperatura della
testata , in tabella 5.10 sono riportate le temperature medie registrate per la
prima e la seconda modalità di prova.
Tabella 5.10. Valori medi di temperatura oC
I Modalità
II Modalità
GARDEN 2T METIL ESTERE OLIO DI COLZA
239,8
214,2
255,4
100,4
98,1
102,8
Date le temperature
di funzionamento della motosega è consigliabile
l’utilizzo del Metilestere e non dell’olio di colza che comincia a deteriorare
per temperature al di sotto dei 70oC, con formazione di depositi nel motore e
quindi riduzione dei tempi di lavoro dello stesso. I lubrificanti costituiti da
metileseteri resistono a temperature al di sopra dei 70oC, inoltre sono meno
soggetti a degradazione per ossidazione.
5.2. Utilizzo di biolubrificanti in macchine agricole
Nessuna macchina è così adatta all’utilizzo di lubrificanti a base di olio
vegetale
come le apparecchiature agricole, lavorano infatti in stretto
78
contatto con l’ambiente
e una
perdita di lubrificante
comporta
contaminazione della terra, dell’acqua e delle colture alimentari presenti.
L’uso di lubrificanti di origine vegetale nel trattore fornisce inoltre
l’occasione di generare un ciclo continuo in cui l’apparecchiatura agricola è
lubrificata da un olio prodotto a partire da colture coltivate dalla stessa
macchina.
I lubrificanti a base di oli vegetali non sono adatti all’utilizzo come oli
motore, ma possono essere utilizzati come liquidi per la trasmissione. I
requisiti principali di un olio per trasmissioni sono:
•
controllo di viscosità;
•
resistenza alla corrosione;
•
stabilità idrolitica;
•
compatibilità con la guarnizione;
•
stabilità all’ossidazione.
In dettaglio si riporta uno studio effettuato da Lubrizol che ha preso in
considerazione olio di girasole alto oleico e olio di colza, studiando in
pacchetti di additivi più idonei (Tab.5.11,5.12)
Tabella 5.11. Composizione olio per trasmissione a base di olio di colza
Componente Funzione
% presente nel lubrificante
Olio di colza Olio di base
69,0
Lubrizol 9999 Pacchetto additivi
31,0
Tabella 5.11. Composizione olio per trasmissione a base di olio di
girasole alto oleico
Componente
Funzione
% presente nel lubrificante
Olio di girasole alto oleico Olio di base
69,0
Lubrizol 9999
Pacchetto additivi
31,0
Si sono valutate le prestazioni del lubrificante a base di olio di colza da
utilizzare sia come olio per trasmissioni verificando: un eccellente antiwear,
una elevata resistenza termica ed ossidativi che ne permette l’utilizzo per
una vasta gamma di applicazioni del trattore, proprietà reologiche
paragonabili ad un olio minerale, oltre ad ottime caratteristiche di
biodegradabilità e di ecotossicità.
79
Per quanto riguarda l’utilizzo del biolubrificante come olio idraulico, le
prove effettuate da Lubrizol hanno dimostrato una buona resistenza alla
frizione garantendo anche un ottima prestazione dei freni, inoltre si è
riscontrata una diminuzione della perdita per evaporazione dell’olio dovuto
alla volatilità più bassa dell’olio vegetale rispetto all’olio minerale. Non
sono stati riscontrati problemi per quanto riguarda la corrosione o la
compatibilità con le guarnizione, è consigliato un utilizzo per temperature
comprese tra – 20oC e + 40oC.
80
CONCLUSIONI
I biolubrificanti di origine vegetale risultano essere competitivi con gli oli
minerali per quanto riguarda gli aspetti tecnici, soprattutto se utilizzati come
olio motore per motori a due tempi, e come olio idraulico.
Come si è ampiamente sottolineato i settori in cui i lubrificanti vegetali
risultano ricoprire un ruolo importante sono quello agricolo e forestale, dato
il contatto diretto degli oli con l’ambiente circostante.
Nonostante i vantaggi tecnici ed ambientali, i biolubrificanti sono ancora
poco diffusi. In Italia si hanno in commercio solo oli per catene di
motoseghe di origine vegetale, in Francia e Germania si hanno lubrificanti
di origine vegetale per qualsiasi utilizzazione ma ancora non è presente un
vero e proprio mercato competitivo con quello degli oli minerali.
Le cause di questa situazione sono notevoli, per meglio comprenderle è
interessante analizzare quello che succede nel mercato francese, che
rappresenta un esempio che può essere esteso anche alla situazione italiana.
La conoscenza dei biolubrificanti da parte dei potenziali utilizzatori resta
limitata, infatti, da una parte alle imprese che sono state coinvolte nei
progetti di AGRICE2 e dall’altra da utilizzatori operanti in aree geografiche
particolari.
Lo sforzo commerciale per far conoscere e diffondere i prodotti vegetali è
stato debole, inoltre le attività della filiera si è essenzialmente concentrata
sulla parte agricola e non sullo sviluppo del prodotto finito.
I maggiori freni che sono stati riscontrati in Francia allo sviluppo dei
biolubrificanti sono stati:
assenza di normativa nazionale e locale di incentivazione, a
differenza di quello che succede in Germania dove si ha l’obbligo di
utilizzo di biolubrificanti nei piccoli motori navali e per tutti gli
utilizzi in aree protette;
scarsa informazione sia nei confronti degli utilizzatori che verso i
produttori;
2
AGRICE: Agricolture pour la Chimie et l’Energie, fondata in Francia nel 1994 dai
ministeri dell’ Agricoltura, dell’Ambiente, dell’Industria, della Ricerca con la
collaborazione di ADAME. Si occupa di programmi di ricerca relativi alla valorizzazione
delle produzioni agricole da utilizzare per produzioni energetiche , chimiche e dei materiali.
81
costo del ciclo di vita non competitivo con quello degli oli minerali.
Tutte le problematiche su esposte possono essere superate mettendo in
evidenza il carattere biodegradabile e non tossico dei biolubrificanti,
sviluppando un vero e proprio “mercato verde”, si hanno infatti vari
utilizzatori che sono già all’interno di questo mercato e sono alla ricerca di
prodotti completamente naturali. È il caso ad esempio dei produttori di
coltivazioni biologiche che garantirebbero in questo modo la totale assenza
dal terreno di prodotti tossici, o degli addetti alla manutenzione di aree
protette che utilizzerebbero olio vegetale riducendo l’impatto ambientale
legato alle utilizzazione ad esempio di apparecchiature forestali.
Un aiuto sotto questo punto di vista è arrivato con l’introduzione dei
biolubrificanti
vegetali tra i prodotti che possono richiedere l’etichetta
ecologica europea Ecolabel.
Un ulteriore incentivo può essere rappresentato da politiche nazionali che
incentivano economicamente lo sviluppo di filiere per la produzione di
lubrificanti vegetali, come avviene in Germania dove è presente un
programma nazionale per l’introduzione dei biolubrificanti nel mercato
tedesco.
82
APPENDICE
Decreto 15 settembre 2004
Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti. Recepimento della direttiva 2002/88/CE del
Parlamento europeo e del Consiglio del 9 dicembre 2002, che modifica la direttiva 97/68/CE
del Parlamento europeo e del Consiglio concernente i provvedimenti da adottare contro
l'emissione di inquinanti gassosi e particolato inquinante prodotti dai motori a combustione
interna destinati all'installazione su macchine mobili non stradali.
(GU n. 87 del 15-4-2005- Suppl. Ordinario n.64)
IL
di
IL
e
IL
MINISTRO
DELLE
MINISTRO
DELLE
MINISTRO
INFRASTRUTTURE
E
DEI
concerto
POLITICHE
AGRICOLE
E
DELL'AMBIENTE
E
DELLA
TUTELA
DEL
TRASPORTI
con
FORESTALI
TERRITORIO
Visto l'art. 229 del nuovo codice della strada approvato con decreto legislativo 30 aprile
1992, n. 285, pubblicato nel supplemento ordinario alla Gazzetta Ufficiale n. 114 del 18
maggio 1992 che delega i Ministri della Repubblica a recepire, secondo le competenze loro
attribuite, le direttive comunitarie concernenti le materie disciplinate dallo stesso codice;
Visti i commi 5 e 7 dell'art. 106 ed il comma 1 dell'art. 114 del nuovo codice della strada
che stabiliscono la competenza del Ministro dei trasporti, ora del Ministro delle
infrastrutture e dei trasporti, a decretare di concerto con il Ministro dell'agricoltura e delle
foreste, ora con il Ministro delle politiche agricole e forestali, e con il Ministro
dell'ambiente, ora con il Ministro dell'ambiente e della tutela del territorio, in materia di
norme costruttive e funzionali, nonche' in materia di emissioni inquinanti, delle macchine
agricole e delle macchine operatrici ispirandosi al diritto comunitario;
Visto il decreto del Ministro dei trasporti e della navigazione del 20 dicembre 1999,
pubblicato nel supplemento ordinario alla Gazzetta Ufficiale n. 32 del 9 febbraio 2000, di
attuazione della direttiva 97/68/CE del Parlamento europeo e del Consiglio concernente i
provvedimenti da adottare contro l'emissione di inquinanti gassosi e particolato inquinante
prodotti dai motori a combustione interna destinati all'installazione su macchine mobili non
stradali;
Visto il decreto del Ministro dei trasporti e della navigazione del 1° giugno 2001,
pubblicato nella Gazzetta Ufficiale n. 147 del 27 giugno 2001, di recepimento della rettifica
alla
direttiva
97/68/CE
del
Parlamento
europeo
e
del
Consiglio;
Visto il decreto del Ministro delle infrastrutture e dei trasporti 20 giugno 2002, pubblicato
nella Gazzetta Ufficiale n. 154 del 3 luglio 2002, di recepimento della direttiva 2001/63/CE
della Commissione che adegua al pregresso tecnico la direttiva 97/68/CE del Parlamento
europeo e del Consiglio;
Vista la direttiva 2002/88/CE del Parlamento europeo e del Consiglio del 9 dicembre 2002,
pubblicata nella Gazzetta Ufficiale dell'Unione europea n. L 35 dell'11 febbraio 2003, che
modifica la direttiva 97/68/CE del Parlamento europeo e del Consiglio concernente i
provvedimenti da adottare contro l'emissione di inquinanti gassosi e particolato inquinante
prodotti dai motori a combustione interna destinati all'installazione su macchine mobili non
stradali; Sentito il Ministro della salute;
Adotta
il seguente decreto:
Recepimento della direttiva 2002/88/CE del Parlamento europeo e del Consiglio del 9
dicembre 2002 che modifica la direttiva 97/68/CE del Parlamento europeo e del Consiglio
concernente i provvedimenti da adottare contro l'emissione di inquinanti gassosi e
particolato inquinante prodotti dai motori a combustione interna destinati all'installazione
su macchine mobili non stradali.
83
Art. 1.
1. Il decreto del Ministro dei trasporti e della navigazione 20 dicembre 1999, come
modificato da ultimo dal decreto del Ministro delle infrastrutture e dei trasporti 20 giugno
2002, e' modificato come segue:
a) all'art. 2:
1) l'ottavo trattino e' sostituito dal seguente:
« - immissione sul mercato, l'azione di rendere un motore disponibile per la prima volta sul
mercato, a titolo oneroso o gratuito allo scopo di distribuirlo e/o usarlo nella Comunita»;
2) sono aggiunti i seguenti trattini:
« - motore di sostituzione, un motore di nuova costruzione destinato a sostituire il motore di
una
macchina,
che
viene
fornito
unicamente
a
tale
scopo;
- motore portatile, un motore che soddisfa almeno una delle seguenti condizioni:
a. deve essere installato su un'apparecchiatura condotta da un operatore per tutta la durata
della o delle funzioni cui e' adibita;
b. deve essere installato su un'apparecchiatura che, per svolgere la o le funzioni cui e'
adibita, deve operare in diverse posizioni, ad esempio capovolta o di lato;
c. deve essere installato su un'apparecchiatura nella quale la somma del peso a secco,
motore piu' apparecchiatura, non supera i 20 kg ed alla quale si applica almeno una delle
seguenti caratteristiche:
1. l'operatore deve sostenere o trasportare l'apparecchiatura per tutta la durata della o delle
funzioni previste;
2. l'operatore deve sostenere o dirigere l'apparecchiatura per tutta la durata della o delle
funzioni previste;
3. il motore deve essere utilizzato in un generatore o in una pompa;
- motore non portatile, un motore che non rientra nella definizione di motore portatile;
- motore portatile ad uso professionale operante in diverse posizioni, un motore portatile
che soddisfa le condizioni di cui ai punti 1) e 2) della definizione di motore portatile; e per
il quale il costruttore di motori ha comprovato all'autorita' competente che al motore e'
applicabile un periodo di durabilita' delle emissioni di categoria 3 conformemente al punto
2.1 dell'appendice 4 dell'allegato IV al presente decreto;
- periodo di durabilita' delle emissioni, il numero delle ore indicato nell'appendice 4
dell'allegato IV al presente decreto, per determinare i fattori di deterioramento;
- famiglia di motori ad accensione comandata in piccole serie, una famiglia di motori ad
accensione comandata con una produzione totale annua inferiore a 5.000 unita';
- costruttore di motori ad accensione comandata in piccole serie, un costruttore la cui
produzione
totale
annua
di
motori
e'
inferiore
a
25.000
unita'.»;
b) all'art. 4:
1) il comma 2. e' modificato come segue:
1.1) nel primo periodo, l'espressione «allegato VI» e' sostituita con l'espressione «allegato
VII»;
1.2) nel secondo periodo, l'espressione «allegato VII» e' sostituita con l'espressione
«allegato VIII»;
2) il comma 4. e' modificato come segue:
2.1) nella lettera a), l'espressione «allegato VIII» e' sostituita con l'espressione «allegato
IX»;
2.2) nella lettera b), l'espressione «allegato IX» e' sostituita con l'espressione «allegato X»;
3) il comma 5. e' modificato come segue:
3.1) l'espressione «allegato X» e' sostituita con l'espressione «allegato XI»;
c) all'art. 7, il comma 1. e' sostituito dal seguente:
«1. Le omologazioni e, se del caso, i relativi marchi di omologazione elencati nell'allegato
XII al presente decreto sono considerate conformi al decreto stesso.»;
d) l'art. 9 e' modificato come segue:
1) nel comma 1. l'espressione «per un tipo di motore o una famiglia di motori» e' sostituita
con l'espressione «per un tipo di motore o una famiglia di motori ad accensione per
compressione» e l'espressione «allegato VI» e' sostituita dall'espressione «allegato VII»;
2) nel comma 2. l'espressione «allegato VI» e' sostituita dall'espressione «allegato VII» e
l'espressione «punto 4.2.1 dell'allegato I» e' sostituita dall'espressione «punto 4.1.2.1
dell'allegato
I»;
3) nel comma 3. l'espressione «allegato VI» e' sostituita dall'espressione «allegato VII» e
l'espressione «punto 4.2.3 dell'allegato I» e' sostituita dall'espressione «4.1.2.3 dell'allegato
I»;
84
4) nel primo periodo del comma 4. l'espressione «immissione sul mercato di motori nuovi»
e' sostituita dall'espressione «immissione sul mercato di motori»;
e) dopo l'art. 9, e' inserito il seguente articolo:
«Art. 9-bis - 1. Ai fini del seguente decreto, i motori ad accensione comandata vengono
suddivisi nelle seguenti classi: a. classe principale S: piccoli motori con potenza netta < o =
19 kW;
b. la classe principale S si suddivide a sua volta in due categorie:
1) H: motori per macchine portatili;
2) N: motori per macchine non portatili.
===================================================================
==
classe/categoria
cilindrata (cm3)
-------------------------------------------------------------------Motori portatili
Classe SH:1
< 20
-------------------------------------------------------------------Classe SH:2
> o = 20
< 50
-------------------------------------------------------------------Classe SH:3
> o = 50
-------------------------------------------------------------------Motori non portatili
Classe SN:1
< 66
-------------------------------------------------------------------Classe SN:2
> o = 66
< 100
-------------------------------------------------------------------Classe SN:3
> o = 100
< 225
-------------------------------------------------------------------Classe SN:4
> o = 225
-------------------------------------------------------------------2. A decorrere dall'11 agosto 2004, non puo' essere negata l'omologazione per un tipo di
motore o una famiglia di motori ad accensione comandata, o il rilascio del documento di
cui all'allegato VII del presente decreto ne possono essere imposti, per l'omologazione,
ulteriori requisiti in materia di emissioni che inquinano l'atmosfera, per le macchine mobili
non stradali su cui sia montato un motore, se il motore soddisfa i requisiti stabiliti dal
presente decreto in materia di emissioni di inquinanti gassosi.
3. Fase I di omologazione. Sara' negato il rilascio dell'omologazione per un tipo di motore o
una famiglia di motori ed il rilascio dei documenti di cui all'allegato VII del presente
decreto e ogni altra omologazione per le macchine mobili non stradali su cui sia montato un
motore dopo l'11 agosto 2004, se il motore non soddisfa i requisiti stabili nel presente
decreto e se le emissioni di inquinanti gassosi prodotte dal motore in questione non sono
conformi ai valori limite definiti nella tabella di cui al punto
4.2.2.1 dell'allegato I del presente decreto.
4. Fase II di omologazione. Sara' negato il rilascio dell'omologazione per un tipo di motore
o una famiglia di motori ed il rilascio dei documenti di cui all'allegato VII del presente
decreto e di ogni altra omologazione per le macchine mobili non stradali su cui sia montato
un motore:
successivamente al 1° agosto 2004 per le classi di motori SN:1 ed SN:2;
successivamente al 1° agosto 2006 per la classe di motori SN:4;
successivamente al 1° agosto 2007 per le classi di motori SH:1, SH:2 ed SN:3;
successivamente al 1° agosto 2008 per la classe di motori SH:3, se il motore non soddisfa i
85
requisiti stabiliti dal presente decreto e se le emissioni di inquinanti gassosi prodotte dal
motore in questione non sono conformi ai valori limite definiti nella tabella di cui al punto
4.2.2.2 dell'allegato I del presente decreto.
5. Dopo sei mesi a decorrere dalle date applicabili alle rispettive categorie di motori di cui
ai commi 3. e 4. del presente decreto, ad eccezione delle macchine e dei motori destinati
all'esportazione in Paesi terzi, sara' consentita l'immissione sul mercato di motori, gia'
montati o meno su macchine, soltanto se essi soddisfano i requisiti del presente decreto.
6. Per i tipi di motori o le famiglie di motori che soddisfano i valori limite indicati nella
tabella di cui al punto 4.2.2.2 dell'allegato I del presente decreto prima delle date stabilite
nel comma 4., e' consentita un'etichettatura ed una marcatura speciali per indicare che
l'attrezzatura in questione soddisfa i valori limite prima delle date stabilite.
