UNIVERSITATEA “POLITEHNICA” DIN TIMIŞOARA

FACULTATEA DE MANAGEMENT ÎN PRODUCŢIE ŞI TRANSPORTURI

Proiect de diplomǎ

Metode indirecte de combatere a poluǎrii chimiceMetode indirecte de combatere a poluǎrii chimice

generatǎ de cǎtre traficul rutiergeneratǎ de cǎtre traficul rutier

Conducător ştiinţific : S.L.Dr. .ing. ŞTEFĂNESCU WERNER

Candidat :

2006

1

Cuprins

Introducere……………………………………………………………………………4

Capitolul I

STUDIUL PRIVIND POLUAREA MEDIULUI DE CǍTRE TRAFICUL

RUTIER

1.1 Generalitǎţi……………………………………………………………………….8

1.2 Surse de poluare…………………………………………………………………9

1.2.1 Surse naturale de poluare……………………………………………………..10

1.2.2 Surse artificiale de poluare................................................................................12

1.2.3 Alte surse de poluare………………………………………………………….22

1.3 Poluanţii şi impactul asupra mediului ambiant………………………………….23

1.4 Efectele poluǎrii mediului……………………………………………………….34

1.4.1 Efectul de serǎ…………………………………………………………………36

Capitolul II

MODALITǍŢI DE REDUCERE A POLUǍRII MEDIULUI AMBIANT

2.1 Direcţii de acţiune privind standardele de poluare……………………………...41

2.2 Protocolul de la Kyoto la convenţia cadru a naţiunilor unite,

asupra schimbǎrilor climatice ………………………………..……………………..42

2.3 Elementele componente şi dinamica proceselor de ardere în eşapament……….44

2.4 Determinarea emisiei de noxe…………………………………………………..52

2.5 Sisteme naturale de reducere a poluǎrii mediului ambiant…………………….. 61

2.5.1 Sisteme constructive fizice de reducere a poluǎrii mediului ambiant...............62

2.5.2 Sisteme constructive chimice de combatere a poluǎrii mediului ambiant…….64

2

Capitolul III

IMPORTANŢA REDUCERII EMISIILOR POLUANTE GENERATE DE

CĂTRE TRAFICUL RUTIER

3.1 Reducerea emisiilor motoarelor şi vehiculelor………………………………...107

3.2 Concluzii generale……………………………………………………………..110

3.3 Contribuţii principale………………………………………………………….111

BIBLIOGRAFIE…………………………………………………………………..112

O P I S……………………………………………………………………………..115

3

INTRODUCERE

De-a lungul secolelor, Pǎmântul a fost profund modificat de activitǎţile

oamenilor. Conştienţi de pericolul ,care ameninţǎ viitorul, oamenii se strǎduiesc

astǎzi sǎ protejeze şi sǎ conserve planeta.

Timp de secole, oamenii au crezut cǎ rezervele Pamantului sunt inepuizabile. Astǎzi,

procesele de degradare s-au accelerat şi, ingrijoraţi, oamenii de ştiinţǎ au lansat

semnale de alarmǎ. Guvernele şi organizaţiile internaţionale au devenit conştiente de

pericolele care ameninţǎ mediul şi au stabilit mǎsuri pentru a ocroti viitorul

Pamântului.

Preocuparea principalǎ a societǎţii moderne este strâns corelatǎ de existenţa

omului, de asigurarea confortului socio-economic, de modificǎrile posibile în viitor

Studiile întreprinse au semnalat cǎ aceste preocupǎri, trebuiesc orientate cǎtre:

schimbǎrile climatice 11,5% ; dezvoltarea demograficǎ 11,4%; poluare 9,8%;

urbanism şi transport 9,7% ; energie 7,4% ; starea de sǎnǎtate 6,8 % etc.

Putem aprecia cǎ omul, a provocat în numai douǎ secole o schimbare a climatului

terestru similarǎ situaţiei care s-ar fi produs în mod natural într-o perioadǎ de 5000

de ani. Astfel , numai în ultimul secol , concentraţia de gaz carbonic a crescut cu

0,035 %, iar temperatura a crescut de la 0,6 ºC la 0,8ºC ceea ce a contribuit la

apariţia unor serii de catastrofe naturale : inundaţii, furtuni, cicloane, etc. Apariţia

fenomenului “Il Nino” ca exponent al acestor schimbǎri profunde climatice este

nemijlocit legat de creşterea temperaturii oceanului Pacific (periodicitatea fiind

cuprinsǎ între 5 şi 10 ani ) şi care se manifestǎ prin numeroase anomalii şi catastrofe

climatice.

Modul de succesiune a anotimpurilor : iarnǎ-varǎ, varǎ-iarnǎ s-a modificat foarte

mult, contribuind astfel la o împǎrţire a anului în douǎ anotimpuri, creşterea continuǎ

a temperaturii atmosferei cu implicaţii majore în generarea secetei prelungite de-a

lungul mai multor ani , absenţei apei de suprafaţǎ ce antreneazǎ la rândul ei o masivǎ

deşertificare şi degradare pronunţatǎ a solului, iatǎ câteva constatǎri generale care

confirmǎ intervenţia omului în modificarea climei planetei noastre.

4

Dezvoltarea demograficǎ constituie o altǎ problematicǎ a societǎţii, estimându-se

cǎ la sfârşitul secolului XXI populaţia planetei va atinge o valoare de aproximativ 10

miliarde de locuitori. Acest excedent de patru miliarde de locuitori va da posibilitatea

realizǎrii unor comunitǎţi umane de 30-40 milioane de locuitori , supraaglomeraţii ce

vor fi rezultatul accentuǎrii migraţiei, populaţei de la sate la oraşe , din ţǎri în curs de

dezvoltare în ţǎri puternic industrializate , din emisfera sudicǎ în cea nordicǎ.

Aceastǎ nouǎ configuraţie geo-demograficǎ, prin uriaşele probleme social-

economice, poate antrena şi distruge mediul ambiant şi poate pune în pericol întregul

edificiu ecologic ceea ce ar conduce la instabilitate şi chiar insecuritate .

Schimbǎrile climatice la nivel global sunt inevitabile , consumul de energie fiind

unul din principalii artizani ai acestor modificǎri .Energia globalǎ produsǎ în centrale

termice ca rezultat al arderii : petrolului, cǎrbunelui , gazelor naturale şi lemnului

este însoţitǎ inevitabil de creşerea bioxidului de carbon CO2 terestru.

Posibilitatea gǎsirii unor surse noi de energie , a unor tehnologii noi , de reducere

a consumului prin raţionalizare sunt desigur câteva modalitǎţi prin intermediul cǎrora

putem facilita conservarea potenţialului energetic general precum şi de reducere a

agenţilor poluanţi cu acţiuni distructive asupra structurii mediului ambiant.

O preocupare majorǎ a societǎţii moderne referitoare la schimbǎrile posibile în

viitor se va concentra în sfera urbanizǎrii, unde o contribuţie esenţialǎ

industrializarea şi activitatea rutierǎ.

Expansiunea urbanizǎrii, ca rǎspuns al creşterii populaţiei urbane cu circa 250%

în numai 15 ani, comparative cu zonele rurale, unde aceastǎ creştere reprezintǎ doar

75% s-a produs pe seama terenurilor extravilane prin anularea suprafeţelor agricole

fertile, dislocarea unor terenuri pentru construcţii, realizarea unor cǎi rutiere , cu

implicaţii în extinderea poluǎrii, vicierea atmosferei şi alterarea mediului ambiant.

Poluarea mediului urban este constantǎ şi excesivǎ, ca urmare a acumulǎrii

poluanţilor , furnizaţi de : complexele industriale , activitatea rutierǎ şi nu în ultimul

rand de rezidurile şi deşeurile menajere.

Acumularea agenţilor poluanţi este cu atât mai intensǎ cu cât densitatea

populaţiei creşte, fiind superioarǎ în centrul comunitǎţii urbane ca urmare a activitǎţii

5

rutiere şi mai scǎzutǎ la periferia acesteia, ca rezultat al activitǎţii platformelor

industriale.

Concentraţia elementelor nocive în atmosferǎ depinde în mare mǎsurǎ de

amplasarea geograficǎ a localitǎţii, condiţiile climatice, gradul de industrializare şi

intensitatea traficului rutier. Nici chiar în cadrul unei localitǎţi nu putem constata o

densitate uniformǎ a poluanţilor, evidenţiindu-se uneori o dublǎ densitate: una la

nivelul solului, iar cealaltǎ la nivelul clǎdirilor .

Calitatea necorespunzǎtoare a aerului , este determinatǎ de acţiunea nocivǎ a

surselor de poluare , de care activitatea rutierǎ nu este strǎinǎ ,contribuind cu o cotǎ

însemnatǎ şi fiind socotitǎ dupǎ industrie , cea mai mare furnizoare de poluanţi.

Protejarea aerului

Acumularea în atmosfera a diverselor gaze, în special vapori de apǎ, metan şi gaz

carbonic, a dus la accentuarea unui fenomen natural, efectul de serǎ. Acţionand ca un

scut, aceste gaze împiedicǎ radiaţiile calorice ale Soarelui reflectate de Pǎmânt sǎ

revinǎ în spaţiu; s-a observat deja o uşoarǎ creştere a temperaturii generale. Dacǎ

aceasta va continua sǎ creascǎ, calotele glaciare din Antarctica şi Groenlanda riscǎ sǎ

se topeascǎ. În acest caz, nivelul mǎrii ar creşte şi regiuni întregi ar fi inundate.

Deteriorarea stratului de ozon care protejeazǎ oamenii de radiaţiile ultraviolete îi

nelinişteşte de asemenea pe oamenii de ştiinţǎ. Acumularea de produse chimice în

straturile superioare ale atmosferei, în special clorofluorocarburile (CFC), contribuie

la reducerea substanţialǎ a stratului de ozon.

Astfel s-a putut observa, în special datoritǎ baloanelor-sondǎ, o subţiere (o “gaurǎ”) a

stratului de ozon deasupra polilor.

Din ce în ce mai conştiente de aceste pericole, majoritatea ţǎrilor industrializate au

hotarât sǎ protejeze atmosfera reducând emanaţiile de gaze nocive.

Protejarea apei

Asemenea aerului, apa este un element indispensabil vieţii, rezervele planetei nefiind

inepuizabile. Mǎri şi oceane, lacuri, fluvii şi râuri sunt poluate de deşeurile

industriale şi menajere ce sunt deversate în ele. Pânzele freatice, care constituie

rezervele de apǎ subteranǎ de unde este extrasǎ apa potabilǎ, sunt contaminate şi de

6

îngraşamintele şi pesticidele folosite pe scarǎ largǎ în agriculturǎ. Ploile acide

contribuie la poluarea apei. Din fericire, exista remedii.

Pentru a evita poluarea aerului şi, ca o consecinţǎ a acesteia, ploile acide, coşurile

uzinelor sunt prevǎzute cu filtre. Încetul cu încetul, se construiesc staţii de epurare în

apropierea oraşelor pentru asanarea şi reciclarea apelor uzate.

Rolul ecologiei

Astǎzi, oamenii işi pun cunoştinţele tehnice în serviciul protejǎrii naturii.

Amenajeazǎ terase pe terenurile în pantǎ pentru a diminua eroziunea solului,

planteazǎ copaci pentru stabilizarea solului sau pentru a servi drept paravânturi.

Construiesc diguri pe cursurile de apǎ sau de-a lungul malurilor pentru a stǎvili

creşterea apelor. Toate aceste amenajǎri, care transformǎ peisajul natural sunt

indispensabile vieţii noastre pe Pǎmânt. Ecologia, ştiinţa mediului, este în plinǎ

dezvoltare. Numeroase ţǎri au delimitat spaţii naturale, parcuri şi rezervatii, unde

fauna şi flora sunt protejate. Se practicǎ trierea şi reciclarea deşeurilor care erau

altǎdatǎ aruncate la gropile de gunoi, în apele curgǎtoare sau în mare. Oamenii fac

eforturi mai ales sǎ acţioneze împreunǎ, deoarece poluarea nu cunoaşte frontiere.

Acesta este motivul pentru care, în cursul Conferinţei Internaţionale, care a avut loc

la Rio de Janeiro în 1992, guvernele din 158 de ţǎri au hotarât de comun acord o

serie de mǎsuri preventive pentru a proteja viitorul planetei.

7

CAPITOLUL I

STUDIUL PRIVIND POLUAREA ATMOSFEREI DE CĂTRE

TRAFICUL RUTIER

1. 1 Generalitǎţi

Compoziţia atmosferei este un amestec de circa 10 gaze dintre care componentele

principale, dupǎ volum, sunt azotul (78%), oxigenul (21%) şi argonul (0,93%), gaze

care controlează temperatura şi compoziţia chimicǎ a atmosferei.

Existǎ de asemenea cantitǎţi mici din alte gaze: dioxid de carbon, neon, heliu,

metan, kripton, xenon, ozon, hidrogen, radon, la acestea adǎugându-se proporţii

variabile de vapori de apă (în medie 0,2 – 3%).

În ultimii ani cercetǎrile ştiinţifice au arǎtat cǎ structura chimicǎ a atmosferei este

în schimbare din cauze naturale sau antropogene (provocate de activităţile omului),

de aceea atenţia este focalizatǎ asupra impactului activitǎţii umane asupra atmosferei.

Omenirea prin activitǎţile ei contribuie la creşterea cantitǎţii de gaze poluante

eliminate în atmosferǎ, contribuind astfel şi la încǎlzirea globalǎ, la distrugerea

stratului de ozon şi la multe alte dereglǎri ale mediului natural.

8

1. 2 Surse de poluare

Clasificarea poluării:

1. După natura factorilor care provoacă poluarea:

A- poluare naturală, provocată de diverse cauze naturale: erupţii vulcanice, praful

şi nisipul transportat de vânt, etc.

B -poluare artificială, determinată de om ca rezultat al activităţilor gospodăreşti,

agricole, industriale, transporturi etc.

2. Dupǎ modul de emitere:

A - primari-emişi de surse direct identificate(CO;NO; NO2 O2 ;SO3;HCl;H2S;)

B- secundari –produşi în aer prin intracţiunea între doi sau mai mulţi poluanţi

primari sau prin reacţie cu constituenţi aerului(indirecţi).

3.După natura poluanţilor :

a) poluare fizică, produsă de zgomote, apă încălzită, radiaţii ionizante, etc.

b) poluare chimică, produsă de efluenţi gazoşi proveniţi de la diverse industrii, ionii

unor metale grele, pesticide etc.

c) poluare biologică, rezultată din infestarea mediului cu germeni patogeni,

eutrofizarea apelor etc.

4. După mediul în care acţionează :

a) poluarea atmosferei corespunde prezenţei unor substanţe străine acesteia sau

variaţiei semnificative a proprietăţilor sale.

b) poluarea solului constă în orice acţiune care produce dereglarea funcţionării

normale a acestuia, ca suport şi mediu de viaţă pentru plantele superioare din cadrul

diferitelor ecosisteme, naturale sau antropice.

c) poluarea apei, reprezintă alterarea calităţilor fizice, chimice şi biologice ale

apelor, produsă direct, sau indirect, în mod natural, sau antropic .

*Poluarea sonoră (sau fonică) constituie o altă variantă a poluării şi ea se

datorează efectului dăunător al zgomotelor de intensitate crescută, continuă sau

discontinuă, asupra urechii interne, în special la copii şi tineri, a căror

receptibilitate auditivă este deosebit de sensibilă.

9

* Zgomotele industriale din vecinătatea marilor intreprinderi, zgomotul străzii,

al întregii urbe sau al zecilor de waţi furnizaţi de aparatura muzicală electrică sau

electronică modernă, influenţează negativ auzul, diminuînd sensibilitatea

percepţiei auditive .

1. 2. 1 Sursele naturale de poluare

Sursele naturale produc o poluare accidentalǎ ,care se integreazǎ repede în ciclul

ecologic şi adesea sunt situate la distanţe mari de centrele populate.

Vulcanii pot polua atmosfera cu pulberi solide, gaze şi vapori, substanţe toxice

datoritǎ conţinutul lor mare de compuşi ai sulfului, ce rezultǎ în urma erupţiei şi a

pulverizǎrii lavei vulcanice în aer.

Vulcanii activi polueazǎ continuu prin produse gazoase emise prin crater şi

crǎpǎturi, numite fumarole. Dintre marile erupţii vulcanice o amintim pe cea a

vulcanului Krakatoa(Indonezia, 1883), când a fost proiectatǎ o cantitate de 50x106

tone de material vulcanic.

Aceastǎ erupţie a provocat o scădere cu 10% a transparenţei atmosferei timp de mai

multe luni şi a produs peste 100 000 de victime umane.

O altǎ erupţie importantǎ o constituie cea a vulcanului Mont Saint- Helens, din mai

1980 în SUA, care a fost însoţitǎ de o emisie de 3x106 tone, dintre care 1,4x106 au

ajuns în stratosferǎ. Un exemplu mai recent de erupţie vulcanicǎ este cel din 1991

când vulcanul Pinatubo din Filipine, a produs un dezastru asupra mediul înconjurǎtor

şi a fǎcut 700 de victime.

Furtunile de praf provocate de uragane, cicloane etc. asociate cu eroziunea solului

produc poluare atmosferică pe mari întinderi, ce pot cuprinde mai multe ţǎri sau pot

chiar trece de pe un continent pe altul. Pulberea poate fi ridicatǎ pânǎ la mare

înǎlţime şi odatǎ ajunsǎ într-o zonǎ anticiclonicǎ, începe sǎ se depunǎ.

Se estimeazǎ cǎ în fiecare an atmosfera poartǎ peste 30 de milioane de tone de praf,

ceea ce a produs ingroparea în timp a multor vestigii ale antichitǎţii.

10

La scarǎ globalǎ a fost sesizat faptul cǎ, în absenţa unor mǎsuri împotriva erodǎrii

solului, acesta va pierde 20% din suprafaţa terenurilor cultivabile din lume pânǎ în

2010.

Circulaţia prafului în atmosferǎ poate dura zeci de zile, cum a fost cazul unei furtuni

din Kansas din 1903, al cǎrei praf a circulat 68 de zile. În Romania cea mai puternicǎ

furtunǎ de acest fel a fost cea din 6-7 aprilie 1960, cu sursa în sudul Rusiei; aceasta a

redus radiaţia solarǎ vizibilǎ şi UV cu 50%.

Cantitǎţi mici de pulberi meteorice pǎtrund în mod constant în atmosferǎ, acestea

estimându-se cam la 10 000 tone/zi. Pulberile se depun cu o vitezǎ extrem de micǎ

deoarece au dimensiuni coloidale şi se considerǎ cǎ de la 10 km în sus, aerosolul de

origine extraterestrǎ este preponderent.

Trǎsnetul şi temperaturile ridicate din timpul sezoanelor calde sunt cauzele

declanşǎrii incendiilor din pǎduri, care se întind uneori pe suprafeţe de sute de

hectare, formând nori de fum.

Cele mai periculoase sunt incendiile pǎdurilor de conifere din regiunile temperate,

care, datoritǎ rǎşinii şi terebentinei, accelereazǎ propagarea focului.

Descompunerea reziduurilor organice. Poluarea atmosferei cu NH3, H2S, CO2

poate fi produsǎ şi de o serie de gaze rezultate din descompunerea anaerobǎ sau

aerobǎ, enzimaticǎ sau bacterianǎ a rezidurilor precum: deşeuri organice industriale

sau alimentare, cadavre, dejecţii umane şi animale, frunze.

