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Tecnica

pubblicato il 7 luglio 2006

La Benzina e il Gasolio

La Benzina e il Gasolio

I motori sono delle macchine che producono un lavoro utilizzabile dall'uomo nei modi più disparati, ad esempio permettere lo spostamento di un mezzo di trasporto. Come un essere vivente, però, hanno bisogno di nutrirsi, o meglio di essere nutriti, e il loro "cibo" è il combustibile. Ma i motori, specie quelli automobilistici, non sono di bocca buona, anzi, sono piuttosto esigenti (e anche un po' "viziati"), e richiedono che un combustibile abbia determinate qualità.
OmniAuto.it vi propone una descrizione dei combustibili e delle loro caratteristiche, partendo da quelli più utilizzati, derivati dal petrolio, passando per quelli alternativi e in crescente diffusione, fino ad arrivare a quelli più futuristici che, forse, "nutriranno" i motori dei prossimi decenni.

LA BENZINA
La benzina è il prodotto più pregiato ottenuto dalla raffinazione del petrolio ed è formata da una miscela di idrocarburi (elementi chimici costituti essenzialmente da idrogeno e carbonio). Per poter essere utilizzata nei motori ad accensione comandata, cioè provvisti di candela, è necessario che presenti due importanti caratteristiche: la volatilità e la resistenza alla detonazione.
La prima proprietà è un indice della facilità con cui un carburante può vaporizzare, cioè passare da liquido a vapore. Nei motori a benzina, la volatilità assume un ruolo importante perché permette al carburante di miscelarsi velocemente con l'aria, formando quella miscela omogenea (cioè senza zone troppo ricche o povere di benzina) necessaria per una corretta e completa combustione e un buon funzionamento del motore. Inoltre, una buona volatilità a bassa temperatura aiuta l'avviamento del motore a freddo e migliora le prestazioni in accelerazione. Un limite massimo alla volatilità è invece imposto dal pericolo che si formino delle bolle di vapore nelle tubature dell'impianto di alimentazione, che possono arrivare ad ostacolare od interrompere il flusso di carburante.
Prima di spiegare cos'è la resistenza alla detonazione, soffermiamoci sul fenomeno stesso della detonazione. Nei motori a benzina, sebbene detti a scoppio, in realtà non avviene alcuno scoppio, bensì si verifica una combustione della miscela rapida ma regolare, con un fronte di fiamma che nasce dalla candela e si muove, come una sfera di fuoco che cresce progressivamente, investendo le zone più lontane sulle pareti del cilindro e del pistone, innescandone al combustione. In presenza di detonazione, invece, alcune parti della miscela, prima di essere raggiunte dal fronte di fiamma, possono trovarsi in condizioni tali da accendersi spontaneamente. Succede allora che queste porzioni brucino tutte insieme violentemente generando un forte ed improvviso aumento di pressione...insomma una bella esplosione! La detonazione si manifesta all'esterno con un caratteristico rumore metallico simile ad un martellamento (il famoso battito in testa) evidente soprattutto quando si accelera a fondo da bassa velocità con una marcia alta, vibrazioni, surriscaldamento e può arrivare a danneggiare gravemente il motore, addirittura flettendo la biella e forando il pistone. Molto prima di arrivare a tali disastrose conseguenze, la presenza di questa grave forma di combustione anomala obbliga i progettisti di motori ad adottare alcuni accorgimenti tecnici: il rapporto di compressione, che dà un'idea di quanto viene compressa la miscela nel cilindro, non può superare certi valori (normalmente 10, ma nei motori più sportivi ci si spinge fino a 12), non si può anticipare troppo il momento in cui scocca la scintilla. Purtroppo, entrambe queste soluzioni, limitano le prestazioni e il rendimento dei motori. Da parte dei combustibili, questi devono avere una formulazione chimica capace di allontanare il più possibile il rischio di detonazione.
