Exploatarea si intretinerea motoarelor navale

Exploatarea si intretinerea motoarelor navale

Vascozitatea variaza dupa o lege exponentiala cu temperatura,fapt ce are implicatii asupra functionariii motorului ,deoarece regimul termic al acestuia este caracterizat de o variatie intr-o gama larga de valori.

Dependenta vascozitate-temperatura este cel mai bine reflectata de indicele de vascozitate lV (viscozity index). Reprezentand variatia Lgv cu temperatura t se obtine o dreapta , daca temperatura este suficient de departata de punctul de congelare .

Panta dreptei este cea care ne indica sensibilitatea vascozitatii fata de temperatura. Mai precis, cu cat panta este mai mica cu atat sensibilitatea este mai redusa, deoarece la o variatie ma

re a temperaturii variatia vascozitati este mai redusa (fig.1). Ca atare , uleiul este mai potrivit ca lubrifiant in motor cu cat sensibilitatea amintita este mai redusa , deoarece la pornirea motorului (cand este rece) vascozitatea trebuie sa fie mica, iar in timpul functionarii ea nu trebuie sa se micsoreze prea mult pentru a pastra integritatea filmului de lubrifiant.

Acest indice lV se stabileste experimental, prin compararea cu doua uleiuri de referinta si anume: cu un ulei parafinic , de Pennsylvania, caracterizat de o variatie redusa a vascozitatii cu temperatura si cu un ulei aromatic , de Gulf-Coast, care reprezinta o variatie puternica a vascozitatii cu temperatura.Primului i se atribuie valoarea lV=100 iar celui de al 2 lea lV=0

Compararea unui ulei de lucru consta in stabilirea lV-ului sau.Precizam ca le temperatura maxima de referinta de 210`F (98 `C), cele trei vascozitati :V a uleiului de lucru si V1,V2 a uleiurilor etalon este aceeasi Vo.

Cresterea de vascozitatea a uleiului de lucru va fi apreciata la temperatura minima de referinta 100`F (37 `C) prin lV , dat de relatia:

lV=100 x [ ( V2 -V ) / ( V2 - V1 ) ].

Densitatea.Pentru uleiurile utilizate ca lubrifianti in motoarele termicedensitatea lor se incadreaza in gama de valori 890-990 kg/m3.Se poateconstata depasirea valorii de 1000 kf/m3 .Se poate constata depasirea valorii de 1000kg/m3 la uleiurile puternice aditivate, destinate reducerii duratei rodajului.

Punct de inflamabilitate.Volatilitate.Au aceeasi semnificatie ca si propietatiile definite pentru combustibili. Mentionam ca arderea in intreaga temperatura cu 35-50`C mai mare decat punctul de inflamabilitate. De asemenea intereseaza volatilitatea pentru a putea preciza consumul de ulei. Mentionam ca aceste doua proprietati depind de natura fractiunilor lubrifiante existente in compozitia uleiului .Astfel , uleiurile parafinice au un punct de inflamabilitate si o volatilitate mai scazuta ,raportandu-le la cele naftenice si aromatice.Acest lucru se explica prin faptul ca parafinele au catena saturatasi sunt mai stabile fata de celelalte

Punct de curgere. Punct de tulburare. Punct de congelare. Aceste proprietati, impreuna cu vascozitatea, sunt cele care permit aprecierea oportunitatii utilizarii unui ulei, ca lubrifiant al cuplelor de frecare dintr-un motor, in conditiile functionarii acestuia la temperaturi scazute.

De asemenea si in acest caz cele trei proprietati sunt dependente de natura fractiunilor lubrifiante existente in ulei. Ca atare, se poate afirma ca uleiurile naftenice au punctul de congelare mai scazut decat cel al uleiurilor parafinice, desi variatia vascozitatii cu temperatura este mai redusa in cazul celor din urma.

Punctul de tulburare este important pentru uleiurile parafinice, deoarece indica temperatura la care apar primele cristale de parafina in masa uleiului, element foarte important in aprecierea calitatii filtrarii si ungerii cuplei de frecare.

Cifra de neutralizare. Cifra de neutralizare (neutralization number) sau aciditatea caracterizeaza capacitatea coroziva a uleiului si este definita ca fiind cantitatea, in mg , de KOH necesara pentru neutralizarea acizilor dintr-un gram de ulei.

Se impune mentiunea ca uleiurile bine rafinate nu au caracteristici acide, de obicei, dar acestea pot apare In timpul utilizarii in motor (imbatranire, oxidare, contaminare cu produse ale arderii care duc la formarea de acizi anorganici, puternici, precum H₂SO₄).

Observatia: Imbatranirea este un proces de degradare sau alterare a proprietatilor lubrifiante ale uleiului. El se datoreaza unor procese chimice precum oxidarea, dar si impurificarii cu reziduri mecanice, apa etc.

Ca atare, este foarte dificil de apreciat cifra de neutralizare pentru uleiurile aditivate, drept care s-a introdus marimea denumita cifra de aciditate totala (TAN-total acid number).

