Filtre de particule

Particulele sunt definite implicit prin metoda de msurare, ca totalitatea materiei colectate pe un filtru de teflon la trecerea gazelor arse emise de motorul cu aprindere prin comprimare, gaze care au fost diluate cu aer

filtrat pentru meninerea temperaturii acestora sub 52 C. Acest nou poluant astfel definit cuprinde practic toate emisiile solide i lichide cuprinse n gazele de evacuare ale motoarelor cu ardere intern, care sunt apreciate gravimetric, mai exact dect msurrile opacitii fumului.

Revenind la cazul particulelor emise de m.a.c., se apreciaz, din punct de vedere cantitativ, c din cele 0,3 % din gazele arse care sunt duntoare sntii 0,005 % sunt particule.

Particulele sunt alctuite din o fraciune insolubil de carbon, cunoscut sub denumirea de funingine, compui metalici i o fraciune solubil, format din combustibil i ulei nears. Compoziia particulelor depinde de regimul de funcionare al motorului, observndu-se c o dat cu creterea sarcinii i, ntr-o anumit msur, cu creterea turaiei, are loc scderea procentului reprezentat de fraciunea organic solubil ( SOF ) i creterea fraciunii insolubile, alctuit n principal din carbon amorf.

Particulele emise de m.a.c. sunt foarte mici i nu au intrat pn de curnd n atenia legislatorilor, dect prin prisma msurrii fumului i a compoziiei chimice a gazului de eapament. Or, experii n medicin estimeaz c ele provoac sau ntrein boli cum ar fi astmul, bronita cronic sau emfizemul pulmonar; de asemenea, dup clasificarea internaional a substanelor chimice, ele sunt ncadrate n grupa substanelor care au probabilitate mare de a produce cancerul. Efectele asupra sntii produse de particule depind de dimensiunile acestora, de modul n care acestea ptrund n organism, ca i de capacitatea organismului de a le elimina sau neutraliza. Particulele m.a.c sunt suficient de mici pentru a se depune n traiectul respirator.Particulele mai mari

de 0,3 m sunt eliminate din traiectul respirator, n timp ce restul ( 70 % masic ) pot ptrunde n plmni.

Problema fundamental a particulelor din gazele arse este c sunt prea diluate pentru a putea arde, de aceea cea mai rspndit metod este concentrarea lor ntr-un filtru. Funcionarea filtrului implic dou faze de lucru : perioada de filtrare i acumulare a particulelor i perioada de regenerare, prin care particulele colectate sunt fie oxidate, fie nlturate, astfel nct filtrul s poat lucra din nou.Filtrele de particule sunt dispozitive proiectate nc de la sfritul anilor 70, n scopul reinerii i oxidrii particulelor coninute n gazele de evacuare ale motoarelor diesel.

Clasificarea filtrelor de particule s-a fcut dup mai multe criterii, fr pretenia de a fi exhaustiv :

dup procedeul de colectare a particulelor :

prin reinere mecanic structuri celulare sau fibroase avnd suprafee mari de depunere i canalizaii nguste pentru trecerea gazelor arse;

prin reinere electrostatic prin producerea efectului Corona, particulele electrizate se aglomereaz i pot fi colectate;

dup natura materialului filtrant :

filtre metalice;

filtre ceramice;

dup tipul regenerrii:

regenerare termic cu aport de energie, n scopul creterii temperaturii gazelor arse pn la valori de 550... 600 C pentru oxidarea particulelor:

electric , cu rezistor de nclzire;

cu microunde;

cu arztor de combustibil suplimentar;

cu obturarea admisiei;

cu obturarea evacurii;

regenerare chimic cu reacii catalitice care produc oxidarea particulelor la temperaturi mai sczute ale gazelor de evacuare:

cu depuneri sau injectare de catalizatori n filtru;

cu aditivarea combustibilului ;

regenerare combinat ( termic i chimic );

regenerare mecanic prin suflare cu aer comprimat;

dup periodicitatea regenerrii:

regenerare periodic;

regenerare continu;

dup locul de producere a regenerrii:

regenerare extern oxidarea particulelor din filtru are loc dup colmatarea acestuia prin folosirea unui arztor extern;

regenerare intern oxidarea particulelor are loc n filtru, prin aciunea sistemului propriu de regenerare.

Filtrele de particule urmresc reinerea particulelor, urmat de curarea periodic prin diferite procedee. Funcie de procedeul de reinere a particulelor s-au dezvoltat mai multe tipuri de filtre i procedee de regenerare, dintre care s-au dovedit eficiente n funcionarea pe autovehicule cele prezentate n continuare.

Filtrul ceramic pentru reinerea particulelor se aseamn cu elementul convertorului catalitic triplu specific motoarelor cu benzin. Monolitul ceramic este format dintr-un corp ceramic cu seciune circular sau oval, care are aspect de fagure, datorit canalelor care l strbat. Materialul ceramic din care este alctuit se numete cordierit i conine n principal oxid de magneziu ( MgO ), oxid de aluminiu (Al2O3 ) i dioxid de siliciu (SiO2 ).

Formula chimic de baz a cordieritului este 2MgO - 2Al2O3 - 5 SiO2 .Exist i o variant de aliaj ceramic mai simplu, denumit mullit, 3Al2O3 - 2 SiO2.Forma de fagure este dat de un numr foarte mare de canale longitudinale, de seciune ptrat.

Densitatea canalelor este mai mic, iar pereii canalelor sunt mai groi fa de convertorul catalitic trivalent specific m.a.s.

Canalele longitudinale sunt obturate alternativ la capete cu obturatoare din

ceramic, iar reinerea particulelor se realizeaz n momentul trecerii gazelor dintr-un canal n altul prin strbaterea pereilor poroi ai monolitului filtrare prin trecere prin perete Wall Flow (fig. 11.4); treptat, suprafaa interioar a canalelor se acoper cu particule, afectnd eficacitatea filtrului i mrind rezistenele gazo-dinamice de pe traseul evacurii. Din acest motiv se impune regenerarea filtrului, care nseamn arderea particulelor depuse. Matria ceramic necesit o tehnologie de execuie special, foarte costisitoare, n prezent existnd numai dou firme care o produc : NGK Insulators (Japonia) i Corning Glass (S.U.A.). Montarea matriei trebuie s se fac ntr-o reea de esturi metalic izolate n ln ceramic, pentru a micora tensiunile mecanice i pentru a asigura izolaia termic.

O strategie de reducere a particulelor este oxidarea lor pe traseul evacurii; fiindc gazele conin oxigen, particulele pot fi oxidate dac temperatura este suficient de nalt i timpul de ardere suficient de lung. Regenerarea necesit o anumit temperatur i un anumit coninut de oxigen pentru a se iniia, timpul de regenerare depinde de temperatura filtrului, care la rndul ei depinde de :

cantitatea total de particule acumulate; densitatea particulelor i distribuia lor n filtru; reactivitatea funinginei; debitul de gaze evacuate; pierderile de cldur ale filtrului.

n general, regenerarea depinde de temperatura gazelor, mai mare de 480 C, coninutul de oxigen, peste 2 %, timp suficient pentru ardere complet. Creterea temperaturii gazelor necesit o cantitate mare de energie, energie care, dac nu poate fi recuperat, duce la consumuri inacceptabile.

Regenerarea termic este specific filtrului monolit i se realizeaz prin oxidare sau piroliz, care se amorseaz la 500...600 C i n condiiile unui exces de O2. Piroliza trebuie amorsat i controlat; n cele mai multe cazuri, temperatura gazelor arse nu atinge 550 C, rmnnd n jurul a 300 C ( mai ales la sarcini mici i medii ); la funcionarea la sarcini mari se atinge aceast temperatur, dar gazele arse nu mai conin suficient O2 pentru producerea oxidrii.

Cum cele dou condiii ( temperatur nalt i prezena O2 ) nu sunt ndeplinite niciodat simultan, s-au folosit metode de cretere a temperaturii gazelor, cum ar fi: nclzirea lor prin intermediul unui arztor cu motorin sau a unui rezistor electric sau cu microunde, folosirea unei supape pe traseul de admisie sau de evacuare, cu rolul de a izola i de a menine temperatura nalt a evacurii dup funcionarea la sarcini mari.

Cea mai bun soluie s-a dovedit a fi nclzitorul electric sau arztorul cu motorin, care duce la creterea consumului de combustibil cu 1 2%, regenerarea fiind comandat cnd colmatarea filtrului o impune, n timpul funcionrii motorului.

Controlul regenerrii este dat de o unitate electronic de comand, care primete semnale electrice de la traductoarele de presiune i de temperatur montai n filtru. Schemele tipice ale regenerrii cu arztor, similare principial, ale firmelor Deutz i Zeuna-Starker sunt prezentate n fig. 11.7 a i b.

Pentru perioada de timp ct filtru se regenereaz, gazele arse sunt deviate printr-un by-pass n conducta de evacuare nefiind filtrate. De aceea, pentru motoarele de autobuze s-au construit sisteme cu filtre

duble, astfel nct, pe toat durata funcionrii autobuzului, gazele arse s fie filtrate.

Intrare

gaze arseDop

ceramic

Ieire

gaze arse

Un caz particular l reprezint purjarea matriei monolit cu motorul oprit; aceast soluie se practic , n general, la motoare de puteri mici, cu autonomie redus, care lucreaz cteva ore pe zi, de regul n spaii nchise ( stivuitoare, utilaje miniere etc. ). Capacitatea matriei trebuie s fie suficient, pentru a nu se colmata n timpul funcionrii zilnice. La sfritul zilei de lucru, matria este regenerat prin conectarea acesteia la un sistem exterior, nclzit electric i alimentat cu O2 printr-o suflant, care, n interval de 3 ore, realizeaz piroliza complet.

Pentru acest caz, durata de via a filtrului monolit regenerat depete 300 000 km sau 1000 de regenerri zilnice, adic 3 ani.

Temperaturulei

Turaiemotor

Unitate electronicde comand

Temperatur

Contra-presiune

[ msurtori la

intrarea n filtru ]

Aprinztor

Supap pentrualimentarea cu

combustibil

Bujie

Arztor

Temperatura

arztorului

Compresor Supap dealimentare

cu aer

Senzor de

temperatur

a

Analiz dediagnosticare

Eroare

Alimentare

cu energie

Semnal de

ncrcare

Unitate de comand

Tem

per

atura

la

intr

area

fil

trulu

i

Tem

per

atura

n

arz

tor

Ap

rind

ere

Debit deaer

[msurareagazelornaintea

arztorului ]

Tem

per

atura

Pre

siun

ea

Arztor

Motor

Filtru de particule

b

Fig. 11. 7. Scheme ale regenerrii cu arztor:

a filtrul de particule Deutz; b filtrul de particule Zeuna Starker.