Putrefacţia sau descopunerea anaerobǎ, elibereazǎ în aer substanţe toxice,

rǎu mirositoare şi inflamabile. Fermentaţia nǎmolului în bazine, în staţii de epurare,

rampe de gunoi, canale, ape stǎtǎtoare, gropi septice poate dura chiar şi zeci de ani,

reacţia fiind urmatǎ de creşterea presiunii gazelor, ce poate produce explozii şi

incendii, uneori la o distanţǎ mare de sursǎ.

Particulele vegetale precum polenurile, sporii, mucegaiurile, algele, ciupercile şi

fermenţii pot polua atmosfera, deşi sunt produse de arbori şi ierburi care ajutǎ la

combaterea poluǎrii aerului.

11

Polenurile au diametre de 10-50 μm (micrometri) şi au fost identificate chiar şi la

altitudini de 12000 m, iar sporii şi ciupercile pânǎ la 1600 m. Spre deosebire de praf,

acestea sunt mai periculoase deoarece o singurǎ particulǎ poate provoca

îmbolnǎvirea unui organism viu. Aceste particule vegetale alǎturi de bacterii, microbi

şi viruşi reprezintǎ principalii poluanţi patogeni ai aerului.

Ceaţa este frecventǎ în zonele situate în vecinǎtatea oceanelor şi a mǎrilor, care aduc

în atmosfera continentalǎ cristale de sare ce constituie nuclee de condensare a

vaporilor de apǎ. Ceaţa din zona londonezǎ este principala cauzǎ a formǎrii smogului

reducǎtor acid, deosebit de grav sǎnǎtǎţii.

Ionizarea atmosferei este cauzatǎ în straturile înalte de intensificarea activitǎţii

solare, în anumite perioade de timp, iar în straturile inferioare de micşorarea sau

perforarea stratului de ozon, lǎsând astfel cale liberǎ radiaţiilor ultraviolete, cu

acţiune ionizantǎ.

1. 2. 2 Sursele artificiale de poluare

Sursele artificiale sunt mai numeroase şi cu emisii mult mai dǎunǎtoare, totodatǎ

fiind şi într-o dezvoltare continuǎ datoratǎ extinderii tehnologiei şi a proceselor pe

care acestea le genereazǎ.

Emiterea în atmosferǎ a poluanţilor artificiali se poate face prin două moduri. Unul

organizat, prin canale şi guri de evacuare cu debite şi concentraţii de impuritǎţi

cunoscute şi calculate şi unul neorganizat, prin emiterea poluanţilor direct în

atmosferǎ discontinuu şi în cantitǎţi puţin sau chiar deloc cunoscute.

Categoriile de materiale ce pot fi agenţi poluanţi sunt: materii prime (cǎrbuni,

minerale etc.), impuritǎţi din materiile prime (sulf, plumb, mercur, arsen, fluor etc.),

substanţe intermediare, obţinute în anumite faze ale procesului tehnologic (sulfaţi,

hidrocarburi etc.), produse finite (ciment, clor, negru de fum, diferiţi acizi etc.).

Poluarea atmosferei cu particule solide este cea mai veche şi mai evidentǎ categorie

de poluare artificialǎ.

Dintre surse putem aminti procesele industriale principale şi combustibilii, nici una

dintre aceste surse însǎ nu degajǎ în atmosferǎ numai poluanţi solizi.

12

Poluarea industrialǎ

Industria termoenergeticǎ eliminǎ în atmosferǎ poluanţi cum ar fi: praful (cenuşǎ,

particule de cǎrbune nears, zgurǎ), oxizii de sulf şi de azot, iar în cantitǎţi mai mici:

hidrocarburi, funingine, sulfaţi şi acizi organici. Toţi combustibilii uzuali (pǎcurǎ,

cocs, cǎrbune) conţin cenuşǎ provenitǎ din substanţele solide necombustibile. În mod

normal combustibilii gazoşi sau cei distilaţi nu conţin impuritǎţi solide, dar în

condiţii de ardere necorespunzǎtoare ei produc funingine. Partea vizibilǎ a emisiilor

este concretizatǎ prin fum care, în funcţie de natura combustibilului şi felul

combustiei are culori diferite. De exemplu, la arderea cǎrbunelui inferior, de la care

rezultǎ multǎ cenuşǎ, fumul este de culoare gri albicioasǎ. La arderea incompletǎ a

cǎrbunelui şi a produselor petroliere se eliminǎ mult combustibil nears, iar fumul

capǎtǎ o culoare neagrǎ.

Odatǎ cu evoluţia continuǎ a capacitǎţilor de producţie, de energie electricǎ ,va

creşte proporţional şi volumul poluanţilor emişi în aer. Deasemenea şi dezvoltarea

economicǎ a combustibililor superiori va duce la creşterea utilizǎrii combustibililor

inferiori şi odatǎ cu aceştia şi a cantitǎţii poluanţilor emişi. Mǎsurile luate trebuie sǎ

fie pe mǎsura acestui raport. Centralele electrice moderne, de mare capacitate (peste

5000 MW) sunt asemenea unor laboratoare, depozitarea, transportul şi toate

manipulǎrile se fac automat, pneumatic, cu instalaţii ermetice, iar evacuarea cenuşii

se face pe cale umedǎ. Combustia este verificatǎ şi reglatǎ permanent astfel încât sǎ

fie cât mai completǎ, ceea ce face ca randamentul arderii sǎ fie mare, iar în gazele de

combustie sǎ nu mai existe poluanţi. Dupǎ ardere pulberile sunt reţinute în instalaţii

de captare, iar restul de gaze sunt evacuate la mare înǎlţime.

Industria siderurgicǎ produce o importantǎ poluare a atmosferei, în special local.

În aceastǎ industrie, minereul de fier şi cǎrbunele sunt materiile prime care degajǎ

în atmosferǎ atât poluanţi solizi (praf de minereu, cenuşǎ şi praf de cǎrbune), cât şi

poluanţi gazoşi (compuşi ai sulfului şi carbonului).

Datoritǎ noilor tehnologii introduse pentru fabricarea fontei şi a oţelului, şi datoritǎ

consumului ridicat de oxigen, poluarea din aceastǎ industrie a devenit din ce în ce

mai complexǎ.

13

Principalii poluanţi sunt: prafurile şi particulele fine, fumurile, în special cele roşii

ale oxidului de fier şi bioxidul de sulf. Raza de rǎspândire a acestor poluanţi ajunge

uneori la mai mulţi kilometri. Combinatul de la Hunedoara, deşi are o capacitate de

producţie mai mare decât cel de la Reşiţa, produce o poluare mai redusǎ, din cauza

condiţiilor mai favorabile de autopurificare.

Combinatul din Reşiţa este dezavantajat de topografia zonei, fiind aşezat într-o vale

îngustǎ şi sinuoasǎ, ce favorizeazǎ acumularea poluanţilor.

Industria metalelor neferoase contribuie la poluarea atmosferei cu produse toxice

cunoscute încǎ din cele mai vechi timpuri. Multe dintre acestea posedǎ anumite

proprietǎţi fizicochimice care le favorizeazǎ rǎspândirea sub formǎ de aerosoli, ceea

ce faciliteazǎ poluarea pe suprafeţe mari.

Metalele neferoase utilizate în industrie se împart în douǎ mari grupe: grele (cupru,

zinc, plumb, cositor, nichel, mercur) şi uşoare (litiu, magneziu, titan, aluminiu,

bariu). În afarǎ de particulele solide, metalurgia neferoasǎ produce şi importante

emisii de gaze toxice, în special vapori de mercur şi compuşi de sulf.

Dintre poluanţii din metalurgia metalelor neferoase grele cel mai important este

plumbul, deosebit de toxic şi cu proprietatea rǎspândirii la mari distanţe. La început

constituit din vapori, el se oxideazǎ şi se transformǎ în oxid de plumb care, prin

încǎrcare electricǎ, se poate aglomera şi poate sedimenta.

Metalurgia metalelor neferoase uşoare este caracterizatǎ în special prin industria

aluminiului şi a beriliului. În cazul prelucrǎrii primului se emanǎ în aer acid

fluorhidric şi fluoruri. Din prelucrarea beriliului ajung în aer particule în concentraţii

reduse, dar deosebit de toxice. Poluanţii atmosferici rezultaţi din aceastǎ industrie

sunt: beriliul metalic, oxidul, sulfatul, fluorura, hidroxidul şi clorura de beriliu.

Industria materialelor de construcţie are la bazǎ prelucrarea, fie la cald, fie la

rece, a unor roci naturale (silicaţi, argile, magnezit, calcar, ghips etc.) cele mai

poluante fiind industria cimentului, azbestului, magneziului şi gipsului.

Industria cimentului este una dintre cele mai importante în privinţa poluǎrii

atmosferice, dând adesea un aspect tipic terenurilor învecinate. Producţia cimentului

a ridicat probleme legate de protecţia atmosferei şi a mediului înconjurǎtor, deşi s-au

14

luat mǎsuri esenţiale atât în ceea ce priveşte materia primǎ utilizatǎ, cât şi a

tehnologiilor de prelucrare.

Praful produs se poate împrǎştia şi depune pe distanţe de peste3 km de sursǎ, iar în

apropierea acestora concetraţiile pot varia între 500-2000 tone/hm2/an. Industria

magneziului este asemǎnǎtoare cu cea a cimentului. Prin arderea carbonatului de

magneziu se eliminǎ dioxidul de carbon obţinându-se oxidul de magneziu

(magnezitul). Din acest procedeu rezultǎ pulberi ce se pot întinde pe raze de pânǎ la

5 km.

Industria gipsului are la bazǎ prelucrarea sulfatului de calciu prin ardere şi mǎcinare.

Pulberea de gips este foarte finǎ şi depunerile din vecinǎtatea fabricilor devin vizibile

pânǎ la peste1 km distanţǎ. Deasemenea este foarte importantǎ şi industria azbestului

care, asemenea celei a gipsului, produce un praf cu o concentraţie ridicatǎ şi foarte

greu de reţinut în aparatele de epurare.

Industria chimicǎ are ca poluanţi principali emisiile de gaze, amestecate cu

particule solide sau lichide.

Pentru a vedea amploarea pe care o are poluarea chimicǎ asupra atmosferei, trebuie

sǎ ştim cǎ, din cele 5 milioane de substanţe înregistrate pânǎ în 1990, 30 000 sunt

fabricate la scarǎ industrialǎ. Perfecţionarea proceselor tehnologice a dat o largǎ

dezvoltare chimiei organice la care poluarea cu gaze şi vapori este mult mai diversǎ,

mai puternicǎ şi mai periculoasǎ decât poluarea cu particule solide. Dupǎ cercetǎri

fǎcute în SUA, se constatǎ cǎ în timp ce eliminarea de fum, cenuşǎ şi praf industrial

însumeazǎ o masǎ de 12x106 t/an, eliminarea de oxizi de sulf şi diverşi vapori

depǎşeşte 60x106 t/an, iar eliminarea de oxid de carbon, singurǎ are aproximativ

aceeaşi valoare. În majoritatea cazurilor gazele eliminate în atmosferǎ sunt

reprezentate de substanţe toxice mai nocive decât particulele solide.

Prin interacţiunea chimicǎ a acestor substanţe din aer cu diversele forme fizice ale

apei, precum şi ale altor substanţe şi prin intervenţia unor catalizǎri fizico-chimice

rezultǎ substanţe chimice foarte toxice. Dintre acestea cele mai importante ar fi:

oxizii sulfului şi ai carbonului, sulfurǎ de carbon, hidrogen sulfurat, acetonǎ,

formaldehide, cloropren, dicloretan, tetraetil de plumb etc.

15

Industria petrolului este necesarǎ deoarece creazǎ o sursǎ importantǎ de energie,

însǎ pe cât este de necesarǎ, pe atât de periculoasǎ este din punct de vedere ecologic.

În funcţie de compoziţia petrolului, rafinarea este un procedeu complex ce constǎ din

separǎri, distilǎri, desulfurǎri, procese în urma cǎrora se emit numeroşi poluanţi

(hidrocarburi, oxizi de sulf şi de carbon, aldehide, acizi organici, amoniac etc.).

Petrolul şi substanţele rezultate din prelucrarea acestuia contribuie deasemenea la

apariţia smogului. Se estimeazǎ cǎ anual, în urma deversǎrilor petroliere accidentale,

în oceane pǎtrund pânǎ la 200 000 de tone de ţiţei. Cantitǎţi şi mai mari provin în

urma proceselor de extracţie, transport şi prelucrare.

În afara dezastrului ecologic astfel format, evaporarea în atmosferǎ este destul de

intensǎ, astfel circa 25% din pelicula de petrol se evaporǎ în câteva zile şi pǎtrunde în

aer sub formǎ de hidrocarburi.

În concluzie, nu existǎ ramurǎ industrialǎ care sǎ nu polueze cu: fum, pulberi,

vapori, gaze, deşeuri toxice etc. şi de aceea, înaintea amplasǎrii şi funcţionǎrii unui

obiectiv industrial este necesar sǎ se stabileascǎ cu precizie riscurile potenţiale pentru

mediu înconjurǎtor şi sǎ se impunǎ mijloace eficiente de protejare a acestuia.

16

Poluarea prin mijloacele de transport

O altǎ sursǎ importantǎ de poluare a aerului o constituie mijloacele de transport.

În aceastǎ categorie intrǎ: autovehiculele, locomotivele, vapoarele, avioanele etc.

Cea mai mare pondere de gaze ce polueazǎ aerul provine însǎ de la autovehicule,

datoritǎ în primul rând numǎrului foarte mare al acestora.

Indiferent de tipul motorului autovehiculele polueazǎ aerul cu oxizi de carbon şi de

azot, hidrocarburi nearse, oxizi de sulf, aldehide, plumb, azbest, funingine etc.

Dacǎ am reveni astăzi la tracţiunea animalǎ, atmosfera oraşelor ar deveni nepoluatǎ;

dar pentru a înlocui caii putere cu “caii fizici” care sǎ asigure tracţiunea, poluarea

produsǎ de grajduri ar fi îngrijorǎtoare.

Cea mai importantǎ sursǎ de CO din poluarea generalǎ a atmosferei (60%) este

produsǎ de gazele de eşapament. S-a estimat cǎ 80% din cantitatea de CO este

produsǎ în primele 2 minute de funcţionare a motorului şi reprezintǎ 11% din totalul

gazelor de eşapament.

În ultimii 30 de ani s-au intensificat preocupǎrile privind îmbunǎtǎţirea calitǎţii

aerului prin diminuarea poluǎrii produse de motoarele autovehiculelor. În prezent

vehiculele polueazǎ de 8-10 ori mai puţin decât cele care au existat în circulaţie acum

30 de ani. Acest lucru s-a realizat optimizarea procedeului de ardere şi prin utilizarea

dispozitivelor antipoluante.

Cele mai importante realizǎri sunt:

- emisiile de CO, în perioada 1970-1995, s-au diminuat de 12 ori;

- emisiile de hidrocarburi, pe vehicul, au scǎzut, în medie, de la 120 kg la 5 kg pe an;

- emisiile de particule s-au micşorat, în medie, de la110 la 21 μg/m3 ;

- emisiile de oxizi de azot s-au micşotrat, de la 167 μg/m3 în 1993, faţǎ de 185 μg/m3

în1988;

- reînoirea parcului de automobile, prin facilitǎţi fiscale, a fǎcut ca vehiculele mai

vechi de 8 ani, în unele ţǎri occidentale, sǎ reprezinte numai 40%. Dacǎ acestea ar fi

înlocuite cu altele noi, poluarea s-ar micşora de 3 ori;

- intensificarea studiilor privind utilizarea energiilor de substituţie: electricitate, gaze

petroliere lichefiate , gaze naturale comprimate, bio-combustibili.

17

Poluarea produsǎ de avioane prezintǎ caracteristici specifice combustiei şi extinderii

zborului în stratosferǎ.

Particularitǎţile stratosferei accentueazǎ poluarea, din cauza rarefierii aerului. Agenţii

poluanţi au un timp mai lung de acţiune, iar vaporii de apǎ rezultaţi sunt solidificaţi

în cristale fine de gheaţǎ, ce formeazǎ o nebulozitate ce diminueazǎ radiaţia solarǎ.

S-a calculat cǎ la traversarea Atlanticului se consumǎ 0,12 kg carburant pe pasager şi

kilometru; la un zbor de 6000 km aceasta înseamnǎ 720 kg carburant pentru fiecare

pasager şi eliminarea în atmosferǎ a 900 kg vapori de apǎ şi peste 1000 kg CO2.

Cu toate acestea avioanele produc o poluare mai redusă decât alte mijloace de

transport, datoritǎ utilizǎrii de turbine cu gaz şi a unui combustibil înalt rafinat.

Vapoarele utilizeazǎ motoare cu ardere internǎ şi produc o poluare specificǎ acestora,

asemenea autovehiculelor, iar locomotivele folosesc motoare Diesel electrice care

emit cei mai puţini poluanţi dintre toate vehiculele.

18

Poluarea cauzatǎ de autovehicule rutiere

Printre cei mai importanţi poluatori ai mediului înconjurator cu mare impact negativ

asupra sanǎtǎţii omului naturii este vehiculul. Acesta polueazǎ în primul rând aerul

din imediata apropiere a omului, anume acel aer pe care omul îl respirǎ.

În ultimele decenii vehiculul , ca sursǎ mobilǎ de poluare a atmosferei , a făcut

obiectul unor mari dezbateri de ordin ştiintific, tehnologic, medical, de amenajare a

teritoriului, de politica de mediu, juridic, politica de stat etc.

Relaţia automobil – mediu natural atenţioneazǎ asupra daunelor enorme pe care le

aduce vehiculul acţionat de motoarele cu ardere internǎ, asupra mediului de viaţǎ al

omului şi sǎnǎtǎţii sale.

În unele ţǎri numǎrul automobililor este comparabil cu cel al populaţiei. Astfel în

SUA un automobil revine la 1,5 locuitori, în Germania 1 automobil la 2-3 locuitori,

în Olanda un automobil la 3-4 locuitori în Romania, un automobil la cca 5 locuitori.

Consumul mare al combustibilului lichid folosit de cǎtre parcul de transport face ca

în emsiile de compuşi nocivi formaţi în procesul de ardere sǎ fie tot atât de mare.

În mod ideal, produsele petroliere în procesul combustiei ar trebui sǎ se transforme

în bioxid de carbon , vapori de apǎ – gaze netoxice. Însǎ în produsele petroliere mai

rǎmân o parte din impuritǎţile conţinute în petrolul nativ: compuşi ai sulfului şi ai

azotului.

19

Apoi în benzinǎ se mai adaugǎ diferiţi compuşi pentru ai îmbunǎtǎţi, calitǎţile de

combustibil cum ar fi antidetonanţii – tetraetil de plumb, bromura de plumb, în

mǎsurǎ mai micǎ compuşi ai altor metale.

Apoi , funcţionarea motoarelor nu este idealǎ. Ele nu pot asigura combustia deplinǎ

a întregii cantitǎţi de combustibil în orice condiţii de exploatare, cum ar fi

altitudinea deasupra mǎrii, condiţiile climaterice, calitatea drumului,

profesionalismul conducatorului auto, starea însǎşi a motorului etc. Conform

cercetarilor, fiecare al patrulea automobil are emisi de CO supranormative.

Din motivele enumerate, de la 3 pânǎ la 25% din combustibilul petrolier ce trece prin

motor nu se transformǎ în bioxid de carbon , vapori de apǎ, ci în oxid de carbon(CO),

hidrocarburi aromatice, nesaturate, policiclice, radicali ai acestora, diferite produse

ale oxidarii lor: peroxizi, aldehide etc.