TAN indica suma acizilor puternici, de origine minerala, si a acizilor slabi, de origine organica , unde: WAN - este cifra de aciditate slaba (weak acid number),

TAN = WAN + SAN

Fig.1

Exploatarea ,intretinerea si repararea motoarelor cu ardere interna navale

San - este cifra de aciditate tare (strong acid number).

Cifra de aciditate slaba este datorata acizilor slabi de natura organica.

Cifra de aciditate tare (sau puternica ) este data de acizii minerali si este caracteristica uleiurilor uzate cu un continut ridicat de H2SO4 , rezultand din arderea combustibilului.Ea contribuie la asigurarea unui pH sub4.

Astfel ,la uleiurile uzate se poate ajunge la o valoare de SAN= 1,5 mg KOH/g ,fapt ce indica necesitatea inlocuiri uleiului daca nu cel putin diluarea lui cu altul proaspat,

Cifra de bazicitate totala.Cifra de bazicitate totala (TBN -total basic number) sau bazicitatea este definite ca fiind cantitatea de KOH , in mg , care este echivalenta unei cantitati de acid utilizata pentru a neutraliza bazele dintr-un gram de ulei.Mai précis ,ea reprezinta suma bazelor puternice si slabe existente in ulei.Acest caracter alcalin este important a fi cunoscut , deoarece uleiurile trebuie sa fie capabile a neutraliza cantitatea de acid ce apare in decursul exploatari motorului .

Astfel pentru combustibili fara continut de sulf se utilizeaza uleiuri cu TBN = 10 (mgKOH/g), pe cand in cazul motoarelor navale ,alimentate cu combustibil greu,bogat in sulf, sunt recomandate uleiuri cu TBN = 60-80 (mg KOH/g), mai ales in subsistemul de ungere cilindri.

Pentru uleiul din subsistemul de ungere generala a motorlui cifra este mai scazuta TBN = 30.

Stabilitatea la oxidare si termica . Cele doua proprietati sunt dependente intre ele , deoarece oxidarea uleiurilor este favorizata de gradul de agitare si incalzire, in prezenta aerului.Astfel incalzirea lubrifiantului conduce la cracarea (descompunerea) acestuia , fapt ce inlesneste oxidarea.

Rezultatul imediat este cresterea vascozitatii,aciditatii si aparitia produsilor, de oxidare (acizi slabi, rasini) ce pot si solubili sau insolubili.Se constata in decursul functionari o crestere a coroziunii, datorata cresterii aciditatii si auzurii abrasive, cauzata de produsele insolubile , O masura de dorit este separarea uleiului,iar in cele mai multe cazuri aditionarea de substante care sa accentueze cele doua proprietati.

Deci, o stabilitate la oxidare si termica marite asigura o durata de serviciu prelungita pentru lubrifiant.

Coroziunea.Coroziuunea este caracteristica demna de luat in seama , mai ales la uleiurile uzate , in speta cele de carter sau incorrect utilizate .

Acest tip de uzura, ce actioneaza asupra organelor motorului , este produsa de aciizi rezultati din procesle de oxidare sau combustie. Intensitatea uzurii se masoara cu aparatul Pinchevici, constand in urmarirea actiunii uleiului incalzit asupra unor placute de metal. Valoarea ei este apreciata prin cantitatea de metal pierduta de placute.

Onctuozitatea. Onctuozitatea este proprietatea uleiului de a adera la suprafata metalica a piselor, cu care vine in contact , prin fenomenul de absorbtie. Absorbtia este datorata prezentei moleculelor polare in compozitia lubrifiantului.Mecanismul aderarii este urmatorul: suprafata metalica reprezentand sarcina electrica pozitiva atrage sarcina negative a moleculei; astfel se formeaza o legatura deosebita de rezistenta ce asigura aderenta filmului de lubrifiant.

Acest mecanism este characteristic regimului de ungere la limita sau onctuos,la care consta existenta unu strat molecular de lubrifiant datorat absorbtiei.Un astfel de regim apare in momentul porniri motorului, sufiecient pentru a evita contactul metal-metal in cuplele de frecare . Mentionam ca spre deosebire de uleiurile derivate din titei, cele animale si vegetale au aderenta mai buna la suprafetele metalice , drept care sunt folosite ca aditivi pentru inbunatatirea onctuozitatii.

Detergenta.Detergenta este acea caracteristica a lubrifiantilor de a preveni depozitarea produselor rezultate din arderea combustibilului si oxidarea acestora, pe organelle motoarelor noi sau cu spatiile de ungere proaspat curatate.In motoarele necuratate , detergenta se manifesta actiunea de dizolvare si indepartere a depozitelor déjà existente precum si prevenirea formarii altora noi.Caracteristica aceasta este specifica mai ales uleiurilor aditivate.

Dispersanta.Dispersanta poate fi definite ca fiind aceea caracteristica a lubrifiantilor de a impedica formarea acumularilor de particule fine, rezultate din procesul de ardere si oxidare a acestora, prin dispersarea si mentinerea lor in suspensie .Deci , aceasta proprietate , impreuna cu detergenta , asigura provenirea si indepartarea depozitelor ce se pot forma pe organelle expuse ale motoarelor termice.

