PERFORMANCE
DEL MOTORE
Background
Il biodiesel aumenta le proprietà lubrificanti nella miscela
con il gasolio: studi a lungo termine su motori condotti in Europa
ed America, per es. Porsche in Germania, hanno determinato che
usando 100% biodiesel il motore si deteriora della metà
rispetto ad un motore che usa combustibile a basso contenuto di
zolfo. Le proprietà lubrificanti sono importanti per ridurre
l'usura delle componenti del motore che vengono lubrificate dal
combustibile piuttosto che dall'olio del motore usato.
Recentemente, i combustibili sono stati riformulati per ridurne
la quantità di zolfo o di composti aromatici a discapito
però del potere lubrificante e delle proprietà elastiche
causando danni alle guarnizioni e giunti nei motori più
vecchi. Gli operatori del settore (conducenti di autocarri, proprietari
di barche, ecc) hanno quindi introdotto vari tipi di additivi
(in casi estremi anche olio per la trasmissione) per cercare di
proteggere i motori dall'eccessiva usura da collegare all'introduzione
dei nuovi combustibili a basso contenuto di zolfo e composti aromatici.
Più di mille dimostrazioni del biodiesel, con oltre 10
milioni di miglia su strada percorse da autocarri hanno confermato
i benefici nelle emissioni e nella lubrificazione di questo "additivo".
Non sono stati riscontrati problemi ….. ; infatti, test su
strada su autocarri pesanti hanno dimostrato una diminuzione nell'usura
dei motori usando miscele con biodiesel per 100000 miglia (University
of Idaho).
Semplicemente: usando una miscela di biodiesel almeno al 2%, si
ottengono benefici sulla protezione a lungo termine del motore
a gasolio.
Proprietà
lubrificanti
Per vari anni la lubrificazione del gasolio
è stata sufficiente ad assicurare la protezione necessaria
a mantenere buone performance nei motori. I recenti cambiamenti
(dal 1993) nella composizione del gasolio, innanzi tutto per ridurre
lo zolfo e i composti aromatici, e i processi chimici adottati
per raggiungere questi risultati (idro-trattamenti) hanno causato
inavvertitamente la rimozione proprio di quei composti responsabili
delle proprietà lubrificanti del gasolio stesso.
Secondo Mr. Paul Henderson (Quality Management Systems Manager
di Stanadyne Automotive Corp., la maggiore compagnia indipendente
statunitense produttrice di articoli per l'iniezione dei motori
a gasolio)
"ci sono stati vari esempi sul
campo in cui la mancanza di lubrificazione nel combustibile ha
causato rotture premature della attrezzature ed in alcuni casi
guasti catastrofici. Questo problema sarà ancora più
accentuato se l'EPA (Environment Protection Agency, ndr) continua
a far ridurre i livelli di zolfo nel gasolio".
Nel 1998 un articolo pubblicato a livello mondiale ha mostrato
che il gasolio negli Stati Uniti e Canada è uno dei combustibili
meno lubrificanti nel mondo; dei 27 paesi presi in considerazione
solo il Canada, la Svizzera, Polonia e il Taiwan avevano combustibili
meno lubrificanti degli Stati Uniti, con una media di capacità
di lubrificazione appena sotto i valori raccomandati, cioè
con un HFRR (High Frequency Reciprocating Rig) diametro wear scar
di 460 micron. E' stato riscontrato che negli Stati Uniti il 50%
del combustibile ha una lubrificazione peggiore del valore raccomandato
dai produttori del settore. I drastici trattamenti per ridurre
il contenuto di zolfo causeranno un'ulteriore riduzione delle
proprietà lubrificanti rispetto ai combustibili di oggi,
il che preoccupa i produttori degli articoli del settore.
I produttori di articoli per iniezioni hanno adottato l'uso del
HFRR (ISO 12156-2:1998) e raccomandano che tutti i carburanti
diesel abbiano il limite massimo di 460 micron WSD (Wear Scar
Diameter). Per il HFRR, un minore wear scar indica migliore lubrificazione.
Il biodiesel è stato provato miscelato a varie concentrazioni
con i gasoli poco lubrificanti Numero 1 e Numero 2 rappresentativi
del mercato dopo il 1993 (quando sono stati introdotti i carburanti
con un massimo contenuto di zolfo di 500ppm). I risultati sono
mostrati nella tabella sotto.
|
Percent Biodiesel |
HFFR Scar (mm)* |
| |
Diesel Number2 |
Diesel Number1 |
|
0.0 |
536 |
671 |
|
0.4 |
481 |
649 |
|
1.0 |
321 |
500 |
|
2.0 |
322 |
355 |
|
20.0 |
314 |
318 |
|
100.0 |
314 |
314 |
*Risultati forniti da Stanadyne Automotive
Corp.