O parte din azotul din aer, ajuns în cilindrii motorului la temperatura înaltǎ, de acolo

parţial se oxideazǎ formând diferiţi oxizi de nitrogen. La aceştia se adaugǎ oxizii

de sulf formaţi din oxidarea impuritǎţilor de sulf din combustibil. Dacǎ benzina

este tratatǎ cu adaos antidetonator de plumb, la temperatura înaltǎ din cilindri, se

formeazǎ o serie de compuşi organici şi neorganici ai plumbului.

Astfel, prin ţeava de eşapament autovehiculului se eliminǎ diferite cantitǎţi de circa

doua sute compuşi chimici toxici.

La ora actualǎ, conform evaluǎrilor, la o mie de automobile în fiecare 24 ore revin

emisii în cantitǎţi de 2500 kg oxid de carbon, 500 kg hidrocarburi, 300 – 400 kg

oxizi de azot, circa 1 kg de aldehide.

Altfel spus, o tonǎ de benzinǎ arsǎ în cilindrii unui motor de automobil, pe langǎ

bioxidul de carbon vaporii de apǎ , compuşi netoxici, se mai transformǎ în circa 50

kg oxid de carbon, 23 kg hidrocarburi, 16 kg oxizi ai azotului, 2 kg oxizi de sulf, 1

kg aldehide, 0,4 kg de compuşi ai plumbului dacǎ aceasta este aşa numita benzinǎ

etilatǎ.

Majoritatea acestor compuşi sunt foarte nocivi, posedǎ proprietǎţi toxice, excitante.

Astfel, oxidul de carbon (CO), (un automobil cu toate sistemele bine puse la punct

produce 30 – 35 kg din acest gaz la arderea unei tone de benzinǎ) se combinǎ cu

20

hemoglobina din sânge formând compusul carboxihemoglobina, care nu mai poate

transporta oxigenul la celule organismului. Numai o concentratie de 1,25 g de oxid

de carbon la 1m3 de aer produce blocarea totalǎ a hemoglobinei din sânge.

Pe strǎzile aglomerate de autoturisme concentraţiǎ de CO atinge pânǎ la 50 mg/m3

aer. În asemenea condiţii concentraţia de carboxihemoglobina în sânge se menţine

între 2– 5 % ceea ce e de 5 – 12 ori mai mult decât fondul natural de 0,4 %.

O parte din emisile automobilistice nimeresc în atmosferǎ sub forma de aerosol,

particule solide sau lichide foarte mici, invizibile pentru ochiul omului (funinginea,

sǎrurile de plumb, vapori de hidrocarburi, etc.).

Astfel datoritǎ automobilului în aerul orǎşenesc masa particulelor aerosolice este de

pânǎ la 200 ori mai mare (20 mg/m3) decât în aerul de la suprafaţa oceanului.

(0,1mg/m3).

Impactul indirect este determinat de faptul cǎ modificǎ funcţiile atmosferei,

menţine o temperaturǎ mai înaltǎ în oraş ceea ce provoacǎ reducerea umiditǎţii

relative cu 2 – 8 %; condiţioneazǎ formarea mai frecventǎ a norilor de asupra

oraşelor,fapt care mǎreşte cantitatea de precipitatii atmosferice cu 5 – 10 % numǎrul

de zile ceţoase iarna cu 30 –100%; modificǎ balanţa radiaţiei solare, reduce

vizibilitatea.

Un rol mare în formarea smogului fotochimic îl au oxizii de azot care se formeazǎ

inevitabil în procesul combustiei din cilindreele motoarelor cu ardere internǎ.

Aceştia, sub influenţa razelor solare trec prin aşa numitul ciclu fotolitic în urma cǎ-

ruia în aer se formeazǎ monoxidul de azot, oxigen atomar, ozon..

Toţi aceşti oxidanţi influenteazǎ nociv, nu numai organismul uman ci plantele, toatǎ

vegetaţia din zonǎ.

Oxizii de sulf din gazele de eşapament al automobilelor, pe lângǎ faptul cǎ participǎ

la afectarea cǎilor respiratorii, mai participǎ la acidifierea mediului.

Prin transformarea în acid sulfuric, fenomen cu impact negativ asupra vegetaţiei ,

constructiilor, instalaţiilor.

Insǎ nu numai prin gazele de eşapament automobilul este nociv pentru om- mediu.

21

El mai este sursǎ de poluare cu cauciuc, atât de la uzarea anvelopelor cât şi de la

cele uzate aruncate la întâmplare, sau arse în mod necorespunzator.

Automobilul mai este un potenţial poluator cu acid plumb de la acumulatoarele de

electricitate dacǎ acestea fiind uzate nu se colecteaza centralizat.

In cazul organizǎrii proaste a traficului calitǎţii nesatisfacatoare a drumurilor

oamenii au de suferit din cauza poluarii sonice.

1. 2. 3 Alte surse de poluare

Incinerarea deşeurilor de toate tipurile sub cerul liber, are o foarte mare activitate

poluantǎ. Ea produce poluanţi gazoşi, urât mirositori şi particule solide ce polueazǎ

neadmis atmosfera. Prin combustia ambalajelor din material plastic se elibereazǎ

acid clorhidric (din PVC - policlorurǎ de vinil) şi agenţi plastifianţi ca policlor-

obifenoli, deosebit de toxici.

Arderea ierburilor uscate şi nefolositoare de pe câmpuri reprezintǎ o mǎsurǎ de

distrugere a dǎunǎtorilor şi de mineralizare a terenurilor. Poluarea produsǎ

atmosferei în acest caz, este puţin importantǎ, comparativ cu rolul benefic pe care îl

are asupra solului.

Fumul de ţigarǎ produce o poluare îngrijorǎtoare pentru incinte, afectând direct pe

fumǎtori cât şi pe nefumǎtorii care inspirǎ aerul poluat. Acest tip de poluare ia o

amploare din ce în ce mai mare, deoarece procentul de fumǎtori în cadrul persoanelor

adulte este de 75%. Prin arderea tutunului are loc o distilare uscatǎ a acestuia, iar în

fumul emis au fost identificaţi circa 3000 de substanţe, care în cea mai mare parte

sunt mutagene şi/sau cancerigene. Dintre acestea amintim: nicotina, oxidul de

carbon, benzopirenul, acroleina, hidrocarburi, compuşi ai HCN şi ai acizilor organici,

alcoolul metilic, fenolul, piridina, plumbul, plutoniul radioactiv etc. Acţiunile

patogene ale fumului de ţigarǎ pot fi: cardiovasculare, respiratorii şi cancerigene.

Contaminarea radioactivǎ a existat întotdeauna, dar s-a accentuat atunci când criza

de hidrocarburi fosile a fost soluţionatǎ cu energie electronuclearǎ.

22

Estimǎrile fǎcute pentru perioada1970-2015, privind puterea nuclearǎ, aratǎ o

creştere de la 25 GW la 10 000 GW.

Radiaţiile la care este expus omul pot fi, dupǎ provenienţa lor, cosmice, care inundǎ

întreg spaţiul interstelar, farǎ sǎ se poatǎ preciza dacǎ originea lor este solarǎ sau

stelarǎ, şi telurice, cauzate de prezenţa în scoarţa terestrǎ a numeroase elemente

radioactive ce emit continuu radiaţii.

Principalele surse de poluare radioactivǎ sunt: mineritul uraniului şi plutoniului,

uzinele de preparare a combustibilului nuclear, deşeurile centralelor nucleare,

experienţele nucleare, avariile şi accidentele nucleare.

1.3 Poluanţii şi impactul asupra mediului ambiant

Situaţia din punct de vedere ecologic este gravă, mai ales în oraşe. Aici cam 50%

din zilele anului, calitatea aerului nu corespunde normativelor sanitare. Emisiile

toxice care provin de la automobile constituie circa 90-95% din volumul total al

substanţelor poluante ce se degajă în atmosfera urbană. Practic tot ce se elimină

prin ţeava de eşapament este dăunător pentru mediu şi sănătate: monoxidul de

carbon, funinginea, aldehida formică, benzapirena, oxizii de sulf şi azot, ozonul.

Un factor hotărâtor pentru reducerea emisiilor toxice de către mijloacele de

transport este calitatea combustibilului. Importatorii şi cei care comercializează

benzina se simt excelent. Iar automobiliştii îşi distrug motoarele, ceilalţi cetăţeni

respiră aerul îmbibat cu noxe.

Durerea mare de cap, la direct şi la figurat, o constituie drumurile rele. Şoferii

frânează brusc, schimbă viteza, accelerează des motoarele şi de la aceasta aproape

că se dublează consumul de carburanţi şi, respectiv, volumul degajărilor toxice în

aer. Trebuie să ne aliem cerinţelor ecologice europene.

Depinde mult de faptul cum se va dezvolta transportul în comun. Nu încape nici o

îndoială că microbuzele care ne-au salvat într-o perioadă de criză acută trebuie

înlocuite cu troleibuze şi autocare.

23

Treptat, eşalonat, timp de 3-4 ani numărul de rute şi al unităţilor de astfel de

transport trebuie reduse, apoi scoase din circulaţie, cu excepţia rutelor suburbane şi

interurbane. Substanţele poluante din atmosferǎ sunt substanţe gazoase, lichide sau

solide, care le modificǎ compoziţia.

Gazele sunt substanţe ,care în condiţii normale (temperatura localǎ, presiune 1013

hPa) sunt în stare gazoasǎ, lichefiindu-se la temperatura joasǎ (condensare), de ex.:

CO2, SO2, ozonul.

Vaporii sunt gaze ,care se condenseazǎ în condiţii normale, de ex.: vaporii de apǎ.

Ceaţa, fumul, praful sunt particule foarte fine de materii (aerosol) de un diametru

de 0,001-100μm . Ceaţa este formatǎ din picaturi de mǎrime variabilǎ.

Dacǎ diametrul lor nu depǎşeşte 10μm. se numesc mist, în englezǎ (ceaţǎ fina), iar

dacǎ este mai mare, se numesc fog (ceaţǎ deasǎ).Cuvantul smog este format pornind

de la doua cuvinte englezeşti smoke şi fog. Fumul este un amestec de particule solide

şi coloidale cu picǎturi lichide. Praful provine din diviziunea materiei fine în

particule aproape coloidale de 10-100μm.

Drept rezultat al arderii petrolului, anual se acumulează în atmosferă mai mult

de 20 miliarde tone de bioxid de carbon aproximativ 700 milioane tone de alţi

compuşi gazoşi de particule solide.

O problemă foarte importantă devine astăzi este excesul de sulf în mediul

înconjurător, impurificarea aerului , a apelor suprafaţei cu compuşi ai sulfului.

O mare problemă ecologică o reprezintă urbanizarea generală-mai mult de jumătate

din populaţia Terei locuieşte la oraş. Pe glob sunt în prezent mai mult de 150 oraşe

cu o populaţie ce depăşeşte 1 milion de locuitori numărul acestor oraşe creşte.

În tabelul 1. sunt prezentate consumurile emisiile specifice unui astfel de oraş cu

populaţia de peste 1 milion oameni:

24

Tabelul nr. 1

Resurse Emisii în mediul ambiant

Denumirea Cantitatea mii t. Denumirea Cantitatea mii t.

Apă 625 Ape uzate 500

Alimente 2 Deşeuri solide 2

Cărbune 4 Emisii gazoase

(SO2, NOx,CO2,

hidrocarburi)

0,8

2 Petrol 2,8

Gaz 2,7

Influenţa omului se manifestă în toate componentele biosferei duce la modificări în

sistemele ecologice în complexe naturale.

Modificările antropogene din natură sunt acele transformări ce se produc în

mediul ambiant ca rezultat al activităţii economice a omului.

Se pot evidenţia 4 factori principali de influienţă a omului asupra mediului ambiant:

1. Modificarea structurii scoarţei terestre. Aproximativ 10% din uscat este

transformat ca urmare a construcţiei oraşelor, întreprinderilor industriale, drumurilor,

desţelenirii stepelor, tăierii pădurilor, asanării bălţilor etc.

2. Modificarea compoziţiei chimice a mediului ambiant, influienţarea circuitului

elementelor în biosferă. Aceasta include extragerea minereurilor, eliminarea

diferitelor substanţe în atmosferă hidrosferă, modificarea ciclului umedităţii,

chimizarea agriculturii, etc.

3. Modificarea bilanţului energetic (termic) a unor regiuni a planetei în

general. Aceste modificări pot să exercite o influienţă serioasă asupra climei Terei.

4. Modificările induse în natura vie. Este vorba despre exterminarea unor specii,

selecţia unor specii noi de animale plante, permutarea organismelor în

locuri noi de viaţă, etc.

Toate modificările din natură pot fi împărţite în premeditate şi de însoţire.

Modificările premeditate includ valorificarea pămînturilor agricultura, construirea

rezarvoarelor de apă, construcţia oraşelor, a căilor de comunicaţii extragerea

minereurilor, transformări ameliorative, etc.

25

Modificările de însoţire din mediul ambiant trebuie să fie reduse la minim.

Acestea sunt: poluarea mediului ambiant, sărăcirea numărului speciilor de animale,

dezvoltarea proceselor de eroziune, ridicarea gradului de îmbolnăvire a oamenilor,etc

Prin poluarea mediului se înţelege admisia în mediul ambiant a substanţelor solide,

lichide sau gazoase, microorganizmelor sau energiei (termică, electromagnetică

sonoră), în cantităţi care provoacă schimbarea compoziţiei calităţii componenţilor

naturali exercită o acţiune nefastă asupra omului, florei faunei.

Formele de poluare sunt muliple.cele mai importante dintre ele sunt: evacuarea

poluanţilor în atmosferă, pătrunderea în mediul acvatic a diferitelor deşeuri de

producţie comunale, produse petroliere, săruri minerale, degradarea peisajelor cu

deşeuri solide, utilizarea vastă a pesticidelor, ridicarea nivelului de radiaţie ionizantă,

acumularea căldurii în atmosferă hidrosferă, intensificarea influienţei sonore.

Poluarea chimică este factorul decisiv de acţiune nefastă asupra mediului ambiant.

Poluării antropogene îi sunt supuse toate mediile de existenţă a vieţii.

La ora actuală se elimină în atmosferă, în deosebi în atmosfera nordică (93,5%), sute

de milioane tone oxizi de azot, sulf, carbon, particule suspendate solide,

lichide(spray-uri), milioane tone de substanţe organice gazoase.

Poluarea atmosferei are caracter global; ea este în stare să producă o schimbare a

climei, mărirea fluxului de radiaţii ultraviolete dure pe suprafaţa pămîntului,

creşterea numărului de boli la oameni.

Poluarea antropogenă a solurilor este legată de deşeurile solide , lichide ale

industriei construcţiilor, gospodăriei comunale sau orăşeneşti ,producţiei agricole

precum intervenţiile nemotivate ale omului în regimul de alimentare a solurilor cu

apă, în condiţiile irigării cîmpurilor transformărilor ameliorative cu folosirea

necontrolată a îngrăşămintelor pesticidelor.

Dacă atmosfera şi solul primesc marea masă a poluanţilor, atunci bazinele acvatice

slujesc drept colectoare a deşeurilor chimice ale activităţii umane.

La căderea precipitaţiilor odată cu scurgerile de suprafaţă, în perioada revărsării

26

apelor de primăvară, în ape ajung poluanţi care au fost evacuaţi iniţial în atmosferă

sau introdu în sol. Poluarea apelor naturale este legată de asemenea de folosirea

resurselor de apă în industrie, agricultură, energetică pentru necesităţile comunale,

în legătură cu dezvoltarea transportului pe apă, etc

După utilizare, apa se întoarce în bazinele de apă naturală antrenînd schimbarea

conţinutului chimic, temperaturii, poluanţilor biologici.

Drept surse de poluare antropogenă a mediului ambiant citam obiectivele

industriale comunale ale activităţii umane.

Metodele , căile de luptă cu poluarea antropogenă a mediului ambiant sunt multiple:

construcţia staţiilor de epurare, montarea filtrelor de captare a gazelor pulberilor,

crearea tehnologiilor fără deşeuri sau cu cantităţi mici de deşeuri, utilizarea

deşeurilor în calitate de materie primă pentru fabricarea de produse utile, aplicarea

ciclurilor închise de întrebuinţare a apei, folosirea metodelor biologice de luptă

cu dăunătorii culturilor agricole ai pădurilor, optimizarea regimurilor de utilizare a

tehnicii, perfecţionarea fabricării motoarelor cu ardere internă, căutarea unor surse

noi de combustibil energie.

În acelaşi timp cu poluarea antropogenă, în mediul ambiant acţionează factorii

poluării naturale, activitatea vulcanică, incendiile pădurilor, furtunile de

praf,autopoluarea biologică a bazinelor de apă (înflorirea apelor).

În tabelul nr.2 sunt prezentati poluanţii şi sursele de poluare.

27

Tabelul 2. Poluanţii şi sursele de poluare

Poluantul Ramura industrială pentru

care este caracteristic poluantul dat

AER

CO2, SO2, NO, NO2, hidrocarburi.

Particule metalice.

Compuşi halogenaţi.

Termocentrale, transportul auto.

Metalurgică, extracţia minereurilor.

Chimică, frigorifică.

SOL

Deşeuri

Nămol activ

Celuloză hîrtie

Cenuşă , zgură

Metale

Radionuclizi

Gospodăria orăşenească, comunală

Staţii orăşeneşti de epurare

Întreprinderi de celuloză hîrtie

Energetică, metalurgică, chimică

Metalurgică, chimică

Centrale atomo-electrice (CAE)

APĂ

Termică

Radioactivă

Săruri minerale

Particule în suspensie

Substanţe biogene solubile

Produse petroliere

Ioni ai metalelor grele

Pesticide

Coloranţi, fenoli

CMM, lignină

Dizolvanţi organici

STA

Energetică (CAE, TC,HC)

CAE, militară

Chimică

Gospodăria comunală

Agricultura, gospodăria orăşenească

Industria petrolului

Industria de extracţie a minereurilor,

de construcţii de maşini

Agricultura

Textilă, Chimică

Celuloză hîrtie

Chimică

Scurgeri orăşeneşti.

28

Caracteristica ecotoxicologică principală a unei substanţe, concentraţia ecologică

maximă admisibilă în poluant o constituie concentraţia de prag care, fiind depăşită,

conduce la modificări cu consecinţe negative pentru ecosistem.

Pe lângă concentraţia ecologică maximă admisibilă în poluant, o caracteristică

esenţială a ecosistemului este capacitatea acestuia de asimilare a substanţei

poluante(SP) sau a totalului de substanţe.

Capacitatea de asimilare a unui obiect al mediului este cantitatea maximǎ de SP, care

într-o unitate de timp, poate fi acumulată, transformată sau evacuată în afara

ecosistemului, în urma concursului proceselor de autopurificare, fără să aibă loc

dereglarea funcţionării normale a acestuia. Capacitatea de asimilare a ecosistemului

determină nivelul admisibil de efecte antropogene pe fondul variabilităţii naturale în

limitele oscilaţiilor acceptabile ale parametrilor ce caracterizează starea sistemului.

Normarea ecologică are menirea de a restrânge efectele antropogene în limitele

ecologice normale este orientată spre optimizarea interacţiunii omului cu natura,

spre crearea celor mai favorabile condiţii de utilizare a resurselor naturale ce

urmează a fi regenerate.

Sub aspect general, normarea ecologică preconizează:

1. Evidenţa, în cursul evaluării consecinţelor impactului antropogen, a multitudinii

modalităţilor de poluare de autopurificare a elementelor biosferei.

2. Identificarea verigilor "critice" ale biosferei ale factorilor de impact.

3. Dezvoltarea metodelor de abordare a normării impactelor, ţinîndu-se cont de

influenţa acestora asupra ecosistemelor naturale.

