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I contaminanti del gas di alimentazione

contaminanti del gas di alimentazione

La lista dei contaminanti

Migliore economia per il motore

Per il carburante a gas naturale, i rapporti aria-carburante di interesse principale ricadono in due intervalli generali, stechiometrico (da 15,5:1 a 18,0:1 AFR) e combustione magra (da 24,5:1 a 32:1). La ragione per cui esistono motori a combustione magra è che le emissioni di scarico sono inferiori e il risparmio di carburante aumenta. I termini “migliore potenza” e “migliore economia” sono utilizzati solo con motore stechiometrico (non a combustione magra).

Non tutti i motori a combustione magra funzionano con lo stesso AFR. Alcuni funzionano con più di AFR, a seconda del tipo di carburante, della costruzione del motore e dei requisiti di emissione. Ci si può anche aspettare che un motore con un AFR più magro raggiunga il minor consumo di carburante e abbia minor inquinamento presente nei gas di scarico.

La massa del rapporto aria gas (AFR)

mas air fuler ratio afr a/f

Elenco del rapporto di funzionalità aria/gas

Il rapporto aria/gas del carburante viene misurato in base alla massa (peso dell’aria rispetto al peso del carburante).

Per il rapporto stechiometrico dei motori che funzionano a gas naturale, la maggior parte dei sistemi di alimentazione, può essere regolata su uno dei rapporti aria-carburante mostrati di seguito.

Migliore Potenza: il rapporto aria/gas (AFR) a cui si raggiunge la massima potenza (carico). Inoltre, la migliore risposta al carico si ottiene a B.P. (tipicamente 15,5:1).

Uguale NOx e CO: il rapporto aria/gas (AFR) che provvede ad avere la stessa quantità di emissioni in atmosfera di NOx e CO (tipicamente 15,9:1)

Catalitico: il rapporto aria/gas (AFR) per l’efficienza di conversione del catalizzatore (tipicamente 15,95 – 16,05:1). Per motivi di precisione il rapporto aria/combustibile deve essere impostato utilizzando l’analizzatore dei gas di scarico.

Migliore Economia: il rapporto aria/gas (AFR) in cui si raggiunge la massima efficienza del carburante (tipicamente 17-18:1)

A riguardo della combustione povera (lean burn) i motori dovranno essere settati con particolari rapporti aria/gas dipendenti dal tipo di modello e costruttore del motore.

La Lamda (λ)

lambda λ

La Lambda

l simbolo greco della lambda è usato per descrive il relativo arricchimento o smagrimento del rapporto aria/gas comparandolo al rapporto stechiometrico. Il rapporto stechiometrico per qualsiasi carburante è sempre lambda 1,0. Per il gas naturale tale rapporto aria/gas (chimicamente corretto) è approssimativamente 16,09:1 punds in sistema anglosassone (0,72983:1 hg in sistema metrico). Perciò, per un motore che viene settato al funzionamento con una carburazione per la “migliore potenza”, il rapporto aria/gas si attesterà circa a 15,5:1 di massa.

Esempi di calcolo della lambda:

  • 15.5/16.09 = λ 0.96
  • 32/16.09 = λ 1.99

Indice di resistenza alla detonazione del combustibile

Il carburatore in sistema semplificato

Il carburatore in sistema semplificato

Il carburatore alimentato a gas è fondamentalmente un dispositivo di miscelazione che mescola due gas, aria e carburante. In teoria è molto più semplice di un carburatore a gasolio che deve prima atomizzare il carburante liquido per poter poi poterlo miscelare.

La funzione del sistema di alimentazione completo è duplice. Innanzitutto, il carburatore fornisce il miscelatore aria-carburante (Rapporto Aria/Gas – AFR); in secondo luogo la piastra dell’acceleratore fornisce la giusta quantità della miscela al motore secondo necessità. L’acceleratore stesso non fa alcuna miscelazione.

Carburatori a membrana

Attualmente il carburatore più usato è quello venturi (andremo a analizzarlo nel seguente paragrafo), si trovano ancora in commercio ma sempre meno utilizzati sin dagli anni 90’ i carburatori a membrana.

Lo spaccato del carburatore a membrana e la sua funzionalità
carburatore impco

Componenti meccanici del carburatore a membrana

Le varie parti del carburatore a membrana che si possono osservare nell’immagine evidenziano il cuore del carburatore e come è assemblato. La valvola del carburante (anche denominata cono) è inserita in questa immagine, attraverso una vite di registro che verrà fissata sul punto desiderato per ottenere il giusto rapporto aria/gas (AFR) a pieno carico del motore. Varie membrane e molle sono usate per ottenere la carburazione richiesta.

Componenti del carburatore che creano il differenziale di pressione

Componenti del carburatore che creano il differenziale di pressione

Il movimento dei pistoni nella linea cilindro rende negativa la pressione nel collettore di aspirazione e nella zona del carburatore. La differenza di pressione venuta a crearsi nel carburatore viene trasferita alla parte superiore del diaframma tramite due piccoli passaggi all’interno del corpo del carburatore. È questo vuoto che agisce contro la forza di resistenza della molla per aiutare a determinare la posizione di sollevamento del gruppo aria-carburante.

Come avviene la miscelazione del combustibile attraverso il carburatore a membrana

Come avviene la miscelazione del combustibile attraverso il carburatore a membrana

Il vuoto creato nella parte inferiore della membrana fa comprimere le molle muovendo la parte del corpo centrale atta a miscelare l’aria con il gas. Ciò si verifica perché nella maggior parte dei casi il carburante si trova ad una pressione leggermente superiore a quella dell’aria (gas sull’aria, G/A). Il flusso d’aria attraverso il carburatore solleverà e manterrà in posizione il gruppo aria-carburante del carburatore in base alla quantità di flusso d’aria (velocità del motore e carico).

La regolazione meccanica dell’addizione del carburante al carburatore

La regolazione meccanica dell’addizione del carburante al carburatore

Dobbiamo pensare al carburatore come un alloggio che contiene due orifizi in serie. La valvola del carburante controlla il rapporto aria/gas a carichi del motore da bassi a medi (leggeri) perché è il più piccolo dei due orifizi. La vite di regolazione o “vite di carico” è l’altro orifizio agirà ai carichi più e diventerà il più piccolo tra i due.

Tutte le regolazioni comunque saranno effettuate in base alla pressione, al potere calorifico del carburane e verranno gestite mezzo molle più dure, più tenere, valvole di differente grandezza a seconda delle caratteristiche del gas utilizzato.

Alessandro Perucca

Alessandro Perucca

Titolare e Fondatore della Energy Solution srl di Recco, Motori a Gas, Ricambi e Servizi per l'Industria Energetica.