Stabilitatea la spumare .Stabilitatea la spumarea este o proprietate importanta, mai ales pentru uleiurile de carter , deoarece fenomenul ales pentru uleiurile de carter ,deoarece fenomenul de spumare afecteaza procesul de ungere .Aparitia acestui fenomen ca si stabilitatea lui este datorata existentei in lubrifiant a unor substante ce reduc valoarea tensiunii superficiale a acestuia.Astfel de substante sunt aditivii detergenti, dispersanti sau impuritatile mecanice,

Prevenirea spumarii uleiurilor aditivate se obtin prin aditionarea de agenti antispumanti.

Continutu de apa.Prezenta apei in lubrifiantii folositi in motoarele diesel navale este datorata contaminarii acestora prin existenta unor scurgeri la sistemul de etansare a apei in separatorul centrifugal sau sistemul de recire al motorului, condesarea ca urmare a functionarii la temperature joase.De asemenea ,apa este un produs al arderii, drept care ea poate contamina uleiul ca urmare a condensarii sale din gazele de ardere.

Este de dorit eliminarea ei , deoarece conduce la reducerea capacitatii de ungere a lubrifiantului, intensificarea ucurii corozive si accentuarea tendintei de spumare.Metoda cea mai eficienta este centrifugarea uleiului.

Emulsionarea este tendinta lubrifiantului de a forma emulsii in prezenta atunci cand este agitat.Emulsiile se pot stabiliza in prezenta unor produse ale oxidarii,precum rasinile.Valoarea emulsionarii se exprima prin cifra de emulsionare EN a carei relatie definite este:

EN = ulei / apa / emulsie , in ml.

Exemplu de exprimare a EN : EN = 40/40/0 (ml)

Continutul de cenusa.Acest criteriu de apreciere a lubrifiantilor este direct legat de calitatea rafinarii, indicand existenta sarurilor metalice .Prezenta acestora ,precum si a asfaltului contribuie la accentuarea uzurii abrazive . Este indicat un continut de aproximativ 0,005-0 %.

Cifra de cocs.Metoda de determinare a acestui criteriu este aceeasi ca sic ea de la combustibili:precizarea cifrei Conradson sau Rambsottom .Este un criteriu important mai ales pentru uleiurile destinate ungerii cilindrilor, deoarece putem avea informatii referitoare la cantitatea de cocos obtinuta in urmar functionarii motorului, rezdiu de natura carbonoasa cu proprietati abrazive si tendite de formare a depozitelor.

Culoarea .Este o propietate optica care poate da indicatii referitoare la calitatea rafinarii si existenta aditivarii.Astfel uleiurile bine rafinate sunt de culoare deschisa , iar cele aditivate au culoare neagra.In general gama de culori ce se regaseste la uleiurile neaditivate este de la galben la rosu violet.

Fluorescenta.Este calitatea uleiurilor de a se manifesta fluorescent la iluminarea cu lumina a carei lungime de unde poate lua diverse valori.

Observatie: Fluorescentea este proprietatea unor substante de a emite lumina daca sunt irradiate cu o radiatie de o anumita lungime .Spre deosebire de fosforescenta , emisia de lumina inceteaza in momentul opririi iradierii substantei.

1.2 Combustibili pentru sistemele navale de propulsie

Introducere

Cel mai important izvor de energie de care dispunem in prezent pentru propulsia navelor ,il reprezinta combustibilii, care in general sunt compus ai carbonului si ai hidrogenului.Combinatiile carbonului cu hidrogenul sunt numeroase si poarta denumirea generala de hidrocarburi.

Combustibili folositi in sistemele navale de propulsie

Combustibili folositit in sistemele navale de propulsie pot fi: Combustibili lichizi ,gazosi si solizi.

Combustibili lichizi sunt , in majoritatea lor amestecuri de diferite hidrocarburi . Ei se obtin prin prin distilarea fractionate din titeiul brut . din gudronul de huila si din carbunele brun.Acesti combustibili pot fi impartiti in mod conventional dupa vascozitatea lor , in : "combustibili usori"(benzene,petrol lampant, benzol); "combustibili mijloci" , care sunt toate feluriile de motorine si " combustibili grei" (pacura ,uleiul de gudron,ulei de parafina).

Combustibilii gazosi se utilizeaza atat in stare comprimata cat si lichefiata. Acesti combustibili pot fi naturali ( gaze naturale sau de sonda) si artificiali (gaz de generator sau de iluminat) .

Combustibilii solizi pot fi folositi la sistemele de propulsie cu turbine , pentru arderea lor in focarele cazanelor cu vapori sau in camerele de ardere ale sistemelor cu turbine gaze.

Combustibilii pentru navele flotei comerciale a Romaniei

La sistemele de propulsie ale navelor flotei comerciale Romane sunt folositi in general combustibilii lichizi ca produse de distilare a titeiului.Avantajele produselor petroliere sunt: putere calorica mare, tendinta redusa la autoaprindere , depozitare si pastrare usoara la bordul navei, in spatii nepretabile pentru transportul marfurilor, transvazare simpla de la depozitele riverane la bordul navei, precum si manipularea usoara din spatiile de depozitare la locurle de alimentare.Ca dezavantaje ale acestor combustibili se pot mentiona: prezenta fractiunilor, usoare care se evapora la temperature relative scazute , imposibilitatea stingerii cu jet de apa a combustibilului aprins si costul mai mare in comparatie cu combustibilii solizi.