Drept criteriu principal pentru determinarea sarcinii ecologice admisibile serveşte

lipsa de reducere a productivităţii, stabilităţii diversităţii ecosistemului. În cursul

normării impactelor antropogene, o importanţă deosebită revine noţiunii

de factori prioritari efecte de însemnătate primordială.

Gradul de prioritate, ţinîndu-se seama de considerente de ordin economic, determină

natura caracterul urgent al măsurilor de combatere şi prevenire a consecinţelor

negative ale impactelor menţionate.

29

Pe lângă acesta, evaluarea capacităţii de adaptare a biosferei trebuie bazată pe

noţiunea de stabilitate a ecosistemului, pe rezerva ecologică a acestuia. Rezerva

ecologică constituie eventuala cota-parte a resurselor naturale pe cale de regenerare

care pot fi extrase din biosferă (sau dintr-un element al acesteia) fără a fi afectate

proprietăţile esenţiale ale mediului.

Stabilitatea ecosistemului poate fi obţinută pe seama coexistenţei mai multor

populaţii care îşi desfăşoară activitatea vitală în raporturi de interconexiune

interdependenţă. O mare importanţă are identificarea factorilor meniţi să determine

instabilitatea biosferei a unor ecosisteme izolate, elemente critice a căror dereglare

poate pricinui daune esenţiale sistemului ecologic sau pot provoca degradarea

acestuia.

Dezvoltarea stabilă a biosferei, în condiţii de impact antropogen, este posibilă

numai în anumite limite ale unor asemenea efecte, nesubminînd tendinta de

homeostazie a ecosistemului.

Evaluarea acestor limite de sarcină admisibilă pentru un ecosistem constituie

obiectivul major al sistemului de monitorizare. Totodată, problema reglării dirijării

calităţii mediului natural se bazează pe pronosticarea ecologică necesită construirea

de modele matematice corespunzătoare.

În momentul de faţă, în lume funcţionează mijloace puternice de colectare a datelor

privind mediul înconjurător. Acestea sunt, de exemplu, aparatele aerocosmice care

permit efectuarea analizei scoarţei terestre, a componenţei gazoase a atmosferei, a

poluării oceanelor etc.

Metodele aerocosmice de măsurare a parametrilor geofizici ecologici se bazează

pe analiza caracteristicelor spectrale ale radiaţiei proprii reflectate a scoarţei

continentelor, bazinelor acvatice, atmosferei nebulozităţii.

Se crează metode algoritme de organizare a măsurătorilor, de selecţionare de

prelucrare, fapt care permite trecerea la elaborarea de sisteme noi anume

geoinformative.

Există deja exemplul de asemenea sisteme utilizate cu scopul evaluării condiţiilor de

radiaţie din Japonia.

30

Sistemele de monitorizare geoinformative pot avea proporţii de ordin local,

regional global. La baza sistemelor de ordin local stau mijloace staţionare de

înregistrare a datelor privind mediul ambiant. Pentru organizarea acestor sisteme sunt

folosite avioane la bordul carora este amplasată aparatură de măsurat.

Un mare numar de sisteme geoinformative regionale funcţionează de asemenea cu

scopul evaluării operative a gradului de anomalie a proceselor climatice.

Poluanţi primari:

MONOXIDUL DE CARBON (CO)

Monoxidul de carbon este cel mai frecvent poluant al aerului. Emisiile totale de CO

din atmosferǎ le depǎşesc pe cele ale celorlalţi poluanţi la un loc.

Monoxidul de carbon este un gaz incolor, inodor şi insipid, care arde cu flacarǎ

albastrǎ, strǎlucitoare, dar nu întreţine arderea.

CO este rezultatul unuia din urmatoarele 3 procese:

Combustia incompletǎ a cǎrbunilor sau a compuşilor cu carbon:

2C + O2 = 2CO

Reacţii la temperaturi înalte între CO2 şi compuşi care conţin carbon:

CO2 + C = 2COCO produs în acest mod este utilizat în metalurgie unde

reacţioneazǎ cu oxizii de fier. O parte din acesta ajunge în aer, unde acţioneazǎ ca

poluant.

Disocierea CO2 la temperaturi înalte:

CO2 = CO + O

Surse de poluare cu CO.

o procedee de combustie, motoare cu ardere internǎ;

o procese industriale (exemplu: centrale termoelectrice);

o focurile din pǎduri, arderile agricole, incendiile etc.

Toate materiile primare energetice folosite pentru combustie, conţin carbon sub

forma de combinaţii chimice, care se oxideazǎ, transformandu-se în gaz carbonic

(CO2) sau în oxid de carbon (CO), dacǎ combustia este incompletǎ.

31

Acţiune fiziologicǎ

Prin expunerea omului la concentraţii mari de CO, se poate produce moartea. Efectul

toxic al CO asupra organismului este determinat de reacţia CO cu hemoglobina din

sânge (Hb). In mod normal, hemoglobina funcţioneazǎ în sânge ca un sistem

transportor de oxigen sub forma oxihemoglobinei (O2Hb) de la plǎmâni la celule şi

CO2este transportat de la celule la plǎmâni sub forma CO2Hb. Concentraţia normalǎ

de COHb în sânge este de 0,5%.

Expunerea îndelungatǎ a oamenilor sau animalelor la CO poate sǎ producǎ schimbǎri

morfologice la nivel de inima şi creier. Expunerea de scurta duratǎ la concentraţii

mici de CO produc efecte asupra sistemului nervos central, vascular şi respirator.

Cercetarile au demonstrat cǎ asupra plantelor, acţiunea CO nu este sesizabilǎ.

GAZUL CARBONIC (CO2).

Gazul carbonic cel mai important din ciclul carbonului este inofensif. CO2, sub

formǎ de vapori de apǎ, lasǎ sǎ treacǎ undele scurte ale radiaţiei solare în atmosferǎ

şi absoarbe undele lungi ale radiaţiilor pǎmântului, ceea ce provoacǎ o reîncǎlzire a

aerului, efectul de serǎ.

Consecinţele cele mai importante vor fi transferurile zonelor climatice cu

lǎrgirea regiunilor aride, restrângerea zonelor subtropicale cu ploi hibernale şi

reducerea precipitaţiilor în latitudinile mediane cu consecinţe catastrofice pentru

aprovizionarea cu apǎ a ţǎrilor industrializate.

OXIZII DE AZOT (NOx)

Din punctul de vedere al acţiunii asupra mediului, doi dintre oxizii azotului, NO şi

NO2, necesitǎ verificarea lor.

Monoxidul de azot (NO) - este un gaz incolor, mirositor, insolubil în apǎ. NO se

formeazǎ la temperaturǎ înaltǎ prin arderea combustibililor fosili (gaze, pǎcura,

cǎrbuni).

N2 + O2 → 2NO; 2NO+O2→2NO2 ; NO+NO2 →N2O3

NO2 este un gaz rosu-orange-brun cu miros caracteristic, iritant şi caustic.

La -10oC, vaporii sǎi sunt coloraţi în galben şi devin roşu-brun la 150oC.

Ozonul participă şi la oxidarea NO2: O3 + NO2 → NO3 + O2

32

Trioxidul de azot(NO3) rezultat se descompune la lumina zilei, fiind nestabil, dar în

timpul nopţii el reacţionează cu NO2 formând N2O5 ,care este solubil în apă:

NO3 + NO2 → N2O5 ; 4NO2 + O2 →2 N2O5

Reacţionând cu umiditatea din aer, N2O5 se transformă în acid azotic:

N2O5 + H2O → 2HNO3

Aceasta din urmǎ ia naştere prin următoarele reacţii (prima reacţie are loc în

toposferǎ, următoarele douǎ în straosferǎ, iar acidul clorhidric rezultǎ prin clorurarea

metanului în toposferǎ): N2O5 + HCl →ClNO2 + HNO3

Oxidul de azot şi dioxidul de azot sunt cunoscuţi sub denumirea de NOX.

Aceşti di-/oxizi se formeazǎ în timpul procesului de combustie la temperaturi foarte

ridicate prin oxidarea azotului în combustibili sau în aer. Principala sursa de NOX

o reprezintǎ traficul stradal, care este responsabil pentru jumatate din emisiile de pe

întreaga Europǎ. Din aceastǎ cauzǎ, concentraţia cea mai ridicatǎ de di-/oxizi de azot

se gaseşte în zonele urbane unde traficul este mai intens.

OZONUL (O3)

Ozonul este concentrat în stratosferǎ într-un strat de ozon la o altitudine de

15-35 km. El se formeazǎ pornind de la moleculele de O2 prin fotodisociere cu

ajutorul radiţiilor de unde scurte UV în ansamblul atmosferei cu concursul

partenerilor de impulsie. În toposferǎ (pânǎ la atitudinea de 10 km) sub acţiunea

radiaţiilor ultraviolete cu lungimea de undă λ<242 nm, emanate de Soare, oxigenul

molecular este scindat în atomi:

O2 →O + O (1)

Atomii de oxigen (foarte reactivi), în prezenţa unui martor (M) care preia

excesul de energie, reacţionează cu molecule de oxigen şi formează ozon:

O2 + O+ M →O3+ M (2)

La rândul sǎu şi ozonul este descompus de către radiaţiile ultraviolete cu lungimea de

unda λ< 320 nm:

O3 →O2 + O (3)

Oxigenul atomic rezultat poate reacţiona cu ozonul spre a forma oxigen molecular:

O+ O3 → O2+ O2 (4)

33

În stratosferǎ guverneazǎ un echilibtru între procesele formǎrii şi

descompunerii ozonului. Perturbarea echilibrului este imputatǎ în special

cloroflorometanului de la aerosoli şi mijloacele de rǎcire.

OXIZII DE SULF (SO2)

Smogul - ozonul, oxidul de azot şi hidrocarburile sunt substanţe inchise

(precursoare) ale smogului fotochimic (tip Los Angeles). El se formeazǎ deasupra

marilor oraşe cu circulaţie intensǎ. Încǎ de la primele ore ale zilei, aerul se

îmbogǎţeste în oxid de azot NO şi NO2 într-un amestec de numeroase hidrocarburi

(alcaline, aromatice), provenind din gaze de eşapament ale vehiculelor şi uzinelor.

1.4 Efectele poluǎrii mediului.

Omul poate suferi direct de pe urma agenţilor poluanţi, spre exemplu din acţiunea

smogului produs de industrie, sau indirect, unde putem lua ca exemplu acţiunea

toxicǎ a petrolului deversat în oceane asupra peştilor, ce se poate transmite omului în

urma utilizǎrii acestuia ca hranǎ. Agenţii poluanţi altereazǎ şi perturbǎ relaţiile

normale ale omului cu mediul înconjurǎtor şi pe cele formate între ecosisteme.

34

Gradul de perturbare poate merge de la un simplu inconfort pânǎ la o acţiune toxicǎ

evidentǎ. Existǎ mai multe cǎi de deteriorare a confortului omului şi a senzatiilor sale

vizuale, olfactive, sonore etc. şi anume: poluarea sonorǎ, degradarea ambianţei (prin

defrişǎri, eroziuni etc.), gustul apei potabile poluate (date de substanţe ca: petrol,

clor, fenoli, sulf), mirosul neplǎcut al substanţelor rǎu mirositoare din apǎ sau aer,

murdǎria şi toxicitatea produsǎ de fum, aglomerarea necontrolatǎ a deşeurilor

domestice şi industriale.

Agenţii nocivi eliminaţi în atmosferǎ care pot provoca efecte dǎunǎtoare asupra

felului de viaţǎ al oamenilor, animalelor şi plantelor sunt de cele mai multe ori sub

forma unui complex de substanţe toxice în compoziţia cǎrora intrǎ atât particule

solide cât şi gaze. În unele situaţii acţiunea nocivǎ este datǎ însǎ numai de particule

solide sau numai de gaze, de o singurǎ naturǎ. În continuare vom enumera cele mai

importante efecte ale poluǎrii şi vom evidenţia numai efectul lor nociv.

Poluarea aerului cu aerosoli are ca efect o acţiune iritantǎ, toxicǎ, cancerigenǎ,

alergicǎ, infectantǎ şi de scǎdere generalǎ a rezistenţei organismului. Aerosolii

eliminaţi în atmosferǎ pot fi netoxici (aceştia devin nocivi numai când particulele

aerosolice au dimensiuni mari) şi toxici (sunt mai puţin rǎspândiţi, dar sunt mult mai

agresivi). Aceştia din urmǎ reprezintǎ categoria care are cele mai nocive efecte, dar

din fericire numai unele din aceste particule sunt întâlnite în mediul ambiant şi

anume: plumbul, fluorul, arsenul, beriliul, manganul etc.

Gazele şi vaporii care au un efect dǎunǎtor asupra organismului se împart în:

toxicerespiratorii, sanguine, hepatice şi neuroleptice.

Dintre diferitele gaze care polueazǎ atmosfera, unele produc efecte nocive atât prin

concentraţiile mai mari, cât şi prin frecvenţa mai ridicatǎ cu care sunt întâlnite.

Cele mai importante în acest sens sunt: oxidul de carbon (foarte întâlnit atât în

mediul industrial cât şi în mediul de locuit), dioxidul de carbon, amestecul de oxizi

de azot (în cea mai mare concentraţie fiind dioxidul de azot), clorul, hidrogenul

sulfurat şi ozonul.

Efectele nocive asupra plantelor. Plantele sesizeazǎ timpuriu şi masiv influenţa

nocivǎ a poluanţilor aerului, constituind prin leziunile ce le suferǎ, indicatori

35

importanţi asupra gradului de poluare. Pagubele generate de poluarea plantelor pot

duce la pierderi economice importante (alimente, furaje, arbori). Prin spǎlarea

atmosferei de cǎtre precipitaţii şi prin sedimentarea particulelor şi gazelor toxice se

poate produce o modificare a compoziţiei apei şi solului şi o creştere a substanţelor

toxice din acestea, lucru ce produce tulburǎri de dezvoltare a plantelor.

Efectele nocive asupra animalelor. Studiul acestor efecte are o importanţǎ directǎ

prin consecinţele de ordin economic din cauza pierderilor suferite printre animale şi

o importanţǎ indirectǎ, prin concluziile utile patologiei umane. Cei mai importanţi

poluanţi atmosferici în ceea ce priveşte efectele asupra animalelor sunt aceia care

persistǎ şi se concentreazǎ pe plante. Asupra animalelor pot acţiona şi acei compuşi

care dǎuneazǎ sǎnǎtǎţii omului. Un alt efect nociv al poluanţilor este modificarea

factorilor meteorologici naturali. Acest lucru este posibil prin prezenţa în atmosferǎ a

poluanţilor sub formǎ de pulberi şi gaze ce pot crea un mediu atmosferic diferit de

cel natural, prin modificǎrile ansamblului microclimatic. Cele mai importante

modificǎri meteorologice sunt legate de creşterea în localitǎţile poluate a numǎrului

zilelor cu ceaţǎ.

1.4.1 Efectul de serǎ

Pǎmântul este încalzit cu ajutorul energiei provenite de la Soare. Când aceastǎ

energie ajunge în atmosfera pǎmântului, o parte din ea este reflectatǎ înapoi în spaţiu,

o micǎ parte este absorbitǎ şi restul ajunge pe pǎmânt încǎlzind suprafaţa.

Dar când energia produsǎ de cǎldura pǎmântului se întoarce, se întamplǎ ceva

diferit, în loc ca aceastǎ energie sǎ treacǎ prin atmosferǎ şi sǎ ajungǎ în spaţiu, o

mare parte din aceastǎ energie este abosorbitǎ de gazele din atmosferǎ. Acest lucru

ajutǎ la pǎstrarea unei temperaturii adecvate vieţii pe pǎmânt.

Deci atmosfera pǎmântului permite pǎtrunderea razelor solare pentru a încǎlzi

pǎmântul, dar capteazǎ cǎldura care porneşte dinspre pǎmânt cǎtre spaţiu.

Acţioneazǎ asemenea unei sere, numai cǎ în cazul serei este folositǎ sticla şi

nu gazul, tocmai din acest motiv se numeste efect de serǎ.

36

Gazele din atmosferǎ, care sunt responsabile cu menţinerea unei temperaturi

normale pe pǎmânt sunt dioxidul de carbon, metanul, oxidul de azot, ozonul şi

vaporii de apǎ toate provenite pe cale naturalǎ. Dar dacǎ aceste gaze sunt prezente în

cantitǎţi prea mari atunci este absorbitǎ prea multa caldurǎ şi acest fenomen duce la

creşterea temperaturii pe pǎmânt..

Cǎrbunele, petrolul şi gazele naturale, toate sunt folosite de catre om drept

combustibili. Se numesc combustibili fosili pentru cǎ formarea lor a durat mii de ani.

Ele conţin cantitǎţi mari de carbon şi în timpul arderii elibereazǎ o imensǎ cantitate

de energie şi de dioxid de carbon. Gazul eliberat în atmosferǎ se alǎturǎ imediat la

efectul de serǎ.

Dioxidul de carbon este principalul gaz responsabil pentru agravarea efectului de

serǎ dar pe lângǎ el s-au mai identificat peste 30 de alţi poluanţi. Oxidul de azot

eliberat de ţevile de eşapament . Se estimeazǎ cǎ de la începutul secolului trecut

nivelul oxidului de azot a crescut cu pâna la 80%.

Ozonul deşi este foarte important pentru cǎ împiedicǎ razele ultraviolete sǎ patrundǎ

în atmosferǎ, la niveluri mai joase este foarte poluant şi contribuie şi el la efectul de

serǎ.

Radicalii OH din troposferă reacţionează îndeosebi cu NO, NO2, CO şi hidrocarburi.

37

Interacţiunea OH● cu oxizii de azot duce la formarea acizilor azotic şi azotos:

OH● + NO + M → HONO + M

OH● + NO2 + M → HONO2 + M

Principalele gaze de evacuare la motoare cu ardere internă care produc efect de seră

sunt:

- bioxidul de carbon (CO2 );

- metanul (CH4 );

- protoxidul de azot – gazul iritant (N20);

- non - metanhidrocarburi (NMHC);

- oxizi de azot (NOx);

- hidrocarburi halogenate (CFC şi HFC);

Oxidarea CO la CO2 reprezintă stadiul final de oxidare a hidrocarburilor şi a

derivaţilor lor în troposferă:

OH ●+ CO → CO2 + H

Hidrogenul atomic rezultat reacţionează repede cu O2 formînd radicalul hidroperoxid

HO2:

H + O2 → HO2●

Acest radical joacă un rol însemnat în chimia atmosferei. El se formează şi în urma

altor reacţii, în special, prin interacţiunea OH● cu O3 şi H2O2:

OH●. + O3 → HO2 ●+ O2

OH● + H2O2 → HO2● + H2O

S-a stabilit că radicalul HO2 participă la procesul de apariţie a smogului fotochimic;

el reacţionează efectiv cu NO formând radicalul OH:

HO2● + NO → NO2 + OH●

Concentraţia HO2● în troposferă variază în limitele a 10-7-10-8 molec.cm3.

Recombinarea HO2● reprezintă sursa principală de formare a peroxidului de

hidrogen atmosferic:

HO2● + HO2● → O2 + H2O2

Una din cele mai cunoscute reacţii ce implică participarea OH●este reacţia de

oxidare a hidrocarburilor.

38

Poluantul organic tipic al atmosferei este CH4.

Oxidarea CH4, sub acţiunea OH● decurge simultan cu oxidarea NO. Mecanismul

corespunzător radical-înlănţuit include un ciclu comun pentru toate procesele

troposferice de iniţiere cu OH, şi un ciclu de reacţii exoterme, în continuarea

lanţului, caracteristice pentru reacţiile de oxidare a compuşilor organici:

OH● + CH4 → H2O + CH3●.