Ca o alternativ la ridicarea temperaturii n filtru, pentru producerea regenerrii, n ultimul timp s-a dezvoltat o nou metod, care urmrete nceperea regenerrii, prin folosirea unei reacii catalitice n filtru, care are ca efect combustia particulelor la o temperatur mai sczut. Exist dou tipuri de filtre de particule, care

folosesc efectul catalitic : unul folosete catalizatori care sunt depui sau injectai n filtru, iar cellalt tip utilizeaz aditivi care sunt introdui n combustibil.

Regenerarea chimic cu aditivarea combustibilului permite oxidarea particulelor la o temperatur relativ sczut a gazelor arse. Oxidarea particulelor se face continuu, o dat cu depunerea lor n filtru, prin egalizarea vitezei de ardere regenerative cu viteza de reinere a particulelor; se obin astfel valori constante ale presiunii n filtru.

n ultimii ani s-au studiat muli aditivi, fiind evaluate proprietile acestora de a reduce temperatura de aprindere a particulelor.

Principalele contribuii ale aditivilor n procesul de regenerare catalitic au fost identificate: aditivii reduc temperatura de aprindere a funinginei pn la valori de 400 C n condiii de laborator

(analiza termo - gravimetric ) i chiar mai sczute n condiii de funcionare reale; aditivii nu reduc temperaturile maxime locale de regenerare n acelai mod; aditivii nu previn supranclzirea filtrelor cnd regenerarea ncepe la sarcini mari; calitatea regenerrii nu este mbuntit dup depirea unei anumite concentraii limit; activitatea catalitic a aceluiai aditiv difer substanial cu tipul i regimul motorului; temperatura de evacuare, concentraia de oxigen i coninutul HC / SOF sunt parametri importani

ai procesului de regenerare .

Aditivii rmai n competiie, dup muli ani de studiu, sunt : cuprul, manganul, fierul i ceriumul. Datele experimentale arat c un adaos de cupru n motorin, de 0,13 g/l, coboar cu aproximativ 200 C temperatura de aprindere a particulelor, iar manganul, n aceeai proporie, coboar temperatura cu 100...150 C fa de cazul temperaturii de aprindere fr aditivi . Alte surse care au studiat aditivii pe baz de cupru au ajuns la urmtoarele concluzii :

eficiena reducerii particulelor n filtrul cu aditivi pe baz de cupru a fost de aproximativ 80 %;

temperatura de regenerare a sczut cu 135 C ( de la 510 C la 375 C ); durata regenerrii s-a redus de la 90 de minute fr aditiv la 5,5 minute cu 15 ppm Cu i la 1 minut

cu 30 ppm Cu;

filtrul a reinut peste 95 % din particulele care au coninut Cu ; aceasta determinare s-a fcut datorit faptului c oxidul de cupru eliminat n atmosfer este de asemenea o substan toxic.

Aditivul pe baz de fier cel mai cunoscut este ferrocenul Fe + diciclopentadienyl, Fe(C5 H5)2; el este foarte rspndit n Germania, efectele sale fiind studiate pe motoarele firmelor KHD, Mercedes, MAN, VW i Opel .n prezent cel mai promitor aditiv este ceriumul, care reduce semnificativ emisia de particule fr a crete ceilali poluani gazoi .

3.3 METODE ACTIVE DE REDUCERE A POLUANILOR

3.3.1 Metode active de reducere a poluanilor mas

Condiiile de funcionare a motoarelor cu aprindere prin scnteie, determinante pentru noxele eapate, vor fi tratate prin prisma parametrilor ce guverneaz funcionarea motorului.

a) Influena turaiei. Dac turaia crete, lucrul mecanic de frecare crete, consumul orar se majoreaz, randamentul mecanic i puterea efectiv se diminueaz, consistena noxelor devenind mai sever. Trebuie reinut c, la o turaie mai mare, obinerea puterii se face cu un consum de combustibil mai mare dect la turaie mic, consum de combustibil majorat nsemnnd inclusiv creterea noxelor.

b) Influena sarcinii. Sarcina, definit prin coeficientul de sarcin

ce

e

P

P are urmtoarele efecte :

dac se majoreaz temperatura fluidului din cilindru, se reduce efectul de stingere a flcrii n masa de gaze, se mbuntete arderea moderat, scade coninutul de hidrocarburi i monoxid de carbon, dar crete cel de oxizi de azot.

c) Influena vitezei de deplasare a vehiculului. Dac aceast vitez crete, puterea efectiv crete, consumul orar de combustibil crete, ceea ce ar determina, n general, majorarea noxelor. Avnd ns n vedere c la creterea vitezei automobilului crete i sarcina motorului, putem aprecia c hidrocarburile i monoxidul de carbon nu cresc cu acesta, majorndu-se ns cantitatea de oxizi de azot datorit regimului termic mai sever.

d) Efectele funcionrii n regim tranzitoriu a motorului. Dificultile de dozaj n regim tranzitoriu determin majorarea noxelor. Deschiderea brusc a obturatorului att la carburaie, ct i la injecia monopunct,

faciliteaz separarea combustibilului din aer i cu aceasta necesitatea mbogirii suplimentare a amestecului, crescnd consumul de combustibil i noxele. Numai injecia multipunct poate rezolva aceast problem, cu att mai mult cu ct nu mai este vorba de spaii de volume mari care trebuie umplute i golite de amestec proaspt. Cu ct tranziia este mai sever cu att injecia multipunct este mai avantajoas pentru consumul de combustibil i pentru noxe.

Emisiile poluante depind de excesul de aer i de avansul la scnteier.Apelndu-se la msurri de stand ,

aprecierile se vor face n corelaie cu coeficientul excesului de aer , fiind necesar i luarea n considerare a

avansului la producerea scnteii electrice , cei doi parametrii fiind cu cea mai mare influen asupra noxelor. Influena excesului de aer asupra emisiilor poluante este urmtoarea : Emisiunile de monoxid de carbon CO.:

Pentru amestecurile bogate CO depinde liniar de . n domeniul 1, dac crete, coninutul de monoxid scade

deoarece combustibilul i gsete aerul necesar desvririi arderii, astfel c pentru 1 coninutul de CO este practic independent de coeficientul excesului de aer.

Dozarea stoechiometric uniform la toi cilindrii (1) este avantajoas, ceea ce impune injecia multipunct fa de carburaie sau injecia monopunct (mai ales la motoarele cu mai mult de 4 cilindri).

2. Emisiunile de oxizi de azot NOx. Pentru amestecurile bogate, dac coeficientul excesului de aer

crete, consistena NOx se majoreaz datorit disponibilitilor mai mari de aer ce favorizeaz declanarea

mecanismului Zeldovici.

n cazul amestecurilor srace, dac crete, NOx scade deoarece se diminueaz temperatura n camera de

ardere.

Valorile maxime pentru oxizii de azot se obin la =1,051,1, care este chiar domeniul n care coninutul de monoxid de carbon i hidrocarburi din gazele de fum ating nivelurile minime.

3. Emisiunile de hidrocarburi HC. n cazul amestecurilor bogate dac crete, coninutul de hidrocarburi se diminueaz.

Pentru >1, dac crete, cantitatea de hidrocarburi eapate se majoreaz datorit stingerii flcrii n masa de gaze sau chiar a rateurilor de aprindere.

Motoarele cu aprindere prin scnteie obinuite necesit amestec omogen. Dac picturile nu sunt suficient de fine, viteza viteza de amestecare scade crescnd ansa de stingere a flcrii n masa de gaze cu creterea noxelor i a consumului de combustibil.

Influena aprinderii exprimate prin valoarea avansului la scnteie asupra emisiilor poluante este urmtoarea : 1. Emisiunile de monoxid de carbon.Sunt aproape independente de avansul la producerea scnteii

electrice . De remarcat ns c cifra octanic a benzinei , dac nu se coreleaz cu avansul influeneaz pregnant emanaiile de CO. 2. Emisiunile de hidrocarburi. Dac avansul la producerea scnteii electrice crete, cantitatea de hidrocarburi coninute n gazele evacuate se majoreaz, deoarece arderea moderat are loc la o temperatur mai

mic. Pentru amestecurile srace avansul trebuie majorat, deoarece viteza de ardere se reduce foarte mult. 3. Emisiile de oxizi de azot. Cu creterea avansului, coninutul de NOx eapat se majoreaz deoarece gazele arse iniial suport o comprimare mai sever. n ceea ce privete consumul specific efectiv de combustibil se constat c acesta se minimalizeaz

pentru 11,1 i crete cu reducerea avansului , datorit tendinei de deplasare a arderii n destindere.

3.3.2 Metode active de reducere a poluanilor mac

n ultimele decenii, datorit importanei din ce n ce mai mari care s-a acordat calitii mediului nconjurtor, s-au derulat numeroase cercetri ce au urmrit stabilirea principalilor factori care influeneaz emisiile poluante produse de motoarele cu ardere intern. Desfurate n paralel de institute de cercetare ca i de productorii de motoare i autovehicule, aceste cercetri au relevat nu numai influenele determinante asupra emisiilor, ci au identificat i inovat o serie de msuri ( metode sau tehnici ) de reducere a poluanilor; corelaia

factorimsuri a devenit att de comun nct la o privire mai puin atent, poate genera confundarea celor doi termeni .

Problema aplicrii unor msuri de limitare a emisiilor poluante se dovedete a fi foarte delicat, datorit multitudinii factorilor ce influeneaz aceste mrimi. Exist influene contradictorii ale unor factori asupra celor patru tipuri de poluani legiferai, dar i efecte contradictorii ale aceluiai factor asupra aceluiai poluant, n cazul unor motoare diferite.