Il potere anti-detonante di una benzina si misura con il numero di ottano (NO) che è l'indice di una scala i cui estremi sono dati da un idrocarburo detto iso-ottano al quale è stato assegnato convenzionalmente il valore 100 (perché molto resistente alla detonazione) e dal normal-eptano che vale convenzionalmente 0 (perché facilmente soggetto alla detonazione). In pratica, una benzina con NO 92 si comporta, a livello di detonazione, come una miscela formata dal 92% di iso-ottano e dal restante 8% di normal-eptano. La formulazione chimica di una benzina deve garantire, come detto, un numero di ottano sufficientemente alto, e a tal fine vengono impiegati specifici additivi: la vecchia Super (detta anche rossa) conteneva il velenoso piombo tetraetile, e non poteva essere usata sui veicoli catalitici perché il piombo danneggiava irrimediabilmente la marmitta catalitica, quindi, con l'introduzione della verde, si è passati prima al benzene e agli idrocarburi aromatici, riconosciuti cancerogeni e perciò sempre più limitati, poi al metil-terziario-butil-etere (MTBE), ed oggi all'etil-terziario-butil-etere (ETBE). Nei loro ultimi anni di convivenza la rossa e la verde erano la stessa identica benzina, con la differenza dell'aggiunta di piombo nella rossa.
Nelle benzine verdi oggi normalmente in commercio, denominate EuroSuper, il numero d'ottano è circa 95, mentre per la vecchia rossa valeva due punti in più, 97, grazie alla presenza del piombo. Recentemente, molte Case Petrolifere hanno introdotto delle benzine speciali costituite da un appropriato mix di idrocarburi e additivi, che promettono migliori prestazioni, sia a livello di potenza che di consumo, una migliore efficienza nel tempo del motore e una riduzione delle emissioni inquinanti, la cui caratteristica saliente (e più pubblicizzata) è il numero d'ottano particolarmente elevato, 98-100. I vantaggi di queste benzine speciali sono particolarmente apprezzati da chi possiede una vettura con motore provvisto di sensore di detonazione, un dispositivo capace di riconoscere, analizzando la combustione nel cilindro, il numero di ottano del carburante utilizzato e modificare opportunamente, attraverso la centralina, i parametri di accensione ed iniezione per ottenere più potenza e prontezza. Tali benefici valgono, in generale, anche per i motori ad iniezione diretta di benzina o turbocompressi, e in genere per quelli più sportivi. Per alcuni motori, i dati di potenza e coppia massimi dichiarati dalle Case sono spesso ottenuti utilizzando benzina con NO 98, quindi se si utilizza la normale EuroSuper si perde un briciolo di potenza ed efficienza. In ogni caso, facendo il pieno con queste benzine speciali, non aspettatevi di trovarvi fra le mani un bolide da Formula 1...
Ma il numero d'ottano non è tutto: la presenza in questi nuovi carburanti di altri speciali additivi che incrementano la volatilità, garantisce una più pronta risposta del motore ai comandi dell'acceleratore, dando la sensazione di maggior potenza, e un più completo utilizzo del carburante, che si traduce in minor consumo; con un uso abituale, tali benzine operano una pulizia sui condotti di aspirazione, sulle valvole e in generale sul sistema di alimentazione eliminando le incrostazioni e i depositi; il basso contenuto di zolfo, infine, significa minor inquinamento da polveri sottili e assicura un migliora efficienza dei catalizzatori.
Ottenere un numero di ottano superiore a 100 è senz'altro possibile in quanto l'iso-ottano è scelto solo come riferimento: è il caso, ad esempio, delle speciali benzine da competizione e della benzina Avio, utilizzata sugli aerei da turismo, che può arrivare fino a NO 130 e di altri carburanti alternativi (come il metano).
L'incremento del numero di ottano può però essere perseguito in maniera più ecologica, impiegando come additivi sostanze come il metanolo, l'etanolo o l'alcool etilico, ricavabili da metano, carbone e biomasse.