CH3● + O2 → CH3O2●

CH3O2●+ NO → CH3O● + NO2

CH3O● + O2 → CH2O + HO2

Reacţia de oxidare a CH4 în prezenţa NO drept catalizator şi sub acţiunea razelor

solare cu lungimi de undă de 300 - 400 nm se va reprezenta în felul următor:

CH4 + 4O2 → CH2O + H2O + 2O3

Prin urmare, oxidarea metanului (şi a altor substanţe organice) duce la formarea

ozonului troposferic.

Odată cu mărirea concentraţiei NO viteza acestui proces creşte.

Formaldehida rezultată prin oxidarea CH4 se oxidează în continuare cu radicalul OH

formând CO.

Această cale de poluare secundară a atmosferei cu oxid de carbon este comparabilă

cu emisia CO în urma arderii incomplete a combustibilului fosil:

OH●+ CH2O → H2O + HCO●; HCO● + O2 → HO2●+ CO

Formaldehida se poate descompune uşor sub acţiunea razelor UV:

CH2O + hν (330nm) → CO + H2 sau

CH2O + hν → HCO + H

cu formarea ulterioară a radicalului HO2●

Procesele fotochimice din sistemul O3 - NOx - H2O - RH constituie cauza principală

aşa-zis-ului smog fotochimic ai căror componenţi- peroxiacetilnitraţii: PAN.

- sunt toxici pentru organismul uman; PAN - este denumirea comună a unui grup de

compuşi chimici de tipul: R- CO-O- O-NO2 ; unde R este :-CH3,;- C6H5 etc.

Aceşti compuşi rezultă prin următorul lanţ de transformări:

39

OH O2 NO O2 OH O2 NO2 RH → R → RO2 → RO → RCHO → RCO → RCO3 → PAN ( R- CO-O- O-NO

2)

Pentru creşterea aciditǎţii aerului sunt responsabili SO2, acizii de azot NOx şi acidul clorhidric HCl este eliberat de combustia PVC în momentul incinerǎrii deşeurilor. Acest gaz se dizolva în apǎ, transformandu-se în acid clorhidric. Substanţele nocive pot acţiona direct asupra materialelor şi fiinţelor sub forma poluǎrii (ploi acide). Deprecierea pǎdurilor este determinatǎ de climat, erorile silviculturii, ciuperci,

bacterii, dar înainte de toate, de emisii.

Moartea arborilor este o consecinţǎ a asocierii complexe a mai multe cauze care

sunt în interacţiune unele cu altele. Pagubele provin din emisii şi ele sunt

amplificate; de exemplu, anii foarte însoriţi, când emisiile sunt cauzate de depunerile

uscate; paraziţi ca ciupercile, bacteriile distrug copacii.

40

CAPITOLUL II

MODALITĂŢI DE REDUCERE A POLUĂRII MEDIULUI

AMBIANT

2. 1 Direcţii de acţiune privind standardele de poluare

O atenţie deosebită se acordă reducerii poluării la autovehiculele comerciale mari

care funcţionează cu motoare diesel.

În acest scop s-au realizat trei direcţii de acţiune:

- Îmbunătăţirea injecţiei de combustibil (FIE-Fuel Injection Echipment)

Recircularea gazelor arse (EGR- Exhaust Gas Recirculation)

- Dotarea autovehiculelor cu filtre pentru reţinerea particulelor din gazele arse(DPF-

Diesel Particulate Filter)şi dispozitive de limitare a emisiilor nocive(catalizatori)

41

2. 2 Protocolul de la Kyoto la convenţia Cadru a naţiunilor unite asupra

schimbǎrilor climatice

În urma întâlnirii de la Kyoto din 1997 a fost enunţat un act, care se remarcă

(spre deosebire de rezultatele întâlnirilor anterioare) prin concreteţe şi concentrare.

De fapt, părţile semnatare îşi iau angajamente foarte ferme şi relativ uşor de

contabilizat şi verificat, fapt care a făcut ca unele state să refuze sau să amâne

semnarea în prima fază. Protocolul a pornit iniţial cu 55 de semnături, ajungând în

anul 2000 la peste 100 de semnături. Dar marii poluatori cum ar fi Statele Unite şi

Rusia, au lipsitmult timp de pe listă. Concentrarea asupra emisiilor poluante care

provoacă efectul de seră este determinată de faptul că, din considerente de fizică

a circulaţiei fluidelor, ele nu mai sunt o problemă locală, nici măcar naţională, ci

afectează teritorii foarte îndepărtate geografic. România, prin semnarea acestui

protocol s-a angajat voluntar să reducă emisiile la nivel naţional care provoacă

efectul de seră cu 8 % faţă de emisiile de acest tip corespunzătoare anului 1990.

Gaze cu efect de serǎ:

Dioxid de carbon (CO2)

Metan (CH4)

Peroxid de azot (N2O)

Hidrofluorocarburi (HFCs)

Perfluorocarburi (PFCs)

Hexafluorura de sulf (SF6)

Sectoare/categorii de surse

Energie:

Arderea combustibililor

Industrii energetice

Industrii producatoare şi construcţii

Transport

Alte sectoare

Altele

Emisii fugitive de la combustibili

42

Combustibili solizi

Petrol şi gaze naturale

Altele

Procese industriale:

Produse minerale

Industria chimicǎ

Producţia metalelor

Alte producţii

Producţia de halocarburi şi hexafluorura de sulf

Consumul de halocarburi şi hexafluorura de sulf

Altele

Solvenţi şi alte produse

Agricultura

Fermentaţie entericǎ

Gestionarea îngraşǎmintelor naturale

Cultivarea orezului

Soluri agricole

Arderea savanelor

Arderea reziduurilor agricole în câmp

Altele

Deşeuri:

Depozitarea deşeurilor solide în teren

Manipularea apei uzate

Incinerarea deşeurilor

43

2. 3 Elementele componente şi dinamica proceselor de ardere în eşapament

Elementele componente ale unui sistem de eşapament sunt:

-conductele de la chiulasǎ în aval de supapele de evacuare

-colectorul de evacuare ("galeria") fixat pe chiulasǎ

-capacitǎţile/camerele de rezonanţǎ pe care gazele le strǎbat succesiv.

În principal acestea sunt: convertorul catalitic , camera de detentǎ sau detentorul

("toba de mijloc" sau "toba intermediarǎ") şi amortizorul de zgomot ("toba finalǎ")

tuburile (ţevile) de legaturǎ între camerele de rezonanţǎ şi în unele cazuri tuburile

(ţevile) de ieşire din amortizorul de zgomot.

Ansamblul tuburilor, camerelor de detentǎ, amortizoarelor de zgomot etc, de la

colectorul de evacuare fixat pe chiulasǎ pânǎ la gura de ieşire în aer liber constituie

traseul (linia) de evacuare. Ea se întinde în lungimea vechiculului cu condiţia ca

gazele arse sǎ fie eşapate spre spate fǎrǎ riscul de a se infiltra în habitaclu. Datǎ fiind

toxicitatea acestor gaze, toate scurgerile cǎtre interior sunt periculoase pentru

pasageri. Eşapamentele ce echipeazǎ maşinile noi sunt prevǎzute cu ecrane de

protecţie între ele şi habitaclu.

44

Primul element al sistemului este colectorul de evacuare cu rolul de a prelua

ieşirea din chiulasǎ şi de a conduce gazele de eşapament cǎtre prima camerǎ de

rezonanţǎ. În continuarea colectorului de evacuare, la motoarele fǎrǎ injecţie, se

plaseazǎ o capacitate sau rezonator cu rolul de a tǎia acusticile libere. La motoarele

cu injecţie dotate cu catalizator acest rezonator lipseşte, funcţia acestuia fiind

preluatǎ chiar de convertorul catalitic.

Convertorul catalitic are forma unui amortizor clasic, eliptic sau rotund, în

interiorul cǎruia se aflǎ un monolit ceramic sau metalic pe care sunt depuse metale

nobile: Pt, Rh, Pd ,care favorizeazǎ conversia gazelor poluante în gaze nepoluante.

În convertorul catalitic au loc procese de transformare a hidrocarburilor în dioxid

de carbon (CO2 ) şi vapori de apǎ, a monoxidului de carbon (CO) în dioxid de carbon

(CO2) şi a oxidului de azot (NO) în nitrogen (N2) şi oxigen (O2). O funcţionare

normalǎ a unui convertor catalitic, corect dimensionat conduce la o transformare a

gazelor rezultate ca urmare a arderii combustibilului, în gaze cvasiinofensive.

La ieşirea primului tronson tubular se gaseşte o capacitate numitǎ camerǎ detentǎ sau

detentor, unde gazul pierde o bunǎ parte din temperatura acumulatǎ, ca urmare a

funcţionarii motorului. Camera detentǎ este alcatuitǎ din mai multe incinte acustice

fiind elementul sistemului de eşapament care trateazǎ din punct de vedere acustic

fluxul de evacuare.

Exigenţele de reducere a zgomotului pentru încadrarea în regulamente şi pentru

confortul pasagerilor sunt asigurate de ultimul element al sistemului de evacuare

denumit amortizor de zgomot.

Fiecare capacitate, detentor sau amortizor, este locul unei modificǎri de stare

(presiune, volum) a gazelor care se exprimǎ prin reducerea entalpiei (energiei totale a

gazelor) şi a temperaturii. Capacitǎţile şi rezonatoarele plasate în general foarte

aproape de supape de evacuare sunt locul efectelor acustice atermice.

45

Camerele de detentǎ care se gǎsesc în general în secţiunea mijlocie a traseului,

provoacǎ o scǎdere a presiunii endoterme. În amortizorul de zgomot se produce o

mişcare violentǎ a reţelei de gaze care provoacǎ o mare degajare de caldurǎ.

Suprafaţa lor exterioarǎ se comportǎ ca un radiator iar temperatura exterioarǎ poate

depaşi 200ºC şi din acest motiv trebuie izolate de planşeu. Amortizoarele plasate în

majoritatea cazurilor la finalul liniei de eşapament sunt în general de douǎ tipuri: de

tip absorbţie şi de tip reflexie.

În cazul amortizoarelor de tip absorbţie (modelul realizat de BORLA ROMCAT

pentru toate eşapamentele din inox) materialul fonoabsorbant izolând interiorul şi

fluxul de gaze de învelişul exterior conduce la diminuarea temperaturii exterioare şi

deci la o mai bunǎ rezistenţǎ în timp a produsului. Amortizoarele de tip reflexie (cu

mai multe tuburi interioare perforate - modelul eşapamentelor pentru autoturismele

Dacia, diminueazǎ zgomotul printr-o reacţie de tip "spargerea undei".

Temperatura gazului de eşapament mǎsuratǎ sub vehicul este în funcţie de turaţia

motorului în plinǎ sarcinǎ şi de distanţa fatǎ de colectorul de evacuare. Având în

vedere diversitatea situaţiilor posibile şi a numǎrului foarte mare de modele existente

vǎ prezentǎm spre informare mǎsurǎtorile de temperaturǎ în axa sistemului de

eşapament fǎcute la un motor de 1600 cm3. Astfel, imediat dupǎ galeria de evacuare

temperatura poate varia între 700ºC şi 900ºC,dacǎ turaţia motorului creşte progresiv

de la 1.500 la 5.000 rot/min. În acelaşi regim de lucru al motorului temperatura

mǎsuratǎ la 2 metri de la galeria de evacuare poate varia între 450ºC şi 650ºC. La

ieşirea sistemului de eşapament, consideratǎ a fi la 4 metri distanţǎ faţǎ de galeria de

evacuare temperaturile înegistrate în acelaşi regim de turaţii pot cǎdea pânǎ la 300ºC

şi 500ºC. Mǎsurarea acestor temperaturi s-a facut în axa sistemului de eşapament

(deci în mijlocul tuburilor şi al incintelor) ele diminuându-se cu pânǎ la 250ºC spre

exteriorul traseului datoritǎ curenţilor de aer şi soluţiei constructive alese pentru

sistemul de evacuare.

46

Procese de transformare chimicǎ a poluanţilor. Stoichiometria arderii

Aerul atmosferic uscat cuprinde 20,95 % (vol.) oxigen, 78,09 % azot şi 0,93 %

argon, ceilalalţi componenţi fiind în proporţii considerate neglijabite. În calculele

obişnuite, care urmăresc definirea proprietăţilor termodinamice ale reactanţilor şi

produşilor se neglijează şi prezenţa argonului, considerându-se că aerul constă din

21 % (vol.) şi oxigen şi 79 % azot; exprimat în moli, pentru fiecare mol de oxigen se

consideră prin urmare (1 – 0,2095)/0,2095 = 3,773 moli de azot, de asemenea în

calculele obişnuite se consideră că azotul nu participă la reacţiile arderii.

În consecinţă, ecuaţia arderii complete, în aerul atmosferic, a hidrocarburii

CmHn, are forma:

substanţe nepoluante

Orice motor are nevoie pentru a funcţiona (pentru a putea desfǎşura în

interiorul sǎu ciclurile motor, bazate pe însuşirea gazelor de a se dilata când sunt

încalzite, amestec carburant (aer+combustibil ).

Cantitatea de aer disponibil pentru ardere A se exprimă în funcţie de cantitatea

stoichiometrică As, cu ajutorul coeficientutui de dozaj ;

Compoziţia amestecului depinde de "mǎrimea" şi "nevoile" (sarcina şi turaţia)

motorului, însǎ porneşte de la valoarea idealǎ, sau stoichiometricǎ.

= 1 când la 14,8kg aer îi crespunde.cu 1kg benzinǎ fǎrǎ plumb.

Acest tip de amestec (ideal), este cǎutat, dar foarte rar obţinut, el având nişte

variante (cerute chiar de motor, de altfel), care corespund diverselor regimuri de

funcţionare, în scopul obţinerii arderilor complete în cilindrii. Gazele de ardere sunt

compuse în general dintr-un mare număr de substanţe, ca rezultat al mecanismului

complex al reacţiilor arderii .

În cazul 1 (amestec cu exces de aer, sau dozaj sărac), se admite, în

general, că reacţiile de oxidare se dezvoltă complet, rezultând CO2; H2O; O2

(cantitate în exces) şi N2.

47

În cazul 1 (amestec cu lipsă relativă de aer, sau dozaj bogat), arderea

combustibilului este evident incompletă: carbonul este parţial oxidat complet, în

reacţia C + O2 = CO2 şi parţial oxidat incomplet, în reacţia C + (1/2)O2 = CO;

de asemenea o parte din hidrogen este oxidat complet, în reacţia H2 + (1/2)O2 = H2O;

iar restul rămâne neoxidat. În consecinţă, se consideră că produşii arderii cuprind

CO2 ;CO; H2O; H2 ;N2.

Se distinge astfel, pe lângǎ amestecul ideal:

-amestec sǎrǎcit acesta are 15 ,17 Kg de aer pentru 1kg de combustibil

-amestec sǎrac acesta conţine peste 17Kg de aer pentru 1 kg de combustibil

-amestec îmbogǎţit sub 15, pânǎ la 12Kg de aer pentru 1 kg de combustibil

-amestec bogat sub 12 Kg de aer pentru 1 kg. (5Kg aer /1 kg de combustibil

reprezintǎ limita de ardere).

Fiecǎrui regim de funcţionare îi corespunde un anumit tip de amestec, cerut

chiar de motor , pentru a funcţiona corespunzator.

Cele cinci regimuri de funcţionare ce se succed în funcţionarea motoarelor

sunt:

regimul de pornire necesitǎ un amestec bogat, deoarece o parte din

combustibil se condenseazǎ iar vaporizarea se face mai greu din cauza temperaturii

scǎzute a motorului.

De aceea la pornire trebuie ca amestecul carburant sǎ fie de 10, 15 ori mai

bogat decât amestecul ideal, aceastǎ îmbogǎţire a amestecului ,se face fie prin

micşorarea cantitǎţii de aer ce pǎtrunde în motor, fie prin mǎrirea cantitǎţii de

combustibil dozat şi injectat la pornire în cilindrii, dupǎ cum motorul este M.A.S.

clasic sau "injectat".

regimul de mers în gol, ralenti necesiǎ un amestec îmbogǎţit, care oferǎ

garanţia funcţionǎrii stabile la acest regim, care este un regim de funcţionare foarte

"pretenţios" pentru motoarele termice.

Aceastǎ îmbogǎţire este posibilǎ la motoarele cu carburator obişnuite prin

recunoaşterea acestui regim de funcţionare, dupǎ depresiunea din faţa clapetei de

acceleratie, depresiune ce se manifestǎ doar asupra orificiului circuitului de ralenti ce

48

debuşeazǎ sub clapeta de acceleraţie circuit ce asigurǎ funcţionarea motorului la

acest regim.

În cazul motoarelor asistate electronic, recunoaşterea regimului de funcţionare

cade în sarcina ECU ,care are înmagazinatǎ în memoria sa nişte "cartograme",

practic un model tridimensional al motorului pe care îl asistǎ şi care respectǎ curba

necesarului de combustibil în funcţie de "starea" concretǎ în care se aflǎ motorul.

Pentru regimul de ralenti, recunoaşterea se face dupǎ poziţia clapetei de

acceleraţie, care se aflǎ "sprijinitǎ" pe tija motoraşului de poziţionare închizând

contactul ce semnalizeazǎ ECU faptul cǎ motorul se aflǎ la ralenti.

regimul sarcinilor parţiale adicǎ a sarcinilor cuprinse între 20 si 80% din

încǎrcarea motorului, solicitǎ un amestec sǎrǎcit, asigurând astfel un consum redus şi

o funcţionare economicǎ. Fireşte însǎ cǎ întreaga plajǎ a sarcinii aşa numitǎ

"parţialǎ" care este destul de mare va fi recunoscutǎ şi compensatǎ dupǎ poziţia pe

care o ocupǎ clapeta de acceleraţie, poziţie semnalatǎ prin intermediul

potenţiometrului, ECU, dupǎ cartograme, refacând compensarea în mod

corespunzator "cu cât, cu atât" adicǎ creşte cu creşterea sarcinii.

regimul sarcinilor mari necesitǎ amestec îmbogǎţit, care sǎ facǎ posibilǎ

mǎrirea puterii atunci când motorul o reclamǎ, prin intermediul unui îmbogǎţitor

comandat prin depresiune la M.A.S. clasic, sau prin poziţia specificǎ, a

potenţiometrului, la M.A.S injectat precum şi prin indicaţiile oferite de traductorul

(senzorul) de turaţie.

Acest regim nu este recomandat a fi menţinut timp îndelungat, motoarele nepreparate

special nerezistând prea mult la acest regim de funcţionare, din cauza suprasarcinilor

la nivelul mecanismelor motorului.

regimul de trecere necesar la variaţia rapidǎ, trecerea bruscǎ de la un regim

inferior la un altul mai mare, constǎ în suplimentarea cantitǎţilor de combustibil

debitate pe perioade foarte scurte şi cu cantitǎţi mici care sǎ facǎ posibilǎ trecerea.

Acest regim este comandat şi el pe cale mecanicǎ sau electronic, dupǎ cum sistemul

beneficiazǎ sau nu, de asistenţa unei unitǎţi centrale.

49

Diagrama compoziţiei gazelor de eşapament şi a consumului în funcţie λ

λ=( amestecul aer+combustibil) [ ppm]( pǎrţi/million) sau [%]

λ=1

ECU sau "CALCULATORUL" este responsabil în mod direct de funcţionarea

motorului. Acesta masoarǎ, verificǎ şi controleazǎ toate aspectele legate de buna

funcţionare a motorului în raport cu efortul depus de cǎtre acesta şi în funcţie de unii

factorii externi cum ar fi: temperatura, presiunea sau densitatea, cât şi comunicaţia

acestuia cu restul sistemelor electrice şi electronice ale vehiculului: ABS, SRS,

clima, confort etc.