18 HC [ g / kWh ]

16

14

12

10

8

6

4

2

0

0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2

20 NOx 18 [ g / kWh ]

16

14

12

10

8

6

4

2

0

0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2

50

40

30

20

CO [ g / kWh ]

800

600

400

200

0

0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2

50 40 3020

0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1

n general, msurile de reducere a celor patru poluani limitai n legislaia existent au generat creteri ( relativ mici ) ale consumului de combustibil, ceea ce implic gsirea unei ci de compromis. i n cadrul grupului de poluani enumerai ( HC, CO, NOx , particule ( PT ) ) apare necesitatea unui compromis ntre valorile NOx , pe de o parte, i valorile PT, CO, HC, pe de alt parte. Dependena invers a acestor mrimi se datoreaz temperaturilor dezvoltate n camera de ardere. Msurile de scdere concomitent a NOx i a celorlali poluani sunt relativ puine i se aplic, de regul, n afara camerei de ardere.

Factorii care afecteaz nivelul emisiilor poluante sunt numeroi, iar cei mai importani sunt prezentai succint n cele ce urmeaz :

1. Regimul funcional: turaia; sarcina ( dozajul ); regimul termic al motorului.

2. Caracteristicile injeciei:

avansul la injecie; legea de injecie; construcia echipamentului de injecie:

tipul pompei de injecie; mrimea presiunii de injecie; tipul injectorului i poziia sa; construcia pulverizatorului ( diametru, lungime, numr i orientare a

orificiilor pulverizatorului );

volumul sacului de sub acul injectorului.

3. Particulariti constructive ale motorului:

intensitatea curentului de aer ( turbulene din camera de ardere ); cantitatea de gaze reziduale ( funcie de cderea de presiunea la evacuare ); numrul de supape pe cilindru ( tipul chiulasei: cu 2 sau 4 supape ); arhitectura camerei de ardere:

camera de ardere unitar; camera de ardere divizat.

forma camerei de ardere i dimensiunile ei; caracteristica de transfer termic a camerei de ardere:

raportul suprafa / volum al camerei de ardere; proprietile de conductibilitate a pereilor.

supraalimentarea ( presiunea aerului aspirat n cilindru pa );

rcirea intermediar a aerului de admisie ( temperatura aerului aspirat Ta );

caracteristicile instalaiei de ungere: consum de ulei; calitatea uleiului; scurgeri de ulei; concepia instalaiei de ungere;

dimensiunile principale ale cilindrului: D diametrul cilindrului; S cursa; raportul S/D; raportul de compresie;

fazele de distribuie; dispozitivele de pornire la rece; gradul de recirculare a gazelor arse; debitul variabil de aer.

4. Caracteristicile combustibilului:

coninutul de sulf; densitatea; volatilitatea; cifra cetanic; compoziia fracionat; coninutul de hidrocarburi aromatice.

5. Starea tehnic a motorului:

mrimea jocurilor dintre piese ( uzura ); starea echipamentului de injecie:

obturarea orificiilor pulverizatorului; scderea presiunii de injecie; colmatarea filtrelor de combustibil.

6. Natura aplicaiei i regimul de exploatare.

Metodele active de reducere rezultate vor fi prezentate pe scurt n cele ce urmeaz, n ordinea ( i cu numerotarea ) factorilor menionai anterior .

1. Regimul funcional. Datorit caracteristicilor de funcionare a motoarelor diesel ntr-o gam larg de regimuri de sarcini i turaii, optimizarea regimului funcional este dificil; se poate recomanda evitarea funcionrii ndelungate n regim de mers n gol sau cu accelerri brute. Pentru scderea emisiilor poluante se determin caracteristicile emisiilor funcie de sarcin i turaie care, corelate cu caracteristicile de consum de combustibil trasate n aceleai coordonate, stau la baza alegerii curbelor de utilizare a puterii; caracteristicile amintite sunt utilizate la elaborarea programelor de reglare automat a regimurilor de funcionare, la alegerea treptei de vitez, pentru delimitarea zonelor n care se interzice funcionarea motorului din considerente ecologice. Pentru reducerea emisiilor trebuie folosit un echipament de injecie comandat electronic, care asigur injectarea dozei optime de combustibil, funcie de sarcin i turaie, evitnd funcionarea motorului pe curbele de consum i emisii cu valori foarte mari.

2. Caracteristicile injeciei. Au o influen important n procesul de limitare a emisiilor poluante. Avansul la injecie este o variabil cu efecte contradictorii asupra NOx i HC. Reducerea avansului sub

valoarea optim duce la scderea NOx i la creterea HC. Aceast metod este folosit n scopul reducerii NOx , cu preul creterii celorlali poluani, asupra crora se vor aplica metode pasive de reducere, adic pe traseul de evacuare, dup ce au fost produse. Funcia de corelare a unghiului de avans la injecie se realizeaz tot prin sistemul de injecie cu comand electronic. Legea de injecie, care este determinat de cantitatea de combustibil injectat funcie de unghiul de rotaie, influeneaz considerabil emisiile, dac este corelat cu fazele arderii, faza iniial de ardere ( n ntrzierea la autoaprindere ) genereaz o cantitate mare de HC, faza arderii rapide genereaz NOx , datorit temperaturilor mari i a rezervelor de O2, iar faza arderii moderate genereaz o cantitate mare de CO.

Creterea presiunii de injecie la valori n jur de 1500 bar, precum i folosirea unui pulverizator cu un numr mai mare de orificii, avnd diametrul mai mic, de o anumit lungime i orientare, au efecte considerabile de scdere a emisiilor de particule. Micorarea volumului sacului de sub acul injectorului reduce cantitatea de combustibil post-injectat, cu scderea HC, a fumului i a particulelor.

3. Particulariti constructive ale motorului. Organizarea micrii aerului n camera de ardere, caracterizat prin raportul de vrtej, are o influen contradictorie asupra NOx i a fraciunii insolubile din compoziia particulelor de aceea trebuie fcut un compromis la alegerea valorii optime; exist deja soluii de camere de ardere cu vrtej ( swirl ) variabil.

Cantitatea mrit de gaze reziduale din cilindru duce la micorarea cantitii de aer proaspt aspirat cu scderea NOx i creterea fumului, gazele arse rmase n cilindru micoreaz cantitatea de O2 disponibil, frnnd reaciile de formare a NOx. Influena favorabil a gazelor reziduale asupra reducerii NOx a condus la

metoda recirculrii gazelor arse ( EGR Exhaust Gas Recirculation ), care const n reintroducerea unei fraciuni din gazele arse n cilindru; creterea gradului de recirculare este extrem de eficient din punctul de vedere al reducerii NOx, dar i al HC, ceea ce se explic prin faptul c o parte din HC din gazele arse nu se evacueaz direct n atmosfer, ci se reintroduce n cilindru, astfel nct o parte din acestea vor arde n ciclul urmtor; utiliznd EGR se micoreaz cantitatea de aer din fluidul proaspt din cilindru, aprnd tendina de cretere a fumului i a duratei arderii, ceea ce duce la mrirea consumului de combustibil; aceste tendine sunt mai puternice o dat cu mrirea sarcinii, astfel c EGR se dovedete o msura foarte bun de reducere a NOx i a HC, dar numai n condiiile corelrii corespunztoare a EGR cu sarcina motorului i n limitele acceptabile ale creterii consumului de combustibil .

Camerele de ardere divizate au nivelul global al emisiilor mai redus cu circa 10 % fa de cel al camerelor de ardere unitare, dar consumul de combustibil este mai mare cu aproximativ 10 %.

Forma camerei de ardere influeneaz semnificativ nivelul emisiilor, n special al particulelor. Se urmrete introducerea camerelor de ardere de tip re-entrant sau Quadram, care asigur o bun omogenizare a amestecului i se ncearc reducerea la minimum a spaiilor moarte din camera de ardere, la care nu ajunge frontul flcrii n perioada ntrzierii la autoaprindere .

Schimbul termic intens din camera de ardere i pereii acesteia duce la scderea temperaturii procesului de ardere cu scderea emisiilor de CO, HC, PT i creterea corespunztoare a NOx; fiindc scderea NOx este

mai greu de obinut, se poate apela la metoda izolrii termice a camerei de ardere; prin aceast izolare, se reduce ntrzierea la autoaprindere.

Supraalimentarea motoarelor are ca efect creterea presiunii i temperaturii aerului la intrarea n motor, deci un regim termic mai ridicat; debitul de aer mai mare dect al motoarelor aspirate natural explic formarea amestecurilor mai srace i, n consecin, emisiile de HC, CO i PT scad cu creterea presiunii de supraalimentare; regimul termic ridicat duce la mrirea sau micorarea NOx ( funcie de motor ), care poate fi redus mulumitor prin aplicarea rcirii intermediare a aerului de admisie .

Nivelul particulelor, mai precis al fraciunii solubile organice ( SOF ), depinde n proporie de 70 90 % de consumul de ulei al motorului. Scderea SOF se poate obine fie prin limitarea consumului de ulei la regimuri tranzitorii, fie prin mbuntirea arderii uleiului care ptrunde n camera de ardere.

Fazele de distribuie influeneaz fenomenul de emisie a poluanilor prin durata deschiderii simultane a supapelor n jurul punctului mort superior.

Factorii care influeneaz emisiile poluante au generat metode i tehnologii de reducere a emisiilor poluante, al cror efect este prezentat n tabelul 7.1, mpreun cu aprecierea efectului asupra poluanilor, consumului de combustibil, zgomotului, durabilitii i costului suplimentar, exprimat n procente, din costul motorului de baz, datorat aplicrii metodei respective.

Tabelul 7.1. evideniaz categoria metodelor active ( 114 ) de reducere a emisiilor poluante, sintetiznd, fr pretenia de a fi exhaustiv, eficiena tehnicilor descrise, prin aprecieri calitative [5].

Tabelul 7.1

Nr.

crt.

Efect

Tehnica \ asupra

NOx

HC

CO

PT

Consum

de com-

bustibil

Zgomot Durabi-

litate

Supra-

cost

1 Supraalimentare - + + + + + - + 3 %

2 Rcire

intermediar ++ - + + ++ 0 + + 7 %

3 ntrzierea

injeciei ++ - - - - - ++ 0 /

4

Camera de ardere

tip

re-entrant

0

0

0

+

0

0

-

+ 1 %

5 Raport de

compresie mrit 0 + 0 - 0 0 0 /

6 Izolaie termic - - ++ + + 0 0 - -

7 Raport de vrtej

variabil 0 0 0 + + 0 - + 7 %

8 Consum de ulei

redus 0 0 0 + 0 0 - /

9 Recircularea

gazelor arse ++ + 0 + + 0 -

+ 5%

10 Variator de

avans mecanic + 0 0 + + 0 0 + 3 %

11 Variator de

avans electronic ++ + 0 + ++ 0 0 + 8 %

12 Sistem de injecie de presiune nalt

0 0 0 ++ + - 0 + 4 %

13 Sistem de injecie

electronic ++ + 0 ++ ++ 0 0 +15 %

14

Turbosuflanta cu

geometrie

variabil

0

0

+

+

+

0

-

+8%

Legend: 0 fr influen ; ++, foarte eficace ; +, eficace; - -, foarte duntor ; - , duntor . .

