A autoignição de um combustível é determinada principalmente por dois fatores: temperatura e compressão. Ambos destes são especificados para um determinado motor como a temperatura de operação e taxa de compressão, respectivamente.
Uma reação de combustão ocorre em motores que inflamam o combustível e produzem trabalho e reações de combustão resultam em altas temperaturas. Portanto, é muito difícil tentar diminuir a operação temperatura dentro do motor para evitar a autoignição, de modo que levou a um foco na compressão Razão.
A taxa de compressão de um motor está ligada à eficiência máxima do motor, de modo que
motores com taxas de compressão mais altas produzem mais trabalho para uma determinada quantidade de combustível. Compressão as relações aumentaram ao longo do tempo, passando de um valor de 4 no Modelo T para 12 nos motores modernos. O problema com taxas de compressão mais altas é que elas podem produzir mais batidas do que o normal, o que levoupara um foco em projetar combustíveis para resistir à detonação. Observe que a batida não apenas produz um som irritante, mas uma batida forte pode resultar em danos ao motor. É aqui que a classificação de octanagem e o teste de octanagem mostra-se muito útil.
É geralmente visto que, à medida que o número de octanas de um combustível aumenta, o combustível tem menos propensão a detonar, portanto, aumentando suas capacidades antidetonantes. Isso levou a muitos desenvolvimentos na formulação de combustíveis. Cedo os combustíveis eram muito propensos a detonar, resultando na necessidade de taxas de compressão muito baixas. O desenvolvimento de craqueamento catalítico resultou em misturas de combustível com muito menos probabilidade de detonar. A octanagem de um combustível poderia ser aumentado ainda mais por meio de aditivos antidetonantes. Do início da década de 1920 até a década de 1970, O aditivo antidetonante mais popular adicionado ao combustível era o chumbo tetraetila. O chumbo tetraetila foi eliminado devido a restrições mais rígidas de emissões, e os aromáticos tornaram-se um popular aditivo antidetonante. Eventualmente os aromáticos foram considerados muito tóxicos, então agora o etanol é adicionado à gasolina para ajudar a aumentar a octanagem porque o etanol queima mais limpo [1].
Métodos de teste padronizados
Existem dois números de octanas diferentes que são testados. Eles incluem a octanagem de pesquisa (RON) e o número de octanas do motor (MON). Esses números diferem nos métodos de teste usados para determiná-los. O RON é encontrado usando métodos de teste especificados pela ASTM D2699 e o MON é especificado por ASTM D2700. Ambos os testes usam essencialmente o mesmo motor, que é um monocilíndrico, ciclo de quatro tempos, carburado, taxa de compressão variável, originalmente desenvolvido pela Grupo Cooperativo de Pesquisa em Combustíveis. Ambos fornecem índices de octanagem para combustíveis de até 25% v/v de etanol.
ASTM D2699 tem uma faixa de trabalho de RON de 40 a 120 e ASTM D2700 tem uma faixa de trabalho de MON de 40 a 120. A principal diferença nos dois métodos de teste é que o método RON édeterminado a partir de condições relativamente suaves do motor, enquanto o método MON é determinado a partir de condições mais condições severas do motor. O método MON foi desenvolvido para testar amostras de combustível em condições que são mais semelhantes às condições reais de condução. ASTM D2699 (RON) usa uma velocidade do motor de 600 rpm e uma temperatura de entrada de 52°C. ASTM D2700 (MON) usa uma velocidade do motor de 900 rpm com uma temperatura de entrada de 149°C [2,3].
Para medir a octanagem de um combustível, o motor é configurado para funcionar com esse combustível em uma das opções acima.
A taxa de compressão é então aumentada até que o motor comece a bater em uma determinada intensidade.
Essa taxa de compressão é então comparada a um combustível de referência, consistindo de isoctano e n-heptano.
À medida que a porcentagem de isoctano na mistura de combustível de referência aumenta, é menos provável que o combustível acender. Então, se um combustível tem um RON de 92, isso implica que nas condições do motor RON, o motor CFR bate com esse combustível na mesma intensidade que um combustível de referência que consiste em 92 por cento de isoctano, 8 por cento de n-heptano.
Importância do teste preciso de octanagem
O teste de octanagem tornou-se importante no início do século 20 como uma forma de quantificar o efeito antidetonante características de um determinado combustível. Ainda hoje, métodos padronizados de teste de octanagem são usados para determinaro número que aparece nas bombas de combustível. Esses números são geralmente considerados como a média entre o RON e o MON do combustível. O teste de octanagem também se torna muito importante à medida que mais estudos são feitos para ver quais tipos de formulações de combustível afetam a taxa de octanagem de um combustível. Gravação de uma taxa de octanagem precisa para uma amostra de combustível é muito importante para garantir que esses estudos feitos são precisos e para que possam melhorar ainda mais o design dos combustíveis. Houve também um estudo recente feito por Prakash et. al. onde eles relataram que a sensibilidade do combustível pode ter um impacto na eficiência do motor[4].
