Motoarele termice ca sursa de poluare

Motoarele termice ca sursa de poluare

1. Sisteme de masurare a nivelului emisiilor poluante

Stabilirea masurii in care MAI polueaza mediul precum si a masurii in care mediul ditr-o anumita zona este poluat se realizeaza prin masurare. Pentru ca valorile masurate sa poata fi corect evaluate este nesesar sa se utilizeze mijloace de masurare care corespund cerintelor in domeniu si care sa prezinte informatiile sub forma unor marimi masurate inteligibile. Unitatile de masura utilizate sunt cele unanim acceptate, trecerea de la un sistem la altul realizanduse pe baza relatiilor de conversie.

O modalitate de exprimare a masurii poluarii cu gaze, atunci cand ponderea acestora este relativ mica in volumul total de gaze analizat este aceea de a exprima numarul de parti de gaz poluant dintr-un milion de parti. Altfel spus, daca consideram un metru cub de gaz ( un metru cub = 1 000 000 centimetri cubi), daca am separa gazul poluant, cati centimetrii cubi, la aceeasi presiune si temperatura normala, ar exista. Acest mod de exprimare este comod, exprmarea sa prescurtata fiind « ppm » (parti pe milion). Evident ca acest mod de exprimare a concetratiilor relative se poate aplica si in alte situatii.

Daca concentratiile sunt mai mari lucrul in acest sistem este greoi si se prefera exprimarea procentuala. De exmplu daca concentratia unui gaz ar fi de 18 000 ppm se poate realiza transformarea :

18 000 ppm = 18 000 cm³ /1 000 000 cm³ = 1.8/100 = 1.8 %.

In alte situatii este convenabil sa se exprime masura poluarii in unitati de masa poluant masurat la un test (aceasta pentru ca testele sunt tipizate).

Daca motorul analizat va functiona pe un autovehicol exprimarea masurii poluarii se face prin raportarea masei de poluant produs la distanta echivalenta parcursa in timpul testului, masura poluarii fiind exprimata in grame/km.

O masura mai sintetica a poluarii este data prin raportarea masei de poluant la enegia prodsa de motor, rezultand marimi exprimate in grame/kWh.

Aparatura de masurare utilizata respecta norme specifice in domeniu, reglementarile in domeniu find riguroase si apdatate periodic.

2. Compozitia emisiilor poluante

Cu privire la ponderile pe care le detin diversele activitai industriale in ceea ce priveste degajarea in atmosfera a principalelor emisii poluante, un studiu efectuat la nivelul anilor 2000-2001 arata ca sectorul transporturilor rutiere si al aplicatiilor energetice ocupa un loc important (figurile 1 si 2 referitoare la emisiile de CO2 si respectiv NOx).

Se constata totusi o tendinta de reducere a cresterii cantitatilor de substante poluante. Se spera intr-o reducere a emisiilor poluante in viitorul apropiat, si apoi la o stagnare la un nivel limitat general acceptat, in pofida inmultirii dramatice a numarului de aplicatii ca urmare a cresterii demografice inregistrate in tarile aflate in curs de dezvoltare. Conditia esentiala a acestei plafonari este aplicarea, adeseori foarte costisitoare, a noilor tehnologii anti-poluare, si care nu au putut fi aplicate pana in prezent decat de tarile dezvoltate

Figura 1 Emisiile la nivel mondiall de CO

Figura 2. Emisiile la nivel mondial de NOx

Masuratorile efectuate in marele orase au aratat faptul ca local, ponderea emisiilor poluante produse de motoarele cu ardere interna este cea mai mare.

In figura 3 este prezetat schematic modul de formare a emisiilor poluante de catre motoarele cu ardere interna. Indiferent ce fel de combustibil se utilizeaza (clasic, neconventional sau amestec) o pate se pierde direct prin evaporare poluand direct mediul ambiant. Restul (cea mai mare parte) formeaza impreuna cu aerul amestecul combustibil prin procedeele prezentate in capitolele anterioare. O parte a amestecului ajunge nears in carter prin neetanseitatile motorului (in special pe langa segmenti). Si o parte din produsele de ardere ajung in carter pe aceleasi cai. O parte a gazelor de carter sunt sau nu recirculate, functie de constructia respectivului motor.

Figura 3. Schema de principiu a producerii emisiilor poluante de catre MAI.

Gazele uzate, evacuate din motor, gazele de carter ramase si vaporii de combustibil evaporat si evacuat direct in atmosfera formeaza emisiile poluante ale MAI.

Emisiile poluante produse de motoarle cu ardere interna pot fi grupate in :

- emisii poluante primare ;

- emisii poluante secundare.

Emisiile poluante primare ale motoarelor cu aredere interna provin direct de la acesta. Ele pot fi gazose, lichide sau sub forma de particole solide. O prezentare a acestor substante si a efectelor lor nocive s-a facut in cadrul capitolului 2.

Emisiile poluante secundare. Aceste noxe apar ca urmare a interactiunii mediului cu substantele poluante primare in anumite conditii. Rezultatul acestor interactiuni este smogul. In functie de conditiile de formare acesta poate fi :

- smog fotochimic ;

- smog umed.

Smogul fotochimic, numit si smog alb sau smog californian (dupa locul unde a inceput sa apara) se produce daca atmosfera are o umiditate redusa, temperatura este mai mare de 20⁰ C, in prezenta luminii solare. In figura 3 este prezentata o schema a celor 13 reactii chimice care conduc la formarea smogului alb.

Figura 3. Mecanismul chimic al formarii smogului.

Substantele care influienteaza decisiv formarea smogului sunt oxizii de azot si hidrocarburile. Prima reactie chimica din lantul prezentat initiaza procesul de formare a smogului si se realizeaza doar in prezenta luminii naturale deoarece reactia este una fotochimica.

Dintre componentele himice rezultate intereseaza in mod deosebit:

- ozonul, din reactia chimica notata cu 3;

- aldehidele RCHO produse din reatiile 4 si 7;

- peroxinitratul acid (RCO₃NO₂) produs de reacria chimica 14.

Smogul umed se formeaza in cazul in care atmoasfra ar un grad ridicat de umiditate iar temperaturile sunt relativ scazute (sub 4⁰ C). Acest smog are efect sufocant si a aparut in orasele engleze, in special in Londra. Se mai numeste si smog negru si se datoreaza in principal particolelor de funingine rezultate in urma arderilor incomplete.

Acest tip de smog reduce vizibilitaea cu afectand si transporturile.

3 Nivele maxime admise pentru emisiile poluante

Pentru impunerea restrictiilor privind emisiile poluante diferite foruri legislative au creat un cadru legal adecvat.

In Statele Unite ale Americii normele interne de emisiile poluante produse de motoarele cu ardere interna devin tot mai severe. Se cauta ca MSu-urile si MAC-urile sa ajunga la nivele de emisii poluante asemanatoare. Accentul se pune pe reducerea noxelor care contin azot.

In Europa Unita exista o preocupare continua pentu reducerea poluarii produse de MAI. Date referitoare la emisiile poluante maxime admise pe perioade de fabricatie a MAI si clase de urilizatori sun prezentate in tabele urmatoare.