7. Le seguenti macchine sono esentate dal rispetto delle date di attuazione per i valori limite
di emissione della fase II per un periodo di tre anni dall'entrata in vigore di tali valori limite
di emissione. Per questi tre anni continuano ad essere applicabili i valori limite di emissione
della fase I:
motosega portatile: un apparecchio portatile destinato al taglio del legno con sega a catena,
da tenersi con due mani ed avente una cilindrata superiore ai 45 cm3, in conformita' della
norma EN ISO 11681-1;
apparecchio con impugnatura superiore, ossia trapani portatili e motoseghe a catena per gli
alberi: un apparecchio portatile con un manico sull'estremita' superiore, destinato a praticare
fori o a tagliare legno con una sega a catena, in conformita' della norma ISO 11681-2;
decespugliatore portatile con motore a combustione interna: un apparecchio portatile dotato
di una lama rotante in metallo o plastica destinato a tagliare erbe infestanti, cespugli, arbusti
e vegetazione simile. Deve essere progettato in conformita' della norma EN ISO 11806 in
modo da operare in varie posizioni, come orizzontalmente o dall'alto verso il basso, e deve
avere una cilindrata superiore a 40 cm3;
tagliasiepi portatile: un apparecchio portatile destinato al taglio di siepi e cespugli mediante
una o piu' lame dotate di moto alternativo, in conformita' della norma EN 774;
tagliatrice portatile con motore a combustione interna: un apparecchio portatile destinato a
tagliare materiali duri come pietre, asfalto, cemento o acciaio, mediante una lama rotante in
metallo con una cilindrata superiore a 50 cm3, in conformita' della norma EN 1454, e
motori non portatili della classe SN:3, ad asse orizzontale: unicamente quei motori della
classe SN:3 non portatili con asse orizzontale che producono un'energia pari o inferiore a
2,5 kW, utilizzati essenzialmente per determinati fini industriali, comprendenti motozappe,
tagliatrici a cilindri, aeratori per prati e generatori.
8. Per ciascuna categoria, sono posposte di due anni le date di cui ai commi 3, 4 e 5 per i
motori prodotti entro la data che precede le date indicate nei commi medesimi.»;
f) all'art. 10:
1) il comma 1. e' sostituito dal seguente:
«1. I requisiti di cui all'art. 8. commi 1 e 2, all'art. 9, comma 4, ed all'art. 9-bis, comma 5,
non si applicano: ai motori ad uso delle forze armate, ed ai motori esentati in base ai commi
1-bis
e
2.;
2) dopo il comma 1. e' inserito il seguente comma:
«1-bis. Il motore di sostituzione deve rispettare i valori limite che il motore da sostituire
doveva soddisfare originariamente al momento dell'immissione sul mercato. La dicitura
"MOTORE DI SOSTITUZIONE" e' riportata su un'etichetta applicata al motore, o e'
inserita
nel
manuale
del
proprietario.»;
3) dopo il comma 2. sono aggiunti i seguenti commi:
«3. Le date di cui all'art. 9-bis., commi 4 e 5, sono posticipate di tre anni per i costruttori di
motori in piccole serie.
Le disposizioni di cui all'art. 9-bis., commi 4 e 5, sono sostituite dalle disposizioni
corrispondenti della fase I per le famiglie di motori in piccole serie sino ad un massimo di
25000 unita', a condizione che le varie famiglie di motori in questione abbiano tutte una
cilindrata
diversa.»;
g) prima degli allegati e' aggiunto il seguente elenco degli allegati:
«Elenco degli allegati:
Allegato I: ambito di applicazione, definizioni, simboli, abbreviazioni, marcatura del
motore, specifiche e prove, conformita' della produzione, parametri per la definizione della
famiglia di motori, scelta del motore capostipite;
Allegato II: scheda informativa:
Appendice 1: caratteristiche fondamentali del motore (capostipite);
86
Appendice
2:
caratteristiche
fondamentali
della
famiglia
di
motori;
Appendice 3: caratteristiche fondamentali dei tipi di motori appartenenti ad una famiglia;
Allegato III: procedimento di prova per motori ad accensione per compressione:
Appendice 1: procedure di misurazione e campionamento;
Appendice 2: taratura degli strumenti di analisi;
Appendice 3: valutazione dei dati e calcoli;
Allegato IV: procedimento di prova - motore ad accensione comandata:
Appendice 1: procedure di misurazione e campionamento;
Appendice 2: taratura degli strumenti di analisi;
Appendice 3: valutazione dei dati e calcoli;
Appendice 4: fattori di deterioramento;
Allegato V: caratteristiche tecniche del carburante di riferimento prescritto per le prove di
omologazione e per la verifica della conformita' della produzione. Carburante di riferimento
per macchine mobili non stradali - motori ad accensione per compressione;
Allegato VI: sistema analitico e di campionamento;
Allegato VII: scheda di omologazione:
Appendice 1: risultati delle prove per i motori ad accensione per compressione;
Appendice 2: risultati delle prove per i motori ad accensione comandata;
Appendice 3: apparecchiature e dispositivi ausiliari da installare per la prova per
determinare la potenza del motore;
Allegato VIII: sistema di numerazione della scheda di omologazione;
Allegato IX: elenco delle omologazioni rilasciate per un tipo di motore/famiglia di motori;
Allegato X: elenco dei motori prodotti;
Allegato XI: scheda relativa ai motori omologati;
Allegato XII: riconoscimento di omologazioni alternative»;
h) gli allegati sono modificati ed integrati conformemente all'allegato al presente decreto,
che ne costituisce parte integrante.
Il presente decreto sara' pubblicato nella Gazzetta Ufficiale della Repubblica italiana.
Roma, 15 settembre 2004
Il Ministro delle infrastrutture e dei trasporti Lunari
Il Ministro delle politiche agricole e forestali Alemanno
Il Ministro dell'ambiente e della tutela del territorio Matteoli
Registrato alla Corte dei conti il 18 febbraio 2005 Ufficio controllo atti Ministeri delle
infrastrutture ed assetto del territorio, registro n. 1, foglio n. 273
Allegato
Gli allegati al decreto del Ministro dei trasporti e della navigazione 20 dicembre 1999,
come modificato da ultimo dal decreto del Ministro delle infrastrutture e dei trasporti 20
giugno 2002, sono modificati ed integrati conformemente al presente allegato.
1. L'allegato 1 è modificato come segue:
a) la prima frase del punto 1 "CAMPO DI APPLICAZIONE" è sostituita dal testo seguente:
"La presente direttiva si applica ai motori destinati ad essere montati sulle macchine mobili
non stradali e ai motori secondari installati su veicoli destinati al trasporto di passeggeri o
merci su strada.";
b) il punto 1, lettere A, B,C, D, e è modificato come segue:
"A. destinate e idonee a far muovere, o a essere mosse, su terreno con o senza strada, con
alternativamente:
i) un motore ad accensione per compressione avente una potenza netta conformemente al
punto 2.4 compresa tra 18 kW e 560 kW (4) e funzionante a velocità intermittente più che ad
una sola velocità costante.
Sono compresi in questa definizione (testo invariato fino a autogru), oppure
ii) un motore ad accensione per compressione avente una potenza netta conformemente al
punto 2.4 compresa tra 18 kW e560 kW e funzionante a velocità costante. I valori limite si
applicano unicamente a decorrere dal 31 dicembre 200.
Sono compresi in questa definizione i motori delle seguenti macchine (elenco non
limitativo):
87
- compressori a gas,
- gruppi elettrogeni a carico intermittente, compresi refrigeratori e saldatrici,
- pompe ad acqua,
- apparecchi per il giardinaggio, decespugliatori, spazzaneve, spazzatrici,
oppure
iii) un motore ad accensione comandata a benzina avente una potenza netta conformemente
al punto 2.4 non superiore a 19 kW.
Sono compresi in questa definizione i motori delle seguenti macchine (elenco non
limitativo):
- falciatrici,
- motoseghe
- generatori,
- pompe ad acqua,
- decespugliatori.
La presente direttiva non si applica ai seguenti veicoli:
B. Navi;
C. Locomotive ferroviarie;
D. Aeromobili;
E. Veicoli da diporto, ad esempio:
- motoslitte,
- motociclette da fuoristrada,
- veicoli fuoristrada;";
c) il punto 2 è modificato come segue:
- alla nota 2 del punto 2.4 viene aggiunto il testo seguente:
"... slavo qualora la ventola di motori raffreddati ad aria sia montata direttamente sull'albero
a gomiti (cfr. allegato VII, appendice 3).";
- al punto 2.8 è aggiunto il seguente trattino:
"- per motori da sottoporre a prova nel ciclo G1, il regime intermedio è l'85% del regime
nominale massimo (cfr. il punto 3.5.1.2 dell'allegato IV).";
- sono aggiunti i seguenti punti:
"2.9. parametro regolabile, qualsiasi dispositivo, sistema o elemento del progetto regolabile
fisicamente che possa influire sulle emissioni o sulle prestazioni del motore durante la
prova delle emissioni o nel corso del funzionamento normale;
2.10 post-tratatmento, il passaggio dei gas di scarico attraverso un dispositivo o un sistema
deputato ad alterare i gas, dal punto di vista chimico o fisico, prima del rilascio in
atmosfera;
2.11 motore ad accensione comandata, motore che funziona in base al principio
dell'accensione a scintilla;
2.12 dispositivo ausiliario di controllo delle emissioni, qualsiasi dispositivo che rileva i
parametri di esercizio dal motore allo scopo di regolare il funzionamento di una parte
qualsiasi del sistema di controllo delle emissioni;
2.13 sistema di controllo delle emissioni, qualsiasi dispositivo, sistema o elemento del
progetto che controlla o riduce le emissioni;
2.14 sistema del carburante, tutti i componenti adibiti alla misurazione e alla miscelazione
del carburante;
2.15 motore secondario, un motore installato in o su un veicolo che tuttavia non fornisce la
forza motrice al veicolo;
2.16 durata della modalità di prova, il lasso di tempo compreso tra lo stacco dal regime e/o
dalla coppia della modalità precedente e della fase di precondizionamento e l'inizio della
modalità successiva. Comprende i tempi per il cambiamento del regime e/o della coppia e
la stabilizzazione all'inizio di ciascuna modalità."
- Il punto 2.9 diventa punto 2.17 e gli attuali punti da 2.9.1 a 2.9.3 sono rinumerati da
2.17.1 a 2.17.3;
d) il punto 3 è modificato come segue:
- il punto 3.1 è sostituito dal testo seguente:
"3.1. Il motore ad accensione per compressione omologato a norma della presente direttiva
deve recare:,"
- il punto 3.1.3 è modificato come segue:
"allegato VII" viene sostituito da "allegato VIII",
- è inserito il punto seguente:
88
"3.2. Il motore ad accensione comandata omologato a norma della presente direttiva deve
recare:
3.2.1. il marchio di fabbrica o la ragione sociale del costruttore del motore;
3.2.2. il numero di omologazione CE descritto nell'allegato VIII",
- gli attuali punti da 3.2 a 3.6 sono rinumerati da 3.3 a 3.7,
- il punto 3.7 è modificato come segue: "allegato VI" è sostituito da "allegato VII";
e) il punto 4 è modificato come segue:
- è inserita la seguente voce: "4.1. Motori ad accensione per compressione",
- l'attuale punto 4.1 diventa 4.1.1 e il riferimento ai punti 4.2.1 e 4.2.3 è sostituito da un
riferimento ai punti 4.1.2.1 e 4.1.2.3,
- l'attuale punto 4.2 diventa 4.1.2 ed è modificato come segue: "allegato V" è sostituito da
"allegato VI",
- l'attuale punto 4.2.1 diventa 4.1.21.; l'attuale punto 4.2.2 diventa 4.1.2.2 e il riferimento al
punto 4.2.1 è sostituio dal riferimento al punto 4.1.2.1; gli attuali punti 4.2.3 e 4.2.4
diventano 4.1.2.3 e 4.1.2.4;
f) è aggiunto il punto seguente:
"4.2 Motori ad accensione comandata
4.2.1 Informazioni generali
Gli elementi che possono influire sull'emissione d'inquinanti gassosi devono essere
progettati, costruiti e monatti in modo che, in condizioni normali di utilizzazione e
malgrado e vibrazioni cui può essere sottoposto, il motore possa soddisfare alle disposizioni
della presente direttiva.
I provvedimenti tecnici presi dal costruttore devono garantire che le emissioni suddette
siano effettivamente limitate conformemente alla presente direttiva, per la normale durata
di vita del motore e nelle normali condizioni d'uso ai sensi dell'allegato IV, appendice 4.
4.2.2 Specifiche relative alle emissioni di inquinanti
I componenti gassosi emessi dal motore sottoposto ala prova devono essere misurati con i
metodi descritti nell'allegato VI (si considera incluso qualsiasi eventuale dispositivo di
post-trattamento).
Sono accettati altri sistemi o analizzatori, purchè essi forniscano risultati equivalenti ai
seguenti sistemi di riferimento:
- per le emissioni gassose misurate sullo scarico tal quale, il sistema illustrato nella figura 2
dell'allegato VI,
- per le emissioni gassose misurate sullo scarico diluito di un sistema di diluizione a flusso
pieno, il sistema illustrato nella figura 3 dell'allegato VI.
4.2.2.1. Le emissioni di monossido di carbonio, idrocarburi, ossido d'azoto e la somma
totale di idrocarburi e ossidi di azoto non devono superare, per la fase I, i valori indicati
nella tabella seguente:
Fase I
Classe
SH:1
SH:2
SH:3
SN:1
SN:2
SN:3
SN:4
Monossido di
carbonio (CO)
(g/kWh)
Idrocarburi
(HC)
(g/kWh)
Ossidi di
aozto (NOx)
(g/kWh)
805
805
603
519
519
519
519
295
241
161
5,36
5,36
5,36
Somma di
idrocarburi e
ossidi di azoto
(g/kWh)
HC + NOx
50
40
16,1
13,4
89
4.2.2.2. Le emissioni di monossido di carbonio e la somma totale di idrocarburi e ossidi di
azoto non devono superare, per la fase II, i valori indicati nella tabela seguente:
Fase II
SH:1
SH:2
Somma di idrocarburi
Monossido di carbonio
e ossidi di azoto
(CO)
(g/kWh)
(g/kWh)
HC + NOx
805
50
805
50
SH:3
603
72
SN:1
SN:2
SN:3
SN:4
610
610
610
610
50,0
40,0
16,1
12,1
Classe
Le emissioni di NOx per tutte le classi di motori non devono superare il 10 g/kWh
4.2.2.3 In deroga alla definizione di "motore portatile" di cui all'articolo 2 della presente
direttiva, i motori a due tempi utilizzati per gli spazzaneve devono rispettare soltanto gli
standard fissati per le classi SH:1, SH:2 o SH:3.
_________________
(*) Cfr. allegato 4, appendice 4: inclusi i fattori di deterioramento.";
g) i punti da 6.3 a 6.9 sono sostituiti dai punti seguenti:
"6.3. Cilindrata unitaria: entro una fascia di variazione dall'85% al 100% della cilindrata
massima della famiglia di motori in questione.
6.4. Metodo di aspirazione dell'aria
6.5. Tipo di carburante:
- diesel
- benzina
6.6. Tipo/disegno della camera di combustione
6.7 Valvole e luci: configurazioni, dimensioni e numero
6.8. Sistema di alimentazione carburante:
per il diesel
- iniettore a pompa
- pompa in linea
- pompa a distributore
- elemento singolo
- iniettore unitario
per la benzina
- carburatore
- iniezione diretta carburante
- iniezione diretta
6.9. Caratteristiche varie:
- ricircolo dei gas di scarico
- iniezione d'acqua/emulsione
- iniezione d'aria
- sistema di raffreddamento della sovralimentazione
- tipo di accensione (a compressione, a scintilla)
90
6.10. Post-trattamento dello scarico:
- catalizzatore di ossidazione
- catalizzatore di riduzione
- catalizzatore a tre vie
- reattore termico
- trappola del particolato";
2. l'allegato II è modificato come segue:
a) all'appendice 2, il testo della tabella è così modificato:
il testo "Erogazione carburante per corsa (mm3)" alla terza e alla sesta voce è sostituito da:
"Erogazione carburante per corsa (mm3) per i motori diesel, flusso del carburante (g/h) per
i motori a benzina";
b) l'appendice 3 è modificata come segue:
- Il titolo del punto 3 è sostituito dal testo seguente: "ALIMENTAZIONE DEL
CARBURANTE PER I MOTORI DIESEL",
- vengono aggiunti i seguenti punti:
"4. ALIMENTAZIONE DEL CARBURANTE PER I MOTORI A BENZINA
4.1. Carburatore:
4.1.1. Marca o marche:
4.1.2. Tipo o tipi:
4.2. Iniezione indiretta carburante:
4.2.1 Marca o marche
4.2.2 Tipo o tipi:
4.3. Iniezione diretta
4.3.1. Marca o marche:
4.3.2 Tipo o tipi:
4.4. Flusso del carburante [g/h] e rapporto aria/carburante al regime nominale e con la
valvola a farfalla completamente aperta";
- l'attuale punto 4 diventa punto 5 e sono aggiunti i seguenti punti:
"5.3. Sistema variabile di registrazione della valvola (se applicabile e dove: aspirazione
e/o scarico)
5.3.1. Tipo: continuo o discontinuo
5.3.2. Angolo di sfasamento di camma",
- Sono aggiunti i punti seguenti:
"6. CONFIGURAZIONI LUCI
6.1. Posizione, dimensione e numero"
"7. SISTEMA DI INIEZIONE
7.1. Bobina di accensione
7.1.1. Marca o marche:
7.1.2 Tipo o tipi:
7.1.3. Numero
7.2. Candela o candele
7.2.1. Marca o marche:
7.2.2. Tipo o tipi:
7.3. Magnete
7.3.1. Marca o marche:
7.3.2. Tipo o tipi:
7.4. Messa in fase dell'accensione
7.4.1. Anticipo statico rispetto al punto morto superiore [gradi di rotazione dell'albero a
gomito]:..
7.4.2. Curva di anticipo, se applicabile;
3. l'allegato III è modificato come segue:
91
a) il titolo è sostituito dal seguente:
"PROCEDIMENTO DI PROVA PER MOTORI AD ACCENSIONE PER
COMPRESSIONE"
b) il punto 2.7 è modificato come segue:
"allegato VI" è sostituito da: "allegato VII" e "allegato IV" è sostituto da "allegato V";
c) il punto 3.6 è modificato come segue:
- i punti 3.6.1 e 3.6.1.1 sono così modificati:
"3.6.1. Specifiche delle macchine conformemente all'allegato I, parte 1 A:
3.6.1.1. Specifica A: I motori di cui all'allegato I, parte 1A, punto i) sottoposti alla prova,
vengono fatti funzionare al dinamometro conformemente al seguente ciclo di 8 modalità (*)
(tabella invariata).
