Combustibili

I motori a combustione interna sono macchine che trasformano l'energia termica posseduta da un combustibile in lavoro.

Calore e lavoro sono due forme di energia.

Il lavoro si misura in joule [J]

Il calore si misura in calorie [Cal]

Esiste una relazione tra le due unità di misura: 

1 Cal = 4,186 J

La trasformazione che consente di sfruttare l'energia termica posseduta dai combustibili si chiama combustione.

Si tratta di una reazione chimica che genera notevoli quantità di calore quando degli elementi chimici reagiscono con l'ossigeno (O2).

L'ossigeno prende il nome di comburente, mentre gli elementi che reagiscono con esso si dicono combustibili.

Gli elementi chimici che sviluppano il calore più elevato reagendo con l'ossigeno sono:

• il carbonio (C)

• l'idrogeno (H)

Le reazioni di combustione dei due elementi sono le seguenti:

C + O2 --> CO2 + calore

2H2 + O2 --> 2H2O + calore

Combustibili diversi generano quantità di calore diverse quando reagiscono con l'ossigeno. Per potere comparare la capacità dei vari combustibili di generare calore si utilizza il potere calorifico.

potere calorifico = quantità di calore ottenuta dalla combustione di un kg di combustibile

Il potere calorifico può essere misurato senza tenere conto del calore recuperato dalla condensazione dell'acqua: 

PCI = potere calorifico inferiore

oppure tenendo conto anche del calore recuperato dalla condensazione dell'acqua contenuta nei fumi:

PCS = potere calorifico superiore

In natura esistono vari tipi di combustibili:

• il petrolio

• il gas naturale

• il carbone

• la legna

Il petrolio è il combustibile più utilizzato, si tratta di una miscela di idrocarburi (cioè sostanze formate da carbonio e idrogeno).

Il petrolio è un ottimo combustibile perchè:

• è abbondante in natura

• è relativamente economico

• presenta un elevato potere calorifico

La lavorazione del petrolio, detta raffinazione, è costituita da tre fasi:

• topping e vacuum

• cracking e reforming

• idrodesolforazione

Il topping è una distillazione che consente di separare il petrolio greggio in varie frazioni all'interno di una Colonna di Frazionamento.

La torre di frazionamento è composta da una torre cilindrica in acciaio alta circa 30 m e larga 3,50 m.

All’interno della torre ad intervalli regolari si trovano dei piatti orizzontali forati, muniti di appositi passaggi, alcuni dei quali sormontati da coperchi detti campane di gorgogliamento. 

La temperatura della torre è elevata alla base e va diminuendo con l’altezza. 

Il petrolio che entra alla base della torre è preriscaldato in un forno fino a 360°C. 

I componenti che hanno punto di ebollizione inferiore a quella temperatura, salgono la torre sotto forma di vapore. 

Incontrando i piatti e le campane di gorgogliamento che sono al di sotto della temperatura di ebollizione, condensano e si depositano sul piatto allo stato liquido. 

Apposite tubazioni possono raccogliere queste frazioni liquide e allontanarle dalla torre. 

Le frazioni ad elevato punto di ebollizione che non evaporano entrando nella torre, si spostano alla base e, data l’elevata temperatura, passano allo stato aeriforme e, condensando, si raccolgono sui piatti inferiori.