IL GASOLIO
Il gasolio è, come la benzina, un derivato del petrolio, ma meno pregiato (e ciò spiega il suo minor costo). Viene utilizzato per l'alimentazione dei motori a ciclo Diesel, detti anche ad accensione spontanea. In questi motori, il combustibile viene iniettato direttamente nel cilindro dove trova, grazie all'elevato rapporto di compressione (14-18), un ambiente ad alta pressione (oltre le 40 atmosfere) e ad alta temperatura (500-600 °C). Solo in queste condizioni "infernali" il gasolio può iniziare, spontaneamente, la sua combustione perché, per sua natura, è molto meno infiammabile, e quindi anche più sicuro, della benzina la quale, come noto, brucia con pericolosa facilità. L'inizio della combustione del gasolio non è però immediata, ma si verifica dopo un certo tempo (brevissimo, pochi millisecondi) dall'introduzione del combustibile nel cilindro. Questo lasso di tempo è detto ritardo di accensione ed è un parametro molto importante che caratterizza l'accendibilità del gasolio, cioè la rapidità a bruciare, determinando le prestazioni, il rendimento, la fluidità di marcia, le emissioni di fumo, e il rumore di un motore Diesel. Infatti, se il ritardo è troppo lungo, buona parte del combustibile viene iniettato prima che avvenga l'accensione, per poi bruciare tutto insieme non appena si avvia la combustione, con conseguenti violenti e pericolosi aumenti di pressione. La tipica rumorosità dei motori Diesel, il "ticchettio", è dovuta proprio alla rapida combustione del gasolio introdotto durante il periodo del ritardo; il combustibile iniettato successivamente, invece, brucia in maniera più graduale man mano che entra nella camera di combustione.
L'accendibilità del gasolio è misurata dal numero di cetano (NC) che è l'indice di una scala ai cui estremi sono stati posti, come riferimento, il cetano con il valore 100 (perché facilmente accendibile) e l'eptametilnonano con il valore 15 (perché molto resistente all'accensione). Combustibili con alto numero di cetano (oltre 48) devono essere usati nei Diesel cosiddetti "veloci", praticamente tutti quelli prodotti per uso automobilistico da una ventina d'anni a questa parte che comprendono, ovviamente, anche quelli ad iniezione diretta che equipaggiano le autovetture moderne, poiché in questi la velocità di rotazione del motore è relativamente alta e quindi il combustibile ha poco tempo per poter bruciare correttamente; viceversa, nei Diesel "lenti", come quelli utilizzati sui mezzi pesanti, i tempi più lunghi disponibili per la combustione consentono l'impiego di carburanti con peggiori caratteristiche di accendibilità, cioè con NC più bassi. I gasoli normalmente in commercio hanno NC intorno a 51, ma recentemente vengono offerti anche gasoli speciali con numero di cetano 52-54. Questi promettono una combustione più rapida ed efficiente, migliori prestazioni e, a parità delle stesse, consumi inferiori. Sono praticamente privi di zolfo (meno di 10 milligrammi per kg, contro i 50 dei gasoli normali) e garantiscono una minore produzione di inquinanti, soprattutto particolato, con conseguente riduzione dei cicli di pulizia del filtro anti-particolato. Infine, la presenza di additivi detergenti esercita una azione di pulizia e di protezione da incrostazioni su tutto l'impianto di iniezione. Uno dei più diffusi timori nell'utilizzo di questi gasoli speciali, riguarda il possibile danneggiamento che possono subire iniettori e pompa a causa dell'assenza dello zolfo, che svolge, effettivamente, una azione lubrificante: le Case Petrolifere rispondono affermando che tutti i gasoli venduti devono avere, per legge, un certo potere lubrificante, certificato da un apposito test, e che questi ovviamente non fanno eccezione. Il vero tallone d'Achille dei moderni Diesel, però, resta la comunissima acqua, che si deposita nelle cisterne dei distributori e nei serbatoi delle vetture, e riduce notevolmente la capacità lubrificante del gasolio, fino a distruggere l'impianto di iniezione: per evitare danni, da decenni si utilizzano dei filtri del gasolio capaci di eliminare l'eventuale acqua presente. E' importante non trascurarli, perché una volta intasati perdono il loro potere filtrante, con risultati immaginabili.
Un altro inconveniente che presenta il gasolio riguarda la tendenza a solidificarsi a basse temperature (intorno ai -20 °C) bloccando iniettori e pompa e intasando le tubature: in queste condizioni, è impossibile, oltreché potenzialmente dannoso, avviare il motore. Questo problema è particolarmente sentito nei Paesi nordici, nei quali sono perciò venduti gasoli con additivi che allontanano il pericolo di congelamento.

Autore: Alessio Ciarnella

Tag: Tecnica


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