4.Starea tehnic a motorului. Acestea influeneaz, ntr-o msur semnificativ, poluanii emii de motoare, n general emisii mrite apar datorit dereglrilor echipamentului de injecie, colmatrii filtrelor de aer,

ulei i combustibil, ca i uzurilor din cupla cinematic format din pistonsegmenicilindru. Studiul n regim de exploatare al emisiilor motoarelor diesel a dus la definirea unei categorii aparte de vehicule, foarte poluante

(gross polluters) care, datorit strii tehnice defectuoase contribuie ntr-o msur mult mai mare la emisia de poluani ( 1% din cele mai poluante vehicule produce acelai nivel de poluare ca cel produs de 40 % din vehiculele cel mai puin poluante ). Msurri ale nivelului de poluare efectuate pe vehiculele cu motorizare

diesel din Romnia au condus la constatarea c 70 % din vehiculele testate depesc nivelurile admise ( fum i CO ), fapt datorat n mare msur strii tehnice necorespunztoare.

Material extras din lucrarea Combaterea polurii mediului n transporturile rutiere, autori V. Negrea,V. Sandu, Editura tehnic, 2000.

4.METODE DE MSURARE A POLUANILOR CHIMICI

Pentru msurarea poluanilor legiferai n prezent, s-au dezvoltat metode de analiz specifice, n scopul omologrii motoarelor cu ardere intern n ceea ce privete emisiile de substane poluante.

4.1. Msurarea monoxidului de carbon CO [1]

Msurarea CO se face, de regul, cu analizorul tip NDIR (analizor nedispersiv cu absorbie n infrarou. Acest analizor folosete metoda absorbiei energiei radiante nedispersive n spectrul de radiaii infraroii, care are la baz urmtorul principiu: gazele poliatomice absorb selectiv energia radiat n spectrul infrarou n diferite benzi de lungimi de und caracteristice fiecrei substane. Pe aceast cale se poate determina att concentraia de CO ct i CO2 i HC. CO i CO2 absorb radiaia infraroie la lungimea de und de 4,7 m i 4,3 m. Analizorul NDIR msoar absorbia la o lungime de und dat i compar rezultatul cu absorbia unor gaze etalon. Acest analizor face o msurare comparativ i nu una absolut, depinznd ntr-o mare msur de calitatea amestecului de gaze pure. Aa cum este artat n diagrama simplificat din figura 13.1, o surs de radiaii de band larg n infrarou produce dou fascicule paralele care trec prin dou tuburi cu perei interiori reflectorizani i care sunt apoi captate de un detector diferenial de gaz.

Detectorul este alctuit dintr-o carcas etan cu dou fante de transmitere a radiaiei infraroii, care este desprit de o diafragm flexibil, ce reprezint placa unui condensator. Cele dou pri ale detectorului sunt umplute cu gazul de analizat i cu gazul etalon. Cnd cele dou fascicule ptrund n detector, componentele la lungimile de und specificate sunt absorbite de gazul detector, care se nclzete i se dilat. n cazul n care fasciculele sunt egale, nu exist dezechilibru al diafragmei separatoare.

Sursa de radiaii

n infrarou

Disc rotitor

Disc de punere

la zero

Celule de filtrare

conectate

Gaz

Celul de

referin

Indicator

Circuitde ieire

Semnalde ieire

Surs energieelectric

Oscilator Punte

Amplificator central

nclzitor

Anexe

Detector

CO pur

A doua treapt

a celulei

Prima treapt

a celulei

Fascicul

infrarou

Filtru de CO2

Ferestre

Fig.13.1. Schema unui analizor n infrarou (NDIR).

Un fascicul, cel de referin, urmeaz un drum fixat, cellalt trece prin tubul cu gazul de analizat. n acest tub, energia fasciculului scade datorit absorbiei unui anumit component i, prin trecerea prin jumtatea corespunztoare a detectorului dezvolt mai puin cldur de absorbie, ceea ce conduce la deplasarea diafragmei cu variaia capacitii electrice a condensatorului. Fasciculele sunt ntrerupte cu o frecven de 610 Hz, ceea ce determin generarea unui semnal electric alternativ.

4.2. Msurarea oxizilor de azot NOx

Msurarea NOx se face prin metoda absorbiei sau prin metoda chemiluminiscenei, aceasta din urm fiind metoda recomandat de regulamentele internaionale. Determinarea NOx prin chemiluminiscen se bazeaz pe faptul c NO reacioneaz cu ozonul ( O3 ), rezultnd NO2 ncrcat electric ; acesta se descarc producnd o cuant de lumin roie :

NO + O3 = NO 2* + O2

NO2* = NO2 + h Aceasta poate fi msurat cu precizie, folosind un fotomultiplicator. Pot avea loc alte dou reacii :

NO + O3 = NO2 + O2

NO + O3 = NO2* + O2 = NO2 + O2 + M .

Prima reacie consum O2, fr a produce molecule excitate, iar cea de a doua consum moleculele excitate, prin aciunea moleculelor inerte ( M ), fr a produce emisie de fotoni. Pentru evitarea acestor reacii parazite, se menine gazul la presiune sczut i temperatur constant i se elimin apa, pentru a nu crea molecule inerte. Analizorul are alctuirea din figura 13.2. n camera de reacie ptrunde gazul de analizat i ozonul. n aceast camer, meninut la temperatur constant, se produce reacia care genereaz molecule de NO2 excitate. Camera este vidat (3 12 torr ) cu o pomp de vid. Fotomultiplicatorul (cu celul fotoelectric ) transform impulsurile luminoase n curent electric. Aparatul mai cuprinde circuitul probei i circuitul de producere a ozonului (ozonul se obine prin trecerea O2 printr-un reactor cu doi electrozi, alimentai la o surs de tensiune nalt, care produce o descrcare electric, rezultnd 2% ozon din oxigenul vehiculat). Deoarece normele solicit msurarea concentraiei totale de NOx ( NO+NO2 ) i pornind de la constatarea c n gazele de evacuare se afl, n principal, NO i NO2 , aparatul este realizat pentru a msura i suma acestor gaze. Pentru aceasta, proba de gaze se trece printr-un reactor nclzit electric la temperatura de 650 700 C, la care totalitatea NO2 disociaz n NO, care este apoi analizat dup metoda descris.

Surs de

nalt tensiune

Pomp

de vid

Rezervor

de ozon

Ozonizator

Chemiluminiscen

Fotomultiplicator

Regulator de O2

Oxigen sau aer

Amplificator

nregistrator

Prob Bypass

Convertizor

NO2 NO

Rotametru

Filtru

de aer

Filtru

rou

Regulator

Aer

Vacuummetru

Fig.13.2. Analizorul cu chemiluminiscen (HCLA).

4.3. Msurarea hidrocarburilor

Metoda care realizeaz msurtori cu o precizie bun este cea care utilizeaz detecia ionizrii flcrii ( FID - Flame Ionization Detection ). Aceast metod se bazeaz pe faptul c atomii de carbon pot fi separai, la temperatur ridicat, n ioni pozitivi i electroni liberi. ntruct vaporii de ap influeneaz msurarea, gazele de analizat se nclzesc pn la 190 C, iar metoda devine HFID ( Heated FID ) .Procedeul de msur are avantajul c indicaia detectorului este proporional cu concentraia hidrocarburilor i cu numrul de atomi de

carbon din molecul, de exemplu, indicaia aparatului la 100 ppm propan - C3 H 8 - este jumtate din indicaia la 100 ppm hexan (C 6 H14) . De aceea, aparatul se mai numete i numrtor de atomi de carbon ( fig.13.3 ). Gazul de analizat se amestec cu aer i arde ntr-o flacr format din H2 ( 40 % ) i He ( 60 % ) n zona flcrii sunt amplasate dou plci electrizate pozitiv i, respectiv, negativ. Ionii pozitivi i negativi se vor separa, pe plci, genernd un curent electric proporional cu numrul de atomi de carbon, curent care poate fi amplificat i msurat.

Evacuare

gaze

Cuptor

190 CScnteie de

aprindere

Termistor

CatodAnod

Aer

H / He

40 / 60

Conduct nclzit

la 190 C

Gaze de etalonare

i de punere la zero

T Ptermometru

regulator

manometru

debitmetru

Gaz de

analiz

Usctor

Fig.13.3. Analizorul pentru hidrocarburi cu ionizarea flcrii (HFID).

4.4. Msurarea fumului

Metodele cele mai rspndite de msurare a fumului sunt metoda filtrrii gazelor i metoda evalurii luminii absorbite de gaze [2 ].

Metoda filtrrii gazelor const n colectarea particulelor de fum pe un filtru i aprecierea acestora fie prin cntrire, fie prin determinarea coloraiei hrtiei de filtru. Dup cum se observ, metoda de msurare gravimetric este identic cu cea prezentat la msurarea particulelor, ceea ce nseamn c noiunea de particule reprezint o noiune mai larg: particula include produi solizi i lichizi ai arderii incomplete. Determinarea coloraiei hrtiei de filtru este principiul care st la baza construcie fummetrelor Bosch. La aceste aparate, fumul trece printr-un disc din hrtie de filtru, la o depresiune constant creat de o pomp de vacuum. Dup luarea

probei, filtrul se compar cu unul curat, cu ajutorul unei celule fotoelectrice. Valorile obinute se ncadreaz n scara Bacharach, care stabilete 10 niveluri de nnegrire, zero fiind atribuit hrtiei de filtru curate.