_______________
(*) Identico al ciclo C1 del progetto di norma ISO 8178-4",
- è aggiunto il punto seguente:
3.6.1.2. Specifica B. I motori di cui alla parte 1 A, punto ii), sottoposti alla prova, vengono
fatti funzionare al dinamometro conformemente al seguente ciclo di 5 modalità (1):
Modalità
Regime del motore Carico percentuale Fattore di ponderazione
numero
1
Nominale
100
0,05
2
Nominale
75
0,25
3
Nominale
50
0,3
4
Nominale
25
0,3
5
Nominale
10
0,1
Le cifre relative al carico sono espresse in percentuale della coppia, corrispondente alla
potenza del servizio di base, definita come la potenza massima disponibile durante una
sequenza di potenza variabile, la cui durata può corrispondere a un numero illimitato di ore
annue, tra gli intervalli di manutenzione dichiarati e alle condizioni ambiente dichiarate;: la
manutenzione p effettuata secondo le disposizioni del costruttore (2)
_________________
(1) Identico al ciclo D2 della norma ISO 8168-4: 1996 (E).
(2) Per una migliore spiegazione della definizione di potenza di servizio di base cfr. la
figura 2 della norma ISO 8528-1: 1993 (E).",
- il punto 3.6.3 è modificato come segue:
"3.6.3. Sequenza di prova
Avviare la sequenza di prova. La prova viene eseguita in ordine crescente di numero delle
modalità sopraindicate per i cicli di prova.
Durante ciascuna modalità del rispettivo ciclo di prova ... (il resto è invariato),"
d) il punto 1 dell'apendice 1 è modificato come segue:
ai punti 1 e 1.4.3, "allegato V" è sostituito da "allegato VI";
4. è aggiunto il seguente allegato:
ALLEGATO IV
PROCEDIMENTO DI PROVA PER I MOTORI AD ACCENSIONE COMANDATA
1. INTRODUZIONE
1.1. Il presente allegato descrive il metodo per la determinazione delle emissioni di
inquinanti gassosi prodotte dai motori sottoposti a prova.
1.2 La prova viene eseguita con il motore monatto su banco di prova e collegato ad un
dinamometro.
92
2. CONDIZIONI DI PROVA
2.1. Condizioni di prova del motore
Misurare la temperatura assoluta Ta dell'aria di alimentazione del motore espressa in
Kelvin, e la pressione atmosferica riferita al secco ps espressa in kPa; determinare il
parametro fa come segue:
fa
=
99
0,
1,2
(p )
x
s
Ta
( 298)
6
2.1.1 Validità della prova
Perchè una prova sia riconosciuta valida, il parametro fa deve soddisfare la relazione:
0.93 < fa<1,07
2.1.2. Motori con raffreddamento dell'aria di sovralimentazione
Registrare la temperatura del fluido di raffreddamento e la temperatura dell'aria di
alimentazione.
2.2. Sistema di aspirazione aria del motore
Il motore di prova deve essere munito di un sistema di aspirazione dell'aria che presenti una
restrizione dell'aspirazione entro il 10% del limite superiore specifico dal costruttore per un
nuovo depuratore dell'aria alle condizioni di funzionamento del motore, specificate dal
costruttore, che determinano il massimo flusso d'aria per la rispettiva applicazione del
motore.
Per i piccoli motori ad accensione comandata (con cilindrata < 1 000 cm3) deve essere
utilizzato un sistema rappresentativo del motore installato.
2.3 Sistema di scarico del motore
Il motore sottoposto alla prova deve essere munito di un sistema di scarico che presenti una
contropressione allo scarico entro il 10% del limite superiore specificato dal costruttore per
le condizioni di funzionamento del motore che producono la potenza massima dichiarata
nella rispettiva applicazione del motore.
2.4 Sistema di raffreddamento
Utilizzare un sistema di raffreddamento del motore avente una capacità sufficiente per
mantenere il motore alle temperature di funzionamento normali prescritte dal costruttore..
Questa disposizione si applica alle unità di funzionamento normali prescritte dal
costruttore. Questa disposizione si applica alle unità che devono essere separate per
misurare la potenza, quali un soffiatore dove il ventilatore (di raffreddamento) del soffiante
deve essere smontato per avere accesso all'albero a gomiti.
2.5 Olio lubrificante
Utilizzare un olio lubrificante che soddisfi le specifiche indicate dal costruttore per un
motore particolare e per un uso specifico. I costruttori devono utilizzare lubrificanti
rappresentativi dei lubrificanti per motori disponibili in commercio.
Le specifiche dell'olio lubrificante utilizzato per la prova devono essere registrate al punto
1.2 dell'allegato VII, appendice 2 per i motori ad accensione comandata ed essere
presentate con i risultati della prova.
2.6 Carburatori regolabili
Per i motori muniti di carburatori a regolazione limitata, la prova deve essere eseguita ad
entrambe le estremità regolabili.
2.7 Carburante di prova
Il carburante è quello di riferimento definito nell'allegato V.
Il numero di ottani e la densità del carburante di riferimento utilizzato per la prova devono
essere registrati al punto 1.1. dell'allegato VII, appendice 2, per i motori ad accensione
comandata.
93
Per i motori a due tempi il rapporto della miscela carburante/olio deve essere quello
raccomandato dal costruttore. La percentuale di olio contenuta nella miscela di
carburante/lubrificante che alimenta i motori a due tempi e la densità del carburante che ne
deriva devono essere registrate al punto 1.1.4 dell'allegato VII, appendice 2, per i motori ad
accensione comandata.
2.8 Determinazione delle regolazioni al dinamometro
La base considerata per la misurazione delle emissioni è la forza frenante non corretta. Per
lo svolgimento della prova è necessario eliminare eventuali dispositivi ausiliari che
risultano necessari solo per il funzionamento della macchina e che possono essere montati
sul motore. Se tali dispositivi ausiliari non vengono smontati, è necessario calcolare la
potenza che assorbono per poter determinare le regolazioni del dinamometro; sono esclusi i
motori nei quali i dispositivi ausiliari costituiscono parte integrante del motore (ad esempio
i ventilatori di raffreddamento dei motori raffreddati ad aria).
Le regolazioni della restrizione sull'immissione e della contropressione sul condotto di
scarico devono corrispondere, per i motori nei quali è possibile procedere a tale
regolazione, ai limiti superiori specificati dal costruttore, conformemente ai punti 2.2 e 2.3.
I valori della coppia massima ai regimi di prova specificai vengono determinati
sperimentalmente alo scopo di calcolare i valori della coppia per le modalità di prova
specificate. Per motori che non sono progettati per funzionare su più regimi lungo la curva
si coppia a pieno carico, la coppia massima ai regimi di prova deve essere dichiarata dal
costruttore. la regolazione del motore per ciascuna modalità di prova viene calcolata
mediante la formula:
S =
( (P
M
+ PAE) x
L
100 PAE
)
dove:
S
è la regolazione edl dinamometro [kW]
PM è la potenza massima osservata o dichiarata al regime di prova nelle condizioni di
prova (cfr. allegato VII, appendice 2) [kW]
PAE è la potenza totale dichiarata assorbita dagli eventuali dispositivi ausiliari installati per
la prova [kW] e non prescritti ai sensi dell'allegato VII, appendice 3
L
è la coppia in percentuale specificata per la modalità di prova.
Se il rapporto
PA
E
PM
>
0,03
il valore di PAE può essere verificato dall'autorità tecnica che concede l'omologazione.
3. ESECUZIONE DELLA PROVA
3.1. Installazione dell'apparecchiatura di misurazione
La strumentazione e le sonde di campionamento devono essere installate come prescritto.
Quando si utilizza un sistema di diluizione a flusso pieno per l adiluizione dei gas di
scarico, il condotto di scarico deve essere collegato al sistema.
3.2. Avviamento del sistema di diluizione e del motore
Il sistema di diluizione e il motore vengono avviati e riscaldati fino alla stabilizzazione
della temperatura e della pressione a pieno carico e al regime nominale (punto 3.5.2).
3.3 Regolazione del rapporto di diluizione
Il rapporto totale di diluizione non deve essere inferiore a quattro.
Per sistemi controllati dalla concentrazione di CO2 o NOx il contenuto di CO2 o NOx
dell'aria di diluizione deve essere misurato all'inizio e al termine di ciascuna prova. Le
94
misure della concentrazione di fondo di CO2 o NOx prima e dopo la prova sull'aria di
diluizione, non devono variare tra di loro di oltre 100 ppm o 5 ppm rispettivamente.
Quando si utilizza un sistema di analisi dei gas di scarico diluiti, le concentrazioni di fondo
pertinenti vengono determinate campionando l'aria di diluizione in un sacco di
campionamento durante l'intera sequenza di prova.
Una concentrazione di fondo continua (determinata senza l'uso del sacco) può essere
rilevata in almeno tre punti, all'inizio, al termine e in un punto prossimo alla metà del ciclo,
determinando poi la media dei valori. A richiesta del costruttore, si può omettere la
misurazione dei valori di fondo.
3.4. Controllo degli analizzatori
Gli analizzatori delle emissioni devono essere azzerati e calibrati.
3.5. Ciclo di prova
3.5.1. Specifica delle macchine conformemente all'allegato I, punti 1, iii).
Il motore sottoposto alla prova viene fatto funzionare al dinamometro conformemente ai
seguenti cicli di prova, in base al tipo di macchina:
ciclo D (1): motori a velocità costante e a carico intermittente come i gruppi elettrogeni;
ciclo G1:
applicazioni per macchine non portatili a regime intermedio;
ciclo G2:
applicazioni per macchine non portatili a regime nominale;
ciclo G3:
applicazioni per macchine portatili.
_____________________
(1) Identico al ciclo D2 della norma ISo 8168-4: 1996 (E).
3.5.1.1 Modalità di prova e fattori di ponderazione
ciclo D
Numero
1
2
3
4
modalità
Regime
Regime nominale
del
motore
Carico
100 75
50
25
( 1) %
Fattore
di
0,05 0,25 0,3
0,3
ponderazione
5
Intermedio
Minimo
10
0,1
ciclo G1
Numero
modalità
Regime
del
motore
Carico
%
Fattore
di
ponderazione
1
2
Regime nominale
3
4
5
Intermedio
100
75
0,09 0,2
95
Minimo
50
25
10
1
0,29
0,3
0,07
0,05
ciclo G2
Numero
modalità
Regime
del
motore
1
Regime nominale
Intermedio
Carico % 100
Minimo
0
Fattore di
pondera- 0,85(*)
zione
0,15(*)
(1) Le cifre relative al carico sono espresse in percentuale della coppia corrispondente alla
potenza di servizio di base, definita come la potenza massima disponibile durante una
sequenza di potenza variabile, la cui durata può corrispondere a un numero illimitato di ore
annue, tra gli intervalli di manutenzione dichiarati e alle condizioni ambiente dichiarate; la
manutenzione p effettuate secondo le disposizioni del costruttore. Per una migliore
spiegazione della definizione di potenza di servizio di base cfr. la figura 2 della norma ISO
8528-1: 1993 (E).
(*) Per la fase I è consentito utilizzare un valore pari a 0,90 e a 0,10 invece di,
rispettivamente 0,95 e 0,15.
3.5.1.2. Scelta del ciclo di prova più adatto
Se l'utilizzo finale principale di un modello di motore è noto, il ciclo di prova può essere
scelto sulla base degli esempi indicati al punto 3.5.1.3. Se invece l'utilizzo finale principale
di un motore è incerto, il ciclo di prova deve essere scelto in base alle specifiche del
motore.
3.5.1.3. Esempi (l'elenco non è limitativo)
Esempi tipici per:
Ciclo D:
gruppi elettrogeni con carico intermittente, compresi i gruppi installati a bordo di navi e di
treni (ma non adibiti alla propulsione), refrigeratori, saldatrici;
compressori a gas.
Ciclo G1:
falciatrici a trazione anteriore o posteriore;
golf cart;
spazzatrici;
tosaerba rotativi o a cilindro condotti a mano;
spazzaneve;
tritarifiuti.
Ciclo G2:
generatori, pompe, saldatrici e compressori ad aria portatili;
sotto questa voce possono rientrare anche le falciatrici e le attrezzature da giardino che
funzioanno al regime nominale del motore.
Ciclo G3
soffianti;
96
motoseghe;
tagliasiepe;
seghe meccaniche portatili per legno;
motozappe rotative;
spruzzatori;
decespugliatori;
decespugliatori a filo;
apparecchiature a depressione.
3.5.2. Condizionamento del motore
Il riscaldamento del motore e del sistema deve essere effettuato al regime massimo e alla
copia massima allo scopo di stabilire i parametri del motore secondo le raccomandazioni
del costruttore.
Nota: il periodo di condizionamento serve anche ad eliminare l'influenza dei depositi
lasciati nel sistema di scarico da una precedente prova. E' richiesto anche un certo periodo
di stabilizzazione tra i vari punti di prova, allo scopo di minimizzare le influenze di un
punto sull'altro.
3.5.3. Sequenza di prova
I cicli di prova G1, G2 o G3 vengono eseguiti in ordine crescente di numero delle modalità
del ciclo interessato. Il tempo minimo di campionamento è pari a 180 s. I valori della
concentrazione delle emissioni allo scarico vengono misurati e registrati durante gli ultimi
120 s del rispettivo tempo di campionamento. per ciascun punto di misurazione la durata
della modalità deve essere sufficiente a garantire il raggiungimento della stabilità termica
del motore prima dell'inizio del campionamento. La durata della modalità deve essere
registrata.
a) Per i motori sottoposti a prova secondo la configurazione di prova del controllo del
regime al dinamometro: Durante ciascuna modalità del ciclo di prova, dopo il periodo
iniziale di trascrizione, il regime specificato deve essere mantenuto entro il maggiore dei
due seguenti limiti "1% del regime nominale o " 3 min -1, salvo per la marcia al minimo per
la quale valgono i limiti di tolleranza dichiarati dal costruttore. La coppia specificata deve
essere mantenuta in modo che, durante il periodo nel quale vengono effettuate le misure, la
media sia compresa tra " 2% della coppia massima al regime di prova.
b) Per i motori sottoposti a prova secondo la configurazione di prova del controllo del
carico al dinamometro: Durante ciascuna modalità del ciclo di prova, dopo il periodo
iniziale di transizione, il regime specificato deve essere mantenuto entro il maggiore dei
due seguenti limiti: " 2% del regime nominale o " 3 min -1 , e comunque entro " 5% salvo
per la marcia al minimo per la quale valgono i limiti di tolleranza dichiarati dal costruttore.
Durante ciascuna modalità del ciclo di prova che prevede una coppia minima del 50% della
coppia massima al regime di prova, durante il periodo in cui vengono raccolti i dati la
coppia media specificata deve essere mantenuta entro il limite di " 5% della coppia
prescritte. Nelle modalità del ciclo di prova che prevedono una coppia massima inferiore al
50% della coppia al regime di prova, durante il periodo in cui vengono raccolti i dati la
coppia specificata deve essere mantenuta entro il maggiore dei due seguenti limiti: " 10%
della coppia prescritta o " 0,5 Nm.
3.5.4. Risposta dell'analizzatore
I dati forniti dall'analizzatore vengono registrati su un registratore scrivente o misurati con
un sistema equivalente mentre il gas di scarico defluisce attraverso gli analizzatori almeno
durante gli ultimi 180 s di ciascuna modalità. Se si applica il campionamento a sacco per la
misura di CO e CO2 diluiti (cfr. appendice 1, punto 1.4.4), viene raccolto un campione nel
sacco durante gli ultimi 180 s di ciascuna modalità e successivamente analizzato e
registrato.
3.5.5 Condizioni del motore
In ciascuna modalità, il regime e il carico del motore, la temperatura dell'aria di aspirazione
e il flusso del carburante devono essere misurati dopo la stabilizzazione del motore,
97
Qualsiasi dato ulteriore occorrente per il calcolo deve essere registrato (cfr. appendice 3,
punti 1.1. e 1.2).
3.6 Controllo dell'analizzatore al termine della prova
Dopo il controllo delle emissioni, l'analizzatore viene ricontrollato con un gas di
azzeramento e lo stesso gas di calibrazione. La prova è considerata accettabile se la
differenza tra i risultati delle due misurazioni è inferiore al2%
_________________
1. PROCEDURE DI MISURAZIONE E CAMPIONAMENTO
I componenti gassosi emessi dal motore sottoposto alla prova vengono misurati con i
metodi descritti nell'allegato VI. Questi metodi descrivono i sistemi di analisi raccomandati
per le emissioni gassose (punto 1.1)
1.1. Specifiche del dinamometro
Usare un dinamometro per motori avente caratteristiche adeguate per svolgere i cicli di
prova descritti nell'allegato IV, punto 3.5.1. La strumentazione per la misura della coppia e
della velocità di rotazione deve permettere di misurare la potenza all'albero entro i limiti
dati. Possono essere necessari calcoli aggiuntivi.
La precisione dell'apparecchiatura di misurazione deve essere tale da non eccedere le
tolleranze massima indicate nel punto 1.3.
1.2. Flusso del carburante e flusso totale diluito
Usare flussimetri per carburante con la precisione definita al punto 1.3 per misurare il
flusso di carburante da utilizzare per calcolare le emissioni (appendice 3). Quando si
utilizza un sistema di diluizione a flusso pieno, il flusso totale del gas di scarico diluito
(GTOTW) deve essere misurato con una PDP o un CFV - allegato VI, punto 1.2.1.2. La
precisazione deve essere conforme alle disposizione dell'allegato III, appendice 2, punto
2.2.
1.3. Precisione
La taratura di tutti gli strumenti di misura deve essere riconducibile a norme nazionali o
internazionali ed essere conforme ai requisiti indicati nelle tabelle 2 e 3.