Componenta si structura combustibililor pentru motoarele navale

Combustibilii folositi pentru alimentarea motoarelor sunt amestecuri de hidrocarburi .Din punctul de vedere al structurii moleculei si dupa propietatile fizico-chimice , hidrocarburile pot fi impartite in urmatoarele grupe : 1) normale sau alifatice ; 2) naftenice ; 3) aromatice.

Hidrocarburile parafinice, CnH2n+2 , se numesc saturate , deoarece catenele atomilor de carbon sunt in intregime saturate cu hidrogen.Spre deosebire de hidrocarburile nesaturate , cele saturate nu pot aditiona alti atomi , insa se pot numai substitui un anumit numar de atomi de hidrogen , prin numarul corespunzator de atomi sau grupe de alte elemente.Aceste hidrocarburi se mai numesc si alcani .Hidrocarburiile parafinice care intra in alcatuirea combustibililor pentru motoare sunt: metanul, CH4 , etanul C2H6 , propanul C3H8,butanul C4H10, pentanul C5H12,hexanul C6H14,heptanul, C7H16, ocatnul C8H18 etc.Primele combinatii , de exemplu metanul si etanul se gasesc in combustibilii gazosi iar urmatoarele cuu numar mai mare de atomi ca: hexanul , ocatanul, se gasesc in combustibilii lichizi.

Hidrocarburile olefinice sau nesaturate .CnH2n, au catena deschisa iar doi atomi de carbon au o legatura dubla care substituie atomii de hidrogen care lipsesc .Principalele hidrocarburi olefinice sint: etilenul C2H4, propilenul C3H6, butilenul C4H8, pentilenul C5H10, hexilenul C6H12, etc.Primele trei hidrocarburi din aceasta serie sunt gazoase , iar restul lichide. Hidrocarburile nesaturate sunt mai putin stabile si , din aceasta cauza, ele au tendinta ,mai pronuntata spre oxidare ,formarea de gudron precum si descompunerea la cresteri mici de temperatura.

Hidrocarburile acetilenice ,CnH2n -2, la fel ca si cele olefinice sunt nesaturate.La acestea doi atomi de carbon formeaza o legatura dubla sau tripla intre ei , care substituie atomii de hidrogen care lipsesc .

Hidrocarburile naftenice pot fi obtinute din cele alifatice cu catena deschisa in cazun in care capetele catenei de atomi de carbon se unesc si se formeaza un inel, prin eliminarea a doi atomi de hidrogen .In grupa hidrocarburilor naftenice intra doua serii principale:

1) hidrocarburile cicloparafinice CnH2n :2) hidrocarburile cicloolefinice CnH2n-2.

Cicloparafinele sau ciclanele datorita structurii lor ciclice, sunt mai rezistente la oxidare decat alcanii.Ciclanele si alcanii reprezinta partea componenta majoritara a combustibililor folositi pentru alimentarea motoarelor diesel.

Hidrocarburile aromatice sunt formate din cicluri cu structure benzenice , cu sase atomi de carbon cu legaturi duble care alterneaza cu legaturi simple,avand formula generala Cn H2n-6.Datorita structure lor ciclice , hidrocarburile aromatice au o stabilitate chimica mare in comparative cu celelalte hidrocarburi.Principalele hidrocarburi aromatice sunt : benzenul C6H6,toluenul C7H8 si orto-xylenul C8H10.

Pe langa langa hidrocarburile prezentate mai trebuie mentionate: alcoolii si eterii.Alcoolii se obtin prin inlocuirea la hidrocarburile alifatice , din seria parafinica, a unui atom de hidrogen ,prin grupun hidroxil OH.

Aromaticele intra in special in componenta gudroanelor de huila si uleiurilor si mai rar se intalnesc in produse petroliere .Pentru alimentarea MAC combustibilii aromatici sunt mai putin corespunzatori.

Tipurile si proportiile de hidrocarburi din titei determina in principal compozitia si tipurile si combustibililor lichizi .Titeiurile contin diferite hidrocarburi , de la cele cu un singur atom de carbon in molecula pina la hidrocarburi cu 50 de atomi de carbon in molecula .In cea mai mare parte titeiul contine pina la 80-90% hidrocarburi parafinice si naftenice.

Propietatile fizico-chimice ale combustibililor

Insusirile combustibililor de a fi folositi pentru alimentarea motoarelor cu ardere interna sunt justificate prin caracteristicile lor de exploatare care trebuie sa satisfaca mai multe conditii impuse de factorii fizici, chimici si functionali .Trebuie mentionate de asemeni , conditiile impuse de alimentarea motorului , de transportul , manipularea si depozitarea combustibilului.