Basandosi sulle prove condotte da Stanadyne
e da altri laboratori che hanno mostrato risultati simili, la
Stanadyne Automotive ha dichiarato:
"…abbiamo provato il biodiesel alla Stanadyne ed i risultati
indicano che l'introduzione di 2% di biodiesel in un convenzionale
gasolio è sufficiente per rimediare ai problemi di lubrificazione
che ci sono con i gasoli esistenti. Dal nostro punto di vista
l'introduzione del biodiesel è auspicabile per due ragioni:
primo, eliminerebbe la variabilità associata all'uso di
additivi ed alla quantità per una giusta lubrificazione;
secondo, consideriamo il biodiesel un combustibile o una componente
del combustibile, non un additivo...Quindi, se anche viene aggiunto
più biodiesel di quanto necessario per una giusta lubrificazione,
questo non comporterà conseguenze come quelle che ci sarebbero
con un'elevata aggiunta di un altro additivo".
Semplicemente detto, biodiesel usato come
miscela al 2% è positivo per una protezione a lungo termine
dei motori diesel.
Paragone tra Biodiesel
e BluDiesel®
In Europa è stato introdotto nel mercato un nuovo prodotto
dell'Agip, Azienda di Eni Petroli. Si tratta di un gasolio "senza
zolfo", chiamato "BluDiesel", disponibile alle
stazioni di servizio Agip ad un costo di pochi centesimi più
del gasolio tradizionale. Questo "senza zolfo" è
in realtà un valore di zolfo non superiore ai 10ppm. Inoltre
il BluDiesel ha un valore massimo di wear scar di 460 micron (per
quanto riguarda la lubrificazione), 387 per il Bludiesel "provato".
Nonostante i test per le proprietà lubrificanti di biodiesel
e bludiesel non sono stati fatti parallelamente, se il biodiesel
viene aggiunto al Bludiesel tra il 2% ed il 20%, il valore wear
scar risulta essere meno di 320 micron. Senza voler dichiarare
che il biodiesel sia meglio del BluDiesel, risulta apparente che
il biodiesel possa aumentare le proprietà di protezione
del motore del BluDiesel oltre che ridurre la concentrazione di
zolfo (il biodiesel NON contiene zolfo).
Differenze di Potenza
Studi condotti in Europa e negli Stati
Uniti in generale indicano che le miscele di biodiesel e gasolio
portano ad una piccola diminuzione della potenza del motore. Solamente
due studi sono stati realizzati su motori marini: uno è
la tesi di dottorato del ricercatore tedesco Dr. Claus Breuer
all'Università Tecnica di Hannover; l'altro è realizzato
dal gruppo di Alvin Womac al Department of Agricultural Engineering
della University of Tennessee. Lo studio tedesco considerava un
motore diesel 4 cilindri Deutz (iniezione diretta) che si trova
in barche da pesca in Europa, mentre quello americano considerava
un motore diesel 110 HP Volvo che si trova in barche da pesca
e da lavoro. Volvo costruisce anche motori diesel singoli e doppi
cilindri per le comuni barche da diporto.
Il primo ha confermato i risultati ottenuti da Mercedes Benz che
dimostravano che la massima curva di potenza per un motore sotto
sforzo rimane essenzialmente inalterata usando esteri metilici
di oli di semi rispetto al gasolio. Nonostante il minor valore
volumetrico di riscaldamento e la conseguente minor massima potenza
del biodiesel, i risultati pratici sono circa gli stessi: con
una miscela al 20% probabilmente non c'è evidente differenza
nella potenza.
Una buona performance con la combustione di biodiesel e sue miscele
fa sì che il motore giri bene a basso regime.
Nello studio del Tennessee effettuato sul motore Volvo (110-HP,
2.39L, 4 cilindri, iniezione diretta), è stato usato un
dinamometro per misurare la potenza del motore disposto su retromarcia;
anche le emissioni e il consumo con diversi carichi sono stati
testati. Le conclusioni di queste prove sono che la potenza del
motore usando esteri metilici dell'olio di soia al 100% diminuiva
del 2-7% (a seconda del carico) rispetto al gasolio. A quasi il
massimo di numero di giri (3800) i due combustibili avevano la
stessa performance; al contrario alla minima velocità del
motore (1855 rpm), o al massimo con carichi più pesanti,
si registrava un aumento di potenza del 13% con il biodiesel rispetto
al gasolio. Questo studio ha indicato che potrebbe essere consigliato
usare 100% biodiesel nei motori diesel ad iniezione diretta, simili
al Volvo usato per i test, senza notare significanti differenze
nel funzionamento, performance, potenza o consumo.
Nello studio del 1998 al Southwest Research Institute sugli effetti
del biodiesel sulla performance dei motori diesel, la potenza
del motore da autocarro Cummins del 1997 usando una miscela B-20
(20% biodiesel, 80% gasolio) era 98,5% rispetto a quella ottenuta
usando il gasolio n.2 a basso contenuto di zolfo. Usando invece
il 100% di biodiesel la potenza scendeva al 92%. Su un motore
da autocarro Detroit Diesel del 1997, la potenza era 98% usando
una miscela B-20 e 92% usando 100% biodiesel.