Metoda evalurii luminii absorbite de gaze are ca principiu de msur comparaia transparenei coloanei de fum cu transparena unei coloane de aer curat. O lamp cu incandescen emite un flux luminos, ce trece prin coloanele de gaze i aer, impresionnd o celul fotoelectric. Funcie de coeficientul de absorbie determinat se stabilesc valorile corespunztoare ale unitilor de fum. Fummetrele care lucreaz dup acest principiu se numesc fummetre tip Hartridge sau, mai corect, opacimetre.

ntre cele dou scri de msur, Bosch i Hartridge, s-a stabilit o echivalen calitativ, iar prin medierea intervalului de variaie s-au obinut valorile cele mai probabile.

n condiiile n care s-au precizat metodele de msur a particulelor, msurarea fumului poate fi considerat inutil. Totui, reglementrile referitoare la msurarea opacitii gazelor de evacuare se menin n vigoare, fumul fiind considerat neoficial o msur vizibil a emisiei de particule.

Definiia fumului dat de QUARG ( Grupul pentru calitatea aerului din Marea Britanie ) este urmtoarea [3 ]:Fumul reprezint materia format din particule cu diametrul sub 15 m, rezultat n urma arderii incomplete a combustibilului. Fumul negru reprezint materia format din particule negre (nereflectante) care rezult n urma msurrii prin metoda filtrrii.

Diferena dintre fum i fum negru trebuie subliniat: termenul fum se refer la particulele primare, indiferent de culoarea acestora ( grad de nnegrire ). Totui, datorit faptului c msurrile de fum din aer prin metoda filtrului depind de gradul de nnegrire al hrtiei de filtru, s-a introdus termenul de fum negru, pentru a

face o distincie ntre capacitile de depunere diferite ale fumului provenit din surse diferite.

Lectura suplimentara 4.4. METODE MODERNE DE

CERCETARE A POLUANILOR CHIMICI

Cercetarea genezei poluanilor i a eficienei mijloacelor de combatere a acestora impun identificarea naturii i a concentraiei substanelor poluante prin metode i cu echipamente ct mai performante. Acestea trebuie s satisfac o serie de cerine distincte cum ar fi: timpul de rspuns redus, mai ales pentru msurrile continue, costurile legate de ncercare i materialele consumabile s fie ct mai mici, fiabilitatea i precizia ct mai mari.

ntruct metodele de investigaie se aplic unei probe prelevate din gazele de evacuare, aceasta nu trebuie s sufere modificri n perioada deplasrii n sistemul de prelevare sau n perioada de conservare (adsorbie-desorbie la perete, condensare, reacii chimice ntre componeni etc.)

4.4.1 Analiza substanelor nelimitate prin norme

Metodele de analiz aplicate pentru a determina componentele gazelor de evacuare nelimitate prin norme nu sunt, nici ele i nici metodele de prelevare a probelor, reglementate de astfel de norme. n acelai timp, dei pentru prelevarea probelor se pot utiliza, n parte, metodele unice aplicate componentelor limitate prin norme, la nregistrarea analitic se pot aplica metode unice pentru ambele grupe de substane. Aceasta se justific, n principal, prin dou cauze: pe de-o parte, sensibilitatea aparatelor de msur aplicabile componentelor gazelor de evacuare limitate prin norme nu corespunde cerinelor efecturii cercetrilor componentelor care nu sunt limitate prin norme, componente a cror concentraie este de multe ori mai redus iar, pe de-alt parte, selectivitatea aparatelor existente este insuficient.

De aceea, a fost necesar elaborarea unor tehnici de nregistrare de nalt sensibilitate, precum i a unor metodici de prelucrare prealabil a probelor pentru separarea dorit a substanelor necesare. Aceast combinaie dintre prelevarea selectiv a probelor, dirijat n totalitate spre separarea i detectarea special a substanelor, a cptat denumirea de microanaliz . Metodele de microanaliz se bazeaz, n principal, pe principii fizice sau fizico - chimice de msurare. Printre acestea sunt, de exemplu, metode cunoscute precum :

spectrometria masic; cromatografia; gravimetria; termo-gravimetria; combinaii ale cromatografiei cu spectrometria masic .

.

4.4.2. Spectrometria de mas

Aceasta metod analizeaz compoziia chimic a unui amestec, funcie de comportarea particulelor sale ncrcate electric ntr-un cmp electromagnetic. Proba de gaze analizat este bombardat cu electroni cu energii nalte, rezultnd ioni de mas m i sarcin e. Acetia sunt accelerai ntr-un cmp electric de tensiune U, pn

cnd ating viteza w, cu care ptrund ntr-un cmp magnetic H. Traiectoria iniial a electronilor se curbeaz cu raza:

r = [ 2 U m / ( e H2 ) ]

0,5 .

Raza de curbur poate fi modificat convenional, acionndu-se asupra lui U sau H, astfel c particulele cu un anumit raport caracteristic m/e s ajung la detector. Rspunsul detectorului este proporional cu numrul de ioni cu acelai m/e , adic cu concentraia iniial a substanei analizate. Spectrometrul de mas se folosete pentru determinarea tuturor substanelor dintr-un amestec, pe baza nregistrrii continue a razei de curbur a traiectoriei particulelor. Datorit descompunerii sau a ionizrii duble din faza bombardrii electronice, spectrul de mas al unei substane are mai multe vrfuri ( spectru de fragmentare ). Fiecare vrf corespunde unui raport m/e caracteristic, iar nlimea vrfului este proporional cu concentraia sa n amestec.

4.4.3. Cromatografia

Cromatografia este o metod de separare a amestecurilor multicomponente. Ea se bazeaz pe repartiia diferit a componentelor unui amestec ntre o faz mobil i una staionar, avnd ca urmare deplasarea cu vitez diferit a componentelor purtate de faza mobil de-a lungul fazei staionare.

Exist mai multe variante ale metodei cromatografice, n funcie de tehnica, modul de lucru i proprietile fizico-chimice ale fazelor. Practic, cea mai important clasificare are drept criteriu starea de agregare a fazei mobile :

cromatografie n faza gazoas; cromatografie n faza lichid. Tehnica de lucru difer att de mult n aceste dou grupe, nct s-au dezvoltat aparate distincte, foarte

diferite. Principalele deosebiri sunt :

folosirea unei faze mobile gazoase atrage dup sine utilizarea unor coloane de separare, n timp ce folosirea unei faze mobile lichide permite i aplicarea altor tehnici, cum ar fi cromatografia pe hrtie sau n strat subire;

deoarece transferul de mas este cu cteva ordine de mrime mai rapid n gaze dect n lichide, viteza de separare prin cromatografie n faza gazoas este mult mai mare dect n faza lichid;

faza mobil gazoas se preteaz mai bine la determinarea cantitativ a unor cantiti extrem de mici de substan, cromatografia n faz gazoas fiind astfel o metod de microanaliz calitativ i cantitativ.[ 14 ]

n cromatografia gazoas, procesul de separare a componenilor se bazeaz pe legile termodinamice ale echilibrului fazelor, care se stabilete la trecerea amestecului prin coloana de separare. O categorie de coloane de separare au pereii prevzui cu un material adsorbant poros, care reine prin adsorbie un component, stabilindu-se un echilibru ntre fraciunea componentului rmas n amestec i fraciunea adsorbit. Conform legii lui Henri, cantitatea adsorbit este proporional cu concentraia componentului n amestec .

O alt categorie de coloane, numite coloane de partiie, sunt prevzute cu materiale poroase impregnate cu un lichid. O parte a componentului se dizolv n acest lichid, pn se atinge echilibrul cu faza rmas n amestecul de gaze. Conform legii lui Nernst, concentraia final a fraciunii dizolvate n faza lichid este proporional cu concentraia componentului n faza gazoas.

Analiza hidrocarburilor existente n gazele de evacuare se realizeaz prin cromatografie de partiie. Pentru efectuarea analizei se injecteaz o cantitate determinat dintr-un gaz purttor inert (hidrogen sau azot), care nu interacioneaz cu proba. n ordinea afinitii fa de materialul coloanei, componenii amestecului se separ, prsind coloana pe rnd. Gazul care iese este analizat de un detector care sesizeaz apariia componenilor sub forma unei succesiuni de semnale funcie de timp, obinndu-se grafic o cromatogram. Primul vrf de pe cromatogram corespunde momentului cnd ajung n detector componenii care nu sunt reinui n colector, iar coada cromatogramei corespunde componenilor care nu sunt bine separai. Intervalul de timp dintre momentul injeciei probei i momentul apariiei primului vrf se numete timp de reinere i caracterizeaz o substan dat; acesta poate servi la identificarea substanelor, folosind o cromatograma de etalonare. Concentraia unui component n amestec poate fi determinat calculnd aria unui vrf, care este proporional cu cantitatea iniial a componentului n amestec. Timpul de reinere depinde de temperatura fazei lichide din coloan; astfel, prin scderea temperaturii, se mrete timpul de reinere i se mbunteste rezoluia.

Construcia cromatografelor moderne cuprinde mai multe coloane de separare cu materiale i temperaturi diferite, n care separarea ncepe la temperaturi joase, mrindu-se timpii de reinere pentru primii compui, ca s rezulte o bun separare. Temperatura crete apoi treptat, pentru ca s se evite timpii de reinere prea mari pentru ultimii componeni separai. Detectorii folosii sunt detectorul cu conductibilitate termic, detectorul cu ionizare a flcrii sau spectrometrul de mas.

Cromatografia are dezavantajele de a nu permite analiza continu a gazelor arse i de a avea o durat de analiz destul de mare. Printre avantaje se numr :

posibilitatea de a analiza toate gazele i toate substanele lichide sau solide care pot fi evaporate fr descompuneri;

cantitatea de prob este redus fiind de ordinul 10- 6 - 10 -3 grame; pot fi analizate si substane solide prin descompunerea lor termic controlat (piroliz ).

Sensibilitatea analizelor depinde de detectorul utilizat. Concentraia msurat cu detectorul de conductibilitate este de 0,1%, iar cu detectorul cu ionizare a flcrii, de 1 ppm.

4.4.4 Gravimetria i termogravimetria

Metoda gravimetric urmrete determinarea masei probei de analizat prin cntarire; este folosit n special la determinarea mase totale de particule (vezi paragraful13.1.5.), dar i la analiza compoziiei acestora. Ustensilele cele mai folosite sunt microbalanele analitice (ncrcare maxim 20 g i sensibilitate 10-3 mg ), ultra-microbalanele ( ncrcare maxim de zeci de miligrame i sensibilitate de 10-4 mg ) i nanogram-balanele ( ncrcare maxim de 20mg i sensibilitate de 10-6 mg ).