Tabella 2 - Deviazione ammissibile degli strumenti per i parametri relativi al motore
N
Voce
1
Regime
del
motore
2
Coppia
3
4
Deviazione ammissibile
" 2% del valore letto o
" 1% del valore massimo del motore, se
superiore
" 2% del valore letto o
" 1% del valore massimo del motore, se
superiore
Consumo
" 2% del valore massimo del motore
di
carburant
e (a)
" 2% del valore letto o
Consumo " 1% del valore massimo del motore, se
di aria (a) superiore
98
(a) I calcoli delle emissioni di scarico descritti nella presente direttiva sono in alcuni casi
basati su differenti metodi di misura e/o calcolo. Date le limitate tolleranze totali per il
calcolo delle emissioni dovute ai gas di scarico, i valori ammissibili per alcune voi,
utilizzati nelle appropriate equazioni, devono essere inferiori alle tolleranze ammesse della
norma ISO 3046-3
Tabella 3 - deviazione ammissibile degli strumenti per altri parametri essenziali
N
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Voce
Temperature
< 600 K
Temperature
< 600 K
Pressioni
dei gas di
scarico
Depressioni
al collettore
di
ammissione
Pressione
atmosferica
Altre
pressioni
Umidità
relativa
Umidità
assoluta
Flusso
dell'aria di
diluizione
Flusso dei
gas
di
scarico
diluiti
Deviazione
ammissibil
e
" 2 K
assoluti
" 1% del
valore letto
" 0,2 kPa
assoluto
" 0,05 kPa
assoluto
" 0,1 kPa
assoluto
" 0,1 kPa
assoluto
" 3 %
assoluto
" 5 % del
valore letto
" 2% del
valore letto
" 2 % del
valore letto
1.4 Determinazione dei componenti gassosi
1.4.1. Specifiche generali degli analizzatori
Gli analizzatori devono avere un intervallo di misurazione appropriato alla precisione
richiesta per misurare le concentrazioni dei componenti dei gas di scarico (punto 1.4.1.1).
Si raccomanda di utilizzare gli analizzatori in modo tale che la concentrazione misurata sia
compresa tra il 15 % e il 100% del fondo scala.
Se il valore a fondo scala è di 155 ppm (o ppm C) o minore, oppure se si utilizzano sistemi
di lettura (elaboratori, registratori dei dati di misurazione) che forniscano una sufficiente
precisione e risoluzione al disotto del 15% del fondo scala, sono ammesse anche
concentrazioni al di sotto del 15% del fondo scala. In tal caso, si devono eseguire tarature
addizionali per assicurare la precisione delle curve di taratura (cfr. appendice 2, punto
1.5.5.2, dl presente allegato).
Il livello di compatibilità elettromagnetica (CEM) dell'apparecchiatura deve permettere di
minimizzare errori addizionali.
99
1.4.1.1 Precisione
L'analizzatore non deve discostarsi del punto di taratura nominale per un valore superiore a
" 0,3 % del fondo scala a zero. La precisione viene determinata in base ai requisiti di
taratura fissati nel punto 1.3
1.4.1.2. Ripetibilità
La ripetibilità deve essere tale che il valore corrispondente a 2,5 volte la deviazione
standard di dieci risposte rispettive ad un dato gas di taratura o calibrazione non deve essere
maggiore di " 1% della concentrazione di fondo scala per ciascun intervallo utilizzato al di
sopra di 100 ppm ( o ppm C) o di " 2% di ciascun intervallo utilizzato al di sotto dei 100
ppm ( o ppm C)
1.4.1.3. Rumore
La risposta dell'analizzatore da picco a picco di gas di azzeramento e di calibrazione su
qualsiasi periodo di 10 secondi non deve superare il 2% del fondo scala su tutti gli intervalli
utilizzati.
1.4.1.4. Deriva dello zero
La risposta di zero è definita come la risposta media, incluso il rumore, ad un gas di
azzeramento su un intervallo di tempo di 30 secondi. La deriva della risposta di zero per un
periodo di un'ora deve essere inferiore al 2% del fondo scala sull'intervallo più basso
utilizzato.
1.4.1.5. Deriva di calibrazione
La risposta di calibrazione è definita come la risposta media, incluso il rumore, ad un gas di
azzeramento su un intervallo di tempo di 30 secondi. La deriva della risposta di
calibrazione per un periodo di un'ora deve essere inferiore al 2% del fondo scala
sull'intervallo più basso utilizzato.
1.4.2. Essiccazione del gas
I gas di scarico possono essere misurati su umido o sul secco. Il dispositivo facoltativo di
essiccazione del gas deve avere effetti trascurabili sulla concentrazione dei gas misurati. Gli
essiccatori chimici non sono ammessi per rimuovere l'acqua dal campione.
1.4.3. Analizzatori
I punti da 1.4.3.1 a 1.4.3.5 descrivono i principi di misura da applicare, Una descrizione
dettagliata dei sistemi di misurazione figura nell'allegato VI.
I gas da misurare devono essere analizzati con gli strumenti seguenti. Per analizzatori non
lineari, è ammesso l'uso di circuiti di linearizzazione.
1.4.3.1. Analisi dell'ossido di carbonio (CO)
L'analizzatore dell'ossido di carbonio deve essere del tipo ad assorbimento non dispersivo
nell'infrarosso (NDIR)
1.4.3.2. Analisi del biossido di carbonio (CO2)
L'analizzatore del biossido di carbonio deve essere del tipo ad assorbimento non dispersivo
nell'infrarosso (NDIR)
1.4.3.3. Analisi dell'ossigeno (O2)
100
L'analizzatore dell'ossigeno deve essere del tipo a rilevatore paramagnetico (PMD), a
sensore al diossido di zirconio (ZRDO) o a sensore elettrochimico (ECS)
Nota: Si sconsiglia l'uso dei sensori al diossido di zirconio in caso di elevate concentrazioni
di HC e CO, come nel caso dei motori ad accensione comandata a combustione povera.
Nei sensori elettrochimici è necessario prevedere una compensazione per l'interferenza del
CO2 e dei NOx
1.4.3.4. Analisi degli idrocarburi (HC)
Per il campionamento diretto dei gas l'analizzatore degli idrocarburi deve essere del tipo
con rivelatore a ionizzazione di fiamma riscaldato (HFID) in cui il rivelatore, le valvole, le
tubature, ecc. sono riscaldati in modo da mantenere il gas ad una temperatura di 463 K " 10
K (190° C "10° C).
Per il campionamento dei gas diluiti l'analizzatore degli idrocarburi deve essere del tipo con
rivelatore a ionizzazioni di fiamma riscaldato (HFID) o con rivelatore a ionizzazione di
fiamma (FID).
1.4.3.5. Analisi degli ossidi di azoto (NOx)
L'analizzatore degli ossidi di azoto deve essere del tipo con rivelatore a chemiluminescenza
(CLD) o con rivelatore a chemiluminescenza riscaldato (HCLD) con un convertitore
NO2/NO, se la misura viene effettuata sul secco. Se la misura viene effettuate su umido, si
deve usare un HCLD con convertitore mantenuto al di sopra dei 328 K (55° C), a
condizione che il controllo dell'estinzione causata dall'acqua rientri nella norma (allegato
III, appendice 2, punto 1.9.2.2). Sia per il rivelatore CLD che per l'HCLD il percorso di
campionamento deve essere mantenuto ad una temperatura di parte compresa tra 328 K e
473 K (da 55° C a 200° C) fino al convertitore per la misurazione sul secco e fino
all'analizzatore per la misurazione su umido.
1.4.4. Campionamento delle emissioni gassose
Se la composizione de gas di scarico dovrebbe trovarsi sul lato ad alta pressione della
marmitta, il più lontano possibile dalla luce di scarico. per garantire la completa
miscelazione dello scarico del motore prima dell'estrazione del campione, in alternativa è
possibile inserire un miscelatore tra l'uscita della marmitta e la sonda di campionamento. Il
volume interno del miscelatore non deve essere inferie a 10 volte la cilindrata del motore
sottoposto a prova e dovrebbe presentare un'altezza, una larghezza e una profondità
praticamente uguali, come in un cubo. Le dimensioni del miscelatore dovrebbero essere
ridotte al minimo; il miscelatore deve essere collegato il più possibile vicino al motore. Il
condotto di scarico in uscita dal miscelatore della marmitta deve continuare per almeno 610
mm oltre il punto in cui è ubicata la sonda di campionamento e deve avere dimensioni
sufficienti per ridurre al minimo la contropressione. La temperatura della superficie interna
del miscelatore deve mantenersi al di sopra della temperatura di condensazione dei gas di
scarico; è consigliabile una temperatura minima di 338 ° K (65° C).
In via facoltativa tutti i componenti possono essere misurati direttamente nella galleria di
diluizione o tramite campionamento in sacco e successiva misura della concentrazione nel
sacco di campionamento.
_________________
Appendice 2
1. TARATURA DEGLI STRUMENTI DI ANALISI
1.1. Introduzione
101
Ciascun analizzatore deve essere tarato con la frequenza necessaria per soddisfare i requisiti
di precisione della presente norma. Il metodo di taratura da utilizzare è descritto in questo
punto per gli analizzatori indicati nell'appendice 1, punto 1.4.3.
1.2. Gas di taratura
Rispettare la durata di conservazione di tutti i gas di taratura.
Registrare la data di scadenza dei gas di taratura dichiarata dal costruttore.
1.2.1. Gas puri
La purezza dei gas richiesta è definita dai limiti di contaminazione sottoindicati. devono
essere disponibili i seguenti gas:
- azoto purificato (contaminazione < 1 ppm C, < 1 ppm CO, < 400 ppm CO2, < 0,1 ppm
NO)
- ossigeno purificato (purezza > 99,5 Vol. O2)
- miscela idrogeno-elio ( 40 " 2% di idrogeno, rimanente elio); contaminazione < 1 ppm C,
< 400 ppm CO2)
- aria sintetica purificata (contaminazione < 1 ppm CO, < 400 ppm CO2, < 0,1 ppm NO
(tenore di ossigeno 18-21% vol).
1.2.2. Gas di taratura e di calibrazione
Devono essere disponibili miscele id gas aventi le seguenti composizioni chimiche:
- C3H8 e aria sintetica purificata (cfr. punto 1.2.1)
- CO e azoto purificato
- NOx e azoto purificato (la quantità di NO2 contenuta in questo gas di taratura non deve
superare il 5% del tenore di NO)
- CO2 e azoto purificato
- CH4 e aria sintetica purificata
- C2H6 e aria sintetica purificata.
Nota: Sono ammesse combinazioni di altri gas, purchè i gas non reagiscano uno con l'altro.
La concentrazione effettiva dei gas di taratura e di calibrazione deve essere compresa entro
il " 2% del valore nominale. Tutte le concentarzioni dei gas di taratura devono essere
indicate su base volume (% in volume o ppm in volume).
I gas utilizzati per la taratura e per la calibrazione possono essere ottenuti anche mediante
dispositivi di miscelazione di precisione (divisori di gas) effettuando la diluizione con N2
purificato o con aria sintetica purificata. La precisione del dispositivo di miscelazione deve
essere tale che la concentrazione dei gas di taratura diluiti possa essere determinata con un
errore non superiore a " 1,5 %. una precisione analoga implica che i gas primari utilizzati
per la miscelazione devono essere conosciuti con una precisione minima di " 1%,
riconducibile a norma nazionali e/o internazionali. La verifica viene effettuata tra il 15% e
il 50% del fondo scala per ogni taratura che comporta l'impiego di un dispositivo di
miscelazione.
In alternativa, il dispositivo di miscelazione può essere controllato con uno strumento
lineare per natura, ad esempio impiegando gas NO con un CLD. Il valore di calibrazione
dello strumento è regolato quando il gas di calibrazione è direttamente collegato allo
strumento. Il dispositivo di miscelazione è controllato quando si trova alle regolazioni
utilizzate e il valore nominale viene raffrontato alla concentrazione misurata dello
strumento, in ogni punto misurato la differenza deve rientrare entro un limite di " 0,5 % del
valore nominale.
1.2.3. Controllo dell'interferenza dell'ossigeno
102
I gas di controlo dell'interferenza dell'ossigeno devono contenere propano con 350 ppmC "
75 ppm C di idrocarburi. La concentrazione viene determinata, con le tolleranze dei gas di
calibrazione, mediante cromotografia degli idrocarburi totali più impurità o mediante
miscelazione dinamica. L'azoto è il diluente predominante con l'ossigeno come gas
complementare. Miscela richiesta per la prova dei motori a benzina:
Concentrazione interferenza O2
10 (da 9 a 11)
5 (da 4 a 6)
0 (da 0 a 1)
Altro gas
Azoto
Azoto
Azoto
1.3. Procedura operativa per gli analizzatori e per il sistema di campionamento
La procedura operativa per l'impiego degli analizzatori deve seguire le istruzione di
avviamento e di utilizzazione del cosrtuttore degli strunmenti. devono essere rispettati i
requisiti minimi presentati nei punti da 1,4 a 1,9. per strumenti di laboratorio quali GC e
cromatografi liquidi ad alte prestazioni (HPLC) è applicabile solo il punto 1.5.4.
1.4. Prova di trafilamento
Eseguire una prova di trafilamento del sistema. La sonda deve essere disinserita dal sistema
di scarico e l'estremità chiusa. Si mette in funzione la pompa dell'analizzatore. Dopo un
periodo iniziale di stabilizzazione, tutti i flussimetri devono indicare zero; in caso contrario,
controllare le linee di campionamento e rimediare ai difetti.
Il trafilamento massimo ammissibile sul alto in depressione è pari a 0,5% della portata di
utilizzo per la parte di sistema controllata. Si possono usare i flussi sull'analizzatore e sul
bypass per stimare le portate dell'utilizzo.
In alternativa, è possibile evacuare il sistema ad una pressione minima di 20 kPa in
depressione (80 kPa assoluti). dopo un periodo di stabilizzazione iniziale l'aumento di
pressione *p (kPa/min) del sistema deve essere superiore a:
*p = p/Vsyst x 0,005 x fr
dove:
Vsyst = volume del sistema [l]
fr = portata del sistema [l/min]
Un altro metodo è l'introduzione di un cambiamento di concentrazione a gradino all'inizio
della linea di campionamento passando dal gas di azzeramento a quello di calibrazione. Se.
dopo un adeguato periodo di tempo, il valore letto indica una concentrazione inferiore a
quella introdotta, esistono problemi di taratura o di trafilamento.
1.5. Procedimento di taratura
1.5.1. Strumentazione
Gli strumenti montati devono essere tarati e le curve di taratura devono essere controllate
rispetto a gas campione, impiegando le stesse portate di gas utilizzate per il campionamento
dei gas di scarico.
1.5.2. Tempo di riscaldamento
Seguire i tempi di riscaldamento raccomandati dal costruttore. Se non è specificato, si
raccomanda un tempo di riscaldamento degli analizzatori di almeno due ore.
1.5.3. Analizzatori NDIR e HFID
Regolare l'analizzatore NDIR secondo quanto neecessario e ottimizzare la fiamma di
combustione dell'analizzatore HFID (punto 1.9.1).
1.5.4. Gascromatografo (GC) e HPCL
103
Calibrare i due strumenti secondo le buone prassi di laboratorio e in base alle
raccomandazioni del costruttore.
1.5.5. Determinazione delle curve di taratura
1.5.5.1. Orientamento generale
a) Tarare ciascun intervallo operativo normalmente usato.
b) Azzerare gli analizzatori di CO, CO2, NOx e HC con aria sintetica (o azoto) purificati.
c) Introdurre negli analizzatori gli appropriati gas di taratura, registrare i valori e
determinare le curve di taratura.
d) Per tutti gli interventi degli strumenti, ad eccezione di quello inferiore, la curva di
taratura dell'analizzatore viene determinata mediante almeno dieci punti di taratura, oltre
allo zero, distribuiti nel modo più uniforme possibile. Per l'intervallo inferiore, la curva si
taratura viene determinata mediante almeno dieci punti di taratura, oltre allo zero, distribuiti
in modo tale che la metà dei punti si trovi al di sotto del 15% del fondo scala
dell'analizzatore e l'altra metà al di sopra del 15% del fondo scala. La concentrazione
nominale massima per tutti gli intervalli deve essere uguale o maggiore al 90% del fondo
scala.
e) La curva di taratura vene calcolata con il metodo dei minimi quadrati. Si può utilizzare
un'equazione di aggiustamento lineare o non lineare.
f) I punti di taratura non devono differire dalla linea di aggiustamento dei minimi quadrati
del maggiore dei seguenti valori: oltre " 2% del valore o " 0,3% del fondo scala.
g) Se necessario, ricontrollare la regolazione dello zero e ripetere la procedura di taratura.
1.5.5.2. Metodi alternativi
Se è possibile dimostrare che una tecnica alternativa (per esempio elaboratore,
commutatore di intervallo a a comando elettronico, ecc.) può fornire una precisione
equivalente, si possono utilizzare tali tecniche.
1.6. Verifica della taratura
Ciascun intervallo operativo normalmente utilizzato deve essere controllato prima di ogni
analisi secondo la procedura seguente.
La taratura viene controllata utilizzando un gas di azzeramento e un gas di calibrazione il
cui valore nominale sia superiore all'80% del fondo scala dell'intervallo di misurazione.
Se, per i due punti considerati, il valore trovato non differisce di oltre il "4% del fondo scala
del valore di riferimento dichiarato, si possono modificare i parametri di aggiustamento . In
caso contrario, occorre verificare il gas di calibrazione o determinare una nuova curva di
taratura secondo il punto 1.5.5.1.
1.7. Taratura dell'analizzatore del gas tracciante per la misurazione del gas di scarico.
L'analizzatore per la misurazione delle concentrazioni di gas tracciante viene tarato
utilizzando gas normali.
La curva di calibratura viene determinata mediante almeno dieci punti di taratura, oltre allo
zero, distribuiti in modo tale che la metà dei punti si trovi tra il 4% e il 20% del fondo scala
dell'analizzatore e l'altra metà tra il 20% e il 100% del fondo scala. La curva di taratura
vene calcolata con il metodo dei minimi quadrati.
La curva di taratura non deve differire di oltre " 1% del fondo scala da valore nominale di
ciascun punto di taratura, nell'intervallo tra il 4% e il 20% del fondo scala. L'analizzatore
viene azzerato e calibrato prima della prova utilizzando un gas di azzeramento e un gas di
calibrazione il cui valore nominale sia superiore all'80% del fondo scala dell'analizzatore.
1.8. Prova di efficienza del convertitore di NOx
104
L'efficienza del convertitore utilizzato per la conversione di No2 in No viene controllata
come indicato nei punti 1.8.1-1.8.8 (figura 1 dell'allegato III, appendice 2).
1.8.1. Configurazione di prova
Questo controllo di può effettuare con un ozonizzatore conformemente all'impianto di
prova presentato alla figura 1 dell'allegato III e al procedimento descritto in appresso.