Aceste informaţii cu privire la condiţiile de operare ale motorului sunt culese de cǎtre

o multitudine de senzori şi traductori dispuşi fiecare în locurile specifice scopului

propus, cum ar fi: presiunea de supraalimentare, temperatura aerului în coloana de

admisie, temperatura combustibilului, temperatura lichidului de rǎcire, temperatura

uleiului, viteza de rotaţie (turaţia), viteza vehiculului, masa de aer sau volumul

acestuia, punctul mort, începutul injectiei, lambda, etc. În acord cu aceste informaţii

culese de cǎtre senzori (traductori), ECU decide asupra momentului aprinderii, a

cantitǎţii de carburant injectate, a presiunii de supraalimentare, a îmbogǎţirii lambda.

Toate relaţiile matematice, valorile determinate experimental de cǎtre fabricant şi

cele culese de cǎtre senzori sunt în permanenţǎ procesate şi comparate cu seturi de

valori standard memorate în interiorul calculatorului.

50

Calculatorul conţine în interior, printre multe alte componente electronice, un

circuit integrat denumit generic "CHIP", care are rolul stocǎrii/memorǎrii tiparelor de

funcţionare, cât şi a caracteristicilor ,cum ar fi puterea şi cuplul pe întreaga gamǎ de

turaţie la absolut orice regim de lucru al motorului. CHIP-ul este de fapt o memorie

nevolatilǎ. În funcţie de generaţia constructivǎ a calculatorului sau a fabricantului,

memoria poate fi de mai multe tipurii: PROM, EEPROM, FLASH şi de mai multe

capacitǎţi: 64kB, 128kB, 256kB, 512kB, 1024kB.

În urma modificǎrii (TUNING) baza de date originalǎ memoratǎ în interiorul

acestui CHIP de cǎtre fabricant este înlocuitǎ cu o altǎ bazǎ de date modificatǎ

(îmbunǎtǎţitǎ) ce îi conferǎ motorului, respectiv vehiculului o creştere a puterii (HP)

şi a cuplului (Nm). Modificarea se face sub limitele maxime specificate de fabricant,

astfel încât maximul puterii şi al cuplului sǎ nu afecteze durabilitatea motorului, iar

relaţia între cantitatea de carburant consumatǎ şi puterea dezvoltatǎ sǎ fie într-o

proporţie optimǎ. Funcţiile importante legate de injecţie, avans, supraalimentare,

limitarea sarcinii cât şi a emisiilor de noxe sunt monitorizate pe întreaga plajǎ de

turaţie.

2. 4 Determinarea emisiei de noxe

Determinarea emisiei de noxe din gazele de eşapament,reprezintǎ un instrument de

diagnosticare a stǎrii tehnice a motorului autoturismului şi se realizeazǎ cu ajutorul

analizoarelor de gaze.

Emisiile de produşi poluanţi chimici raportate la regimurile de funcţionare a

motoarelor MAS şi MAC sunt prezentate în tabelul nr.3

Poluant

UM R.relanti R. nominal R . suprasarcinǎ

accelerat dezaccelerat

MAS MAC MAS MAC MAS MAC MAS MAC

CO % 7 urme 1,5 0,1 1,8 urme 2,5 urme

CmHn % 0,5 0,05 0,2 0,02 0,1 0,01 1,0 0,03

NOx % 0,003 0,006 0,11 0,10 0,065 0,025 0,001 0,002

51

MAS- motoare cu aprindere prin scânteie -

MAC- motor cu aprindere prin comprimare un motor funcţionând prin

autoaprinderea combustibilului injectat spre sfârşitul cursei de comprimare (motorul

Diesel);

NOx- Oxizi de azot; NO Monoxid de azot; NO2 Dioxid de azot;

CO- Monoxid de carbon

CmHn- Hidrocarburi- CH4 Metan; C3H8 Propan ;C2H6 Etan;

R. nominal la turaţia nominală - turaţia maximă la sarcina totală permisă de

regulator, aşa cum este specificat de producător valoarea exprimată procentual din

cuplul maxim disponibil;

R. relanti- relantiul este o turaţie de obicei între 750rpm şi 1000rpm(turaţia minimǎ

la mers în gol;)

R suprasarcinǎ- turaţia la momentul maxim - turaţia motorului la care se obţine

momentul motor maxim, aşa cum este specificat de producător.

Pentru motoare cu aprindere prin scânteie este specificǎ testarea dupǎ emisia de

oxid de carbon ,iar pentru motorul Diesel importantǎ este mǎsurarea gradului de fum,

a concentraţiilor de oxid de azot şi de hidrocarburi.

Mǎsurarea concentraţiei de oxid de carbon la motoare cu aprindere prin

scânteie

Mǎsurarea concentraţiei de oxid de carbon în gazele de eşapament se face cu

analizoarele de naturǎ electricǎ sau cu radiaţii infraroşii.

Analizoarele electrice cu postardere au o schemǎ de principiu prezentatǎ în

fig. 1

1- conducta sondei de prelevare

2-serpentinǎ de rǎcire

3-separatoare a apei condensate

4-conductǎ

5- filtru

6-orificiu calibrat

7- conductǎ

52

16

8- pompǎ

9- pompǎ cu membranǎ

10-camera rezistenţei de mǎsurǎ

încǎlzitǎ la 7000 C

11- conductǎ

12- camera rezistenţei etalon încǎlzitǎ la 7000 C

13-jiclorul de dozaj

14- filtru

15 aparatul de mǎsurǎ

16-bateria de acumulatoare

17-potenţiometru

În compunere intrǎ o punte Wheatstone, echipatǎ cu aparatul de mǎsurǎ, care este

alimentatǎ de la bateria de acumulatoare(16) prin intermediul potenţiometrului (l7)

pentru reglaj.În camera rezistenţei etalon (12) care este confecţionatǎ din platinǎ intrǎ

din atmosferǎ aerul filtrat de filtrul (14) şi dozat de jiclorul (13). Gazul supus analizei

este adus de la sonda de prelevare montatǎ în ţeava de eşapament, prin conducta 1,

de unde urmezǎ un traseu de reţinere a apei condensate în separatoarele 3 şi de rǎcire

în serpentina (2). Din conducta (4) ,o parte din gaze sunt aspirate în camera

rezistenţei de mǎsurǎ (10), dupǎ ce au fost curǎţate de filtrul (5) şi dozate de orificiul

calibrat (6),restul gazelor sunt evacuate în atmosferǎ prin conducta (7) cu ajutorul

pompei (8).

Pompa cu membranǎ (9) aspirǎ, pe de o parte gaze de eşapament, iar pe de altǎ parte

aer din camera rezistenţei etalon prin conducta (11). Aerul încǎlzit este dirijat din

camera rezistenţei etalon în cea a rezistenţei de mǎsurǎ (10), în care se produce

arderea substanţelor combustibile conţinute în gazele de evecuare, şi anume CO şi

H2. Deoarece valoarea ohmicǎ a rezistenţei de mǎsurǎ (10) se mǎreşte odatǎ cu

temperatura, iar acasta creşte proporţional cu gazele arse, aparatul de mǎsurǎ (15),

care marcheazǎ dezechilibrarea punţii, indicǎ concentraţia de oxid de carbon din

gazele de eşapament.

53

17

Analizoarele cu absorbţie nedispesivǎ în spectrul de radiaţii infraroşii

Analizoarele cu absorbţie nedispesivǎ în spectrul de radiaţii infraroşii se bazeazǎ

pe principiul absorbţiei selective a energiei radiantǎ în infraroşu a gazelor

poliatomice cu structuri eterogene,în interiorul domeniului 2…15 µm. Analiza în

infraroşu se bazeazǎ pe compararea energiei transmise unei membrane elastice pe

douǎ cǎi diferite: printr-o coloanǎ din gazul analizat şi printr-o alta formatǎ dintr-o

substanţǎ care nu reţine radiaţia(aer).(Fig.nr.2)

Schematic un astfel de analizor are douǎ tuburi închise la ambele capete cu pereţi

transparenţi. Un tub conţine un gaz care nu reţine radiaţiile infraroşii 6,iar celǎlalt 5

este intercalat în circuitul de gaze de evacuare din motor, supuse analizei.

Fig. 2

1) sonda de prelevare

2) separatorul de apǎ

3) filtrul

4) pompa cu debit constant

5) tubul de mǎsurǎ

6) tubul de referinţǎ

7) detector cu douǎ camere cu CO2

8) becuri cu filtre(2..10 µm)

9) motor electric pentru rotirea discului

10) amplificator

11) aparat de mǎsurǎ

12) înregistrator

13) membranǎ elasticǎ

14) grilǎ fixǎ

15) disc cu fante

54

Cele douǎ tuburi 5 şi 6 sunt încadrate la o extremitate de cǎtre un bec 8. de la care

lumina se transmite prin filtru, ce lasǎ sǎ treacǎ numai radiaţiile cun lungimi de undǎ

cuprinse între2….10 µm.

Radiaţiile sunt trimise cǎtre cele douǎ tuburi sub forma unor impulsuri cu frecvenţa

de 6-10 Hz, realizate de discul cu fante 15, rotit de motorul 9.

Detectorul 7 format din douǎ camere despǎrţite de membrana 13 cu grila 14

formeazǎ un traductor capacitiv, introdus în circuitul aplificatorului 10;rezultatele

mǎsurǎrilor sunt date pe scala aparatului 11 şi pe înregistrator.Gazele emise de

motor sunt preluate de sonda 1, curǎţate de apǎ de separatorul 2,şi de particule solide

în filtrul 3, sunt introduse la presiune constantǎ de pompa 4.Razele infraroşii care

strǎbat acest tub ajung parţial absorbite de coloana de gaz, gradul de absorbţie fiind

proporţional cu concentraţia de CO.

Radiaţia din tubul 6 îl traverseazǎ fǎrǎ absorbţie, astfel încât cele douǎ camere ale

detectorului 7, vor primi cantitǎţi diferite de energie.

Gazele încǎlzite inegal se vor dilata inegal în cele douǎ camere,producând o diferenţǎ

de presiune asupra membranei 13 ,care se va deforma, modificând capacitatea

traductorului care este proporţionalǎ cu concentraţia de oxid de carbon din gazele

de eşapament ce circulǎ prin tubul 5, fiind cititǎ pe scala aparatului de mǎsurǎ şi de

înregistrator.

Metoda de referinţă pentru analiza CO este metoda spectrometrică în infraroşu

nedispersiv (NDIR), prevazută în ISO 4224- analizoare NDIR pentru măsurarea

monoxidului şi bioxidului de carbon.

Fotometrele cu luare de probe extractive pentru mǎsurarea concentraţiei de

oxizi de azot; hidrocarburi;bioxid de carbon

Interacţiunea radiaţiei electromagnetice în domeniul spectral optic cu moleculele

unui gaz depinde în mod specific de structurile moleculare.

Prin iradierea cu unde electromagnetice, moleculele sunt stimulate prin încǎrcarea cu

energie. Astfel se formeazǎ benzi de absorbţie.

55

În domeniul spectral infraroşu, toate gazele heteroatomice precum bioxidul de

carbon (CO2) , oxidul de carbon (CO), bioxidul de sulf (SO2), monoxidul de azot

(NO) posedǎ un spectru de absorbţie caracteristic. SO2 şi NO au un asemenea spectru

de absorbţie şi în domeniul spectral cu ultraviolete.

Prin utilizarea unui filtru optic se produce lumina corespunzatoare unui anumit

domeniu de lungimi de undǎ. Lumina se dirijeazǎ printr-o cuvǎ prin care trece gazul

pentru mǎsurare. O parte din lumina este absorbitǎ de moleculele impuritǎţilor.

Atenuarea luminii devine în felul acesta o mǎsurǎ pentru concentraţia de impuritǎţi.

În urma iluminǎrii cuvei, lumina ajunge la un detector de radiaţii, la care este cuplat

un dispozitiv electronic de prelucrare a semnalului.

În cazul acestui model simplu, cele mai mici modificǎri ale sursei de radiere şi ale

sensibilitǎţii receptorului duc la erori inadmisibil de mari în punctul zero.

Pentru a evita aceste erori, dispozitivele de mǎsurare uzuale folosesc fie o corecturǎ

periodicǎ a punctului zero, fie un standard de comparaţie sub forma unui al doilea

filtru comparativ (procedura de frecvenţa dualǎ) sau a unui gaz comparativ Acest

standard de comparaţie poate fi introdus pe traiectoria fasciculului fie defazat in timp

– deci ca faze opuse –(fotometru cu un singur fascicul), fie acesta se gaseşte pe o

traiectorie paralelǎ de comparaţie a fasciculului(fotometru cu douǎ fascicule).

Fotometrele se diferenţiaza in funcţie de:

a.) felul sursei de radiaţie: fotometru cu infraroşu sau cu ultraviolete,

b.) lungimea cuvei utilizate: cuve cu traiectorie lungǎ, respectiv scurtǎ,

c.) felul corecturii în punctul zero: procedura de corelare a filtrului de gaz, respectiv

procedura de frecvenţǎ dualǎ;

d.) numǎrul de fascicule: fotometru cu un singur fascicul, respectiv cu douǎ fascicule

Aparatele fotometrice de analizǎ a gazului trebuie sǎ abordeze selectiv componenta

supusǎ mǎsurǎrii, pentru a reduce la minimum influenţa componentelor

perturbatoare. Aceasta selectivitate poate fi obţinutǎ prin proceduri dispersive sau

nedispersive.

Procedurile dispersive descompun lumina unei surse de luminǎ cu un spectru larg,

înainte de mǎsurarea propriu-zisǎ, în mai multe pǎrţi.

56

În cazul procedurii cu frecvenţa dualǎ se introduce, de ex., pe traiectoria fasciculului,

un filtru, pentru a putea produce semnalul de masurare (I). Acest filtru permite

trecerea unei pǎrţi de radiaţii in domeniul de lungimi de undǎ corespunzǎtor

componentei ce trebuie masuratǎ.

Se utilizeazǎ filtre-prismǎ, filtre-grilǎ sau filtre de interferenţǎ.

Pentru producerea semnalului în punctul zero (I0) se foloseşte un al doilea filtru, care

permite trecerea unui domeniu de lungimi de undǎ corespunzator în afara spectrului

caracteristic.

Procedura nedispersivǎ cu infraroşu (procedura NDIR) utilizeazǎ în vederea

selectivǎrii un detector selectiv, la care ajunge fasciculul luminos dupǎ ce a fost

modulat de catre o diafragma rotativǎ (Fig 3).

Pornind de la procedura NDIR au putut fi construite aparate de mǎsurare cu mai

multe componente. În acest scop se conecteaza mai multe detectoare de gaz (de

obicei douǎ) una dupǎ alta, pentru fiecare componentǎ.

Acest proces trebuie efectuat cu atenţie sporitǎ, deoarece benzile de absorbtie ale

componentelor, ce vor fi mǎsurate combinat, nu trebuie sa se suprapunǎ.

Fig.3

.

57

Pentru mǎsurarea concentraţiilor detectorul este umplut cu un gaz care absoare

energia radiantǎ în infraroşu pe aceaşi lungime de undǎ ca cea componentei

analizate, de exemplu pentru hidrocarburi s-a convenit hexan normal C6H14.

Procedura de corelare a filtrului de gaz este utilǎ în vederea selectivǎrii unei camere

de filtrare umplutǎ cu gaz fixatǎ de un rotor de filtru, analizor HFID pentru

măsurarea hidrocarburilor.

Aceastǎ camerǎ de filtrare este adusǎ periodic pe traiectoria fasciculului, alternativ,

cu o deschidere a rotorului de filtru sau cu o camerǎ de filtrare umplutǎ cu azot,pentu

oxizii de azot -analizor HCLD.. Pornind de la procedura de corelare a filtrului de gaz

au putut fi construite aparate de mǎsurare cu mai multe componente.

În acest scop rotorul de filtru trebuie dotat cu filtre de gaz pentru mai multe

componente- procedura NDIR.

Diferenţele de presiune dintre douǎ jumǎtǎţi de camere de receptare se mǎsoarǎ

fie direct prin intermediul unui condensator cu membranǎ, fie prin detectarea unui

curent de presiune compensator, apoi se transformǎ în semnale electrice.

Mǎsurarea gradului de fum pentru motorul diesel

Mǎsurarea gradului de fum,culoarea şi nuanţa sa pentru motorul diesel,permite

diganosticarea procesului de ardere. Parametrii de stare se pot localiza fie la

instalaţia de alimentere, fie la cel de distribuţie, fie la cel de rǎcire. Existǎ trei

procedee pentru mǎsurarea densitǎţii fumului în gazele motoarelor de eşapament

diesel: prin filtrare, absorbţie şi reflexive pe baza cǎrora sunt construite aparatele

numite fumetre.

Fumetre : prin filtrare bazate pe trecerea gazelor de eşapament forţate prin filtre ,care

reţin funinginea.Aprecierea cantitǎţii de funingine reţinute se poate face pe cale prim

fotometrie, cântǎrire,prin ardere.

Fumetrul gravimetric:Aspirǎ gaze înainte şi dupǎ filtrare, hârtia de filtru este uscatǎ

şi apoi cântǎritǎ. Gazele de eşapament sunt trecute printr-o camerǎ care conţine douǎ

58

filte din fibrǎ de sticlǎ umectate cu fluorocarbon cu diametru de 37 mm, distanţate

între ele la max.100mm. Masa unui filtru trebuie sǎ fie 1,3mg/1075mm2 suprafaţa

eficace.

Fig.4

Fumetre cu absorbţie. Gazele evacuate circulǎ în flux continuu prin tubul 3 deschis la capete şi încadrat de becul 4 şi fotocelulaelectricǎ 7;gradul de fum este dat de absorbţia luminii în gaz. Separatorul de apǎ2 şi supapa de presiune1 împiedecǎ pǎtrundera apei în aparat. Suflanta 6 realizeazǎ circulaţia aerului prin tubul de aer5 şi limitezǎdifuzia de gaze cǎtre sursa luminoasǎ şi fotocelulaelectricǎ.Fig.nr.5 şi 6

Fig.5 Fig.6

Fumetre cu reflexie. Gazele de eşapament traverseazǎ un fascicol de luminǎ.

Intensitatea luminii reflectate este proporţionalǎ cu conţinutul de funingine şi se

mǎsoarǎ pe cale fotometricǎ.

Secţiunea fascicolului luminos este limitatǎ deferestrele 1 şi 2. Aparatlul are o poziţie

de tarare (fig.5a) când celula nu este iluminatǎ, o poziţie de alegere a intensitǎţii

sursei de luminǎ ( fig.5.b), şi o poziţie de mǎsurǎ ( fig.5.c) Scala este gradatǎ direct

în conţinutul de funingine.

59

Fumul de culoare neagrǎ este urmarea prezenţei în gazele de eşapament a mari

cantitǎţi de carbon nears, generat de ardera incompletǎ în camera de ardere;

fumul albastru pǎtrunderii uleiului în camera de ardere; albicios indicǎ deranjarea

sistemului de rǎcire sau pǎtrunderii apei în cilindrii. Toate motoarele care emit gaze

de eşapament amestecate cu apă se echipează cu un racord în sistemul de eşapament

al motorului, situat în aval de motor şi înaintea oricărui punct în care gazele de

eşapament intră în contact cu apa (sau cu orice fluid de răcire) pentru fixarea

provizorie a unui dispozitiv de prelevare a probelor din emisiile de gaze sau de

particule.