Propietati care influenteaza aprinderea si arderea

Atit in MAC cat si in MAS , arderea combustibilului lichid se realizeaza in conditii optime in stare gazoasa .De gradu de vaporizare a combustibilului , depind mai multe calitati functionale ale motorului , cum sunt : pornirea usoara, functionarea economica , uzura principalelor organe , stabilitatea in timpul functionarii, functionarea linistita sau violenta.De asemenea , de gradul de vaporizare depind pierderile de combustibil la transportul si depozitarea acestuia, precum si pericolul de incendiu.

Compozitia fractionate .

Combustibilii pentru MAI sunt amestecuri de hidrocarburi care se vaporizeaza la temperature diferite .Fractiuniile de hidrocarburi continute in combustibili se deosebesc , intre ele , prin temperaturile lor de fierbere .Compozitia pe fractiuni a combustibilului se numeste compozitie fractionate .In fig 3.1 se dau rezultatele distilarii produselor petroliere lichide prin curbele care redau compozitia fractionata a combustibilului in functie de temperature de distilare.

Fig 3.1

Caracteristicile de distilare fractionata prezinta importanta pentru aprecierea calitatii combustibiliilor cu care sunt alimentate atit MAS cat si MAC, intrucat viteza de ardere si de degajare a energiei depind, in foarte mare masura de viteza de vaporizare a combustibilului.

Densitatea

Cunoasterea densitatii combustibililor lichizi prezinta importanta . Unele propietati fizico-chimice ale combustibililor depind si de densitatea lor.Asa de exemplu continutul de fractiune grele, dintr-un combustibil creste odata cu densitatea lui.Indicele diesel se determina cu ajutorul densitatii .Totusi , combustibilii avand aceeasi densitate dar compozitii chimice diferite vor avea propietati diferite.

In practica se foloseste si densitatea relative , care este raportul dintre densitatea combustibilului la +20 `C si densitatea apei la +4`C.Densitatea relative a combustibilului se noteaza cu D4 20.Densitatea relative a combustibililor romanesti se afla intre limitele din tabelul 3.1 .

Vascozitatea

Rezistenta la curgerea a unui fluid , datorita fortelor de frecare interioara se numeste vascozitate .Vascozitatea combustibililor lichizi exprima fluiditatea lor. Vascozitatea se determina prin mai multe metode , care depind de felul in care se dineste vascozitatea.Se cunosc : viscozitatea dinamica, cinematica si relative .

Experientele au aratat ca vascozitatea unui combustibil creste un marirea presiunii de injectie . Un alt factor care influenteaza viscozitatea combustibilului este temperature. Cu cresterea temperaturii vascozitatea combustibilului se reduce (fig 3.2).

    Tabelul 3.1

Densitatea relative a combustibililor

    Fig.3.2

Dependenta dintre vascozitate si temperature

Tensiunea superficiala .

Lucrul mecanic necesar pentru marirea suprafetei libere a unui lichid cu un centimetru patrat se numeste tensiune superficiala .Rezultatele experimentale arata ca tensiunea superficiala are o mare influenta , asupra pulverizarii combustibilului.Cu cresterea tensiunii superficiale , creste diamentru mediu al picaturilor de combustibil pulverizat , deci finetea si omogenitatea depind de natura hidrocarburilor de fractiuni grele, care produce cresterea densitatii combustibilului , mareste tensiunea superficiala.

3.6.5 Aprecierea calitatilor combustibililor pentru MAC.

Calitatile la autoaprindere ale combustibilului au influenta mare asupra economicitatii si durabilitatii MAC . Pentru aprecierea calitatilor la autoaprindere ale combustibililor , se folosesc urmatorii indici : a) temperatura de autoaprindere ;b) cifra cetanica ; c) indicele diesel .

Temperatura de autoaprindere este temperature minima la care combustibilul se aprinde fara interventia unei surse exterioare .Cu cat temperature de autoaprindere este mai scazuta cu atat si perioada de timp dintre inceputul patrunderii combustibilului in cilindrul si aprinderea lui va fi mai mica iar functionare motorului mai silentioasa.

Temperatura de autoaprindere este temperatua minima la care combustibilul se aprinde fara interventia unei surse exterioare . Cu cat temperature de autoaprindere este mai scazuta cu atat si perioada de timp dintre inceputul patrunderii combustibilului in cilindru si aprinderea lui va fi mai mica iar functionarea motorului mai silentioasa.

Temperatura de autoaprindere a combustibilului depind de stabilitatea termica si la oxidare a moleculelor si anume de masa lor moleculara.Moleculele cu un numar mare de atomi de carbon cracheaza cu usurinta si se oxideaza rapid.Dupa datele experimentale rezulta ca pentru combustibilii lichizi, temperature de autoaprindere scade o data cu cresterea presiunii aerului , conform fig 3.3.

Cifra cetanica este indicele principal pentru determinarea calitatilor de aprindere a combustibilului si se determina prin compararea combustibilului dat, cu un combustibil etalon. Combustibilul dat si cel etalon trebuie sa aiba in conditii identice de incercare , calitati identice la autoaprindere.Combustibilul etalon este format dintr-un amestec de doua hidrocarburi pure :cetanul si alfa-metil-naftalenul.