1.8.2. Taratura
Il CLD e l'HCLD devono essere tarati nell'intervallo di funzionamento più comune,
secondo le specifiche del costruttore, utilizzando gas di azzeramento e di taratura (il cui
tenore deve essere pari a circa l'80% dell'intervallo operativo e la concentrazione di NO2
della miscela di gas deve essere inferiore al 5% della concentrazione di NO). L'analizzatore
di NOx deve essere regolato sulla posizione di NO, in modo che il gas di taratura non passi
attraverso il convertitore. Registrare la concentrazione indicata
1.8.3. Calcolo
L'efficienza del convertitore di NOx viene calcolata come segue:
Efficienza (%)
=
a-b
x
(1 + c-d )100
dove:
a = concentrazione di NOx conformemente al punto 1.8.6
b = concentrazione di NOx conformemente al punto 1.8.7
c = concentrazione di NOx conformemente al punto 1.8.4
d = concentrazione di NOx conformemente al punto 1.8.5
1.8.4. Aggiunta di ossigeno
Attraverso un raccordo a T, aggiungere di continuo ossigeno o aria di azzeramento al flusso
di gas fino a quando la concentrazione indicata risulti inferiore di circa il 20% alla
concentrazione di taratura indicata al punto 1.8.2. (Analizzatore in posizione NO).
Registrare la concentrazione indicata (c). Durante tutta questa operazione l'ozonizzatore
deve restare disinserito.
1.8.5. Attivazione dell'ozonizzatore
Attivare quindi l'ozonizzatore per generare una quantità di ozono sufficiente a ridurre la
concentrazione di NO a circa il 20% (minimo 10%) della concentrazione di taratura di cui
al punto 1.8.2. Registrare la concentrazione indicata (d). (Analizzatore in posizione NO).
1.8.6. Posizione NOx
Commutare quindi l'analizzatore sulla posizione NOx in modo che l amiscela gassosa
(costituita da NO, NO2, O2 e N2) passi attraverso il convertitore. registrare la
concentrazione indicata (a). (Analizzatore in posizione NOx)
1.8.7. Disattivazione dell'ozonizzatore
Disattivare quindi l'ozonizzatore. la miscela di gas descritta al punto 1.8.6. entra nel
rivelatore passando attraverso il convertitore. Registrare la concentrazione indicata (b).
(Analizzatore in posizione NOx)
1.8.8. Posizione NO
105
Dopo la commutazione sulla posizione NO con l'ozonizzatore disattivato, chiudere anche il
flusso di ossigeno o di aria sintetica. Il valore di NOx letto sull'analizzatore non deve
superare di oltre il " 5% il valore specificato al punto 1.8.2. (Analizzatore in posizione NO)
1.8.9. Intervallo di prova
Verificare l'efficienza del convertitore ogni mese.
1.8.10. Efficienza
L'efficienza del convertitore non deve essere inferiore al 90%, ma è fortemente
raccomandata un'efficienza maggiore (95%).
Nota: Se, con l'analizzatore nell'intervallo più comune, l'ozonizzatore non può fornire una
riduzione dall''80% al 20% conformemente al punto 1.8.5, utilizzare l'intervallo massimo
che consente tale riduzione.
1.9. Regolazione del FID
1.9.1. Ottimizzazione della risposta del rivelatore.
Il rivelatore HFID deve essere messo a punto come specificato dal costruttore dello
strumento. Come gas di taratura, utilizzare propano in aria per ottimizzare la risposta
sull'intervallo operativo più comune.
Con le portate di carburante e di aria raccomandate dal costruttore, introdurre
nell'analizzatore un gas di calibrazione contenete 350 " 75 ppmC. Determinare la risposta
ad un flusso di carburante in base alla differenza tra la risposta al gas di calibrazione e la
risposta al gas di azzeramento. Il flusso del carburante deve essere regolato per incrementi
al di sopra e al di sotto del valore specificato dal costruttore. registrare le risposte di
calibrazione e di azzeramento a questi flussi di carburante. riportare in grafico la differenza
tra la risposta di calibrazione e la risposta di azzeramento e regolare il flusso di carburante
sul lato ricco della curva. Il valore rappresenta la regolazione iniziale della portata, che può
essere successivamente ottimizzata in base ai risultati del fattore di risposta degli
idrocarburi e del controllo dell'interferenza dell'ossigeno secondo i punti 1.9.2. e 1.9.3.
Se l'interferenza dell'ossigeno o i fattori di risposta delgi idrocarburi non rispettano le
specifiche indicate di seguito , il flusso dell'aria sarà regolato in maniera incrementale verso
l'alto e verso il basso rispetto alle specifiche del costruttore; ripetere le procedure dei punti
1.9.2 e 1.9.3 per ciascun flusso
1.9.2. Fattori di risposta degli idrocarburi
tarare l'analizzatore utilizzando propano in aria e aria sintetica purificata conformemente al
punto 1.5.
Quando un analizzatore viene messo in servizio e dopo interruzioni di funzionamento
piuttosto lunghe, determinare i fattori di risposta. Il fattore di risposta (Rf) per una
particolare specie di idrocarburi è il rapporto tra il valore C1 letto sl FID e la
concentrazione del gas nella bombola espressa in ppm di C1
La concentrazione del gas di prova deve essere ad un livello tale da ottenere una risposta
pari approssimativamente all'80% del fondo scala. La concentrazione deve essere nota con
una precisione del " 2% riferita ad uno standard gravimetrico espresso in volume. inoltre, la
bombola del gas deve essere precondizionata per 24 ore ad una temperatura di 298 K (25°
C) " 5K.
I gas di prova e gli intervalli raccomandati per i relativi fattori di risposta sono i seguenti:
- metano e aria sintetica purificata: 1,00 < Rf < 1,15
- propilene e aria sintetica purificata: 0,90 < Rf < 1,1
106
- toluene e aria sintetica purificata: 0,90 < Rf < 1,10
Questi valori sono relativi al fattore di risposta (Rf) di 1,00 per propano e aria sintetica
purificata.
1.9.3. Controllo dell'interferenza dell'ossigeno
Quando si mette in servizio un analizzatore e dopo interruzioni di funzionamento piuttosto
lunghe, controllare l'interferenza dell'ossigeno. scegliere un intervallo nel quale i gas di
controllo dell'interferenza dell'ossigeno rientrino nel 50% superiore. La prova viene
effettuata regolando la temperatura del forno come indicato. I gas di controllo
dell'interferenza dell'ossigeno sono indicati al punto 1.2.3.
a) Azzerare l'analizzatore.
b) Calibrare l'analizzatore con la miscela allo 0% di ossigeno per i motori a benzina.
c) Ricontrollare la risposta di azzeramento. Se è cambiata di oltre lo 0,5% del fondo scala,
ripetere le procedure di cui alle lettere a) e b) di questo punto.
d) Introdurre i gas di controllo dell'interferenza dell'ossigeno al 5% e al 10%.
e) Ricontrollare la risposta di azzeramento. Se è cambiata di oltre " 1% del fondo scala,
ripetere la prova.
f) Calcolare l'interferenza dell'ossigeno (%O2I) per ciascuna miscela di cui alla lettera d)
come segue:
A
O2I (B - C)
x 100
ppm C =
=
B
D
dove:
A= concentrazione di idrocarburi (ppm C) del gas di calibrazione utilizzato alla lettera b)
B= concentrazione di idrocarburi (ppm C) dei gas di controllo dell'interferenza
dell'ossigeno utilizzati alla lettera d)
C= risposta dell'analizzatore
D= percentuale della risposta dell'analizzatore rispetto al fondo scala a seguito del punto A.
g) La % dell'interferenza dell'ossigeno (% O2I) deve essere inferiore a " 3% per tutti i gas di
controllo dell'interferenza dell'ossigeno prima della prova.
h) Se l'interferenza dell'ossigeno è superiore a " 3% il flusso dell'aria deve essere regolato
per incrementi al disopra e al disotto del valore specificato dal costruttore, ripetendo le
procedure del punto 1.9.1 per ciascun flusso.
i) Se l'interferenza dell'ossigeno è superiore a " 3% dopo aver regolato il flusso dell'aria
variare il flusso del carburante e successivamente il flusso del campione, ripetendo le
procedure del punto 1.9.1 per ciascuna nuova regolazione.
j) Se l'interferenza dell'ossigeno è ancora superiore a " 3%, riparare o sostituire
l'analizzatore, il carburante del FID o l'aria del bruciatore prima di eseguire la prova. La
procedura descritta in questo punto deve essere ripetuta dopo la riparazione o la
sostituzione dell'apparecchiatura o dei gas.
1.10. Effetti di interferenza con gli analizzatori di CO, CO2, NOx e O2
Gas diversi da quello analizzato possono interferire in vari modi col valore letto. Si verifica
un'interferenza positiva in strumenti NDIR e PMD quando il gas interferente fornisce, in
minor misura, lo stesso effetto del gas misurato. Si verifica una interferenza negativa, negli
strumenti NDIR, a causa di gas interferenti che ampliano la banda di assorbimento del gas
misurato e, negli strumenti CLD, a causa di gas interferenti che estinguono la radiazione.
eseguire i controlli di interferenza descritti nei punti 1.10.1 e 1.10.2 prima dell'utilizzo
iniziale dell'analizzatore e dopo intervalli di inutilizzo importanti, e comunque almeno una
volta all'anno.
1.10.1 Controllo dell'interferenza sull'analizzatore di CO
Acqua e CO2 possono interferire con le prestazioni dell'analizzatore di CO. Pertanto,
gorgogliare attraverso acqua a temperatura ambiente un gas di calibrazione del CO2 avente
107
una concentrazione dell'80 al 100% del fondo scala dell'intervallo operativo massimo
durante la prova e registrare la risposta dell'analizzatore. Quest'ultima non deve essere
superiore all'1% del fondo scala per intervalli uguali o superiori a 300 ppm, e non deve
essere superiore a 3 ppm per intervalli al di sotto di 300 ppm.
1.10.2. Controlli dell'attenuazione sull'analizzatore di NOx
I due gas che possono dare problemi sugli analizzatori CLD (e HCLD) sono il CO2 e il
vapore acqueo. Le risposte di estinzione di questi gas sono proporzionali alle loro
concentrazioni e richiedono pertanto tecniche d'analisi per determinare l'estinzione alle più
elevate concentrazioni prevedibili durante la prova.
1.10.2.1. Prova dell'attenuazione da CO2
Far passare attraverso l'analizzatore NDIR un gas di calibrazione del CO2 avente una
concentrazione dall'80 al 100% del fondo scala dell'intervallo operativo massimo e
registrare come A il valore dl CO2. Diluire poi approssimativamente al 50% con gas di
calibrazione di NO e farlo passare attraverso gli analizzatori NDIR e (H)CLD registrando
come B e C rispettivamente i valori di CO2 e di NO. Chiudere poi il CO2 e far passare solo
il gas di calibrazione di NO attraverso l'analizzatore (H)CLD e registrare come D il valore
di NO.
L'attenuazione, che non deve superare il 3% del fondo scala, viene calcolata come segue:
% attenuazione
CO2 =
1
-
(C
x
A)
(D
x
A)
(D
x
B)
()
x
10
0
dove:
A: concentrazione CO2 non diluito misurata con NDIR (%)
B: concentrazione CO2 diluito misurata con NDIR (%)
C: concentrazione NO diluito misurata con CLD ppm
D: concentrazione NO non diluito misurata con CLD ppm
E' possibile utilizzare metodi alternativi per diluire e quantificare i valori dei gas di
calibrazione CO2 ed NO, ad esempio la miscelazione dinamica.
1.10.2.2. Controllo dell'attenuazione causata dall'acqua
Il controllo si applica solo alle misure della concentrazione dei gas su umido. Il calcolo
dell'attenuazione provocata dall'acqua deve considerare la diluizione del gas di calibrazione
in proporzione a quella prevista durante l'esecuzione delle prove.
Far passare un gas di calibrazione di NO avente una concentrazione dall'80 al 100% del
fondo scala del normale intervallo operativo attraverso l'analizzatore (H)CLD e registrare
come D il valore di NO. Gorgogliare poi il gas di NO attraverso acqua a temperatura
ambiente e farlo passare attraverso l'analizzatore (H)CLD, registrando come C il valore di
NO. La temperatura dell'acqua deve essere determinata e registrata come F. determinare e
registrare come G la pressione di vapore di saturazione della miscela che corrisponde alla
temperatura dell'acqua nel gorgogliatore (F). Calcolare la concentrazione di vapore acqueo
(in %) della miscela come segue:
G
H = 100
x
pb
( )
108
e registrarla come H. Calcolare la concentrazione attesa del gas di calibrazione NO diluito
(in vapore acqueo) come segue:
H
(
De = D
x
1-
100
e registrarla come De.
)
L'attenuazione causata dall'acqua, che non deve superare il 3%, viene calcolata come segue:
De - C
Hm
% attenuazione H2O = 100
x
x
De
H
De: concentrazione prevista NO diluito (ppm)
C: concentrazione NO diluito (ppm)
Hm: concentrazione massima vapore acqueo
H: concentrazione effettiva vapore acqueo (%)
( )( )
Nota: E' importante che il gas di calibrazione di NO contenga una concentrazione minima
di NO2 per questa prova perchè nei calcoli dell'attenuazione non si è tenuto conto
dell'assorbimento di NO2 in acqua.
1.10.3. Interferenza sull'analizzatore di O2
La risposta degli strumento di un analizzatore PMD causata dai gas diversi dall'ossigeno è
relativamente bassa. Gli equivalenti ossigeno dei componenti dei gas di scarico più comuni
sono illustrati nella tabella 1.
Tabella 1 - Equivalenti ossigeno
Equivalenti
O2 (%)
- 0,623
- 0,354
-+ 44,4
+ 28,7
- 0,381
Gas
Biossido di carbonio (CO2)
Monossido di carbonio (CO)
Ossido di azoto (NO)
Biossido di azoto (NO2)
Acqua (H2O)
Se sono necessarie misurazioni di alta precisione, la concentrazione di ossigeno rilevata
deve essere corretta secondo la seguente formula:
Interferenza
=
(Equivalente O2 % x conc.
oss.)
100
1.11 Intervalli di taratura
Tarare gli analizzatori conformemente al punto 1.5 almeno una volta ogni tre mesi o tutte le
volte che vengono effettuate riparazioni o modifiche al sistema che possano influire sulla
taratura.
________________
Appendice 3
109
1. VALUTAZIONE DEI DATI E CALCOLI
1.1. Valutazione dei dati relativi alle emissioni gassose
Per la valutazione delle emissioni gassose, calcolare la media dei valori registrati almeno
degli ultimi 120 secondi di ciascuna modalità di funzionamento e determinare le
concentrazioni (conc) medie di HC, CO, NOx e CO2 per ciascuna modalità in base alla
media dei valori registrati e ai corrispondenti dati di taratura. E' ammesso un differente tipo
di registrazione, purchè assicuri un'acquisizione equivalente dei dati.
Le concentrazioni medie di fondo (concd) possono essere determinate in base ai valori
ottenuti per l'aria di diluizione col metodo del sacco o ai valori di fondo ottenuti in modo
continuo (senza sacco) e dai corrispondenti dati di taratura.
1.2. Calcolo delle emissioni gassose
I risultati finali della prova registrati risultano dai seguenti calcoli.
1.2.1. Correzione secco/umido
Convertirre la concentrazione misurata nel valore su umido secondo le formule seguenti,
salvo che sia già stata misurata su umido:
conc (umido) = kw x conc (secco)
Per il gas di scarico grezzo:
1
kw = kw,r = 1 + a x 0,005 x (% CO [secco] + % CO2 [secco]) - 0,01 x % H2
[secco] + kw2
dove a è il rapporto idrogeno-carbonio nel carburante.
Calcolare la concentrazione di H2 nello scarico come segue:
0,5 x a x % CO [secco] x (% CO [secco] + % CO2
[secco])
% CO [secco] + (3 x % CO2 [secco])
H2 [secco]
=
Calcolare il fattore kww2:
1,608 x Ha
1 000 + (1,608 x
Ha)
Ha: umidità assoluta dell'aria di aspirazione, g d'acqua per kg di aria secca.
kw2
=
Per il gas di scarico diluito:
Per la misura del CO2 su umido:
kw = kw,e,1
=
(
a x % CO2 [umido]
1-
200
)
kw1
Per la misura del Co2 su secco:
kw = kw,e,2
=
(
(1 - kw1)
a x % CO2 [secco]
1+
110
200
)
dove a è il rapporto idrogeno-carbonio nel carburante.
Calcolare il fattore kw1 in base alle seguenti equazioni:
1,608 x [Hd x (1 - 1/DF) + Ha x (1/DF)]
kw1
1 000 + 1,608 x [Hd x (1 - 1/DF) + Ha x
=
(1/DF)]
dove:
Hd
umidità assoluta dell'aria di diluizione, g d'acqua per kg di aria secca
Ha
umidità assoluta dell'aria di aspirazione, g d'acqua per kg di aria secca
DF
=
13,4
% concCO2 + (ppm conCO + ppm concHC) x 104
Per l'aria di diluizione:
kw,d = 1 - kw1
Calcolare il fattore kw1 in base alle seguenti equazioni:
13,4
DF
% concCO2 + (ppm conCO + ppm concHC) x 10=
4
kw1
=
1,608 x [Hd x (1 - 1/DF) + Ha x (1/DF)]
1 000 + 1,608 x [Hd x (1 - 1/DF) + Ha x
(1/DF)]
dove:
Hd
umidità assoluta dell'aria di diluizione, g d'acqua per kg di aria secca
Ha
umidità assoluta dell'aria di aspirazione, g d'acqua per kg di aria secca
DF
=
13,4
% concCO2 + (ppm conCO + ppm concHC) x 104
Per l'aria di aspirazione (se è differente dall'aria di diluizione):
kw,a = 1 - kw2
Calcolare il fattore kw2 in base alle seguenti equazioni:
kw2
=
Ha :
1,608 x Ha
1 000 + (1,608 x Ha)
umidità assoluta dell'aria di aspirazione, g d'acqua per kg di aria secca
1.2.2. Correzione dell'umidità per NOx
Poichè l'emissione di NOx dipende dalle condizioni dell'aria ambiente, la concentrazione di
NOx deve essere moltiplicata per il fattore KH per tenere conto dell'umidità:
KH = 0,6272 + 44,030 x 10-3 x Ha - 0,862 x 10-3 x Ha2 per motori a 4 tempi
KH = 1 per motori a 2 tempi
111
Ha umidità assoluta dell'aria di aspirazione, g d'acqua per kg di aria
1.2.3. Calcolo della portata massica di emissione
La portata massica di emissione Gasmass [g/h] per ciascuna modalità si calcola come segue:
a) Per il gas di scarico grezzo (1):
Gasmass
=
MWGas
1
x % conc x GFUEL x 1
x
MWFUEL {(% CO2[umido] - % CO2AIR) + % CO [umido] + % HC [umido]}000
(1) Per i NOx la concentrazione deve essere moltiplicata per il fattore KH (fattore di
correzione dell'umidità per i NOx)
dove:
GFUEL [kg/h] è la portata massica di carburante
MWGAS [kg/kgmole] è il peso molecolare di ciascun gas indicato nella tabella 1
Tabella 1 - Pesi molecolari
Gas
NOx
CO
HC
CO2
MWGas [kg/kgmole]
46,01
28,01
MWHC = MWFUEL
44,01
- MW FUEL = 12,011 + a x 1,00794 [kg/kgmole] è il peso molecolare del carburante, dove
a è il rapporto idrogeno-carbonio e $ è il rapporto ossigeno-carbonio del carburante (1)
- CO2AIR è la concentrazione di CO2 nell'aria di alimentazione (che, se non viene misurata, è
calcolata allo 0,04%).
b) Per il gas di scarico diluito (2):
GAsmass = u x concc x GTOTW
dove:
- GTOTW [kg/h] è la portata massica del gas di scarico diluito su umido che, quando si
utilizza un sistema di diluizione a flusso pieno, deve essere determinata secondo quanto
indicato nell'allegato III, appendice 1, punto 1.2.4
- concc è la concentrazione di fondo corretta:
concc = conc - concd x (1 - 1/DF)
in cui
DF
=
13,4
% concCO2 + (ppm conCO + ppm concHC) x 104
Il coefficiente u figura nella tabella 2.