Termogravimetria urmrete variaia greutii substanelor la diferite temperaturi i intervale de timp, prin cntrirea lor dup fiecare etap. n tehnica instrumental folosit n prezent, proba este cntrit continuu n timp ce este nclzit ntr-un cuptor, n care ridicarea temperaturii se realizeaz cu vitez constant. Este folosit cu precdere n analiza compoziiei particulelor, mai ales a fraciunii organice .

5. ISTORICUL I EVOLUIA LEGISLAIEI Omenirea s-a preocupat de mult timp de calitatea aerului pe care l respir. Prima lege mpotriva

polurii a fost promulgat n anul 1273 de ctre regele Edward I al Angliei i era ndreptat mpotriva fumului i oxizilor de sulf care rezultau n urma arderii crbunelui.

ntre legislaiile moderne are prioritate tot o lege britanic, adoptat n 1956, care limita emisiile surselor industriale i casnice.

Primele msuri mpotriva emisiilor poluante ale automobilelor au fost adoptate n S.U.A, n statul California, ncepnd cu 1959. Statul California, datorit condiiilor geografice neprielnice, o depresiune puin aerat i temperaturi relativ nalte, precum i datorit numrului mare de autovehicule care ducea la producerea smogului, mai ales pe strzile oraului Los Angeles, a fost iniiatorul unor legislaii foarte aspre care, n decursul timpului, au prescris valori ale emisiilor sub cele coninute n legislaia federal a S.U.A. Apoi, din 1960, s-au ntocmit legislaii la nivel federal, cuprinznd, n principal, limitarea emisiilor evaporative din carburator i rezervor. n 1963 s-au limitat gazele de carter, n 1965 NOx , iar n 1968 toate autoturismele au devenit obiectul

legislaiei pentru controlul emisiilor poluante, limitndu-se CO i HC [1]. Efectul global al msurilor adoptate n S.U.A. a fost evaluat n 1970 ca fiind remarcabil, totui

insuficient, de aceea s-a adoptat o alt orientare a evalurii emisiilor, pornind de la observaia c poluarea aerului depinde de masa absolut de noxe deversate n atmosfer. Se renuna astfel la criteriul coninutului relativ de substane poluante din gazele arse ( exprimat n procente sau ppm ) i se adopt criteriul absolut: exprimarea n grame / mil ( care dezavantajeaz autovehiculele cu cilindree mare ).

n 1975 (California) i 1976 (celelalte state federale din S.U.A.) limitele emisiilor au atins nivelul care, de regul, necesita folosirea unui convertor catalitic (m.a.s.). Urmtoarele reduceri din 1977 1982 n California, urmate, n 1983, de restul S.U.A., au condus la introducerea obligatorie a catalizatorilor trivaleni, cu control electronic. Din 1987 s-a introdus controlul asupra emisiilor de particule la motoarele diesel. n perioada

19861988, legislaia a impus respectarea nivelului emisiilor i dup 80 000 km parcuri de vehicul, ceea ce necesita realizarea unor ncercri suplimentare care verificau gradul de siguran al dispozitivelor de control a emisiilor.

Europa a reacionat cu mare ntrziere fa de S.U.A., naintea ei lund msuri antipoluante Japonia i Canada. Cronologic, controlul emisiilor poluante a nceput n Europa n 1970 prin limitarea CO i HC la m.a.s., continund cu limitarea fumului n 1972 la m.a.c.. A urmat reducerea emisiei de CO la mersul n gol i scderea pragului CO i HC n 1974, iar n 1977 s-a introdus limitarea NOx . n anii '80 regulamentele au modificat numai valorile limit admise pentru m.a.s , iar la m.a.c. s-a prevzut controlul particulelor ncepnd cu anii '90.

Dup un decalaj important de circa un deceniu, Europa nsprete legislaia, astfel c la nivelul anului 1992 aceasta ajunge comparabil cu cea american din 1983 1987, urmnd ca, pn la sfritul mileniului, cele dou niveluri de emisii admisibile s se egalizeze. n concluzie, se poate aprecia c prima perioad n care s-a declanat lupta mpotriva emisiilor a fost caracterizat de creterea consumului de combustibil, dovedindu-se c politica legislativ a emisiilor a fost foarte costisitoare. n 1975, o dat cu declanarea crizei petroliere, s-au dezvoltat mijloacele de control a emisiilor fr creterea consumului de combustibil.

n perioada 1975 1990 eforturile scderii consumului de combustibil s-au corelat cu cele fcute pentru scderea emisiilor. Problema scderii consumului de combustibil a devenit acut, nu numai din punct de vedere economic ct mai ales datorit emisiei de CO2.

Politica antipoluare a generat planuri, prognoze i strategii de reducere a emisiilor autovehiculelor, care sunt n plin desfurare. rile puternic industrializate au luat o serie de msuri stimulative pentru constructorii de vehicule nepoluante (sau mai puin poluante), cum ar fi reducerea impozitelor i aplicarea de sanciuni (taxe suplimentare ecologice sau chiar interzicerea circulaiei ) pentru vehiculele cu emisii poluante mari, peste norme. S-au definit o serie de categorii de vehicule, din punct de vedere al nivelului de poluare, planificndu-se ca

producia de autovehicule a anilor 2000 s respecte anumite procente din aceste categorii : TLEV ( Transitional Low Emission Vehicle ) vehicul cu emisii relativ sczute; LEV ( Low Emission Vehicle ) vehicul cu emisii sczute; ULEV ( Ultra Low Emission Vehicle ) vehicul cu emisii foarte sczute; ZEV ( Zero Emission Vehicle ) vehicul cu emisii ( practic ) nule.

S.U.A. (mai ales statul California) au cuprins n planificrile referitoare la producia de autovehicule noi procente mari de ZEV, obinute fie prin mbuntirea motoarelor clasice cunoscute, fie prin folosirea unor motoare cu combustibili mai puin poluani (gaze naturale, alcooli, energie electric ) sau total nepoluani ( hidrogenul ).

n prezent se observ tendina de apropiere a valorilor limit impuse poluanilor din gazele arse cuprinse n normele specifice internaionale; dei regulamentele difer substanial, ele au totui un punct comun, prin folosirea acelorai metode de msur a poluanilor legiferai.

Alt trstur a acestor documente este repetata lor actualizare, prin care sunt micorate drastic limitele admise, sunt fcute modificri ale ciclurilor de ncercare i completri permisive ale procedeelor de msur. De exemplu, normele referitoare la emisiile motoarelor pentru autovehicule grele corespunztoare anilor 19982000 cuprind valori foarte mici comparativ cu valorile iniiale din 1982 (referina de 100% ) i care indic scderi de 85% pentru CO, de 83% pentru HC, de 72% pentru NOx i de 72 83% pentru particule.

La ora actual exist n lume trei mari centre de dezvoltare economic, productoare de autovehicule, care i-au impus proceduri, legislaii, strategii proprii n ceea ce privete emisiile poluante ale autovehiculelor : Europa, S.U.A. i Japonia.

Astfel, nu se poate vorbi de un singur regulament internaional de msurare i limitare a emisiilor. n prezent coexist cele trei seturi de legislaii, la care au subscris multe alte ri. Exist i ri cu legislaii antipoluare proprii.

Strategiile fa de limitarea emisiilor poluante s-au dovedit divergente: S.U.A. pun accent pe reducerea nivelului de particule, acceptnd valori mari ale CO, Japonia impune scderea NOx , fr a limita ( pn n 1993 1994) particulele, iar Europa se situeaz undeva la mijloc, cutnd calea compromisului .

Procedurile de testare sunt diferite, bazate pe o serie de regimuri de funcionare cu ponderi diferite. De exemplu, pentru a se compara testele executate n regimuri stabilizate pentru autovehicule grele ( testul european

i cel japonez ) cu cel american, executat n regim tranzitoriu, acesta din urm a fost echivalat cu un test cu 8 trepte staionare sau cu testul european existent, variindu-se ponderile acordate fiecrei trepte de ncercare.

ncercrile comparative ale aceluiai motor dup cele 3 proceduri au demonstrat c se obin rezultate diferite ale poluanilor, ceea ce poate duce la concluzii contradictorii asupra caracteristicilor aceluiai motor [2]. Comparaia este i mai greu de fcut dac se ine seam c se folosesc uniti de msur diferite: g / kWh, g / km, g / test, ppm.

Legislaiile i lrgesc treptat cadrul, tinznd s limiteze toate formele de poluare, pornind de la poluanii din gazele de evacuare, continund cu gazele carter i vaporii de combustibil scpai din instalaiile motorului sau la staiile de alimentare. Legislaiile cuprind prescripii referitoare la ncercrile de tip i de serie, precum i la verificarea respectrii valorilor impuse n timpul funcionrii. n acest sens, funcie de durata de via util a vehiculului, se fac msurri ale emisiilor dup un anumit numr de ore de funcionare, acceptndu-se coeficieni de corecie i se verific durabilitatea dispozitivelor antipoluante ( convertor catalitic, filtru de particule etc. )

Regulamentele referitoare la emisiile poluante ale autovehiculelor difer i n ceea ce privete condiiile de ncadrare a vehiculelor funcie de masa total i de utilizare.

5.1. REGULAMENTE EUROPENE

Documente cu putere de lege emit dou organisme europene: Comunitatea Economic European i Comisia Economic European ( organism al Organizaiei Naiunilor Unite ). Directivele primului organism sunt similare regulamentelor celui de-al doilea i tind n timp s devin identice.

ntruct Romnia s-a aliniat documentelor emise de CEE-ONU, acestea vor fi descrise n cele ce

urmeaz.