Cetanul este o hidrocarbura parafinica , alcan linear , care din cauza numarului mare de atomi de carbon si a structurii moleculare , se descompune cu susurinta la temperature relative joase.Pe aceasta baza I se atribuie conventiona cetanului o cifra cetanica egala cu 100 unitati .Alfa-metil-naftalenul este o hidrocarbura aromatica cu molecule compacte, avand si legaturi duble ceea ce face necesara o temperature mai inalta si o durata mai indelungata de timp pentru autoaprinderea ei.I se atribuie acestei hidrocarburi o cifra cetanica egala cu zero

Cifra cetanica CC a unui combustibil reprezinta procentul in volume de cetan intr-u amestect de cetan si alfa-metil-naftalen care are aceeleasi propietati la autoaprindere , in conditii identice de incercare , ca si combustibilul dat.

Durata intarzierii la autoaprindere se reduce cu cresterea cifrei cetanice a combustibilului.

Marimea optima a cifrei cetanice poate fi apreciata analizand influenta pe care o are asupra factorilor principali de care depind functionarea si economicitatea motorului cu aprindere prin comprimare.Acesti factori sunt:perioada de intarziere la autoaprindere si viteza de crestere a presiunii in timpul arderii, exprimata prin gradientul dp/dx.Analizand variatiile celor doi factori in functie de cifra cetanica conform curbelor in figura 3.4 se constata : a)combustibilii avand CC mai mica de 40 de unitati influenteaza defavorabil functionarea motorului; b) in cazul combustibiliilor cu CC mai mari de 50 de unitati , nu se obtin avantaje deosebite pentru calitatile de functionare ale motorului .Dec cifra cetanica nu trebuie sa fie mai mica de 40 unitati dar nici mai mare de 50 unitati., nu se obtin avantaje deosebite pentru calitatile de functionare ale motorului .Deci cifra cetanica nu trebuie sa fie mai mica de 40 de unitati , dar nici mai mare de 50 de unitati.

Fig 3.4

Indicele diesel .

Stabilirea calitatilor de autoaprindere ale combustibililor , prin determinarea cifrei cetanice este laborioasa.De aceea in practica se foloseste indicele diesel , care este un criteriu mai comod pentru aprecierea gradului de stabilitate al combustibilului la autoaprindere .Indicele diesel este determinat prin doua marimi : punctual de anilina si densitatea relative a combustibilului . Punctiul de aniline este acea temperature si densitate relative a combustibilului STAS 178-74.Densitatea relativa a combustibilului

este cu atat mai mica cu cat continutul de parafina este mai mare , iar continutul de aromatice este mai mic ,STAS 37-73.Indicele diesel se determina pe baza celor doua marimi: ID = AB/100 in care : A este punctual de aniline al motorinei in grade Fehrenheit ; B - densitatea relative a motorinei in grade API (American Petrolium Institute) .Marimile A si B pot fi determinate dupa STAS .

Cu cat indicele diesel este mai mare cu atat comportarea la autoaprindere a motorinei este mai buna .Intre indicele diesel si cifra cetanica exista o concordanta satisfacatoare pentru toate hidrocarburiile , cu exceptia izoalcanilor.In fig. 3.5 este reprezentata curba de corelatie dintre indicele diesel si cifra cetanica . Pentru motorinele provenite din titeiurile romanesti alcanice ,ID variaza intre 76 51 .

Fig 3.4

Dependenta dintre cifra cetanica si indicele diesel

Fig. 3.3

Variatia temperaturii de autoaprindere in functie de presiunea aerului

2. Clasificarea combustibiliilor navali

Incepand cu ani '70, dupa socurile petroliere din 73/74 si 78/79, s-a constat impactul influentelor cu character politic si economic asupra activitatilor industriale, deci asupra domeniului naval. Ca atare, s-a facut simtita o orientare in sensul cresteriieficientei activitatilor din domeniul naval in conditiile cresterii consturilor combustibililor.

Consecintele s-au regasit imediat in activitatile de proiesctare si constructie a navelor si a motoarelor cu ardere interna.Pentru acestea din urma, se constata o asa-numita

tendinta de "degradare" a combustibililor utilizati, adica se folosesc combustibilii grei, mult mai ieftin.

In aceste conditii, s-a impus adoptarea unor criterii suplimentare, fata de clasica vascozitate, in clasificarea combustibililor din domeniul naval, iar numarul de institutii implicate in procesul de standardizare a devenit relativ mare.

Astfel, principalele institutii ce au contributie active in standardizarea combustibililor folostiti in domeniul naval sunt :
ISO -International Organisation for Standardization;

BSI - British Standards Institution;

CIMAC-International Concil on Combustion Engines

ASTM- American Society for Testing of Materials;

ICS- International Chamber of Shipping

GCBS- General Council of British Shipping;

DnV- Det Norske Veritas;

GL- Germanisher Lloyd.

Alte societati implicate in acest process de standardizare sunt si marile firme ce produc si desfac produsele petroliere si lubrifianti: SHELL, CASTROL, BURMAH.