EU Emission Standards for HD Diesel Engines, g/kWh (smoke in m-1)

Date Test COHC NOx PM Smoke

Euro IV 2005.10 ESC & ELR 1.5 0.46 3.5 0.02 0.5

2 . 5. Sisteme naturale de reducere a poluǎrii mediului ambiant

Zonele verzi reprezintă o condiţie indispensabilă a unei vieţi urbane normale şi

ocupă un loc de prim plan în echilibrul fizic şi psihic al aglomerărilor urbane. În

primul rând, spaţiile verzi îndeplinesc un rol important în atenuarea poluării

atmosferice. Studiile au confirmat capacitatea spaţiilor verzi de a neutraliza diverşi

poluanţi, în special bacteriile şi pulberile. Dacă e suficient de densă, vegetaţia

îndeplineşte rolul unui adevărat filtru împotriva bacteriilor. De asemenea, studiile au

arătat că vegetaţia fixează , în condiţii atmosferice similare, de 3-6 ori mai mult praf

decât suprafeţele golaşe.

De asemenea, spaţile verzi prezintă un anumit rol în regularizarea umidităţii

aerului şi a temperaturii. Pe timp de vară se observă o secetă a atmosferei urbane

produsă de lipsa de respiraţie a solului betonat.

Spaţiile verzi au şi o altă funcţie importantă: ele atenuează zgomotul. Prin masa

proprie şi prin masa de aer izolantă în care se scaldă, spaţiile verzi pot da rezultate

apreciabile. În general, vegetaţia îndeplineşte rolul unui ecran acustic datorită marii

60

suprafeţe a frunzelor, care absorb vibraţiile sonore.Experienţe efectuate în acest scop

au arătat că un ecran format prin perdele de arbori atenuează zgomotele cu 8-10

decibeli pe metru pǎtrat.

Spaţiul împădurit sau şirurile de arbori reprezintă pentru populaţie un bun mijloc de

apărare împotriva acestui flagel urban care este zgomotul.

2. 5. 1 Sisteme constructive de naturǎ fizicǎ de limitare a poluǎrii mediului

(Filtre)

Metode de depoluare a emisiilor gazoase cu conţinut de particule solide

1) Epurarea gazelor de particule solide prin filtrare( ţasǎturi;ceramice; metalice)

2) Epurarea gazelor de particule solide prin centrifugare( în contra current)

3) Depunere sub influenţa forţelor electrostatice( electofiltre)

4) Metode combinate

61

Epurarea gazelor de particule solide prin filtrare şi centrifugare

1) În scruberul Venturi (fig.7.), jetul de gaz se îngustează în

2) difuzor şi trece cu o viteză mare (60 -150 m/s) printr-un gît îngust..

fig.7

Jetul rapid de gaz se utilizează pentru fragmentarea soluţiei care se administrează în

jetul de gaz, în direcţia curentului.

1- admisia gazului ( fumului )

2- admisia apei ;

3- îngustare reglabilă ;

4- eliminarea gazului epurat

Filtrele electrice se bazează pe

faptul că aplicând între doi

electrozi o diferenţă de potenţial foarte mare (de ordinul a zeci de mii de volţi) se

produce ionizarea aerului. Sub efectul cîmpului electric, fiecare din ionii formaţi se

deplasează spre electrodul de semn opus. In mişcarea lor spre electrozi, ionii gazoşi

întîlnesc particule solide sau lichide de impurităţi, le transmit sarcina electrică şi le

dirijează spre electrodul de

semn opus. La impactul cu electrozii, particulele îşi pierd sarcina şi se depun.

Schema filtrului electrostatic ( Fig.8)

1 - admisia gazului (fumului);

2 - gaz(fum);

3,4 - placi de sedimentare;

5,8 - electrozi;

6 - izolator;

7 –sursa de current

62

Filtrele tubulare(Fig.9) se compun din mâneci cilindrice (confecţionate din ţesături

diferite) motiv pentru care se mai numesc filtre cu mâneci sau filtre saci.

Mânecile sunt suspendate vertical deasupra unor grile tubulare, deschiderea mânecii

fiind fixată pe grilă.

Fluidul cu particule solide intră în mâneci şi iese din el traversînd ţesătura.

Deoarece în timp ţesătura se poate astupa, este necesar ca mânecile să fie scuturate la

intervale regulate cu ajutorul unor dispozitive speciale.

Fig.91 -admisie;);

2 - pulberi (praf, cenuşa);

3- vibrator;

4- gaz epurat

2. 5. 2 Sisteme constructive chimicǎ de limitare a poluǎrii mediului (catalizatori)

Procese catalitice

Epurarea emisiilor de impurităţi gazoase

Pentru epurarea emisiilor de impurităţi gazoase se utilizează metode de captare a

gazelor solubile prin utilizarea unor soluţii apoase sau apoase-alcaline şi, de

asemenea, metode de ardere şi transformare catalitică a impurităţilor. La utilizarea

metodelor catalitice se pot realiza următoarele procese:

1.Oxidarea impurităţilor până la CO2 şi H2O (hidrocarburile, alcoolii, alţi compuşi

organici).

2.Oxidarea impurităţilor (compuşi clororganici, SO2, oxizii azotului) cu formarea

unor produse utile cum sunt: Cl2, H2SO4, HNO3

3. Reducerea impurităţilor pînă la produse netoxice (ex. NO pînă la NO2).

63

4. Reducerea impurităţilor cu formarea unor substanţe utile (ex. reducerea SO2 până

la S).

5. Descompunerea impurităţilor cu formarea unor produse inofensive.

Un rol important îl joacă procesul de epurare a emisiilor gazoase de dioxidul de

carbon - compus poluant a cărei cantitate în atmosferă este considerabilă. Se

efectuează numeroase studii privind posibilitatea utilizării dioxidului de carbon în

scopul obţinerii produşilor lui de reducere (hidrocarburi primare).

Problema sintezei compuşilor organici din CO2 şi H2O este strîns legată de problema

descompunerii apei pînă la O2 şi H2. Conform aprecierii specialiştilor, viitorul va

aparţine energeticii hidrogenului deoarece hidrogenul poate fi utilizat şi ca agent

chimic reducător şi în calitate de combustibil pentru motoare cu ardere internă.

Datorită disponibilităţii hidrogenului ieftin (prin dezvoltarea energeticii solare),

utilizarea CO2 ar permite sinteza catalitică a formaldehidei sau a metanolului, materii

prime secundare:

2H2 + CO2 CH2O + H2O

3/2H2 + CO2 CH2OH + H2O

Epurarea gazelor de monoxid de carbon(CO).

Procesul de epurare a emisiilor gazoase cu un conţinut ridicat de CO se bazează pe

reacţia vaporilor de apă cu CO în prezenţa fierului drept catalizator:

CO + H2O CO2 + H2

La un conţinut mic de CO (≤ 2 %) o eficacitate mai mare are procesul de metanare

catalitică ce poate fi redat cu ajutorul ecuaţiei următoare:

CO + 3H2 CH4 + H2O

Prin utilizarea catalizatorilor de cupru, CO în amestec cu CO2 poate fi redus până la

metanol şi apǎ

64

Monoxidul de carbon poate fi utilizat pentru sinteza multor hidrocarburi alifatice, a

alcoolilor şi altor compuşi ce conţin oxigen.

Referitor la epurarea emisiilor de CO, destul de frecvent, nu se pune problema

utilizării, ci a înlăturării cât mai profunde a CO din amestecul gazos.

Schema instalaţiei de ardere a CO este prezentată în fig.nr.10.

Fig.10

1 - conducta pentru admisia gazului;

2 - administrarea gazului natural;

3 - admisia aerului atmosferic;

4 - bujia pentru aprindere;

5 - camera de ardere;

6 - schimbător de căldură

Emisiile gazoase care conţin 9 - 16 % CO sunt introduse în instalaţie prin

conducta de administrare 1. In scopul măririi conţinutului de componente inflamabile

în gazul supus procesului de epurare, cu ajutorul dispozitivelor speciale 2,3, se

adaugă gaz natural şi aer atmosferic. Amestecul de gaze se aprinde de la bujia 4 şi

arde în camera 5 la temperatura de 900°C. Gazele de ardere trec prin schimbătorul de

căldură 6 şi printr-o conductă sunt eliminate în atmosferă.

Fig.11 Procesul de ardere catalitică a CO la presiune

atmosferică poate fi, de asemenea, efectuat şi într-o

instalaţie a cărei schemă este prezentată în fig.11

1 - admisia gazului natural ;

2 - intrarea gazului de epurat;

3 - bujie pentru încălzire la pornire;

4 - ventilator;

5 - fereastra de observaţie;

6 - strat de contact;

7 - clapeta.

Gazele ce conţin CO sunt introduse in instalaţie prin intermediul conductei 2

datorită diferenţei de presiune provocată de ventilatorul 4.

65

Prin conducta 1, fluxului gazos i se adaugă gaz natural într-o cantitate care

depinde de temperatura necesară pentru aprinderea amestecului.

Încălzirea gazelor se efectuează cu ajutorul bujiei 3 şi este asigurată de aspirarea

prin clapeta 7 unei părţi din gazul fierbinte, care trece prin stratul de catalizator 6.

Gazele încălzite pînă la 600º-620ºC trec prin ventilator şi sunt împinse sub presiune

prin stratul de contact al catalizatorului, oxidându-se cu oxigenul din aer.

Pentru neutralizarea gazelor prelucrate se pot utiliza catalizatori de diverse tipuri.

Unii dintre ei pot fi folosiţi pentru arderea oxidantă a CO şi a hidrocarburilor până la

CO2 şi apă iar alţii pentru procesul de reducere a oxizilor de azot cu ajutorul CO:

Oxidarea eterogenă a CO şi a hidrocarburilor se realizează în strat adsorbant pe

suprafaţa catalizatorilor (Pt, Pd, NiO, CuO, Co3O4). Activarea oxigenului adsorbit

constituie etapa limitativă în procesul de oxidare a CO. La adsorbţia oxigenului pe

suprafaţa metalelor şi oxizilor rezultă diverse forme de oxigen legat superficial.

Acest proces poate fi redat schematic în felul următor:

De obicei, radicalii O2

- adsorbiţi pe suprafaţa catalizatorului sunt stabili până la temperatura de 300°C,

de aceea procesul de formare a O-(ads) decurge lent şi reprezintă etapa limitativă a

procesului de oxidare a CO.

În prezent, fiecare automobil fabricat în SUA (circa 10 milioane unităţi pe an) este,

în mod obligatoriu, înzestrat cu un neutralizator catalitic care se montează în sistemul

de emisie a motorului şi care, de obicei, îndeplineşte funcţia de tobă de eşapament.

Neutralizatorul este un cilindru confecţionat din oţel inoxidabil în interiorul căruia

este montată o reţea de ceramică acoperită cu paladiu, platină sau alt metal nobil.

Neutralizatorul catalitic asigură o epurare avansată a componenţilor toxici într-un

interval de temperatură cuprins între 150 - 900°C.

66

Gazele ieşite din ţeava de eşapament a automobilului trec printr-o secţiune îngustată

unde se injectează aerul atmosferic necesar pentru arderea oxidantă a CO şi a altor

componenţi ai amestecului.

Amestecul de gaze trece prin stratul de catalizator fixat între reţele şi unde are loc

procesul de oxidare catalitică a impurităţilor.

Neutralizator (epurare gaz-cataliticǎ) al gazelor de eşapament:

Fig.12

1 - intrare gaze din toba de eşapament;

2 - aer;

3 - catalizator;

4 – gaz epurat.

Epurarea gazelor de oxizi de azot poate fi realizată foarte eficient dacă se

recurge la utilizarea cărbunelui activat.

Oxizii de azot pot fi transformaţi prin reducere catalitică în azot molecular,

substanţă netoxică. Drept catalizatori pot servi în acest caz aliajele metalelor din

grupa platinei (Pd, Ru, Pt, Rn ş.a.) iar în calitate de reducători se utilizează CH4, H2,

CO, NH3 ş.a.m.d.

În cazul unor procese industriale, emisiile gazoase pot conţine 4 - 10 % dioxid de

sulf. Acestă cantitate este suficientă pentru obţinerea acidului sulfuric. In uzinele de

producere a acidului sulfuric, oxidarea catalitică a SO2 la SO3 se efectuează la 450-

600°C şi decurge incomplet.

67

Ca urmare, aproximativ 2 % din SO2 este aruncat în atmosferă. Preepurarea gazelor

de SO2 se efectuează obişnuit prin absorbţia dioxidului de sulf în soluţii alcaline sau

alcalii solide cu formarea acidului sulfuric, sulfului, sulfatului de amoniu sau altor

compuşi. În aceste cazuri se utilizează de obicei varul (CaO) sau şlamuri de oxizi de

calciu sau magneziu. Reacţiile care au loc pot fi redate cu ajutorul schemelor

următoare:

Uneori, pentru absorbţia SO2 se folosesc soluţii apoase de amoniac oxidarea

ulterioară a SO2 utilizându-se cărbunele activat drept catalizator

În acest caz se obţine acidul sulfuric diluat (15 %). În fig.13 este prezentată schema

epurării gazelor de dioxid de sulf.

Fig.13

1 - scruber Venturi;

2 - ciclon;

3 -adsorbenti depusi intr-un strat imobil;

4 - colector de acid;

5 – pompa

Tendinţa mondială referitoare la poluare presupune ca până în anul 2010, circa

12% din parcul de autovehicule să fie zero poluante.(ZEF – Zero Emission

Vehicles)iar zgomotul să fie redus considerabil .

68

Catalizatori folosiţi pentru purificarea emisiilor

Rezervorul AdBlue

fig.14

Ad Blue este un fluid stabil , inflamabil şi incolor, care conţine 32,5 % uree, care

nu este clasificatǎ ca şi nocivǎ pentru sǎnǎtate şi nu necesitǎ precauţii speciale de

manipulare. Acest produs este fabricat conform normelor recunoscute la nivel

internaţional . Ureea se utilizeazǎ ca şi îngrǎşǎmânt chimic şi se gǎseşte în produsele

cosmetice. Consumul de Adblue reprezinta tipic 3-4 % din consumul de carburant

pentru un motor Euro 4 , şi 5-7% pentru un motor Euro 5 , conform condiţiilor de

conduitǎ şi a încǎrcǎrii drumului. Un camion poate sa dispunǎ de un rezervor Adblue

suificient de mare pentru durata a 10.000 de km. Un dispozitiv de la bordul unui

vehicul, alerteaza conducǎtorul, când rezervorul Adblue trebuie reumplut.

69

Reducerea cataliticǎ selectivǎ (SCR)

Amoniac + vapori de apǎ + oxizi de azot

La reducţia cataliticǎ selectivǎ NOx sub aditivarea de NH3 sau uree sunt reduse

pânǎ la N2 şi H2O in prezenţa catalizatorului, conform relaţiilor de mai jos:

4NO + 4NH3 + O2 → 4 N2 + 6H2O,

2NO2 + 4NH3 + O2 → 3N2 + 6H2O

Procesul optim de temperaturǎ se aflǎ în zona 320-500 ºC depinzând de

catalizator.Cele mai folosite catalizatoare sunt oxizii de vanadiu, (TiO2 combinat cu

V2O5 sau WO3). tungsten, molibden, sau alte metale, dioxidul de titaniu, fiind

materialul catalizator. Cei mai importanţi parametrii ai reacţiei sunt:

amestecul optim pentru patul catalizator şi o proporţie molarǎ de NH3/NOx mai

scazuta de 1,1 acest fel încât se evite emisia de amoniu nedorita “NH3”.Ciclul de

viaţa al catalizatorului, este în principal dat de eroziunea cauzatǎ de cenuşǎ .O atenţie

specialǎ la pornire şi oprire trebuie acordatǎ instalaţiei.Este important ca injecţia de

NH3 sǎ se opreascǎ, când temperatura scade sub o anumitǎ valoare , pentru a preveni

faptul ca amoniuhidrogensulfatul, sǎ se depunǎ pe catalizator.

Fig.15

70

Fig.16

fig.17

-Piroliza cu uree : NH2CONH2 →2 NH3 + CO2

-Reducerea cu oxid de nitrogen: 4NH3 + 4NO + O2 →4 N2 + 6 H2O

-Reducerea cu dioxid de nitrogen: 4NH3 + 2NO2 + O2 → 3 N2 +6 H2O

71

Procedeul catalitic

Procedeul catalitic aplicabil , în acest caz constǎ în reducerea oxidului de sulf cu

oxid de carbon la sulf elementar :

SO2 + 2 CO→2CO2 + 0,5S2

0,5 S + CO→COS (oxisulfura de carbon)

COS + 0,5 SO2→CO2 + 0,57 S2

- Temperatura la care are loc procesul de reducere cataliticǎ este de 500-550 ºC

(interval în care catalizatorul devine activ).

- Se utilizeazǎ catalizatori pe suport de aluminǎ (Al2O3) , impregnaţi cu sǎruri de

fier şi cupru. Randamentul global, în aceste condiţii nu depǎşeşte 80%.

- Procedeul , experimentat în SUA într-o instalaţie pilot este inaplicabil la scarǎ

industrialǎ nu numai din motivele menţionate mai sus (ar fi necesare aproximativ 35

reactoare catalitice cu diametrul de 7m) ci şi din motive practice de nerezolvat cum

sunt:

arderea controlatǎ a cǎrbunelui cu deficit de aer în scopul obţinerii oxidului٭

de carbon (CO) în concentraţie de 0,4% necesar reducerii bioxidului cu insuficienţǎ

de aer conduce la pierderi energetice de cca 10%.;

datoritǎ randamentului relativ scǎzut (80%) gazele se impurificǎ suplimentar٭

cu CO şi COS.;

gazele trebuie preîncǎlzite înainte de intrare în reactor, de la 110٭

ºC(temperatura de ieşire din coşul termocentralei) la 500-550 ºC, ceea ce presupune

consum enorm de energie şi schimbǎtoare de cǎldurǎ de foarte mari dimensiuni.

72

Reducerea selectivǎ non-cataliticǎ (SNCR)

Procesul de reducere selectiva non-cataliticǎ este o altǎ masurǎ secundarǎ de

reducere a oxizilor de azot deja formaţi în gazele arse ale unitǎţii de ardere.

Se aplicǎ fǎrǎ un catalizator la o temperaturǎ aflatǎ între 850 si 1100 °C. Acest

interval de temperaturǎ depinde în mare parte de reactivul folosit (amoniac, uree sau

amoniac caustic). Folosind amoniacul ca reactiv, au loc urmatoarele reacţii chimice

mai mult sau mai puţin în acelasi timp. La temperaturǎ scazutǎ, ambele reactii sunt

prea încete, la temperaturǎ mai ridicatǎ, reacţia secundarǎ nedoritǎ dominǎ cu o

creştere a emisiilor de NOX.

Reacţie principalǎ:

4 NO + 4 NH3 + O2 →4 N2 + 6 H2O (reducere)

Reacţie secundarǎ nedoritǎ:

4 NH3 + 5 O2 → 4 NO + 6 H2O (oxidare)

O instalatie SNCR constǎ în douǎ unitaţi de operare:

• unitatea de depozitare a reactivilor, incluzând depozitarea, rǎcirea şi evaporarea

reactivului.

• unitatea de SNCR propriu-zisǎ, unde se desfaşoara injecţia reactivului şi reacţia

oxizilor de azot cu azotul şi apa.

Intervalul de temperaturǎ este foarte important deoarece, peste acesta, amoniacul se

oxideazǎ şi astfel se produc şi mai multe NOX, iar sub acestǎ rata de conversie este

prea scazutǎ şi se poate forma amoniac.

Mai mult, odatǎ cu schimbarile de sarcinǎ, intervalul de temperaturǎ necesar

este supus unor fluctuaţii în cazan. Pentru a potrivi intervalul de temperaturǎ necesar

cu injecţia de amoniac, sunt necesare mai multe niveluri de injecţie.