5.1.1. Regulamentul nr. 83 CEE - ONU [3 ]

Prevederile acestui regulament se aplic : emisiilor din gazele de eapament i emisiilor de gaze carter ale tuturor vehiculelor din categoria M1

i N1, cu motoare cu aprindere prin scnteie, funcionnd cu benzin cu plumb ( categoriile de vehicule sunt conform standardului STAS 11960);

emisiilor din gazele de eapament, din gazele de carter i emisiilor evaporative; durabilitii dispozitivelor antipoluante ale vehiculelor din categoria M1, N1 cu motoare cu aprindere prin scnteie,

funcionnd cu benzin fr plumb; emisiilor din gazele de eapament i durabilitii dispozitivelor antipoluante ale tuturor vehiculelor

din categoria M1, N1, cu motoare cu aprindere prin comprimare, avnd cel puin 4 roi. Categoriile M1 i N1 cuprind vehicule pentru transportul de marf i de persoane, cu masa total sub

3,5 t ( n principal autoturisme i autoutilitare ). Exist 5 tipuri de ncercri de omologare care se aplic difereniat fiecrei categorii de vehicul, conform tabelului 14.1.

ncercarea de tip I urmrete controlul emisiilor din gazele de eapament cu vehiculul montat pe un banc cu rulouri, care simuleaz rezistena la naintare i ineria. Se efectueaz un ciclu format dintr-un ciclu urban, ce se repet de 4 ori i dintr-un ciclu care simuleaz funcionarea n afara oraului (extraurban) (fig.14.1). Iniial, aceast ncercare cuprindea numai ciclul urban. Acest ciclu solicita puin motorul ( viteza maxim 50km / h ) i de aceea nu este reprezentativ pentru toate regimurile de funcionare, n special emisiile de NOx fiind foarte mici, fr relevan. Dup multe discuii s-a adugat i ciclul extraurban, n care viteza maxim este de 120 km / h.

Tabelul 14.1

Tipul

ncercrii

Vehicule cu

benzin cu plumb

Vehicule cu

benzin fr plumb

Masa < 2,5t

Vehicule cu

benzin fr plumb

Masa > 2,5t

Vehicule cu

motorin Masa < 2,5t

Vehicule

cu

motorin Masa >

2,5t

I DA DA DA DA DA

II DA DA

III DA DA DA

IV DA

V DA DA

n timpul ncercrii gazele de evacuare sunt diluate i colectate n saci. Pentru vehiculele cu m.a.s. se msoar CO, HC, NOx, iar pentru m.a.c. se msoar n plus particulele. Metodele de msurare folosite sunt cele descrise n capitolul 13, iar valorile limit sunt date funcie de tipul vehiculului ( tabelul 14.2 ).

Fig.14.1. Ciclul de conducere corespunztor testului de msurare nr.83.01.

n timpul ncercrii gazele de evacuare sunt diluate i colectate n saci. Pentru vehiculele cu m.a.s. se msoar CO, HC, NOx, iar pentru m.a.c. se msoar n plus particulele. Metodele de msurare folosite sunt cele descrise n capitolul 13, iar valorile limit sunt date funcie de tipul vehiculului ( tabelul 14.2 ).

Valori pentru autoturisme M1*), g/km

Tier Date CO HC HC+NOx NOx PM

Diesel (mac)

Euro I July 1992 2.72 (3.16) - 0.97 (1.13) - 0.14 (0.18)

Euro II, IDI Jan. 1996 1.0 - 0.7 - 0.08

Euro II, DI Jan. 1996a 1.0 - 0.9 - 0.10

Euro III Jan. 2000 0.64 - 0.56 0.50 0.05

Euro IV Jan. 2005 0.50 - 0.30 0.25 0.025

Euro V (proposed) Sept. 2009 0.50 - 0.23 0.18 0.005

Euro VI (proposed) Sept. 2014 0.50 - 0.17 0.08 0.005

Benzina (mas)

Euro I July 1992 2.72 (3.16) - 0.97 (1.13) - -

Euro II Jan. 1996 2.2 - 0.5 - -

Euro III Jan. 2000 2.30 0.20 - 0.15 -

Euro IV Jan. 2005 1.0 0.10 - 0.08 -

Euro V (proposed) Sept. 2009 1.0 0.10 - 0.06 0.005b

Euro VI (proposed) Sept. 2014 1.0 0.10 - 0.06 0.005

* Before Euro V passenger vehicles > 2500 kg were type approved as Light commercial vehicle N1 - I

Valori pentru vehicule comerciale usoare cu masa 1305 kg (Category N1 - I), g/km

Tier Date CO HC HC+NOx NOx PM

Diesel (mac)

Euro I Oct. 1994 2.72 - 0.97 - 0.14

Euro II, IDI Jan. 1998 1.0 - 0.7 - 0.08

Euro II, DI Jan. 1998 1.0 - 0.9 - 0.10

Euro III Jan. 2000 0.64 - 0.56 0.50 0.05

Euro IV Jan. 2005 0.50 - 0.30 0.25 0.025

Euro V (proposed) Sept. 2010 0.50 - 0.23 0.18 0.005

Euro VI Sep. 2015 0.50 - 0.17 0.08 0.05

Benzina (mas)

Euro I Oct 1994 2.72 - 0.97 - -

Euro II Jan. 1998 2.2 - 0.5 - -

Euro III Jan. 2000 2.30 0.20 - 0.15 -

Euro IV Jan. 2005 1.0 0.10 - 0.08 -

Euro V Sept. 2010 1.0 0.075 - 0.06 0.005

Euro VI

Valori pentru vehicule comerciale usoare cu masa 1305 kg-1760 kg (Category N1 - II),

g/km

Tier Date CO HC HC+NOx NOx PM

Diesel (mac)

Euro I Oct. 1994 5.17 - 1.4 - 0.19

Euro II, IDI Jan. 1998 1.25 - 1.0 - 0.12

Euro II, DI Jan. 1998 1.25 - 1.0 - 0.12

Euro III Jan. 2001 0.80 - 0.72 0.65 0.07

Euro IV Jan. 2006 0.63 - 0.39 0.33 0.04

Euro V Sept. 2010 0.63 - 0.295 0.235 0.005

Euro VI Sep. 2015 0.63 - 0.195 0.105 0.005

Benzina (mas)

Euro I Oct 1994 5.17 - 1.4 - -

Euro II Jan. 1998 4.0 - 0.65 - -

Euro III Jan. 2001 4,17 0.25 - 0.18 -

Euro IV Jan. 2006 1.81 0.13 - 0.10 -

Euro V Sept. 2010 1.81 0.13 - 0.075 0.005

Euro VI

Valori pentru vehicule comerciale usoare cu masa >1760 kg max 3500 kg. (Category N1

- III), g/km

Tier Date CO HC HC+NOx NOx PM

Diesel (mac)

Euro I Oct. 1994 6.9 - 1.7 - 0.25

Euro II, IDI Jan. 1998 1.5 - 1.2 - 0.17

Euro II, DI Jan. 1998 1.5 - 1.6 - 0.20

Euro III Jan. 2001 0.95 - 0.86 0.78 0.10

Euro IV Jan. 2006 0.95 - 0.46 0.39 0.06

Euro V Sept. 2010 0.74 - 0.3505 0.280 0.005

Euro VI Sep. 2015 0.74 - 0.350 0.280 0.005

Benzina (mas)

Euro I Oct 1994 6.9 - 1.7 - -

Euro II Jan. 1998 5.0 - 0.8 - -

Euro III Jan. 2001 5.22 0.29 - 0.21 -

Euro IV Jan. 2006 2.27 0.16 - 0.11 -

Euro V Sept. 2010 2.27 0.16 - 0.082 0.005

Euro VI

ncercarea tip II se refer la controlul CO la mersul n gol, imediat dup al patrulea ciclu din ncercarea I. Valorile CO nu trebuie s depeasc 3,5%, pentru reglajul specific ncercrii de tip I sau nu trebuie s depeasc 4,5 % CO, pentru plaja de reglaje specificate n acest regulament. ncercarea tip III verific emisiile din gazele carter la mers n gol i la 50 km / h, folosind standul cu role. Presiunea msurat n carter nu trebuie s depeasc valoarea presiunii atmosferice din momentul msurrii. Dac aceast lucru nu se respect, se impune o ncercare complementar prin care se colecteaz gazele carter ntr-un sac fixat la orificiul jojei de ulei. Vehiculul este considerat satisfctor dac nu se produce o umflare vizibil a sacului.

ncercarea tip IV determin emisiile de hidrocarburi evaporate prin metoda SHED ( Sealed Housing for Evaporative Determinations ). Aceasta metod const n captarea emisiilor ntr-o incint nchis care conine vehiculul. Cunoscndu-se volumul incintei i concentraia substanelor poluante, se determin emisiile totale.

Emisiile evaporabile se mpart n :

pierderi diurne apar cnd vehiculul este staionat, cu motorul oprit, datorit evaporrii combustibilului din rezervor, provocat de variaia temperaturii care apare n 24 de ore;

pierderi datorit nclzirii apar cnd vehiculul nclzit este lsat s staioneze i cldura motorului este transferat rezervorului i / sau carburantului;

pierderi n funcionare apar cnd vehiculul este condus n condiii normale de funcionare. Metoda SHED are msurtori similare i n S.U.A., determinndu-se cele 3 tipuri de emisii amintite.

Suma acestora nu trebuie s depeasc 2g / test. ncercarea tip V urmrete verificarea durabilitii dispozitivelor antipoluante care echipeaz m.a.s. sau

m.a.c. n cursul ncercrii de anduran de 80 000km. Este definit un program de funcionare, alctuit din 11 cicluri de 6 km lungime, care se repet pn la 80 000 km. Se msoar emisiile din 10 000 km n 10 000 km i, pe baza lor, se calculeaz factorul de deteriorare al emisiilor din gazele de eapament, ca raport al emisiei de poluani, n g / km la 6 400 km i la 80 000 km.

5.1.2. Regulamentul CEE - ONU nr. 49 [ 4 ]

Acest regulament se aplic emisiilor gazoase i de particule ale motoarelor cu aprindere prin comprimare, care antreneaz autovehicule avnd viteza nominal superioar valorii de 25km / h i aparinnd categoriilor M1 de masa total peste 3,5 t , M2, M3, N1, N2, N3. Mai scurt spus, se aplic autovehiculelor grele ( autocamioane i autobuze ) cu m.a.c. Pentru ncercare, motorul ( i nu vehiculul ) este montat pe un banc de ncercare, este cuplat la un dinamometru i este supus unui ciclu de ncercri alctuit din 13 trepte de funcionare staionar, definite de sarcin i turaie ( tabelul 14.6 ).