Differenza nel
consumo di combustibile
Il Biodiesel è composto da esteri monoalchilici che contengono
approssimativamente il 10% di ossigeno in peso. L'ossigeno aumenta
l'efficienza della combustione, ma aumentando la percentuale di
ossigeno diminuisce la percentuale di combustibile di per sé
all'interno della miscela; questo comporta un aumento apparente
della velocità di consumo del combustibile in un motore
che brucia biodiesel. Lo studio del Southwest Research Institute
(1996) dimostra che il consumo di combustibile aumenta solo del
2% in una miscela B-20 e del 14% se il biodiesel viene usato puro
nei motori Cummins usati per i test a pieno carico. Precisamente
il consumo era: 0.43 lb/HP-hr con gasolio, 0.44 lb/HP-hr con miscela
B-20 e 0.50 lb/HP-hr con biodiesel al 100%.
Provando il biodiesel nella Station Wagon Mercedes Benz CytoCulture
negli ultimi quattro anni, si è notato un declino netto
del 15% nel chilometraggio ottenuto usando biodiesel puro rispetto
al gasolio. Non si è osservato nessun cambiamento nella
potenza, accelerazione o temperatura del motore, ma anzi questo
è risultato più silenzioso e con un buon funzionamento
anche a basso regime. Quando viene usato il biodiesel con la miscela
al 20%, la differenza di consumo di combustibile non è
praticamente osservabile.
Queste osservazioni a livello locale sono state confermate nel
1998 con gli studi di performance sul motore del Southwest Research
Institute: il consumo nel motore Cummins B-5.9 del 1995 aumentava
del 9% con una miscela B-20 e del 18% con il biodiesel al 100%.
Migliore efficienza si osservava invece nel motore Cummins N-14
con un abbassamento del consumo del 3% usando una miscela B-20
ed un aumento del 13% usando solo biodiesel.
Garanzie ed approvazioni
dei produttori di motori
I produttori di motori diesel marini negli Stati Uniti, in Giappone
ed Europa riconoscono il ruolo sempre crescente del biodiesel
come additivo o, nella maggior parte dei casi, come combustibile
alternativo (100%).
I produttori di motori in Europa sostengono ormai da tempo il
biodiesel, mentre quelli che producono motori marini continuano
a promuoverne l'uso nei loro prodotti. Alcuni produttori garantiscono
i loro motori marini per l'uso di biodiesel al 100% nei motori
più moderni od anche nei motori meno nuovi in cui i vecchi
tubi e giunzioni siano stati sostituiti con altri resistenti a
lunghe esposizioni agli esteri metilici puri. Altri preferiscono
garantire motori, che usano biodiesel, a seconda dei casi. Negli
Stati Uniti, i produttori di motori diesel in genere mantengono
le garanzie originali se il combustibile usato risponde alle normative
di qualità vigenti per i motori a compressione (ASTM-975);
tutte le miscele B-20 prodotte negli Stati Uniti rispondono a
tali normative.
Giunti, guarnizioni
e tubature dei motori
Gli esteri metilici ossigenati degli oli vegetali fanno sì
che il biodiesel abbia sorprendenti proprietà di solvente
verso la gomma naturale e varie plastiche morbide. Come risultato
i tubi di gomma ed alcune guarnizioni possono lentamente deteriorare
in presenza di alte concentrazioni di biodiesel. Fortunatamente,
solo alcuni di questi effetti si notano se si usano miscele al
20% (B-20) e la maggior parte dei problemi associati alle proprietà
di solvente del biodiesel si riscontrano solo usando il biodiesel
al 100%. Quando si verificano questi effetti di solito le gomme
diventano appiccicose e si ammorbidiscono, causando piccole perdite
del combustibile in genere dai giunti.
Referenze:
La maggior parte delle informazioni menzionate
si possono trovare nella seguente letteratura pubblicata su Internet:
*Technical Handbook
for Marine Biodiesel In Recreational Boats: by Randall von Wedel,
Ph.D CytoCulture
International, Inc.
*Information
Sheet Entitled "Lubricity Benefits" from the National
Biodiesel Board, http://www.biodiesel.org
(1) "Reformulated Diesel Fuels and Fuel Injection
Equipment, Paper by Hugh C. Grigg,
Lucan Powertrain Systems, Presented at
the New Fuels and Vehicles for Cleaner Air Conference, January
11-12, 1994, Phoenix, Arizona.
(2) "Fuel Lubricity Reviewed", Paul Lacey, Southwest
Research Institute, Steve Howell, MARC-IV Consulting,
Inc., SAE paper number 982567, International Fall Fuels and Lubricants
Meeting and Exposition, October 19-22,
1998, San Francisco, California.
(3) "Fuels for Diesel Engines-Diesel Fuel Injection Equipment
Manufacturers Common Position Statement",
Signed by Delphi Diesel Systems, Stanadyne Automotive Corp., Denso
Corporation, and Robert Bosch GmbH, issued
June, 2000.
(4) "Diesel Fuel Lubricity", Paul Lacey and Steve Westbrook,
Southwest Research Institute, SAE paper
950248, International Congress and Exposition, Detroit, Michigan,
February 27-March 2, 1995