Primele eforturi dateaza din anul 1977, insa primele standarde coerente au fost emise de BSI, in 1983, in publicatia British Standards Specifications for Petroleum Fuels for Marine Engines and Boilers. Astfel, combustibilii sunt sortati in 12 clase: M1, M2 M12, in functie de proprietatile lor fizice: vascozitatea, cifra cetanica, densitatea, punctul de inflamabilitate, punctul de congelare, continut de apa, sulf, vanadium si sedimente etc. Standardizarea poarta codificarea BSMA 100:82/

Activiatatea de standardizarea cea mai complexa a desfasurat-o un colectiv international in cadrul ISO, reusind ca in perioada 1980-1987 sa puna la punct un standard recunoscut pe plan international: ISO - Standardization of Marine Fuels.

Acest standard cuprinde trei parti:

ISO International Standard 8216/0 Partea 0: generalitati (clasificarea produselor petroliere de tip combustibili);

ISO international Standard 8216/1 Partea 1: categorii de combustibili navaili (clasificare);

ISO International Standard 8217 produse petroliere tip combustibil (cerinte si specificatii);

Standardul ISo 8216/0 face urmatoarea claficare a principalelor familii de combustibili utilizati in domeniul naval: Clasificarea detaliata a combustibililor navali apare in standarul ISO 8216/1:

Tabelul 1

Tabelul 2

.

3.3.Asigurarea exploatarii motoarelor prin calitatea agentilor de lucru

3.3.1Combustibili navali

3.3.1.1 Generalitati

Combustibilii utilizati in sistemele de propulsie navale pot fi clasificati in functie de starea de agregare in urmatoarele categorii:

combustibili lichizi : sunt amestecuri de hidrocarburi, obtinute prin distilarea fracionata a titeiului brut;

combustibili gazosi: sunt utilizati atat sub forma comprimata, cat si lichefiata;

bombustibili solizi: sunt utilizati in instaliile de propulsie dotate cu turbine cu abur sua rurbine cu gaze, combustibilul solid fiind ars in cazanul cu abur, respectiv in camere de ardere.

Sistemele de propulsie intalnite la bordul navelor flotei comerciale folosesc, in general, combustibilii lichizi, proveniti din distilarea titeiului.

Observatie: Prin distilarea intelegem trecerea unui lichid in stare gazoasa (vapori), condesarea vaporilor si colectarea lichidului condesat, numit distilat.

Distilarea fractionala reprezinta separarea unui ameste de mai multe lichide, care au punctele de fierbere diferite, prin colectarea separate a fractiunilor care fierb fiecare la o alta temperatura.

Avantajele utilizarii combustibililor lichizi:
puterea calo rica mare;

tendinta redusa la autoaprindere;

depozitarea si pastrarea usoara la bord,

transvazare simpla intre depozite riverane si spatiile de depozitare de la bord (tancuri bunker)

Dezavantajele utilizarii combustibililor lichizi:costul ridicat comparative combustibilul solid prezenta fractiunilor usoare, care se evapora la temperaturi relativ scazute;

Procedee de rafinare

Titeiul reprezinta un amestec de hidrocarburi, care sunt caracterizate de temperaturi de fierbere si vascozitati diferite. Din punct de vedere al structurii moleculare si al proprietatilor fizico- chimice, hidrocarburile pot fi clasificate astfel:
hidrocaburi naftenice sau ciclane, care se obtin din a doua categorie prin inchiderea catenei; hidrocarburi normale sau alifatice, care prezinta o catena deschisa; hidrocarburi aromatice, care contin structuri benzenice.

Tipurile si proportiile de hidrocarburi existente in titei determina si tipul combustibililor lichizi. In general, titeiul contine circa 80-90% hidrocarburi parafinice si naftenice. Hidrocarburile parafinice sunt o subgrupa a hidrocarburilor alifanice, a caror catena este complet saturate cu atomi de hidrogen ex: metan, etan, propan, butan, combustibililor utilizati in sistemele de propulsie navale, si in speta in motoarele cu pentan, hexan etc.

Obtinerea ardere interna, presupune o separare acestor hidrocarburi intr-o serie de fractiuni, printr-un proces de distilare, urmat de procese secundare de rafinare. Principala caracteristica a fractiunilor distilate, in prima faza, o reprezinta evaporarea lor atunci cand sunt incalzite intr-un anumit interval de temperature.

Se impune observatia ca este impropriu din punct de vedere practic a se obtine fiecare tip de hidrocarbura, in urma procesului de distilare, intrucat numarul de specii de hidrocarburi existente intr-o singura fractiune este foarte mare. Astfel pentru o benzina provenita din distilarea titeiului, in interval de fierbere 40-180 °C, pot exista theoretic 678 de hidrocarburi, dar s-a constat ca in 67% din volumul acestei benzine regasim doar 30 de hidrocarburi.

In urma distilarii primare circa jumatate din cantitatea de titei supusa acestui proces se regaseste in distilat, iar cealalta jumatate va fi supusa unei distiliari in vid. Distilatul este reprezentat de asa -numitele produse petroliere usoare sau albe. Distilarea in conditii de vid a reziduului obtinut prin distilare primara, este impus de faptul ca este necesara o incalzire a acestuia la o temperature mai scazuta decat in cazul utilizarii unor conditii caracterizate de o presiune comparabila cu cea atmosferica.