Tabella 2 - Valori del coefficiente u
Gas
NOx
U
0,001587
112
conc
ppm
CO
HC
CO2
0,000966
0.000479
15,19
ppm
ppm
%
I valori del coefficiente u si basano su un peso molecolare del gas di scarico diluito pari a
29 [kg/kgmole]. Il valore del coefficiente u degli HC è basato su un rapporto medio
carbonio su idrogeno pari a 1/1,85.
(1) La norma ISO 8178-1 illustra una formula più completa per il calcolo del peso
molecolare del carburante (formula 50, capitolo 13.5.1 b). La formula non tiene conto solo
del rapporto idrogeno-carbonio e del rapporto ossigeno-carbonio, ma anche di altri possibili
componenti del carburante quali zolfo e azoto. Tuttavia, poichè per le prove sui motori ad
accensione comandata della direttiva viene utilizzato un tipo di benzina che di solito
contiene solo carbonio e idrogeno (denominato "carburante di riferimento" nell'allegato V),
si considera la formula semplificata.
(2) Nel caso dei NOx moltiplicare la concentrazione per il fattore di correzione dell'umidità
KH (fattore di correzione dell'umidità per i NOx)
1.2.4. Calcolo delle emissioni specifiche
Le emissioni specifiche (g/kWh) per tutti i singoli componenti sono calcolate nel modo
seguente:
n
Singolo gas
=
3
(GASmassi x
WFi)
i=1
n
3 (P x WF )
i
i
i=1
dove Pi = PM,i + PAE,i
Se per la prova vengono montati dispositivi ausiliari (ad esempio ventilatori di
raffreddamento o soffianti) la potenza che assorbono deve essere aggiunta ai valori
registrai, eccetto il caso in cui i dispositivi ausiliari costituiscano parte integrante del
motore. La potenza del ventilatore o del soffiante deve essere determinata alle velocità
utilizzate per la prova mediante calcolo sulla base delle caratteristiche standard o mediante
prove pratiche (cfr. allegato VII, appendice 3).
I fattori di ponderazione e il numero di modalità (n) utilizzati nel calcolo sono descritti
nell'allegato IV, punto 3.5.1.1.
ESEMPI
2.1. Dati sui gas di scarico grezzi prodotti da un motore ad accensione comandata a
quattro tempi
Per quanto riguarda i dati sperimentali (tabella 3), effettuare prima i calcoli per la modalità
1 ed estenderli successivamente alle altre modalità di prova seguendo la stessa procedura.
Tabella 3 - Casi sperimentali relativi ad un motore ad accensione comandata a quattro
tempi
Modalità
Regime del motore
Potenza
Carico in %
Fattori di
min -1
kW
%
-
1
2
3
4
5
6
2 550 2 550 2 550 2 550 2 550 1 480
9,96
7,5 4,88 2,36 0,94
0
100
75
50
25
10
0
0,090 0,200 0,290 0,300 0,070 0,050
113
ponderazione
Pressione
kPa
101,0 101,0 101,0 101,0 101,0 101,0
barometrica
Temperatura aria
°C
20,5 21,3 22,4 22,4 20,7 21,7
Umidità relativa
%
38,0 38,0 38,0 37,0 37,0 38,0
aria
Umidità assoluta
gH20/kgair 5,696 5,986 6,406 6,236 5,614 6,136
aria
CO sul secco
ppm 60 995 40 725 34 646 41 976 68 207 37439
NOx su umido
ppm
726 1 541 1 328 377 127 85
HC su umido
ppmC1 1 461 1 308 1 401 2 073 3 024 9 390
CO2 sul secco
% Vol. 11,4098 12,691 13,058 12,566 10,822 9,516
Portata massica
kg/h 2,985 2,047 1,654 1,183 1,056 0,429
carburante
Rapporto a H/C del
1,85 1,85 1,85 1,85 1,85 1,85
carburante
Rapporto $ O/C del
0
0
0
0
0
0
carburante
2.1.1. Fattore di correzione secco/umido kw
Calcolare il fattore di correzione secco/umido kw per convertire le misure sul secco di CO e
CO2 in misure su umido.
1
1 + a x 0,005 x (% CO [secco] + % CO2 [secco]) - 0,01 x % H2 [secco] +
kw2
kw = kw,r
=
dove:
0,5 x a x % CO [secco] x (% CO [secco] + % CO2
[secco])
% CO [secco] + (3 x % CO2 [secco])
H2 [secco]
=
nonchè:
kw2
=
1,608 x Ha
1 000 + (1,608 x Ha)
0,5 x 1,85 x 6,0995 x (6,0995 + 11,4098)
=
6,0995+ (3 x 11,4098)
2,450%
H2 [secco]
=
kw2
=
1,608 x 5,696
1 000 + (1,608 x 5,696)
=
0,009
1
=
1 + 1,85 x 0,005 x (6,0995 + 11,4098) - 0,01 x 2,450 + 0,009 0,872
kw = kw,r
=
CO[umido] = CO[secco] x kw = 60 995 x 0,872 = 53 198 ppm
CO2[umido] = CO2[secco] x kw = 11,410 x 0,872 = 9,951 % Vol.
Tabella 4 - Valori di CO e CO2 misurati su umido in base alle diverse modalità di prova
Modalità
H2 sul secco
kw2
1
2
3
4
5
6
% 2,450 1,499 1,242 1,554 2,834 1,422
- 0,009 ,0,010 0,010 0,010 0,009 0,010
114
kw
CO su umido
CO2 su umido
- 0,872 0,870 0,869 0,870 0,874 0,894
ppm 53 198 35 424 30 111 36 518 59 631 33 481
% 9,951 11,039 11,348 10,932 9,461 8,510
2.1.2. Emissioni di HC
1
HCmass MWHC
x
=
MWFUEL {(CO2 [umido] - %CO2AIR) +% CO[umido] + % HC [umido]}
x % conc x GFUEL x 1
000
dove:
MWHC = MWFUEL
MWFUEL = 12,011 + a x 1,00794 = 13,876
1
HCmass 13,876
x
=
13,876 (9,951 - 0,04 + 5,3198 + 0,1461)
x 0,1461 x 2,985 x 1 000 = 28,361
g/h
Tabella 5 - Emissioni di HC [g/h] in base alle diverse modalità di prova
Modalità
HCmass
1
28,361
2
18,248
3
16,026
4
16,625
5
20,357
6
31,578
2.1.3. Emissioni di NOx
Calcolare prima il fattore di correzione dell'umidità KH delle emissioni di NOx come segue:
KH = 0,6272 + 44,030 x 10-3 x Ha - 0,862 x 10-3 x H2a
KH = 0,6272 + 44,030 x 10-3 x 5,696 - 0,862 x 10-3 x (5,696)2 = 0,850
Tabella 6 - Fattore di correzione dell'umidità KH delle emissioni di NOx in base alle diverse
modalità di prova
Modalità
KH
1
0,850
2
0,860
3
0,874
4
0,868
5
0,847
6
0,865
Calcolare quindi la massa NOxmass [g/h]:
1
NOxmass MWNOx
x
=
MWFUEL {(CO2 [umido] - %CO2AIR) +% CO[umido] + % HC [umido]}
1
NOxmass 46,01
x
=
13,876 (9,951 - 0,04 + 5,3198 + 0,1461)
x % conc x KH x GFUEL x 1
000
x 0,073 x 0,85 x 2,985 x 1 000 = 39,717
g/h
Tabella 7 - Emissioni di NOx [g/h] in base alle diverse modalità di prova
Modalità
NOxmass
1
39,717
2
61,291
3
44,013
4
8,703
5
2,401
6
0,820
2.1.4. Emissioni di CO
1
COmass MWCO
x
=
MWFUEL {(CO2 [umido] - %CO2AIR) +% CO[umido] + % HC [umido]}
1
CO2mass 44,01
x
=
13,876 (9,951 - 0,04 + 5,3198 + 0,1461)
x % conc x GFUEL x 1
000
x 9,915 x 2,985 x 1 000 = 6 126,806
g/h
Tabella 8 - Emissioni di CO [g/h] in base alle diverse modalità di prova
115
Modalità
COmass
1
2 084,588
2
977,638
3
695,278
4
591,183
5
810,334
6
227,285
2.1.5. Emissioni di CO2
1
CO2mass MWCO2
x
=
MWFUEL {(CO2 [umido] - %CO2AIR) +% CO[umido] + % HC [umido]}
1
CO2mass 44,01
x
=
13,876 (9,951 - 0,04 + 5,3198 + 0,1461)
x % conc x GFUEL x 1
000
x 9,915 x 2,985 x 1 000 = 6 126,806
g/h
Tabella 9 - Emissioni di CO2 [g/h] in base alle diverse modalità di prova
Modalità
1
CO2mass
6 126,806
2
4 884,739
3
4 117,202
4
2 780,662
5
6
2 020,061 907,648
2.1.6. Emissioni specifiche
Le emissioni specifiche (g/kWh) per tutti i singoli componenti sono calcolate nel modo
seguente:
n
Singolo gas
=
3
(GASmassi x
WFi)
i=1
n
3 (P x WF )
i
i
i=1
Tabella 10 - Emissioni [g/h] e fattori di ponderazione in base alle diverse modalità di prova
Modalità
HCmass
NOxmass
COmass
CO2mass
Potenza PI
Fattori di ponderazione
WFI
1
2
3
4
5
6
g/h 28,361 18,248 16,026 16,625 20,357 31,578
g/h 39,717 61,291 44,013
8,703 2,401 0,820
2
g/h
997,638 695,278 591,183 810,334227,285
084,588
6
4
2
2
g/h
4 117,202
907,648
126,806 884,739
780,662 020,061
kW 9,96
7,50
4,88
2,36
0,94
0
-
0,090
0,200
0,290
0,300
0,070
0,050
HC
=
28,361 x 0,090 + 18,248 x 0,200 + 16,026 x 0,290 + 16,625 x 0,300 + 20,357 x 0,070 + 31,578 x
0,050
9,96 x 0,090 + 7,50 x 0,200 + 4,88 x 0,290 + 2,36 x 0,300 + 0,940 x 0,070 + 0 x 0,050
= 4,11
g/kWh
NOx
=
39,717 x 0,090 + 61,291 x 0,200 + 44,013 x 0,290 + 8,703 x 0,300 + 2,401 x 0,070 + 0,820 x
0,050
9,96 x 0,090 + 7,50 x 0,200 + 4,88 x 0,290 + 2,36 x 0,300 + 0,940 x 0,070 + 0 x 0,050
= 6,85
g/kWh
CO
=
2 084,59 x 0,090 + 997,64 x 0,200 + 695,28 x 0,290 + 591,18 x 0,300 + 810,33 x 0,070 +
227,92 x 0,050
116
= 181,93
g/kWh
9,96 x 0,090 + 7,50 x 0,200 + 4,88 x 0,290 + 2,36 x 0,300 + 0,940 x 0,070 + 0 x 0,050
CO2
=
612,81 x 0,090 + 4 884,74 x 0,200 + 117,20 x 0,290 + 2 780,66 x 0,300 + 2 020,06 x 0,070 +
907,65 x 0,050
9,96 x 0,090 + 7,50 x 0,200 + 4,88 x 0,290 + 2,36 x 0,300 + 0,940 x 0,070 + 0 x 0,050
2.2. Dati sui gas di scarico grezzi prodotti da un motore ad accensione comandata a
due tempi
Per quanto riguarda i dati sperimentali (tabella 11), effettuare prima i calcoli per la modalità
1 ed estenderli successivamente alle altre modalità di prova seguendo la stessa procedura.
Modalità
Regime del motore
Potenza
Carico in %
Fattori di ponderazione
Pressione barometrica
Temperatura aria
Umidità relativa aria
Umidità assoluta aria
CO sul secco
NOx su umido
HC su umido
CO2 sul secco
Portata massica carburante
Rapporto a H/C del carburante
Rapporto $ O/C del carburante
1
9 500
2,31
100
0,9
100,3
25,4
38,0
7,742
37 086
183
14 220
11,986
1,195
1,85
0
min -1
kW
%
kPa
°C
%
gH20/kgair
ppm
ppm
ppmC1
% Vol.
kg/h
-
2
2800
0
0
0,1
100,3
25
38,0
7,558
16 150
15
13 179
11,446
0,089
1,85
0
2.2.1. Fattore di correzione secco/umido kw
Calcolare il fattore di correzione secco/umido kw per convertire le misure sul secco di CO e
CO2 in misure su umido.
kw = kw,r
=
1
1 + a x 0,005 x (% CO [secco] + % CO2 [secco]) - 0,01 x % H2 [secco] +
kw2
dove:
H2 [secco]
=
H2 [secco]
=
0,5 x a x % CO [secco] x (% CO [secco] + % CO2
[secco])
% CO [secco] + (3 x % CO2 [secco])
0,5 x 1,85 x 3,7086 x (3,7086 + 11,986)
=
3,7086+ (3 x 11,986)
1,357%
kw2
=
kw2
1,608 x Ha
1 000 + (1,608 x Ha)
1,608 x 7,752
117
=
= 816,36
g/kWh
=
kw = kw,r
=
1 000 + (1,608 x 7,742)
0,012
1
=
1 + 1,85 x 0,005 x (3,7086 + 11,986) - 0,01 x 1,357 + 0,012 0,874
CO[umido] = CO[secco] x kw = 37 086 x 0,874 = 32 420 ppm
CO2[umido] = CO2[secco] x kw = 11,986 x 0,874 = 10,478 % Vol.
Tabella 12 - Valori di CO e CO2 misurati su umido in base alle diverse modalità di prova
Modalità
H2 sul secco
kw2
kw
CO su umido
CO2 su umido
%
ppm
%
1
1,357
0,012
0,874
32 420
10,478
2
0,543
0,012
0,887
14 325
10,153
2.2.2. Emissioni di HC
1
HCmass MWHC
x
=
MWFUEL {(CO2 [umido] - %CO2AIR) +% CO[umido] + % HC [umido]}
x % conc x GFUEL x 1
000
dove:
MWHC = MWFUEL
MWFUEL = 12,011 + a x 1,00794 = 13,876
1
HCmass 13,876
x
=
13,876 (10,478 - 0,04 + 3,2420 + 1,422)
x 1,422 x 1,195 x 1 000 = 112,520
g/h
Tabella 13 - Emissioni di HC [g/h] in base alle diverse modalità di prova
Modalità
HCmass
1
112,520
2
9,119
2.2.3. Emissioni di NOx
Il fattore di correzione KH per le emissioni di NOx è uguale a 1 per i motori a due tempi:
1
NOxmass MWNOx
x
=
MWFUEL {(CO2 [umido] - %CO2AIR) +% CO[umido] + % HC [umido]}
1
NOxmass 46,01
x
=
13,876 (10,478 - 0,04 + 3,2420 + 1,422)
x % conc x KH x GFUEL x 1
000
x 0,0183 x 1 x 1,195 x 1 000 = 4,800
g/h
Tabella 14 - Emissioni di NOx [g/h] in base alle diverse modalità di prova
Modalità
1
4,800
NOxmass
2.2.4. Emissioni di CO
118
2
0,034
1
COmass MWCO
x
=
MWFUEL {(CO2 [umido] - %CO2AIR) +% CO[umido] + % HC [umido]}
1
COmass 28,01
x
=
13,876 (10,478 - 0,04 + 3,2420 + 1,422)
x % conc x GFUEL x 1
000
x 3,2420 x 1,195 x 1 000 = 517,851
g/h
Tabella 15 - Emissioni di CO [g/h] in base alle diverse modalità di prova
Modalità
1
517,851
COmass
2
20,007
2.1.6. Emissioni specifiche
Le emissioni specifiche (g/kWh) per tutti i singoli componenti sono calcolate nel modo
seguente:
n
Singolo gas
=
3
(GASmassi x
WFi)
i=1
n
3 (P x WF )
i
i
i=1
Tabella 17 - Emissioni [g/h] e fattori in base alle diverse modalità di prova
Modalità
HCmass
NOxmass
COmass
CO2mass
Potenza PI
Fattori di ponderazione WFI
g/h
g/h
g/h
g/h
kW
-
1
112,520
4,800
517,851
2 629,658
2,31
0,85
HC 112,52 x 0,85 + 9,119 x 0,15
=
2,31 x 0,85 + 0 x 0,15
= 49,4
g/kWh
NOx 4,800 x 0,85 + 0,034 x 0,15
=
2,31 x 0,85 + 0 x 0,15
= 2,08
g/kWh
CO 517,851 x 0,85 + 0,034 x 0,15
=
2,31 x 0,85 + 0 x 0,15
CO2 2 629,658 x 0,85 + 222,799 x 0,15
=
2,31 x 0,85 + 0 x 0,15
2
9,119
0,034
20,007
222,799
0
0,15
= 225,71
g/kWh
= 1 155,4
g/kWh
2.3. Dati sui gas di scarico diluiti prodotti da un motore ad accensione comandata a
quattro tempi
Per quanto riguarda i dati sperimentali (tabella 18), effettuare prima i calcoli per la modalità
1 ed estenderli successivamente alle altre modalità di prova seguendo la stesa procedura.