Dup prima treapt de mers n gol, motorul este ncrcat treptat n sarcini cresctoare, la 10, 25, 50, 75 i 100% din sarcina maxim, la turaie intermediar. Turaia intermediara este definit ca turaia de cuplu maxim, dac aceasta se ncadreaz ntre 60 i 75% din turaia nominal, iar dac aceast condiie nu este ndeplinit, se consider egal cu 60% din turaia nominal. n treapta a aptea a ciclului, motorul funcioneaz n gol, dup care urmeaz treptele de funcionare la turaie nominal, n sarcin descresctoare:100, 75, 50, 25 i 10% din sarcina maxim. Ultima treapt cuprinde din nou mersul n gol. Tabelul 14.6

Modul Turaia Sarcina ( % ) Coeficient

de ponderare

1 Turaia de mers n gol - 0,25 / 3

2 Turaia intermediar 10 0,08

3 Turaia intermediar 25 0,08

4 Turaia intermediar 50 0,08

5 Turaia intermediar 75 0,08

6 Turaia intermediar 100 0,25

7 Turaia de mers n gol - 0,25 / 3

8 Turaia nominal 100 0,10

9 Turaia nominal 75 0,02

10 Turaia nominal 50 0,02

11 Turaia nominal 25 0,02

12 Turaia nominal 10 0,02

13 Turaia de mers n gol - 0,25 / 3

n fiecare treapt se msoar, prin nregistrri grafice, emisiile gazoase care se mediaz pe ntreg

intervalul de msurare; apoi media fiecrei trepte intr n calculul mediei ponderate finale cu un anumit coeficient ( tabelul 14.6 ). Msurrile de debit de gaze arse, cuplu i turaie duc la stabilirea puterii specifice fiecrei trepte necesare la determinarea puterii echivalente a ntregului ciclu. Emisiile gazoase msurate de analizoare se raporteaz masic la puterea echivalent a ciclului i se exprim n g / kWh.

Pentru determinarea particulelor se folosete metoda gravimetric: gazele arse, diluate cu aer curat, trec printr-o pereche de filtre din teflon de o anumit porozitate, colectnd depunerile solide i lichide existente n gazele arse. Filtrele sunt cntrite nainte i dup acelai ciclu, iar debitul masic de particule este raportat la puterea motorului.

Valorile admise ale celor patru poluani considerai sunt date n tabelul 14.7.

Tabelul 14.7

Data intrrii n vigoare

Poluantul (g / kWh)

CO HC NOX PT

1.07.1992 ( EURO 1 ) 4,5 1,1 8 0,36 *

1.10.1995 ( EURO 2 ) 4,0 1,1 7 0,15

1999 (EURO 3) 2,5 0,7 5 0,10

2004 (EURO 4) 1,0 0,5 3 0,10

*Valoarea limit pentru emisiile de particule se nmulete cu 1,7 n cazul motoarelor cu putere nominal mai mic sau egal cu 85kW.

5.2.3. Regulamentul CEE - ONU nr. 24 [5 ]

Acest regulament cuprinde prescripii referitoare la omologarea motoarelor cu aprindere prin comprimare, n ceea ce privete emisiile poluante vizibile (fumul). Emisiile poluante se msoar n cursul a dou ncercri : n regim stabilizat de funcionare n sarcin total (a) i n regim de accelerare liber (b).

a - ncercarea se execut fie pe motor, fie pe autovehicul, msurndu-se opacitatea gazului de eapament. Se execut un numr suficient de msurri, repartizate ntre turaia nominal maxim i cea minim. Pentru fiecare din turaiile la care s-au fcut msurri ale coeficientului de absorbie se calculeaz debitul nominal de gaz :

G = V n / 120 ,

n care : G este debitul nominal de gaz ( l / s );

V cilindreea motorului ( l ); n turaia motorului ( rot / min ).

Coeficientul de absorbie a luminii, msurat cu opacimetrul, trebuie s fie mai mic dect valorile limit impuse acestui coeficient n regulament, funcie de debitul de gaz.

b - ncercarea se execut asupra motorului instalat pe bancul de ncercare sau pe vehicul. Emisiile poluante vizibile n acceleraie liber trebuie msurate cnd motorul funcioneaz la regim nominal i la puterea sa maxim. Motorul, funcionnd la regimul de mers n gol, este accelerat rapid, dar fr brutalitate, pentru a se obine debitul maxim al pompei de injecie. Aceast poziie se menine pn se atinge regimul maxim al motorului, apoi se decelereaz pn cnd motorul ajunge din nou la regimul de mers n gol, la turaie minim i opacimetrul revine la condiiile iniiale. Se repet operaia de cel puin 6 ori, notndu-se valorile maxime ale

opacitii, obinute n ncercri succesive, pn cnd se obin valori stabilizate ntr-o plaj de 0,25 m1 Valoarea coeficientului de absorbie este media aritmetic a 4 valori consecutive ale opacitii, care respect condiia anterioar.

Aa cum s-a putut consta n subcapitolul anterior, exist tendina ca prevederile acestui regulament s fie cuprinse unitar n regulamentul dedicat emisiilor poluante ale m.a.c..

n afara acestor regulamente specifice autovehiculelor rutiere, exist o serie de norme ale emisiilor produse de aplicaii nerutiere din domeniul, feroviar, naval, agricol, al construciilor sau a generatoarelor electrice. n Europa, documentul cel mai des menionat este ISO 8178, care indic procedura de ncercare specific i valorile admisibile fiecrei utilizri n parte.

6. FACTORI DE IMPACT

Ce nseamn cuvntul impact? De multe ori el este confundat cu cuvntul efect. Efect este rezultatul

unei aciuni . Impactul este rezultatul unei aciuni transpus pe o scar de valori, de obicei starea iniial, de referin i cea final, de dup producerea aciunii. Impactul nseamn de obicei schimbarea pe care activitate uman o produce asupra unei pri a ecosistemului. Analiza de impact urmrete stabilirea consecinelor fiecrei poluri sau distrugeri a mediului fa de situaia anterioar. Analiza folosete nite mrimi denumite factori de impact. Principalii factori de impact asociai cu poluarea mediului produs de transporturi sunt :

1.Epuizarea resurselor naturale se exprim prin perioada de abunden adic perioada de timp ct se estimeaz c mai ajung resursele pentru a fi consumate .Aceast perioad se calculeaz mprind resursele pentru un material la consumul anual estimat . De exemplu aceste perioade sunt de 40 de ani pentru petrol, 220

de ani pentru crbune, 60 de ani pentru gaze naturale,110ani pentru minereu de fier. 2.Efectul de ser e produs n principal de dioxidul de carbon, gazul metan, protoxidul de azot ( N2O),

vapori de ap, derivaii clorofluorurai ai hidrocarburilor saturate CFC, ozonul, monoxidul de carbon i compuii organici volatili COV.

Indicele ce permite o comparare a potenialelor de nclzire i de producere a efectului de ser este potenialul de nclzire global GWP (Global Warming Potential). GWP arat de cte ori un gaz oarecare produce un efect de ser mai mare dect cel produs de dioxidul de carbon. Cu alte cuvinte GWP pentru dioxidul de carbon este egal cu 1. GWP pentru metan este 35, iar cel pentru protoxidul de azot 260.

Determinarea GWP pentru o surs de poluani nseamn nsumarea maselor de poluani ponderate fiecare cu propriul su potenial GWP.

3.Degradarea stratului de ozon se estimeaz prin indicele denumit potenialul de degradare a stratului de ozon ODP( Ozone Depletion Potential) .ODP arat de cte ori un poluant distruge stratul de ozon mai intens dect freonul CFC11.Cu alte cuvinte ODP pentru CFC 11 este egal cu 1.

Determinarea ODP pentru o surs de poluani nseamn nsumarea maselor de poluani ponderate fiecare cu propriul su potenial ODP.

3.Toxicitatea emisiilor este apreciat prin efectele toxice produse asupra oamenilor i fiinelor vii n general. Evaluarea toxicitii globale a gazelor de evacuare se face de obicei prin coeficieni care iau n consideraie efectele compuilor toxici i caracterul nociv al acestor componeni raportat la toxicitatea monoxidului de carbon (CO). Astfel, toxicitatea global poate fi evaluat lund n considerare componeni cum ar fi benzo(a)pirena, formaldehidele, plumbul, care nu sunt cuprinse n legislaiile privitoare la emisiile poluante ale mijloacelor de transport. Coeficientul global definit are o semnificaie mai puin tehnic i mai mult legat de protecia mediului nconjurtor. Forma general a acestui coeficient ponderat de toxicitate denumit WTI (de la iniialele cuvintelor Weighted Toxicity Index) este urmtoarea:

WTI =

j

j

j

jj

m

mK

, j - poluanii considerai

Lista poluanilor selectai conine n prezent CO, HC, NOx (pentru m.a.s.) i n plus particule pentru m.a.c. se poate completa cu componeni foarte toxici care dei se gsesc n cantiti mici n gazele arse au efecte nocive importante. Indicele de toxicitate WTI (Weighted Toxicity Index) consider care referin toxicitatea monoxidului de carbon WTI=1.

n cazul m.a.c., considernd legislaiile antipoluare cele mai rspndite care conin limitri clare ale mrimilor menionate, acest coeficient evalueaz efectele asupra mediului produse de poluanii legiferai ntr-o manier tehnic, avnd formula:

KCO mCO + KNOx mNOx + KHC mHC + KPT mPT

WTI = ________________________________________________

mCO

+ mNOx + mHC + mPT

n care :

KCO , KNOx , KHC , KPT coeficieni specifici de toxicitate ai fiecrui poluant considerat,

definii ntr-o scar de toxicitate funcie de efectele produse de poluantul respectiv asupra sntii i asupra mediului nconjurtor; m

CO , mNOx , mHC , mPT - masele poluanilor respectivi.

De obicei se consider toxicitatea poluanilor raportat la toxicitatea monoxidului de carbon CO, deci K

CO = 1 i K ' NOx = KNOx / KCO etc.

mCO

+ K 'NOx mNOx + K 'HC mHC + K 'PT mPT

WTI = ___________________________________________

mCO

+ mHC

+ mNOx + mPT

K'NOx , K'HC , K'PT reprezint coeficienii specifici de toxicitate raportai la efectele nocive ale

CO.

Determinarea coeficienilor K' reprezint o sarcin dificil cauzat de faptul c evaluarea nocivitii poluanilor este n mare msur subiectiv. Literatura de specialitate referitoare la aceti coeficieni indic opinii adeseori divergente. Totui se remarc inegalitatea:

1 K ' HC K ' NOx K ' PT

Pentru calcule curente se poate considera KCO = 1, KHC = 2, KNOx = 20, KPt = 40.

Material extras din lucrrile Combaterea polurii mediului n transporturile rutiere, autori V. Negrea, V. Sandu, Editura tehnic,

2000.