Composizione chimica di una benzina europea. Prodotti della combustione di un litro della stessa da parte di un motore a scoppio
La benzina utilizzata in Europa è un composto complesso costituito principalmente da idrocarburi, vari additivi e in alcune regioni anche bioetanolo. Generalmente, la benzina è composta da:
- Idrocarburi: Alcheni, alcheni ciclici, aromatici (come benzene, toluene e xilene), con un contenuto variabile ma che rappresentano oltre il 90% della composizione.
- Bioetanolo: Una percentuale minore, di solito fino al 10%, per ridurre le emissioni e migliorare la sostenibilità del carburante.
- Additivi: Come detergenti e inibitori di corrosione per migliorare la performance e la pulizia del motore.
Prodotti della combustione di un litro di benzina
La combustione di un litro di benzina in un motore a scoppio produce principalmente:
- Diossido di carbonio (CO₂): Circa 2,3 kg per litro di benzina combusto.
- Vapore acqueo (H₂O): Prodotto dalla combustione dell’idrogeno negli idrocarburi.
- Monossido di carbonio (CO): Emesso in piccole quantità, specialmente in condizioni di combustione incompleta.
- Ossidi di azoto (NOₓ): Formati dall’alta temperatura della combustione che fa reagire l’azoto dell’aria con l’ossigeno.
- Idrocarburi incombusti (HC): Resti di combustibili non bruciati completamente, presenti soprattutto in motori meno efficienti.
- Particolato: Soprattutto nei motori meno efficienti o in determinate condizioni operative.
La combustione completa ideale porta solo a CO₂ e H₂O, ma nei motori reali, i prodotti di combustione includono anche inquinanti dovuti alla combustione incompleta e alle alte temperature del motore.
Quanto pesa un litro di benzina e quanti metri cubi/ kg d’aria sono necessari per la sua totale combustione
Un litro di benzina pesa circa 0,75 kg (la densità varia leggermente a seconda del tipo di benzina e della temperatura, ma è generalmente intorno a 0,75 kg/L).
Aria necessaria per la combustione
Per la combustione completa di 1 kg di benzina, si necessita di circa 14,7 kg di aria. Di conseguenza, per la combustione di 1 litro di benzina (0,75 kg), occorrono circa:
0,75×14,7=11,025 kg di aria0,75 \times 14,7 = 11,025 \, \text{kg di aria}0,75×14,7=11,025kg di aria
Conversione in metri cubi
L’aria ha una densità di circa 1,2 kg/m³ (a condizioni standard di temperatura e pressione). Quindi, il volume d’aria necessario è: 11,0251,2≈9,2 m³ di aria\frac{11,025}{1,2} \approx 9,2 \, \text{m³ di aria}1,211,025≈9,2m³ di aria
In sintesi:
- Peso di 1 litro di benzina: circa 0,75 kg
- Aria necessaria per la combustione di 1 litro di benzina: circa 11 kg, equivalenti a circa 9,2 m³ di aria.
Se invece il combustibile è GPL , ovvero metano, ovvero diesel cosa succede complessivamente
Vediamo come cambiano le quantità e i prodotti della combustione considerando combustibili diversi dalla benzina: GPL, metano e diesel. Ogni combustibile ha una diversa densità e composizione chimica, quindi il peso di un litro e la quantità di aria necessaria per la combustione varia.
1. GPL (Gas di Petrolio Liquefatto)
Il GPL è composto principalmente da propano (C₃H₈) e butano (C₄H₁₀).
- Densità: Circa 0,54 kg/L per il GPL.
- Aria necessaria per la combustione: Per la combustione completa di 1 kg di GPL, sono necessari circa 15,6 kg di aria.
- Per un litro di GPL (0,54 kg): 0,54×15,6≈8,4 kg di aria0,54 \times 15,6 \approx 8,4 \, \text{kg di aria}0,54×15,6≈8,4kg di aria
- Volume d’aria necessario: circa 7 m³.
Prodotti della combustione
La combustione completa del GPL produce principalmente CO₂ e H₂O, come con la benzina, ma la quantità di inquinanti (come NOₓ e HC) dipende molto dal motore e dalle condizioni operative.
2. Metano (CH₄)
Il metano è il componente principale del gas naturale.
- Densità: In fase liquida a temperature criogeniche, la densità è circa 0,42 kg/L. Tuttavia, è generalmente utilizzato come gas.
- Aria necessaria per la combustione: Per bruciare 1 kg di metano, occorrono circa 17,2 kg di aria.
- Per 1 kg di metano (usualmente considerato per il gas metano): 1×17,2≈17,2 kg di aria1 \times 17,2 \approx 17,2 \, \text{kg di aria}1×17,2≈17,2kg di aria
- Volume d’aria necessario: circa 14,3 m³.
Prodotti della combustione
Il metano brucia in modo più pulito rispetto agli altri combustibili, producendo principalmente CO₂ e H₂O con quantità minime di altri inquinanti.
3. Diesel
Il diesel è una miscela di idrocarburi più pesanti, tipicamente composti tra C₁₀ e C₂₀.
- Densità: Circa 0,84 kg/L per il diesel.
- Aria necessaria per la combustione: Per bruciare 1 kg di diesel, occorrono circa 14,5 kg di aria.
- Per 1 litro di diesel (0,84 kg): 0,84×14,5≈12,2 kg di aria0,84 \times 14,5 \approx 12,2 \, \text{kg di aria}0,84×14,5≈12,2kg di aria
- Volume d’aria necessario: circa 10,2 m³.
Prodotti della combustione
La combustione del diesel produce CO₂, H₂O, ma anche una quantità significativa di NOₓ, particolato (PM) e idrocarburi incombusti (HC), soprattutto nei motori meno efficienti o senza dispositivi di controllo delle emissioni.
Riassunto
| Combustibile | Peso per Litro | Aria per Litro (kg) | Volume Aria (m³) | Principali Prodotti |
|---|---|---|---|---|
| GPL | 0,54 kg | 8,4 kg | ~7 m³ | CO₂, H₂O, NOₓ, HC |
| Metano | ~0,42 kg | ~17,2 kg (1 kg) | ~14,3 m³ | CO₂, H₂O (meno HC) |
| Diesel | 0,84 kg | 12,2 kg | ~10,2 m³ | CO₂, H₂O, NOₓ, PM |
In generale, il metano è il combustibile più pulito, mentre il diesel genera più particolato e NOₓ.