A sensibilidade é definida como a diferença entre o RON e o MON. No estudo eles descobriram que aumentar o RON e a sensibilidade teve um efeito positivo na eficiência do motor e consumo de combustível. A quantidade de melhoria desses parâmetros foi geralmente entre 1-5%. Elas também descobriu que em um RON mais alto (por exemplo, 98), o próprio RON tem um efeito mais significativo na eficiência do motor enquanto em um RON mais baixo (por exemplo, 92), a sensibilidade tem mais controle sobre a eficiência do motor.
Estudos e resultados como esses não podem ser alcançados sem a medição precisa das taxas de octanagem.
Descrição de um típico motor de teste de octanagem
Koehler Instrument Company
A Figura 1 mostra uma imagem de um típico
motor de teste de octanagem (motor combinado ) o que significa que ele pode testar tanto
RON e MON e este motor está em conformidadepara ASTM D2699 e ASTM D2700.
No motor aqui, os parâmetros podem ser ajustado de acordo com os padrões
muito simplesmente através do painel de operação.Existe um motor de dupla velocidade que permite para rotações constantes do motor de acordo com de acordo com as normas e permite uma rápida mudança entre os testes RON e MON.
O conjunto do motor elétrico ajusta a altura do cilindro para alterar ataxa de compressão com base na entrada do usuário.
A detonação da combustão é convertida em um sinal analógico que melhora a precisão. A tecnologia de umidade do ar de admissão mantém a umidade conteúdo do ar de admissão com base nos padrões. Pulsos de ressonância e contrapressão são mitigadospelo sistema de tanque de compensação de exaustão. O motor também possui um sistema de segurança que para automaticamente operação do motor se diferentes indicações de falha estiverem presentes.
A principal vantagem desse sistema é a capacidade de alternar perfeitamente entre os métodos de teste RON e o MON. Isso é feito desligando o motor, trocando os jatos do carburador e, em seguida,reiniciando o motor.
O teste RON pode ser executado sem a remoção do coletor de aquecimento da mistura.
Além disso, o ponto de ignição é definido automaticamente e a configuração da correia de transmissão não precisa ser alterado ao alternar entre RON e MON. Geralmente mudando entre RON e MON no passado pode levar horas, mas, neste caso, é feito em questão de minutos.
Conclusão
Houve muito desenvolvimento no teste de octanagem e aprimoramento ao longo do tempo e muitas pessoas têm contribuído para o crescimento neste campo. Foi visto que a octanagem tem um efeito sobre eficiência e desempenho do motor. É muito importante que os números de octanas sejam medidos com precisão e eficiência, de modo que a pesquisa sobre design de combustível possa continuar a progredir.
Referências
[1] Shah, R. e Mittal, V. “I Hear You Knocking: Automotive Knock and the Octane Number.”
Notícias da Indústria Petrolífera. https://www.petro-online.com/article/analytical-instrumentation/11/koehlerinstrument-company/i-hear-you-knocking-automotive-knock-and-the-octane-number/2813.
[2] ASTM D2699-19e1, método de teste padrão para pesquisa do número de octanas do motor de ignição por faísca Fuel, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2019, www.astm.org.
[3] ASTM D2700-19e1, método de teste padrão para número de octanas do motor de ignição por faísca Fuel, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2019, www.astm.org.
[4] Prakash, A., Wang, C., Janssen, A., Aradi, A. et al., “Impacto da Sensibilidade do Combustível (RON-MON) em Eficiência do Motor”, SAE Int. J. Fuels Lubr. 10(1):2017, doi:10.4271/2017-01-0799.
Dr. Raj Shah é atualmente Diretor da Koehler Instrument Company, NY (um renomado fabricante de testes de petróleo instrumentos) e um membro ativo da ASTM nos últimos 25 anos.
Ele ocupou vários cargos de liderança dentro de vários comitês ASTM e recebeu o prêmio ASTM de Excelência ( três vezes: uma distinção sui generis) e o ASTM Eagle Award. UMA
Ph.D em Engenharia Química pela Penn State University, e um Fellow do The Chartered Management Institute, Londres, Dr. Shah recentemente coeditou , um best-seller de referência intitulado “Manual de combustíveis e lubrificantes”, publicado pela ASTM.
Academia Militar do Departamento de Engenharia de Sistemas –
Obteve seu doutorado em Engenharia Mecânica na Instituto de Tecnologia de Massachusetts, onde pesquisou o relevância do número de octanas em motores modernos. seu atual os interesses de pesquisa incluem design de sistemas, sistemas baseados em modelos engenharia e batida do motor.
O Sr. Nathan Aragon é um Engenheiro Químico recém-formado da SUNY, Stony Brook University, onde o Dr. Shah é adjunto professor e presidente do Comitê de Assessoramento Externo da Departamento de Ciência de Materiais e Engenharia Química. Dr. Mittal é também membro deste grupo consultivo externo
da SUNY, Stony Brook University, onde o Dr. Shah é adjunto
professor e presidente do Comitê de Assessoramento Externo da
Departamento de Ciência de Materiais e Engenharia Química. Dr. Mittal é
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