Utilizzazione del Biodiesel nei motori

Utilizzazione del biodiesel nei motori

Gli esteri degli oli vegetali possono essere utilizzati in tutti i motori Diesel oggi sul mercato senza alcuna modifica, se miscelati con il gasolio fino al 20-30%, o solamente con piccoli accorgimenti nel caso si utilizzasse biodiesel puro.

Ad oggi la sperimentazione migliore nel settore dell'autotrazione con biodiesel si è osservata nel pubblico trasporto (autobus urbani); le cosiddette "flotte" percorrono un elevato numero di chilometri ogni anno e quindi consentono di ricavare dati statisticamente attendibili.

Di seguito sono descritti i problemi motoristici emersi nel corso di alcune prove (fonti bibliografiche diverse):

• Compatibilità dei materiali e durata
• Influenze sull'olio lubrificante
• Problemi agli iniettori
• Performances
• Avviamento a freddo
• Consumo specifico
• Potenza
• Coppia

Un quadro esauriente sugli aspetti ambientali legati all'utilizzo del biodiesel nei motori è presentato nella sezione "Aspetti energetico-ambientali relativi all'utilizzo del biodiesel".

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Compatibilità del materiale

Utilizzando biodiesel miscelato con gasolio fino al 20% in volume, non si riscontrano problemi di compatibilità con i materiali; ma un carburante con un elevato contenuto di esteri (più del 30 %) causa inconvenienti quando entra in contatto con determinati composti plastici (Gomma Sirene-Butadiene o SBR, Gomma naturale, Gomma Etilene-Acetato, Gomma Etilene-Propilene,isoprene, hyphalone, silicone e polisulphyde) che normalmente costituiscono le guarnizioni degli iniettiori, delle pompe, ecc. Per questa ragione è normalmente sconsigliato l'utilizzo del biocarburante tal quale o in miscele ad alta percentuale di metilesteri a meno di non sostituire le guarnizioni con materiali compatibili.
Rame, Acciaio al carbonio, Ottone, Gomme fluorurate (Teflon, Viton), Gomma Alto Nitrilico (acrilonitrile>35%), Gomma nitrilica caricata, Copolimero Nitrilica/PVC, Polietilene, Poliammide 11-30 sono tutti esempi di materiali che non subiscono danni particolari in seguito al contatto con i metilesteri di oli vegetali. (Fonte: Novaol)

Influenza sull'olio lubrificante

In tutti i test eseguiti si osserva una minore capacità lubrificante dell'olio dovuta all'effetto diluente del metilestere; in pratica il biodiesel trafila dal cilindro, passa le fasce elastiche e diluisce l'olio. Il fenomeno è meno evidente quando diminuisce la percentuale di biodiesel.
Miscelato all'olio lubrificante il biodiesel può creare una serie di problemi in quanto aumenta il numero di iodio della miscela. Se il numero di iodio dell'olio supera il valore di 115, inizia un processo di polimerizzazione (si formano incrostazioni gommose nei condotti dell'impianto di lubrificazione che determinano la riduzione del flusso di lubrificante) che obbliga alla sostituzione anticipata dell'olio del motore. Tale fenomeno viene ridotto drasticamente utilizzando una miscela al 30% o meno di biodiesel. La polimerizzazione è dovuta alla struttura chimica dei componenti del biodiesel e quindi difficilmente eliminabile; è comunque possibile ridurre tali problemi regolando al meglio il motore.

Problemi agli iniettori

Il comportamento degli iniettori alimentati a biodiesel è paragonabile a quello che si osserva utilizzando gasolio. Prove dell'univesità dell'Idaho (Peterson et Al,1997) hanno dimostrato che gli iniettori si incrostano leggermente di più (2-3 volte) con il biodiesel che con il gasolio e che comunque tale problema è di minima portata. Dopo alcune ore di funzionamento si forma una incrostazione carboniosa attorno agli iniettori che tende nel tempo a diminuire di spessore. Esiste cioè un livello critico di deposito raggiunto il quale non i osserva più accumulo di materiale. Tale livello critico per il metilestere sembra essere molto simile a quello del gasolio, mentre si osserva un peggioramento per le miscele al 50%.

Altre incrostazioni di questo tipo si osservano, come per il gasolio, in prossimità delle valvole (poche) e delle fasce elastiche.

Sembra inoltre (Schlag S., 2000) che anche con motori dotati di "common rail" l'utilizzo del biodiesel non causi inconvenienti all'impianto purché si abbia l'accortezza di aumentare leggermente (100 bar) la pressione di iniezione. Alcuni problemi (aumento dell'acidità e del residuo carbonioso, minore stabilità all'ossidazione) invece, sembrerebbero nascere a carico del biocombustibile se sottoposto a condizioni così estreme come quelle generate dal common rail.

Durata e performance del motore

Numerosi test hanno dimostrato che la durata di un motore alimentato a biodiesel non si discosta molto da quella di un motore a gasolio. Come specificato poco sopra alcuni piccoli accorgimenti rendono il motore perfettamente compatibile anche con il biodiesel puro.
A differenza del biodiesel, il gasolio causa un maggiore accumulo di ferro, alluminio, cromo e piombo nella coppa dell'olio.
Tutti i risultati delle prove indicano inoltre che il biodiesel non conduce a sostanziali differenze nel comportamento (potenza e coppia) dei motori se si utilizzano alcuni accorgimenti tecnici, mentre aumentano i consumi specifici, di circa il 10%, a causa del minore potere calorifico del metilestere.

Di seguito sono affrontati in modo più dettagliato i differenti aspetti motoristici legati all'uso del biodiesel:

Avviamento a freddo:

Consumo specifico:

Il consumo specifico aumenta a causa del diminuito potere calorfico. Uno studio basato su test brevi SAE J1349 e J 1312 ha trovato che, come si può osservare in tabella, mediamente si ha un aumento dei consumi rispetto al gasolio pari al 7%.

Combustibile		Variazione consumi
Etil-estere	Canola	+6,65%
	Colza	+6,7%
	Soia	+6,9%
Media Etil-estere		+6,6%
Metil-estere	Canola	+7,2%
	Colza	+9,14%
	Soia	+8,3%
Media Metil-estere		+7,8%
Media		+7,2%
Peterson C.L., 1996 Gasolio di riferimento americano 2D - I consumi sono stati misurati in kg/Min.

Potenza:
Come si può osservare nella tabella, la potenza diminuisce mediamente del 5% circa, sempre a causa del diminuito potere calorifico. Lo studio basato su test brevi SAE J1349 e J 1312.

Combustibile		Variazione di potenza
Etil-estere	Canola	-4,8%
	Colza	-3,0%
	Soia	-5,7%
Media Etil-estere		-4,8%
Metil-estere	Canola	-5,1%
	Colza	-2,5%
	Soia	-6,0%
Media Metil-estere		-4,8%
Media		-4,8%
Peterson C.L., 1996 Gasolio di riferimento americano 2D - La potenza è stata misurata in kW.

Coppia:

Anche la coppia diminuisce mediamente del 5%, come la potenza. Anche in questo caso si tratta di uno studio basato su test brevi SAE J1349 e J 1312.

Combustibile		Variazione di coppia
Etil-estere	Canola	-4,6%
	Colza	-3,1%
	Soia	-5,5%
Media Etil-estere		-4,7%
Metil-estere	Canola	-4,9%
	Colza	-2,5%
	Soia	-5,8%
Media Metil-estere		-4,7%
Media		-4,7%
Peterson C.L., 1996 Gasolio di riferimento americano 2D - La coppia è stata misurata in N-m.