Modalità
Regime del
min
-1
1
3 060
2
3 060
119
3
3 060
4
3 060
5
3 060
6
2 100
motore
Potenza
kW
13,15 9,81
6,52
3,25
1,28
0
Carico in %
%
100
75
50
25
10
0
Fattori di
0,090 0,200 0,290 0,300 0,070 0,050
ponderazione
Pressione
kPa
980
980
980
980
980
980
barometrica
Temperatura
aria di
°C
25,3
25,1
24,5
23,7
23,5
22,6
alimentazione
1
()
Umidità
relativa aria
%
19,8
19,8
20,6
21,5
21,9
23,2
di
alimentazione
( 1)
Umidità
assoluta aria
gH20/kgair 4,08
di
4,03
4,05
4,03
4,05
4,06
alimentazione
( 1)
CO sul secco ppm 3 681 3 465 2 541 2 365 3 086 1 817
NOx su
ppm
85,4
49,2
24,3
5,8
2,9
1,2
umido
HC su umido ppmC1
91
92
77
78
119
186
CO2 sul secco % Vol. 1,038 0,814 0,649 0,457 0,330 0,208
CO sul secco
ppm
3
3
3
2
2
3
(di fondo)
NOx su
ppm
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
umido (di
fondo)
HC su umido
ppm C1
6
6
5
6
6
4
(di fondo)
CO2 sul secco
%Vol. 0,042 0,041 0,041 0,040 0,040 0,040
(di fondo)
Portata
kg/h 625,722 627,171 623,549 630,792 627,895561,267
massica
carburante
Rapporto a
1,85
1,85
1,85
1,85
1,85
1,85
H/C del
carburante
Rapporto $
0
0
0
0
0
0
O/C del
carburante
(1) Condizioni dell'aria di diluizione uguali a quelle dell'aria di
alimentazione
2.3.1. Fattore di correzione secco/umido kw
Calcolare il fattore di correzione secco/umido kw per convertire le misure sul secco di CO e
CO2 in misure su umido.
Per il gas di scarico diluito:
kw = kw,e,2
=
(
(1 - kw1)
a x % CO2 [secco]
1+
120
200
)
dove:
1,608 x [Hd x (1 - 1/DF) + Ha x (1/DF)]
1 000 + 1,608 x [Hd x (1 - 1/DF) + Ha x
(1/DF)]
kw1
=
13,4
% concCO2 + (ppm conCO + ppm concHC) x 10-
DF
=
4
DF
=
kw1
=
13,4
=
1,038 + (3 681 + 91) x 10-4 9,465
1,608 x [4,08 x (1 - 1/9,465) + 4,08 x (1/9,465)]
1 000 + 1,608 x [4,08 x (1 - 1/9,465) + 4,08 x (1/9,465)]
=
0,007
(1 - 0,007)
kw = kw,e,2 (
)=
1,85 x 1,038
=
0,984
1+
200
CO[umido] = CO[secco] x kw = 3 681 x 0,984 = 3 623 ppm
CO2[umido] = CO2[secco] x kw = 1,038 x 0,984 = 1,0219 %
Tabella 19 - Valori di CO e CO2 misurati su umido in base alle diverse modalità di prova
Modalità
DF
kw2
kw
CO su umido
CO2 su umido
1
2
3
4
5
6
- 9,465 11,454 14,707 19,100 20,612 32,788
- 0,007 0,006 0,006 0,006 0,006 0,006
- 0,984 0,986 0,988 0,989 0,991 0.992
ppm 3 623 3 417 2 510 2 340 3 057 1 802
% 1,0219 0,8028 0,6412 0,4524 0,3264 0.2066
Per l'aria di diluizione:
kw,d = 1 - kw1
dove il fattore kw1 è uguale a quello già calcolato per il gas di scarico diluito.
kw,d = 1 - 0,007 = 0,993
CO[umido] = CO[secco] x kw = 3 x 0,993 = 3 ppm
CO2[umido] = CO2[secco] x kw = 0,042 x 0,993 = 0,0421 % Vol
Tabella 20 - Valori di CO e CO2 misurati su umido in base alle diverse modalità di prova
Modalità
kw1
kw
CO su umido
CO2 su umido
1
2
3
4
5
6
- 0,007 0,006 0,006 0,006 0,006 0,006
- 0,993 0,994 0,994 0,994 0,994 0.994
ppm 3
3
3
2
2
3
% 0,0421 0,0405 0,0403 0,0398 0,0394 0,0401
2.3.2. Emissioni di HC
121
dove:
u
concc
concc
HCmass
HCmass = u x concc x GTOTW
= 0,000478 dalla tabella 2
= conc - concd x (1 - 1/DF)
= 91 - 6 x (1 - 1/9,465) = 86 ppm
= 0,000478 x 86 x 625,722 = 25,666 g/h
Tabelle 21 - Emissioni di HC [g/h] in base alle diverse modalità di prova
Modalità
HCmass
1
25,666
2
25,993
3
21,607
4
21,850
5
34,074
6
48,963
2.3.3. Emissioni di NOx
Calcolare il fattore di correzione KH delle emissioni di NOx come segue:
KH = 0,6272 + 44,030 x 10-3 x Ha - 0,862 x 10-3 x H2a
KH = 0,6272 + 44,030 x 10-3 x 4,8 - 0,862 x 10-3 x (4,08)2 = 0,79
Tabella 22 - Fattore di correzione dell'umidità KH delle emissioni di NOx in base alle diverse
modalità di prova
Modalità
1
0,793
KH
2
0,791
3
0,791
4
0,790
5
0,791
6
0,792
NOxmass = u x concc x KH x GTOTW
dove:
u
concc
concc
NOxmass
= 0,001587 dalla tabella 2
= conc - concd x (1 -1/DF)
= 85 -0 x (1 - 1/9,465) = 85 ppm
= 0,001587 x 85 x 0,79 x 625,722 = 67,168 g/h
Tabella 23 - Emissioni di NOx [g/h] in base alle diverse modalità di prova
Modalità
NOxmass
1
67,168
2
38,721
3
19,012
4
4,621
5
2,319
6
0,811
2.3.4. Emissioni di CO
COmass = u x concc x GTOTW
dove:
u
concc
concc
COmass
= 0,000966 dalla tabella 2
= conc - concd x (1 -1/DF)
= 3 622 - 3 x (1 - 1/9,465) = 3 620 ppm
= 0,000966 x 3 620 x 625,722 = 2 188,001 g/h
Tabella 24- Emissioni di CO [g/h] in base alle diverse modalità di prova
Modalità
1
2
3
122
4
5
6
COmass
2 188,001
2 068,760
1 510,187
1 424,792
1 853,109 975,435
2.3.4. Emissioni di CO2
CO2mass = u x concc x GTOTW
dove:
u
concc
concc
CO2mass
= 15,19 dalla tabella 2
= conc - concd x (1 -1/DF)
= 1,0219 - 0,0421 x (1 - 1/9,465) = 0,9842 % Vol
= 15,19 x 0,9842 x 625,722 = 9 354,488 g/h
Tabella 24- Emissioni di CO2 [g/h] in base alle diverse modalità di prova
1
2
3
4
5
6
Modalità
COmass
9 354,488 7 295,794 5 717,531 3 973,503 2 756,113 1 430,229
2.3.6. Emissioni specifiche
Le emissioni specifiche (g/kWh) per tutti i singoli componenti sono calcolate nel modo
seguente:
Singolo gas
=
n
3
i=1
(GASmassi x
WFi)
n
3 (Pi x WFi)
i=1
Tabella 26 - Emissioni [g/h] e fattori di ponderazione in base alle diverse modalità di prova
Modalità
HCmass
NOxmass
COmass
CO2mass
Potenza PI
Fattori di ponderazione
WFI
1
2
3
4
5
6
g/h 25,666 25,993 21,607 21,850 34,074 48,963
g/h 67,168 38,721 19,012
4,621 2,319 0,811
2
2
1
1
975,435
g/h
1 510,187
188,001 068,760
424,792 853,109
9
7
3
2
1
g/h
5 717,513
354,488 295,794
973,503 756,113 430,229
kW 13,15 9,81
6,52
3,25
1,28
0
-
0,090
0,200
0,290
0,300
0,070
0,050
HC 25,666 x 0,090 + 25,993 x 0,200 + 21,607 x 0,290 + 21,850 x 0,300 + 34,074 x 0,070 + 48,963 x 0,050
=
13,15 x 0,090 + 9,81 x 0,200 + 6,52 x 0,290 + 3,25 x 0,300 + 1,28 x 0,070 + 0 x 0,050
NOx 67,168 x 0,090 + 38,721 x 0,200 + 19,012 x 0,290 + 4,621 x 0,300 + 2,319 x 0,070 + 0,811 x 0,050
=
13,15 x 0,090 + 9,81 x 0,200 + 6,52 x 0,290 + 3,25 x 0,300 + 1,28 x 0,070 + 0 x 0,050
= 4,12
g/kWh
= 3,42
g/kWh
CO
=
2 188,001 x 0,09 + 2 068,760 x 0,2 + 1 510,187 x 0,29 + 1 424,792 x 0,3 + 1853,109 x 0,07 + 975,435 x
0,05
13,15 x 0,090 + 9,81 x 0,200 + 6,52 x 0,290 + 3,25 x 0,300 + 1,28 x 0,070 + 0 x 0,050
= 271,15
g/kWh
CO2
=
9 354,488 x 0,09 + 7 295,794 x 0,2 + 5 717,531 x 0,29 + 3 973,503 x 0,3 + 2 756,113 x 0,07 + 1 430,229 x
0,05
13,15 x 0,090 + 9,81 x 0,200 + 6,52 x 0,290 + 3,25 x 0,300 + 1,28 x 0,070 + 0 x 0,050
= 887,53
g/kWh
___________________
123
Appendice 4
1. CONFORMITA' AGLI STANDARD DI EMISSIONE
La presente appendice si applica solo ai motori ad accensione comandata nella fase II.
1.1. Gli standard di emissione dei gas di scarico per i motori nella fase II, di cui all'allegato
I, punto 4.2., si applicano alle emissioni dei motori per il periodo di durabilità delle
caratteristiche di emissione (EDP) determinato ai sensi della presente appendice.
1.2. Per tutti i motori della fase II, se tutti i motori sottoposti a prova che rappresentano una
famiglia di motori producono, quando vengono sottoposti correttamente a prove secondo le
procedure illustrate nella presente direttiva, emissioni inferiori o uguali a ciascuno standard
di emissione della fase II (limite di emissione della famiglia o FEL) in una determinata
classe di motori, previa correzione con il fattore di deterioramento (DF) di cui alla presente
appendice, s'intende che la famiglia in questione soddisfa gli standard di emissione di
quella classe. Se un motore sottoposto a prova che rappresenta una famiglia di motori
presenta emissioni che, previa correzione con il fattore di deterioramento di cui alla
presente appendice, risultino superiori a uno standard di emissione (FEL, se applicabile) per
una determinata classe di motori, s'intende che la famiglia in questione non soddisfa gli
standard di emissione per quella classe di motori.
1.3. I piccoli produttori di motori possono scegliere se applicare i fattori di deterioramento
per HC+NOx e CO indicati nelle tabelle 1 e 2 del presente punto o se calcolare i fattori di
deterioramento per HC+NOx e CO secondo la procedura descritta al punto 1.3.1. Per le
tecnologie non comprese nelle tabelle 1 e 2 del presente punto, il costruttore può utilizzare
la proceura descritta al punto 1.4 della presente appendice.
Tabella 1: Motori portatili - Fattori di deterioramento predefiniti per HC+NOx e CO per i
piccoli costruttori di motori.
Motori a due tempi
Classe motore
SH:1
SH:2
SH:3
HC +
NOx
1,1
1,1
1,1
CO
1,1
1,1
1,1
Motori a quattro
tempi
HC +
CO
NOx
1,5
1,1
1,5
1,1
1,5
1,1
Motori con posttrattamento
I DF sono calcolati
con la formual del
punto 1.3.1
Tabella 2: Motori non portatili - Fattori di deterioramento predefiniti per HC + NOx e CO
per i piccoli costruttori di motori
Classe motore
SN:1
SN:2
SN:3
SN:4
Motori con valvole Motori con valvole
laterali
in linea
HC +
HC +
CO
CO
NOx
NOx
2,1
1,1
1,5
1,1
2,1
1,1
1,5
1,1
2,1
1,1
1,5
1,1
1,6
1,1
1,4
1,1
Motori con posttrattamento
I DF sono calcolati
con la formual del
punto 1.3.1
1.3.1. Formula per il calcolo dei fattori di deterioramento per i motori con post-trattamento
124
DF = [(NE * EDF) - (CC * F)] / (NE - CC)
dove:
DF= fattore di deterioramento
NE = livelli di emissione di un motore nuovo prima del catalizzatore (g/kWh)
EDF = fattore di deterioramento per motori senza catalizzatore, come indicato nella tabella
1
CC = quantità convertita a 0 ore in g/kWh
F = 0,8 per gli HC e 0,0 per i NOx per tutte le classi di motori
F = 0,8 per il CO per tutte le classi di motori
1.4. Il costruttore sceglie un DF predefinito o lo calcola, secondo il caso, per ciascun
inquinante regolamentato e per tutte le famiglie di motori della fase II. I DF devono essere
utilizzati per l'omologazione e per le prove delle linee di produzione.
1.4.1. Per i motori che non utilizzano i DF predefiniti delle tabelle 1 o 2, i fattori di
deterioramento sono calcolati come indicato di seguito.
1.4.1.1. Su almeno un motore di prova che rappresenti la configurazione prescelta
maggiormente suscettibile di superare gli standard di emissione (FEL, se applicabili) per
HC + NOx e costruito in modo da rappresentare i motori in produzione, eseguire la prova
delle emissioni seguendo la procedura (completa) descritta nella presente direttiva dopo il
numero di ore che corrisponde alla stabilizzazione delle emissioni.
1.4.1.2. Se la prova riguarda più di un motore, fare la media dei risultati e arrotondarla allo
stesso numero di decimali contenuti nello standard applicabile, con una cifra significativa in
più.
1.4.1.3. Ripetere la prova delle emissioni dopo invecchiamento del motore. La procedura di
invecchiamento dovrebbe essere tale da consentire al costruttore i predire adeguatamente il
deterioramento delle emissioni durante l'uso nel periodo di durabilità del motore, tenendo
conto del tipo di usura e di atri meccanismi di deterioramento previsti in caso di uso
normale da parte dell'utilizzatore e che potrebbero ripercuotersi sulle prestazioni a livello di
emissioni. Se la prova riguarda più di un motore, fare la media dei risultati e arrotondarla
allo stesso numero di decimali contenuti nello standard applicabile, con una cifra
significativa in più.
1.4.1.4. Dividere le emissioni ottenute alla fine del periodo di durabilità EDP (emissioni
medie, se del caso) per ciascun inquinante regolamentato per le emissioni stabilizzate
(emissioni medie, se applicabili) e arrotondare il valore a due cifre significative. Il valore
ottenuto è il DF; se risulta inferiore a 1,00, il DF è pari a 1,0.
1.4.1.5. E' facoltà del costruttore programmare altri punti di prova delle emissioni tra il
punto di prova delle emissioni stabilizzate e la fine dell'EDP. Se sono previste prove
intermedie, i punti di prova devono essere equamente distanziati nell'arco dell'EDP (più o
meno due ore) e uno di essi deve situarsi a metà dell'intero EDP (più o meno 2 ore).
Per ciascun inquinante HC + NOx viene tracciate una retta tra i punti corrispondenti ai dati,
considerando che la prova iniziale sia avvenuta all'ora zero e utilizzando il metodo dei
minimi quadrati. Il fattore di deterioramento è dato dalle emissioni calcolate al termine
dell'EDP diviso le emissioni calcolate all'ora zero.
125
1.4.1.6. I fattori di deterioramento calcolati possono riguardare famiglie diverse da quelle
utilizzate come riferimento per il loro calcolo, a condizione che il costruttore dimostri
all'autorità competente nazionale, prima dell'omologazione, che si può ragionevolmente
prevedere che le famiglie di motori interessate presentino caratteristiche analoghe di
deterioramento delle emissioni alla luce della progettazione e della tecnologia utilizzate.
Segue un elenco non limitativo delle classificazioni dei modelli e delle tecnologie.
- Motori convenzionali a due tempi senza sistema di post-trattamento.
- Motori convenzionali a due tempi con convertitore in ceramica avente lo stesso materiale
attivo e carico e lo stesso numero di celle per cm2.
- Motori convenzionali a due tempi con convertitore metallico avente lo stesso materiale
attivo e carico, lo stesso substrato e lo stesso numero di celle per cm2.
- Motori a due tempi dotati di sistema di evacuazione fumi stratificato.
- Motori a quattro tempi con catalizzatore (definito in precedenza) con la stessa tecnologia
valvolare e sistema di lubrificazione identico.
- Motori a quattro tempi con catalizzatore con la stessa tecnologia valvolare e sistema di
lubrificazione identico.
2. PERIODI DI DURABILITA' DELLE EMISSIONI (EDP) PER I MOTORI DELLA
FASE II
2.1. Al momento dell'omologazione i costruttori dichiarano la categoria di EDP applicabile
e ciascuna famiglia di motori. La categoria in questione è la categoria che più si avvicina
alla vita utile prevista dell'apparecchiatura nella quale si presume sarà montato il motore,
secondo quanto indicato dal costruttore del motore. Il costruttore conserva i dati necessari a
giustiifcare la scelta della categoria di EDP per ciascuna famiglia di motori e, su richiesta, li
fornisce all'autorità di omologazione.
2.1.1. Motori portatili: il costruttore selezione una categoria di EDP in base alla tabella 1.
Tabella 1: Categorie di EDP per motori portatili (in ore)
Categoria
Classe SH:1
Classe SH:2
Classe SH:3
1
50
50
50
2
125
125
125
3
300
300
300
2.1.2. Motori non portatili: il costruttore seleziona una categoria EDP in base alla tabella 2.
Tabella 2: Categorie di EDP per motori non portatili (in ore)
Categoria
Classe SN:1
Classe SN:2
Classe SN:3
Classe SN:4
1
50
125
125
250
2
125
250
250
500
3
300
500
500
1 000
2.1.3. Il costruttore deve garantire all'autorità di omologazione che la vita utile dichiarata è
adeguata. Fra i dati che giustificano la scelta della categoria di EDP operata dal costruttore
per una famiglia di motori possono figurare i seguenti, che non hanno tuttavia carattere
limitativo:
126
- studi sulle vite utili delle apparecchiature sulle quali devono essere installati i motori.
- valutazioni tecniche dei motori invecchiati a seguito di usura normale per accertare il
momento in cui le prestazioni del motore si deteriorano fino al punto che, per garantire
l'utilità e/o l'affidabilità dello stesso, si renda necessaria la riparazione o la sostituzione,
- dichiarazioni di garanzia e periodi di garanzia,
- materiale di marketing riguardante la vita del motore,
- rapporti sui guasti presentati dagli utilizzatori dei motori, e
- valutazioni tecniche della durabilità, espressa in ore, delle tecnologie, dei materiali o dei
progetti specifici dei motori."
