På trods af den teknologiske udvikling er bilforbrændingsmotorer stadig stort set ansvarlige for forurening i byer
Billede: Evgeny Tchebotarev på Unsplash
De første motorer dukkede op i det 18. århundrede. De blev drevet af ekstern forbrænding med brug af brænde - de berømte dampmaskiner. I det 19. århundrede dukkede de første forbrændingsmotorer op, hvor brændstoffet forbrændes inde i selve motoren. Forbrændingsmotorer har en fordel i forhold til dampmaskiner på grund af deres alsidighed, effektivitet og muligheden for at tilpasse sig forskellige typer maskiner. Alligevel er de stort set ansvarlige for at producere bilforurening.
Forbrændingsmotorer begyndte at blive undersøgt og forbedret og blev brugt i dag i stor skala til transportmidler - fly, biler, stier og andre biler, skibe osv. Med væksten i dets anvendelse var der bekymring over problemer, der er forbundet med motorer, såsom emission af gasser, der genererer luftforurening og forårsager sundhedsmæssige problemer i befolkningen.
I årenes løb er forbrændingsmotorer forbedret og forurener mindre og mindre end deres forgængere. Disse forbedringer skyldes primært foranstaltninger som: udskiftning af karburatorer, der mekanisk førte luft / brændstofblandingen ind i motorerne, til det elektroniske indsprøjtningssystem, der bruger mindre brændstof og skaber mere ideelle blandinger; skabelsen af katalysatorer (eller katalysatorer), der omdanner en del af de gasser, der genereres ved forbrænding, til ikke-giftige gasser, inden de udledes blandt andet gennem køretøjets udstødning. Stigningen i køretøjsflåden og koncentrationen af befolkningen i bycentre er dog faktorer, der holder problemet med bilforurening i luften - bogstaveligt talt.
Ved du, hvordan din bilmotor fungerer?
For at forstå, hvordan forurenende gasser dannes i køretøjer, er det vigtigt at lære, hvordan motoren fungerer. De fleste biler har såkaldte firetaktsmotorer: indsugning, kompression, ekspansion-eksplosion og afladning. Videoen indeholder en meget forklarende animation om driften af benzin- og dieselmotorer.Kort sagt, hvad bilens motor gør er at kombinere luft fra atmosfæren (med en høj iltkoncentration) med brændstof. Denne blanding genererer en eksoterm kemisk reaktion (med varmeudgivelse), der forårsager udvidelse af gasser i forbrændingskammeret ved at trykke på stemplet, som nedad genererer en roterende bevægelse i motoren - og dermed omdanner varmen til arbejde - og de gasser, der skyldes forbrændingen, er elimineres ved at åbne afgangsventilen - dette er forurening af biler.
Forbrænding
For at forbrændingen skal forekomme, skal der være tre elementer:- Brændstof: hovedsageligt kulbrinter sammensat af brint (H) og kulstof (C) i forbrændingsmotorer;
- Oxygen: oxiderende;
- Varme: I forbrændingsmotorer genereres varme af gnisten (benzinmotoren) eller ved kompression af den indlagte luft (dieselmotor).
- Forbrændingen af brændstofkulbrinter kan være fuldstændig eller ufuldstændig.
Det komplette sker, når der er nok ilt til at forbruge alt brændstof. For forbindelser fremstillet af kulstof og brint (kulbrinter) er produkterne med fuldstændig forbrænding: kuldioxid (CO2), vand (H2O) og energi. Komplet forbrænding er ideel, da den udnytter brændstoffet bedre, men det genereres som et resultat af reaktionen kuldioxid, der til trods for ikke at være en giftig gas - kun hvis det lækkes i store mængder i lukkede miljøer, hvilket gør det kvælende - er en velkendt drivhusgas.
Ufuldstændig forbrænding, når der ikke er nok ilt til at forbruge alt brændstof, genererer bilforurening. Det kan have som kulstofmonoxid (CO), elementært kulstof (C) - sod (mørk røg, dannet af små faste kulpartikler) - aldehyder og partikelformige materialer.
Det er også til stede i sammensætningen af brændstoffer, men i en mindre mængde kvælstof og svovl, der når de gennemgår forbrændingsprocessen danner giftige forbindelser såsom svovldioxid (SO2), hydrogensulfid (H2S) og nitrogenoxider (NOx). Dannelsen af nitrogenoxider er en vanskelig proces at kontrollere, da der foruden at være til stede i brændstoffet også findes nitrogen i luften - i form af gasformigt nitrogen (N2) - som ved høje temperaturer i forbrændingskammeret kan gennemgå reaktion med ilt.
