sabato 13 giugno 2015

La Benzina e i suoi effetti sulle prestazioni

La Benzina è uno dei combustibili per autotrazione più utilizzato al mondo, essa ha pesanti effetti sulle prestazioni in motori a combustione interna, in quest' articolo vi spiegherò in maniera semplificata cosa è, come si ottiene e che additivi la compongono 


La benzina è un combustibile liquido incolore (all'origine, poi colorato per la distribuzione) derivato dalla distillazione del petrolio grezzo contenente idrocarburi con atomi C4-C12 (atomi di carbonio).

torre di distillazione carburanti ricavati dal petrolio grezzo
Diagramma semplificato della torre di distillazione del petrolio grezzo da dove vengono ricavati diversi idrocarburi che si condensano a differenti temperature, più alte sono le temperature, più grandi sono le molecole di carbonio in essi presenti, viceversa, più basse sono le temperature di distillazione, più piccole saranno le catene molecolari 


La benzina viene ottenuta durante la distillazione in apposite torri nel range di temperature tra 30 e 200°C. Questo in effetti, è uno degli ultimi prodotti ad essere ottenuto durante il processo di raffinazione del petrolio.

raffineria di petrolio grezzo
Tipico impianto petrolifero per la distillazione di benzine ed altri derivati del petrolio grezzo, si notino le "torri" di distillazione

La benzina viene impiegata per azionare motori a combustione interna ad accensione comandata, cioè, i comuni motori "a scoppio". Si ottiene mescolando il prodotto raffinato nella torre di raffinazione (dopo essersi condensato a forma liquida) ad altri componenti provenienti dai diversi impianti, tra questi i vari additivi come quelli per migliorare il potere antidetonante (alto numero di ottani), ecc.

Tra i vari additivi che vengono aggiunti alla benzina per uso autotrazione, di sicuro a noi interessa maggiormente quello antidetonante. Prima dell'anno 2000, come additivo antidetonante veniva impiegato il tetraetile di piombo.  In seguito, questo elemento è stato bandito dal mercato per i suoi accertati effetti cancerogeni nonché pericoloso per l'ambiente.  Quindi negli anni 2000 venne bandito dalla commercializzazione ogni tipo di benzina contenente tale elemento, la benzina che lo conteneva veniva definita "super" ed era di colore rossastro, fu sostituita dalla "verde" che invece conteneva benzene.

Attualmente, vengono usati diversi additivi che sostituiscono il pericoloso tetraetile di piombo, tra questi troviamo:
  • Benzene
  • Toluene
  • MTBE (metil-t-butil-etere)
  • ETBE (etil-t-butil-etere)
  • Metanolo
  • Etanolo
Questi additivi vengono utilizzati dai vari produttori di benzine, sia stradali che da competizione, per aumentare il numero di ottani delle loro benzine.   Il numero di Ottani è un indice delle caratteristiche anti-detonanti del combustibile, più questo numero è basso, più esso sarà "detonante" (ovvero si accenderà piuttosto spontaneamente) mentre più questo indice è alto, più esso avrà caratteristiche anti-detonanti e quindi meno propenso a "detonate".

Per determinare il numero di ottani di una benzina, essa viene confrontata sperimentalmente ai risultati ottenuti con miscele variabili di n-eptano (numero di ottani pari a 0, quindi detonante spontaneamente) e l'iso-ottano (che ha numero di ottani pari a 100).  Tutte queste prove vengono fatte usando un motore monocilindrico speciale a rapporto di compressione variabile.

Esistono diverse prove che determinano anche la classificazione del numero di ottani, esse sono:
  • RON (Research Octane Number) - in questo tipo di prova, si usa il motore a freddo, ovvero senza carico.
  • MON (Motor Octane Number) - è una prova più severa (e che più si assimila al vero funzionamento di un motore) dove viene utilizzato lo stesso motore monocilindrico per le prove RON, ma viene messo sotto carico e variato gli anticipi di accensione (maggiore di quelli usati per il metodo RON). 
  • AKI (Anti-Knock Index) - Questo metodo di classificazione viene utilizzato prevalentemente negli USA, ed è un indice Antidetonante che usa la media tra i metodi RON e MON. 
Motore monocilindrico per test numero di ottani RON e MON
Motore monocilindrico utilizzato per eseguire test Numero di Ottani RON, MON ed AKI con diverse miscele di benzine




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