In urma acestor procese, fractiunile reziduale sunt caracterizate de prezenta unor hidrocarburi cu catene relativ mari. Obtinerea unor produse petroliere albe presupune diminuarea, in continuare, a marimii catenei, acest lucru fiind realizat prin procese de transformare secundare.

Cel mai utilizat procedeu la ora actuala, ce permite obtinerea combustibililor utilizati in general, in motoarele cu ardere interna este craarea, cu cele doua varinate alea sale: cracarea termica, respectiv catalitica.

Observatie: Cracarea reprezinta operatia industiala in care, prin ruperea catenelor hidrocarburilor din care sunt compuse produsele rezultate din distilarea primara a titeiului, se obtin hidrocarburi usoare si reziduuri grele.

Cracarea termina este tipul de cracare datorat actiunii temperaturii inalte, iar cracarea catalitica este tipul de cracare datorat contractului, la temperaturi inalte, dintre materialul de cracat si un catalizator.

Prin cracare se obtin produse a caror vascozitate este mult mai redusa decat cea a reziduului rezultat din distilari.

Ca atare, putem afirma ca in urma distilarilor se obtin produsele albe si ca reziduuri motorine, pacura, etc., iar din cracari gaze si benzene usoare (incadrate la categoria produselor albe) precum si reziduuri grele.

Standardul ISO 8217 contine lista cu proprietatile combustibililor dinstilati si reziduali, mai sus prezenti, care apar si in buletinul de analiza ce insoteste orice sortiment de combustibili livrat de producator.

In tara noastra standardele sunt asemanatoare cu cele emise de BSI si amintim STAS 240-280 ( pentru motorina), STAS 51-80 ( pentru pacura). NID 6737-76 (pentru combustibili utilizati in motoare diesel si la nave).

O alta societate care a emis un standard este CIMAC, prin publicarea, in decembrie 1985, recomandarilor sale, sub titlul CIMAC- Recommendations regardin Requirements for Residual Fuels for Diesel Engines. Aceasta clasifica familiile de combustibili in 13 categorii, care sunt corelate si cu standarde ISO si BSI.

De asemenea, se impune sa amintim si clasificarea uzitata de firma SHELL, unul dintre cei mai mari producatori si distribuitori de combustibili si lubrifianti. Astfel, combustibilii sunt distribuiti in trei categorii:

GAS OIL, reprezinta motorina, ca produs distilat; este distilatul de cea mai buna calitate utilizat in activitati navale; codificarea acestui tip de combustibil este GO;

MARINE DIESEL FUEL OIL: reprezinta distilatele grele ce au continut foarte redus de combustibili reziduali; codificarea acestui tip de combustibil este MDF;

MARINE FUEL OIL: reprezinta toti combustibilii reziduali, caracterizati de cea mai ridicata vascozitate; codificarea este urmatoarea: MFO***, unde *** este un numar ce reprezinta vascozitatea cinematica a combustibililor, in cSt la 50°C.

In general pentru o mai buna corespondenta intre standardizarile prezentate se poate lucra si cu umratoarele detaliere a categoriilor de combustibili:

GAS OIL;

MARINE DIESEL FUEL;

THIN FUEL OIL (TFO): dupa SHELL reprezinta un amestec de combustibili cu o vascozitate maxima indicata de cumparator;

INTERMEDIATE FUEL OIL (IFO): reprezinta de numireadata TFO-ului de catre altii furnizori decat SHELL; este un combustibil intermediar;

INTERMEDIATE FUEL (IF): idem IFO;

MARINE FUEL OIL;

HEAVY FUEL OIL (HFO): este combustibilul greu (residual)

Observatie: mentionam ca denumirea de DIESEL FUEL este data distilatelor grele care au un continut redus de combustibilii reziduali. Este denumirea comuna pentru MDF si MDO, date dupa standardizarea SHELL.

Proprietati fizico-chimice ale combustibililor

Proprietatile fizico-chimice sunt acele insusiri ale combustibililor care justifica utilizarea lor ca element generator de energie in motoarele cu ardere interna. Ne propunem in continuare sa enumeram si sa explicitam principalele proprietati, ce apar inscriptionate in standardele anterioar prezentate, precum si implicatiile acestora in procesul de exploatare a motorului.

1.Vascozitatea: reprezinta rezinstenta la curgere a unui fluid, datorita fortelor de frecare interioare. Altfel spus, vascozitatea este o masura a fluiditatii combustibilului si a coeziunii moleculare.

In privinta unitatilor de masura si a modului de determinare, mentionam ca ele sunt direct dependente de modul de definire a vascozitatii. Se cunosc doua tipuri de vascozitati:

vascozitate cinematica :

unitati de masura: in SI m²/s;

alte unitati: St ( Stokes);

vascozitate dinamica:

unitati de masura: in SI Pa x s (pascal x sec);

alte unitati: P ( Poise).

Relatii de echivalenta intre unitatile de masura :

1cst=10ˉ²St=10ˉ

1.Generalitati

Combustibilii utilizati in sistemele de propulsie navale pot fi clasificati in functie de starea de agregare in urmatoarele categorii:

- combustibili lichizi: sunt amestecuri de hidrocarburi obtinute prin distilarea fractionata a titeiului brut