Folkesundhedsproblemer og miljø
Gasserne, der danner forurening af biler, der genereres i forbrændingsmotorer, kan forårsage flere problemer for menneskers sundhed og miljøet. SO2- og NOx-oxider påvirker luftvejene og forårsager sur regn, CO reducerer iltbæreevnen i blodet og partikelformede materialer forårsager luftvejsallergier og er vektorer (bærer) af andre forurenende stoffer (tungmetaller, organiske kræftfremkaldende forbindelser) ).
Når der er en stor emission af forurening i byer, er der stadig naturlige fænomener, såsom termisk inversion, som forværrer forureningsscenariet, da det gør det vanskeligt at sprede disse gasser og holder befolkningen udsat for dem i en længere periode.
I 2002 udgav United States Environmental Protection Agency (EPA) en rapport, hvori den advarede om risikoen ved langvarig eksponering for dieselolie-dampe. Ifølge rapporten kan langvarig inhalation af disse partikelformige materialer, svovl og nitrogenoxider, forårsage kræft hos mennesker. I 2013 konkluderede Det Internationale Agentur for Kræftforskning (Iarc), at emissioner fra dieselmotorer faktisk forårsager lungekræft og sandsynligvis også blærekræft. I London har der endda været et dødsfald forårsaget af luftforurening fra biler.
Forskel mellem forbrændingsmotorer
Benzin- og dieselmotorer
Driften af benzin- og dieselmotorer er ens, som forklaret ovenfor. Den væsentligste forskel mellem disse motorer er, at der i benzinmotoren, hvad der kommer ind i forbrændingskammeret, er en blanding af luft og brændstof, og tændingen (start / start af forbrænding) af denne motor opstår fra en gnist fra tændrøret. tænding. I dieselmotoren indsættes oprindeligt kun luft i forbrændingskammeret, som derefter komprimeres af stemplet, og tændingen sker fra injektionen af diesel i denne luft ved højt tryk.
Benzin er et meget eksplosivt brændstof (som vist i videoen), hvilket garanterer bilen en høj effekt med hurtig respons i rotation. Dieselmotoren har en langsommere og mere kontinuerlig brændstofforbrænding, "skubber" stemplet ned på en mere varig måde og tilbyder større drejningsmoment (rotationsindsats) med langsomme omdrejninger. Dette gør den stærkere og derfor mere velegnet til brug i transportmidler med store belastninger. Denne fordel giver også dieselmotoren karakteristikken ved at være mere holdbar, da den medfører mindre indvirkning på motorens krumtap (krumtapaksel).
I dieselmotoren finder brændstofindsprøjtning sted under den konventionelle spontane forbrændingsproces, hvor diesel injiceres i luft, der er stærkt komprimeret. Dette resulterer i en pludselig stigning i temperaturen og når niveauer, der tilvejebringer dannelsen af NOx og bidrager til pyrolyseprocessen (analyse eller nedbrydningsreaktion, der opstår ved virkning af høje temperaturer), hvor der dannes partikulært materiale. Dette brændstof er mindre flygtigt. Da den injiceres direkte i trykluft (hvor forbrændingen begynder), ender dens blanding med at være mindre homogen end den, der forekommer i benzin. Manglen på overskydende luft i reaktionsblandingen forårsager ufuldstændig forbrænding, der udsender sod, kulilte (CO) og kulbrinter (HC). For disse faktorer, dieselmotorer sammenlignet med benzinmotorer,de udsender normalt syv gange mere forurenende stoffer i atmosfæren med hensyn til emission af partikler. Benzin udsender højere procentdele af kuldioxid (CO2).
Flex-motor
Flex-motoren er den motor, der fungerer med mere end en type brændstof. I Brasilien er det mest almindelige fleksible brændstof køretøj, der bruger benzin og ethanol.
Motoren i disse flexbiler er en. For at få det til at fungere med både benzin og ethanol har det nogle variabler, der forstyrrer dets drift. Blandt disse variabler kan vi nævne det støkiometriske forhold mellem motoren (luft / brændstofblanding), der varierer med brændstofkarakteristikken, med større eller mindre brændværdi, som også varierer motorens brændstofforbrug. Det fleksible køretøj med brændstof har en sensor, der registrerer blandingen af det brændstof, der er indsat i tanken, og justerer indsprøjtningen i henhold til blandingen.