5) l'allegato IV diventa l'allegato V ed è modificato come segue:
I titoli attuali sono sostituiti dai seguenti testi:
"CARATTERISTICHE TECNICHE DEL CARBURANTE DI RIFERIMENTO
PRESCRITTO PER L EPROVE DI OMOLOGAZIONE E PER LA VERIFICA
DELLA CONFORMITA' DELLA PRODUZIONE
CARBURANTE DI RIFERIMENTO PER MACCHINE MOBILI NON STRADALI MOTORI AD ACCENSIONE PER COMPRESSIONE"
Nella tabella, alla riga "Indice di neutralizzazione", il termine "Minimo" della seconda
colonna è sostituito dal termine "Massimo". Vengono aggiunte una nuova tabella e nuove
note:
"CARBURANTE DI RIFERIMENTO PER MACCHINE MOBILI NON STRADALI
- MOTORI AD ACCENSIONE COMANDATA
Nota: Il carburante impiegato nei motori a due tempi è una miscela di olio lubrificante e di
benzina come indicato di sgeuito. Il rapporto carburante/olio deve essere quello
raccomandato dal costruttore, come indicato nell'allegato IV, punto 2.7.
Parametri
Numero di ottani ricerca
(RON)
Numero di ottani motore
(MON)
Densità a 15 °C
Pressione di vapore Reid
Distillazione:
- Punto di ebollizione
iniziale
- Evaporato a 100 °C
Limiti (1)
Unità di
Metodo di Pubblicazion
misura Minimo Massimo prova
e
95,0
-
EN 25164
1993
85,0
-
EN 25163
1993
kg/m3
kPa
748
56,0
762
60,0
-
ISO 3675
EN 12
1995
1993
°C
24
40
% v/v
49,0
57,0
127
EN-ISO
3405
EN-ISO
3405
1988
1988
- Evaporato a 150 °C
% v/v
81,0
87,0
- Punto di ebollizione
finale
°C
190
215
Residui
%
-
2
Analisi degli idrocarburi:
-
EN-ISO
3405
EN-ISO
3405
EN-ISO
3405
1988
1988
1988
-
- Olefine
% v/v
-
10
- Idrocarburi aromatici
% v/v
28,0
40,0
- Benzene
% v/v
-
1,0
- Saturi
% v/v
-
saldo
Rapporto
carbonio/idrogeno
Stabilità all'ossidazione
(2 )
Tenore di ossigeno
min
480
-
% m/m
-
2,3
Gomma esistente
mg/ml
-
0,04
Tenore di zolfo
mg/kg
-
100
-
1
ASTM D
1319
ASTM D
1319
EN 12177
ASTM D
1319
1995
1995
1998
1995
rapporto rapporto
Corrosione rame a 50 °C
Tenore di piombo
g/l
-
0,005
Tenore di fosforo
g/l
-
0,0013
EN-ISO
7536
EN 1601
EN-ISO
6246
EN-ISO
14596
EN-ISO
2160
EN 237
ASTM D
3231
1996
1997
1997
1998
1995
1996
1994
Nota 1: I valori indicati nelle specifiche sono "valori effettivi". Per stabilire i loro valori
limite sono state applicate le condizioni della norma ISO 4259, "Petroleum products Determination and application of precision data in relation to methods of test", e nel fissare
un valore minimo si è tenuto conto di una differenza minima di 2R sopra lo zero; nel fissare
un valore massimo e uno minimo la differenza minima è 4R (R = riproducibilità).
Nonostante questi calcoli, necessari per ragioni statistiche, il produttore di un carburante
deve comunque mirare ad un valore zero quando il valore massimo stabilito è 2R e al
valore medio quando siano indicati limite massimo e limite minimo. In caso di dubbio sulla
conformità di un carburante alle specifiche, si applicano le disposizioni della norma ISO
4259
Nota 2: Il carburante può contenere inibitori dell'ossidazione e disattivanti metallici
normalmente impiegati per stabilizzare flussi di benzina in raffineria; è vietato aggiungere
detergenti/additivi dispersivi e oli solventi";
6) l'allegato V diventa allegato VU;
7) l'allegato VI diventa allegato VII ed è modificato come segue:
a) l'appendice 1 è modificata come segue:
- il titolo è sostituito dal seguente:
"Appendice 1”
RISULTATI DELLE PROVE PER I MOTORI AD ACCENSIONE PER
COMRPESSIONE"
- Il testo del punto 1.3.2. è sostituito dal testo seguente:
"1.3.2. Potenza assorbita ai regimi del motore indicati (secondo quanto specificato dal
costruttore):
128
Apparecchiatura
Potenza PAE (in kW) assorbita a vari regimi
del
motore (*), tenendo conto dell'appendice 3
del
presente allegato
Regime intermedio (se
applicabile)
Regime nominale
Totale
(*) Non deve essere maggiore del 10% della potenza misurata durante la
prova."
- il punto 1.4.2. è sostituito dal testo seguente:
"1.4.2. Potenza del motore (*)
Condizione
Potenza PAE (in kW) assorbita a vari regimi
del
motore
Regime intermedio (se
applicabile)
Regime nominale
Potenza massima misurata
durante la prova (PM) (kW) (a)
Potenza totale assorbita
dall'apparecchiatura azionata
dal motore conformemente al
punto 1.3.2 della presente
appendice o al punto 2.8
dell'allegato III (PAE) (kW) (b)
Potenza netta del motore
specificata nel punto 2.4
dell'allegato 1 (kW) (c)
c=a+b
________________
(*) Potenza non corretta misurata a norma dell'allegato I, punto 2.4."
- Il punto 1.5 è modificato come segue:
"1.5. Livelli di emissione
1.5.1. Regolazione del dinamometro (kW)
Regolazione del dinamometro (kW) a vari
regimi del motore
Carico percentuale
Regime intermedio (se
applicabile)
10 (se applicabile
129
Regime nominale
25 (se applicabile
50
75
100
1.5.2. Risultati delle emissioni nel ciclo di prova"
b) Viene aggiunte la seguente appnedice
"Appendice 2
RISULTATI DELLE PROVE PER I MOTORI AD ACCENSIONE COMANDATA
1. INFORMAZIONI RELATIVE ALL'ESECUZIONE DELLE PROVE (*):
1.1. Carburante di riferimento utilizzato per le prove
1.1.1. Numero di ottani
1.1.2. Indicare la percentuale di olio nella miscela se il lubrificante e la benzina sono
miscelati come avviene nei motori a due tempi
1.1.3. Densità della benzina per i motori a quattro tempi e della miscela benzina/olio per i
motori a due tempi
___________________
(*) Nel caso di vari motori capostipite, indicare le informazioni relative a ciascuno di essi.
1.2. Lubrificante
1.2.1. marca o marche
1.2.2. Tipo o tipi
1.3. Apparecchiatura azionata dal motore (se applicabile)
1.3.1. Elenco e dettagli di identificazione
1.3.2. Potenza ssorbita ai regimi del motore indicati (secondo quanto specificato dal
costruttore)
Apparecchiatura
Potenza PAE (in kW) assorbita a vari regimi
del motore (*)
tenendo conto dell'appendice 3 del presente
allegato
Regime intermedio (se
applicabile)
Regime nominale
Totale:
(*) Non deve essere maggiore del 10 % della potenza misurata durante la
130
prova.
1.4. Prestazioni del motore
1.4.1. Regimi del motore:
Minimo: min-1
Intermedio: min-1
Nominale: min-1
1.4.2. Potenza del motore (*)
Condizione
Potenza PAE (in kW) assorbita a vari regimi
del
motore
Regime intermedio (se
applicabile)
Regime nominale
Potenza massima misurata
durante la prova (PM) (kW) (a)
Potenza totale assorbita
dall'apparecchiatura azionata
dal motore conformemente al
punto 1.3.2 della presente
appendice o al punto 2.8
dell'allegato III (PAE) (kW) (b)
Potenza netta del motore
specificata nel punto 2.4
dell'allegato 1 (kW) (c)
c=a+b
_______________
(*) Potenza non corretta misurata a norma dell'allegato I, punto 2.4.
1.5. Livelli di emissione
1.5.1. Regolazione del dinamometro (kW)
Regolazione del dinamometro (kW) a vari
regimi del motore
Carico percentuale
Regime intermedio (se
applicabile)
10 (se applicabile
25 (se applicabile
50
131
Regime nominale
75
100
1.5.2. Risultati delle emissioni nel ciclo di prova
CO: g/kWh
HC: g/kWh
NOx: g/kWh";
c) Viene aggiunta la seguente appendice:
"Appendice 3”
APPARECCHIATURE E DISPOSITIVI AUSILIARI DA INSTALLARE PER LA PROVA
PER DETERMINARE LA POTENZA DEL MOTORE
Numero
1
2
3
4
5
Apparecchiature e dispositivi
ausiliari
Sistema di aspirazione
Collettore di aspirazione
Sfiatatotio del basamento (del
carter)
Dispositivi di controllo per il
sistema a doppio collettore di
aspirazione
Flussometro dell'aria
Condotto aspirazione dell'aria
Filtro dell'aria
Silenziatore di aspirazione
Limitatori di velocità
Dispositivo di riscaldamento
dell'aria aspirata del collettore di
aspirazione
Sistema di scarico
Depuratore di scarico
Collettore di scarico
Condotti di scarico
Silenziatore
tubo di scarico
Freno-motore
Dispositivo di sovralimentazione
Pompa di alimentazione del
carburante
Carburazione
Carburatore
Dispositivo di controllo
elettronico, flussometro dell'aria,
ecc.
Dispositivo per motori a gas
Riduttore di pressione
Evaporatore
132
Installati durante la prova
delle emissioni
Sì, apparecchiatura di serie
Sì, apparecchiatura di serie
Sì, apparecchiatura di serie
Sì, apparecchiatura di serie
Sì (a)
Sì (a)
Sì (a)
Sì (a)
Sì, apparecchiatura di serie
da installare, se possibile,
nella condizione più
favorevole
Sì, apparecchiatura di serie
Sì, apparecchiatura di serie
Sì (b)
Sì (b)
Sì (b)
No (c)
Sì, apparecchiatura di serie
Sì, apparecchiatura di serie
( d)
Sì, apparecchiatura di serie
Sì, apparecchiatura di serie
Sì, apparecchiatura di serie
Sì, apparecchiatura di serie
6
Miscelatore
Dispositivo di iniezione del
carburante (benzina e diesel)
Prefiltro
Filtro
Pompa
Tubo del carburante
Iniettore
Valvola di aspirazione dell'aria
7
Dispositivo di controllo
elettronico, flussometro dell'aria,
ecc.
Regolatore/sistema di comando
Fine corsa automatico di pieno
carico della cremagliera in
funzione delle condizioni
atmosferiche
Impianto di raffreddamento a
liquido
Radiatore
Ventilatore
Crenatura del ventilatore
Pompa dell'acqua
Termostato
8
9
Raffreddamento ad aria
Crenatura
Ventilatore o soffinate
Dispositivo per regolare la
temperatura
Impianto elettrico
Dinamo
10
Sistema distribuzione a scintilla
Bobina(e)
Schema elettrico
Candele
Impianto di controllo elettronico,
compreso sensore battito/sistema
di ritardo accensione
Dispositivo di sovralimentazione
Compressore azionato direttamente
dal motore e/o dai suoi gas di
scarico
Sì, apparecchiatura di serie
o attrezzatura banco di
prova
Sì, apparecchiatura di serie
o attrezzatura banco di
prova
Sì, apparecchiatura di serie
Sì, apparecchiatura di serie
Sì, apparecchiatura di serie
Sì, apparecchiatura di serie
(c)
Sì, apparecchiatura di serie
Sì, apparecchiatura di serie
Sì, apparecchiatura di serie
No
No
No
Sì, apparecchiatura di serie
(f)
Sì, apparecchiatura di serie
(g)
No(h)
No(h)
No
Sì, apparecchiatura di serie
(i)
Sì, apparecchiatura di serie
Sì, apparecchiatura di serie
Sì, apparecchiatura di serie
Sì, apparecchiatura di serie
Sì, apparecchiatura di serie
Sì, apparecchiatura di serie
Sì, apparecchiatura di serie
o attrezzatura banco di
prova (j) (k)
Refrigeratore ad aria
11
Sì, apparecchiatura di serie
Pompa o ventola del refrigerante
(azionata dal motore)
Dispositivo per regolare la portata
di liquido di raffreddamento
Ventola ausiliaria del banco di
133
No(h)
Sì, apparecchiatura di serie
Sì, se necessario
prova
12
Dispositivo antinquinamento
13
14
Impianto di avviamento
Pompa olio lubrificante
Sì, apparecchiatura di serie
(l)
Impianto banco di prova
Sì, apparecchiatura di serie
(a) Il sistema completo di aspirazione deve essere montato come previsto per l'impiego
voluto se:
può influire sensibilmente sulla potenza del motore;
si tratta di motori ad accensione comandata con aspirazione atmosferica;
il costruttore lo richiede.
Negli altri casi può essere installato un sistema equivalente ed occorre verificare che la
pressione di aspirazione non differisca di oltre 100 Pa dal valore limite specificato dal
costruttore per un filtro dell'aria pulito.
(b) Il sistema completo di scarico deve essere montato come previsto per l'impiego voluto
se:
può influire sensibilmente sulla potenza del motore;
si tratta di motori ad accensione comandata con aspirazione atmosferica;
il costruttore lo richiede.
Negli altri casi può essere installato un sistema equivalente ed occorre verificare che la
pressione di aspirazione non differisca di oltre 100 Pa dal valore limite specificato dal
costruttore.
(c) Se nel motore è incorporato un freno motore, la farfalla deve essere fissata in posizione
completamente aperta.
(d) La pressione di alimentazione del carburante può essere regolata, se del caso, per
riprodurre la pressione esistente per quella particolare applicazione del motore (in
particolare, se è previsto un sistema di ritorno del carburante).
(e) La valvola di aspirazione dell'aria è quella che comanda il regolatore pneumatico della
pompa di iniezione. Il regolatore o il sistema di iniezione possono contenere altri dispositivi
in grado di influire sul quantitativo di carburante iniettato.
(f) La circolazione del liquido di raffreddamento deve essere attivata soltanto dalla pompa
dell'acqua del motore. Il raffreddamento del liquido può avvenire attraverso un circuito
esterno, a condizione che la perdita di pressione di questo circuito e la pressione all'entrata
della pompa restino più o meno pari a quelle del sistema di raffreddamento del motore.
(g) Il termostato può essere fissato in posizione di massima apertura.
(h) Se per la prova viene montato un ventilatore di raffreddamento o un soffiante la potenza
che assorbono deve essere aggiunta ai valori registrati, eccetto il caso in cui i ventilatori di
raffreddamento di motori raffreddati ad aria siano montati direttamente sull'albero a gomiti.
La potenza del ventilatore o del soffiante deve essere determinata alle velocità utilizzate per
la prova mediante calcolo sulla base delle caratteristiche standard o mediante prove
pratiche.
(i) Erogazione minima della dinamo: la dinamo deve fornire la corrente minima necessaria
al funzionamento dei dispositivi ausiliari indispensabili al funzionamento ed il motore. ove
occorra raccordare una batteria, quest'ultima dovrà essere in buono stato e completamente
carica.
(j) I motori a raffreddamento dell'aria di sovralimentazione devono essere collaudati con
tale sistema in azione (a liquido o ad aria); a discrezione del fabbricante, però, il
refrigeratore dell'aria può essere sostituito con un dispositivo sul banco di prova. In
entrambi i casi, la misurazione della potenza ad ogni velocità deve essere effettuata agli
abbassamenti massimi di pressione e minimi di temperatura dell'aria del motore attraverso
il refrigeratore dell'aria di sovralimentazione nel dispositivo sul banco di prova specificato
dal costruttore.
(k) Ad esempio, dispositivo di ricircolazione dei gas combusti (EGR), convertitore
catalitico, reattore termico, alimentatore secondario di aria e dispositivo di protezione
dell'evaporazione del carburante.
(l) L'energia per l'impianto elettrico o altri sistemi di avviamento viene fornita dal banco di
prova.";
8) gli allegati da VII a X diventano allegati da VIII a XI;
134
9) è aggiunto il seguente allegato.
"ALLEGATO XII
RICONOSCIMENTO DI OMOLOGAZIONI ALTERNATIVE
1. Le omologazioni in appresso e, se del caso, i relativi marchi di omologazione sono
ritenuti equivalenti all'omologazione concessa a norma della presente direttiva per i motori
delle classi A, B e C di cui all'articolo 9, punto 2:
1.1. Direttiva 2000/25/CE
1.2. Omologazioni concesse a norma della direttiva 88/77/CEE, conformi ai requisiti della
fase A o B, di cui all'articolo e all'allegato I, punto 6.2.1, della direttiva stessa, modificata
dalla direttiva 91/542/CEE, o a norma del regolamento UNECE n. 49, serie 02 di
emendamenti, errata corrige I/2.
1.3. Certificati di omologazione a norma del regolamento UNECE n. 96.
2. Le omologazioni in appresso e, se del caso, i relativi marchi di omologazione sono
ritenuti equivalenti all'omologazione concessa a norma della presente direttiva per i motori
delle classi D, E, F e G (fase II) di cui all'articolo 9, punto 3:
2.1. Direttiva 2000/25/CE, omologazioni fase II.
2.2. Omologazioni concesse a norma della direttiva 88/77/CEE, modificata dalla direttiva
99/96/CE, conformi ai requisiti delle fasi A, B1, B2 o C di cui all'articolo 2 e all'allegato I,
punto 6.2.1.
2.3. Regolamento UNECE n. 49, serie 03 di emendamenti.
2.4. Regolamento UNECE n. 96, omologazioni fase B, di cui alla serie 01 di emendamenti,
punto 5.2.1."
135
Bibliografia
-
BIO Intelligence Service, AirConsult. Étude du marché français des
biolubrifiants. ADAME. Février 2004.
-
Programma per l’introduzione dei biolubrificanti nel mercato Tedesco.
Dr. Ing. Heinrich Theissen. IFAS, Istitute for Power Driver and
Controls- Aachen University. Traduzione a cura di Ecoimpresa.
-
Fiche Techinique Agro-industrie. Les biolubrifiants. Nina QuelenisPRONOVIAL. Février 2005.
-
Decisione della Commissione del 26 aprile 2005 che stabilisce i criteri
di valutazione e di verifica per l’assegnazione del marchio comunitario
di qualità ecologica ai lubrificanti (2005/360/CE).
-
Renewable Lubricant Inc. Utilizzo del rame come additivo oli motore
vegetale. William W. Garmier.
-
Liquidi in condizioni ambientali compatibili. Lubrizol
-
Meccanica agraria. Le macchine agricole. Paolo Biondi
136
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