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Il rapporto stechiometrico è il rapporto idealmente perfetto tra la massa del comburente e del combustibile affinchè la combustione sia completa. Il rapporto aria/combustibile (AIR FUEL RATIO) è fondamentale, in modo assoluto significa avere abbastanza combustibile per bruciare con una determinata aliquota di ossigeno presente all’interno dei cilindri. Il rapporto stechiometrico è presente in qualsiasi forma di combustione essendo l’ossigeno promotore del processo stesso.

Prendiamo in considerazione una combustione stechiometrica ideale dove il rapporto è di 16,09:1 (16,09 parti di aria e 1 parte di combustibile). Nel disegno vengono rappresentate quattro molecole di ossigeno (O2), due molecole di metano (CH4) e nitrogeno (N).

Possiamo vedere la trasformazione delle molecole e la nuova aggregazione durante la combustione: noteremo la presenza, nella camera di scoppio, di molecole d’acqua (H2O), diossido di carbonio (CO2) e nitrogeno (N). In teoria un rapporto stechiometrico Air Fuel Ratio, analizzato in modo assoluto, dovrebbe consumare tutto l’ossigeno durante il processo di combustione: la miscela ideale composta da metano, ossigeno e nitrogeno dovrebbe bruciare (ossidando) facendo rimanere alla fine del processo di combustione soltanto molecole di acqua, diossido di carbonio e nitrogeno. Essendo il nitrogeno un gas inerte non dovrebbe andare a legarsi con la risultante di altre molecole. Nella realtà un motore rapportato con la combustione stechiometrica AFR produrrà non solo gli elementi di cui sopra, ma alla fine del processo di combustione troveremo la presenza di idrocarburi incombusti non essendo possibile avere una combustione omogenea e perfettamente miscelata.

La combustione ricca

Combustione ricca significa aumentare nella miscela in camera la presenza degli idrocarburi, in questo caso il metano, apportando una riduzione della presenza di ossigeno all’interno della camera stessa. La maggior aliquota di metano andrà ad occupare lo spazio che teoricamente doveva essere riservato all’ossigeno. Troveremo così un AFR in fase di preaccensione composta da 15:1 (15 parti di aria, 1parte di combustibile). Un minor rapporto aria/gas rispetto ad un rapporto stechiometrico 16,09:1 verrà considerato come miscela ricca.

Possiamo vedere la trasformazione e l’aggregazione delle molecole nel caso di una miscela ricca: troviamo acqua (H2O), nitrogeno (N) e due elmenti aggiuntivi il monossido di carbonio (CO) e qualche molecola incombusta di metano (CH4). Normalmente, più arrichiremo la miscela più troveremo nel sistema di scarico idrocarburi incombusti. Questa condizione è collegata all’aumento del monossido di carbonio: quando l’ossigeno sarà insufficiente per formare il diossido di carbonio, l’incompleta combustione produrrà il monossido di carbonio scaricandolo nel collettore. Un motore che funziona con un rapporto aria/gas ricco andrà a produrre vari livelli di emissioni di scarico, in particolare troverà un accresciuta aliquota di monossido di carbonio (CO) e di idrocarburi (HC).

La formazione dell’ozono

L’ossigeno che è un elemento altamente reattivo si aggregherà in modo autonomo a molecole o atomi compatibili. Essendo l’atmosfera prevalentemente composta di nitrogeno e ossigeno, normalmente il nitrogeno è un gas inerte e non reagisce legandosi all’Ossigeno così che le molecole singole libere e disperse dalla disgregazione del biossido di azoto si vanno ad aggregare a quelle presenti all’ossigeno presenti in atmosfera trasformandosi in ozono (O3). Si innesca così la formazione dello smog fotochimico costringendo alla continua registrazione della saturazione in atmosfera soprattutto nelle grosse aree metropolitane per la valutazione dello stato di pericolosità della sua presenza durante le attività giornaliere.

Alessandro Perucca

Alessandro Perucca

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