73

Reprezentare process SNCR(Verbund 1996)

Fig.18

Pentru a atinge o ratǎ de reducere ridicatǎ şi o pierdere scǎzutǎ de NH3,(fig.nr.18)

reactivul şi NOX din gazele arse trebuie sǎ fie suficient amestecate. Pe lânga

distribuţie şi amestecare, un alt parametru relevant este dimensiunea picǎturilor de

reactiv. Picǎturile mici s-ar evapora prea repede şi ar intra în reacţie la temperaturi

prea ridicate, cauzând o ratǎ scǎzutǎ de reducere a NOX, pe când picǎturle extrem de

mari s-ar evapora prea încet şi ar intra în reacţie la temperaturi prea scǎzute, ducând

la o pierdere ridicatǎ de NH3.

Posibili purtǎtori pentru agentul reducǎtor sunt aerul presurizat, aburul sau apa.

Mǎsurile primare, precum aer deasupra arderii sau recircularea gazelor arse, pot fi

folosite ca purtǎtori reactivi pentru procesul de SNCR.

Alegerea reactivului influenţeazǎ de asemenea formarea gazului ilariant (N2O).

74

Folosirea amoniacului şi a amoniacului caustic induce cantitǎţi neglijabile de N2O,

pe când cantitǎţi relativ ridicate pot fi mǎsurate când se injecteaza uree direct în

cazane. Pentru a depǎşi aceastǎ problemǎ şi pentru a elimina aproape complet

formarea de N2O, ureea poate fi injectatǎ în aerul de ardere. Mai mult, folosirea ureei

ca reactiv pentru SNCR duce la probleme mai mari de coroziune decât folosirea

amoniaculi sau al amoniacului caustic. De aceea, materialele trebuie alese cu grijǎ.

Majoritatea problemelor cu aplicaţiile SNCR ţin de distribuţia neuniformǎ a

reactivului în camera de ardere. De aceea este necesarǎ optimizarea sistemului de

distribuţie. Sisteme speciale de distribuţie sunt folosite pentru a obţine o distribuţie

optimǎ de amoniac şi gaze arse. Reacţia oxizilor de azot şi a amoniacului/ureei în

apǎ şi azot depinde în mare masurǎ de temperatura şi de durata de menţinere în

intervalul de temperaturǎ cerut, precum şi de proporţia de amoniac şi oxizi de azot.

Aşa cum am precizat deja, intervalul de temperaturǎ pentru amoniac şi amoniac

caustic este de 850˚C pânǎ la 1000 °C, temperatura optimǎ fiind de 870 °C.

Comparativ, intervalul de temperaturǎ când se foloseşte uree este mai mare (800˚C

pânǎ la1100 °C), cu o temperaturǎ optimǎ de 1000 °C.

Durata de menţinere în intervalul de temperaturǎ necesar este între 0.2 şi 0.5

secunde. Acest interval de timp de contact este mai degrabǎ instabil, şi astfel

proporţia de amoniac şi oxizi de azot trebuie sǎ fie mai degrabǎ bogatǎ în amoniac

decât stoichiometricǎ.

Din nou, optimizarea este necesarǎ în privinţa proporţiei molare de NH3 faţǎ de

NOX. Rata de îndepartare a NOX este favorizatǎ de o proporţie ridicatǎ, dar în

acelaşi timp creşte şi pierderea de amoniac, ducând la o poluare a unitǎţilor

urmǎtoare (respectiv a schimbatoarelor de cǎldurǎ, a conductelor pentru gaze arse).

Pentru a neutraliza aceste douǎ efecte contrare, o proporţie de NH3 faţǎ de NOX între

1.5 şi 2.5 este optimǎ.

75

Sonda Lambda

Pentru cǎ una din sursele majore de poluare o reprezintǎ gazele incomplet arse

emise de motoare, constructorii au pus la punct sisteme de limitare a emisiilor

poluante. Printre acestea se numarǎ convertoarele catalitice, cunoscute sub numele de

catalizatoare, amplasate pe tubulatura de evacuare a vehiculelor, şi sondele de

mǎsurare a gazelor arse provenite din motor. Emisiile puternice de gaze de

eşapament apar atunci când carburantul este incomplet ars, motorul este defectuos

reglat, când se porneşte sau se opreşte motorul sau la deplasarea cu vitezǎ redusǎ. În

urmǎ cu 25 de ani, constructorii au pus la punct un senzor – sonda Lambda sau

oxigen senzorul – care poate mǎsura cantitatea de oxigen evacuat. Localizatǎ pe

tubul de evacuare al gazelor arse, înaintea convertorului catalitic, sonda masoarǎ în

mod constant cantitatea de oxigen ramasǎ neconsumatǎ în urma arderii.

ECU (Electronic Central Unit – calculatorul central al maşinii) foloseşte semnalele

primite de la sondǎ pentru a ajusta amestecul în vederea obţinerii amestecului ideal:

14,8 kg aer cu 1kg benzinǎ fǎrǎ plumb, pentru care aşa-numitul factor Lambda este

egal cu 1.

Sonda Lambda asigurǎ sporirea eficienţei catalizatorului, dar şi emisii reduse de

noxe in atmosferǎ. în sarcina maximǎ a motorului, de exemplu la viteza de vârf,

pentru a mentine viteza, sistemul este dezactivat pentru a preveni sǎrǎcirea exageratǎ

a amestecului. Sonda Lambda are rolul de a regla amestecul aer-benzinǎ – prin

comanda asupra injecţiei de benzinǎ – astfel încât acest amestec sǎ fie convenabil

regimului de moment al motorului. Dacǎ sonda detecteazǎ prea mult oxigen în gazul

evacuat, înseamnǎ cǎ motorul merge cu un amestec prea sǎrac (în combustibil);

prin urmare, este mǎritǎ cantitatea de benzinǎ. Dacǎ dimpotrivǎ, este prea puţin

oxigen în evacuare, înseamnǎ cǎ amestecul este prea bogat şi ECU reduce cantitatea

de benzinǎ din admisie. Defectarea sondei duce la funcţionarea anormalǎ a

motorului. La fel şi defecţiunile de etanşare a admisiei de aer/circuitelor de reglaj

vacuumatic – aşa-numita admisie de „aer fals“ – induce în eroare sonda Lambda care

dǎ informaţia cǎ amestecul este prea sǎrac.

76

Prin urmare, electronica (ECU) va „pompa“ mai multǎ benzinǎ în cilindri

(corespunzator cantitǎţii de aer aspirat în mod normal + cel fals) şi motorul va

funcţiona cu detonaţii în evacuare, eventual se „îneaca“. Dupǎ reglajul amestecului

aer-combustibil necesar unei arderi cât mai bune, gazele evacuate ajung în aşa-

numitul „catalizator“ unde, într-adevǎr, gazele se oxideazǎ la contactul cu platina.

Funcţionarea defectǎ a unui motor cu o sondǎ de O2 (Lambda) defectǎ determinǎ

utilizarea de amestecuri bogate, rezultând un consum mǎrit de benzinǎ, deteriorarea

în scurt timp a catalizatorului şi uzura prematurǎ a motorului, provocatǎ de excesul

de benzinǎ care ajunge in baia de ulei. Prin folosirea unui astfel de echipament se

poate ajunge la o reducere a emisiilor de pânǎ la 90%.

Funcţionarea sondei :

Amplasatǎ pe tubulatura de evacuare, sonda Lambda este un conductor de curent

electric a cǎrui intensitate variazǎ în funcţie de cantitatea de oxigen care traverseazǎ

sonda. În interiorul acesteia existǎ un material ceramic poros, din dioxid de zirconiu

(ZrO2).

Intensitatea curentului prin placa de zirconiu variazǎ în funcţie de numǎrul de

molecule de oxigen care traverseazǎ materialul ceramic.

Deoarece sonda funcţioneazǎ optim doar la temperaturi mari, „la rece”, pânǎ când

gazele de eşapament ating temperaturi de 600 ºC, sonda este încalzitǎ de o rezistenţǎ

din interiorul ei, dupǎ care cǎldura ii va fi furnizatǎ chiar de temperatura gazelor de

eşapament.

Anumite modele de autoturisme au chiar mai multe sonde, amplasate înaintea

catalizatorului (la unele modele existǎ sonde amplasate pe fiecare gurǎ de evacuare

de la fiecare cilindru în parte), dar şi dupǎ catalizator, pe traseul tubulaturii de

evacuare a gazelor arse. Constructorii recomandǎ verificarea sondei la fiecare 30 000

de kilometri sau la fiecare doi-trei ani de funcţionare a maşinii şi schimbarea sondei

în cazul când apar probleme în funcţionarea acesteia.

În fig.20 se prezintǎ pǎrţile constructive ale sondei Lambda ,pe bazǎ de dioxid de

zirconiu (ZrO2).

77

Fig.20

Sonda Lambda - masoarǎ parametrii de temperaturǎ,oxigen şi noxe înainte şi dupǎ

catalizator ; Sonda lambda este formatǎ din:

1–carcasa metalică; 2–componente ceramice izolatoare electric; 3–conexiuni

electrice exterioare; 4– carcasa de protecţie a celulei de electrolit

5–celula de măsură; 6–contact; 7–manta de protecţie;

8– element de încălzire; 9–contact elastic cu elementul de încălzire;

10–elemente de etanşare .

Sonda lambda este o celulă electrochimică de concentraţie cu electrolit solid şi

electrozi de gaz difuzivi. Se consideră un electrod din platină, ca electrod de

referinţă, în contact cu gazul de referinţă (aer), iar celălalt electrod de platină, ca

electrod de lucru, în contact cu gazul de eşapament (gaz).

Aceştia sunt separaţi prin electrolitul solid compus din zirconie stabilizată cu

trioxid de ytriu (YSZ). Pila este dată de următorul lanţ electrochimic: Sonda

generează un semnal în gol, E, dat de relaţia lui Nernst:

78

unde: (po2 ( aer)) şi( po2 (gaz)) reprezintă presiunile parţiale ale oxigenului în aer şi

în gazul de eşapament,

R=8,314 J/molK constanta universală a gazelor, T(K) temperatura absolută,

F=96500 C/mol constanta lui Faraday.

Relaţia (E) exprimă valoarea tensiunii unui senzor de oxigen în condiţii ideale, atunci

când în gazul de analizat nu mai există şi alţi compuşi faţă de care electrodul exterior

să manifeste proprietăţi catalitice sau care să reacţioneze cu oxigenul din gazul de

analizat. Astfel prin măsurarea tensiunii la bornele senzorului, cunoscând presiunea

parţială a oxigenului în gazul de referinţă, se poate determina presiunea parţială a

oxigenului în gazul de analizat.

ECU (Electronic Central Unit – calculatorul central al masinii) foloseste semnalele

primite de la sondǎ pentru a ajusta amestecul în vederea obţinerii amestecului

ideal:14,8kg aer cu 1kg benzina farǎ plumb, pentru care aşa-numitul factor Lambda

este egal cu 1.

Modul de funcţionare al senzorului se bazeazǎ pe proprietatea ceramicii de a

conduce ionii de oxigen, la temperaturi între 300 – 800ºC.Suprafaţa exterioarǎ a

elementului ceramic este în contact cu gazele de eşapament arse, iar suprafaţa

interioarǎ este în contact cu aerul curat.Ca urmare, între cele douǎ suprafeţe ale

ceramicii va apare o variaţie de tensiune, ce va fi transmisǎ la unitatea de control

electronicǎ (pin 9; pin 10).

Aceasta comparǎ valoarea primitǎ cu cea din memoria sa, corespunzǎtoare raportului

stoichiometric λ = 1, condiţie esenţialǎ pentru a realiza depoluarea cu ajutorul

convertorului catalitic.

Pentru ca senzorul de oxigen sǎ intre în funcţiune cât mai repede ,dupǎ pornirea

motorului, acesta este încǎlzit cu o rezistenţǎ încorporatǎ, de tip PTC = coeficient de

temperaturǎ pozitiv.

Traseul de evacuare al gazelor de ardere trebuie sǎ fie perfect etanş pentru a nu avea

erori de mǎsurare a conţinutului de oxigen din gazele arse.

79

Cuplul de strângere la fixarea senzorului este de 40 – 60 Nm.

IMPORTANT: Se va folosi numai benzina fǎrǎ plumb; în caz contrar, senzorul şi

catalizatorul vor fi distruse. Senzorul oxigen se distruge în cazul supraîncǎlzirii

cauzate de pornirea dificilǎ sau de funcţionarea defectuoasǎ a motorului.

Pentru a mǎsura tensiunea generatǎ de sonda λ se utilizeazǎ un voltmetru ce are

rezistenţa internǎ RI = 10 MΩ. Acesta se va branşa la sonda λ (pinii 3 si 4) sau la

unitatea de control electronicǎ (pinii 9 şi 10).

Valorile limitǎ ale tensiunii sunt Uλ = 0,9 V pentru un amestec bogat şi Uλ = 0,1 V

pentru amestecul sarac. Între acestea existǎ valoarea Uλ = 0,45 V, tensiune de

referinţǎ, ce existǎ în memoria calculatorului şi pe care o foloseşte în cazul defectǎrii

sondei λ, motorul continuând sǎ funcţioneze.

Influenţa monoxidului de carbon

O situaţie diferită de cazul ideal apare la senzorul de oxigen pentru analiza

oxigenului din gazele de eşapament în care există şi monoxid de carbon.

Astfel se găseşte o primă explicaţie a abaterii valorilor experimentale ale tensiunii

unei sonde faţă de valorile teoretice.

Monoxidul de carbon din gazele de eşapament poate influenţa în două moduri

concentraţia locală a oxigenului de măsurat din gazele de eşapament [1], [3]:

- poate micşora concentraţia locală de oxigen şi atunci tensiunea celulei

electrochimice va fi:

,

unde po2 este presiunea parţială de oxigen care rezultă local în gazul de eşapament.

- poate participa direct la procesele electrochimice şi atunci tensiunea celulei

electrochimice va fi:

unde pco (gaz) p şi pco2 ( gaz)sunt respectiv presiunile parţiale ale monoxidului de

carbon şi bioxidului de carbon din gazul de eşapament.

80

Fig.20

Identificările fizice ale celulelor de tensiune de la electrodul de lucru din gazul de

eşapamentsunt prezentate în fig. 20.

În răspunsul final al senzorului tensiunea va fi generată de celule de forma:

Este important de reţinut că aceste reacţii globale simple, scrise pentru senzorul de

oxigen în vederea determinării concentraţiei de oxigen din diferite amestecuri

gazoase maschează o serie de etape intermediare de disociere, adsorbţie, difuzie,

desorbţie, etc. care au loc la cele două interfeţe ale celulei electrochimice şi care

influenţează răspunsul acesteia la echilibru termodinamic.

Modelarea fenomenelor electrochimice din structura celulei de concentraţie

3.1 Modelul celulei de concentraţie

Formal, electrodul corespunde contactului dintre fazele de conducţie ionică şi

electronică, accesibile tuturor reactanţilor şi locul unde se desfăşoară reacţiile

chimice (punctele triple în care se află: gazul de analizat, Pt şi electrolitul).

81

Fig.21

Figura 21 : prezintǎ schema de funcţionare a unei celule de concentraţie.

Termodinamic, fluxurile componentelor ionice din apropierea interfeţei trebuie să

fie aproape egale în ambele direcţii.

Se poate presupune că acestea nu perturbă echilibrul local din apropierea interfeţei,

ceea ce înseamnă că potenţialul electrochimic al speciilor încărcate este egal pe

ambele feţe 1 şi 2 ale interfeţelor I şi II.

Aici μ este potenţialul electrochimic al speciilor încărcate (electroni sau ioni de

oxigen), prezente în fazele coexistente în apropierea interfeţei.

Dacă speciile sunt neutre, el devine egal cu potenţialul chimic μi.

Când condiţiile de reversibilitate sunt satisfăcute, se poate considera că interfaţa se

comportă în oarecare măsură ca o fază separatoare în echilibru termodinamic cu cele

două faze adiacente.

Cinetic, viteza reacţiilor la nivelul electrodului trebuie să fie controlată de procesul

de difuzie în compusul ionic. Cu alte cuvinte, reacţiile de schimb la interfaţă sunt în

strânsă legătură cu procesele de difuzie în compusul ionic.

Comportarea celulei de concentraţie în gol

Se cunoaşte , că defectele majoritare în ZrO2 stabilizat cu Y2O3 sunt lacunele de

oxigen.

82

Dacă extremităţile I şi II ale celulei sunt legate la un milivoltmetru cu rezistenţă

internă mare (R>108Ω), se poate considera că intensitatea curentului electric de

conducţie din circuitul exterior este neglijabilă.

Se consideră un amestec de gaze de analizat ce nu conţine oxigen, dar conţine

monoxid de carbon.

Astfel la o modificare bruscă a presiunii parţiale a oxigenului într-o latură a celulei

electrochimice, dată chiar de absenţa oxigenului, prin electrolitul solid se stabileşte

gradual în timp un gradient al concentraţiei lacunelor de oxigen.

În cazul conducţiei predominant ionice numărul de transport ionic, timpul

de atingere a stării stabile este controlat de mişcarea defectelor electronice,

deoarece condiţia neutralităţii sarcinilor locale, în condiţii de echilibru necesită

ca mişcarea ionilor să fie cuplată cu mişcarea electronilor, în procesul de difuzie

chimică.

În plus, datorită concentraţiei mari de lacune de oxigen, datorate dopantului,

gradientul potenţialului chimic al defectelor ionice într-un electrolit expus la o

diferenţă de presiune parţială de oxigen va fi mic.

Oricum, prezenţa unei astfel de presiuni parţiale a oxigenului va avea ca rezultat un

puternic gradient de potenţial chimic al electronilor care controlează fluxul ionic.

Când se atinge starea staţionară, curentul total prin electrolit trebuie să fie zero.

Densităţile fluxurilor ionic şi electronic sunt legate prin intermediul relaţiei:

2ji +je = 0 i junde ji este densitatea fluxului defectelor ionice în electrolit, dat de

relaţia:

;

Iar je este fluxul electronilor dat de relaţia cu C [moli/m3 ] concentraţia molară a

ionilor de oxigen sau a electronilor şi D [m22/s] coeficientul de difuzie al ionilor de

oxigen sau al electronilor;

În condiţii de circuit deschis, transferul electronilor în electrozi nu are loc. Electrozii

sunt blocanţi pentru electroni şi reacţiile la interfeţe este:

83

sunt controlate prin difuzia defectelor electronice prin electrolit, care sunt defecte

minoritare în acest oxid [2]. Cu zirconie stabilizată ca electrolit solid, acoperind

părţile opuse cu material de electrod asemănător (Pt), celula electrochimică

generează o tensiune dată de relaţia:

unde este diferenţa de potenţial electric măsurată la terminalele celulei

este numărul de transport ionic, legat de numărul de transport

electronic prin relaţia ti+te=1; σ este conductivitatea electrică;

sunt presiunile parţiale ale oxigenului pe feţele I şi II; Egol este

tensiunea globală a celulei.

Aceasta apare în urma proceselor tranzitorii ca o consecinţă a fluxului electronic din

electrolit ce este compensat la interfaţă de un flux al lacunelor de oxigen.

Această tensiune electromotoare este afectată de tipul:

unde: Φ2 − Φ2 este căderea de potenţial electrostatic pe electrolit; ΔΦ I + ΔΦ II este

suma potenţialelor electrice de salt peste interfeţele I şi II, care apar ca urmare a

transferului de sarcină între fazele coexistente, la nivelul electrodului.

Aceste două contribuţii pot fi determinate separat.

Într-adevăr dacă materialul electrodului este acelaşi pe ambele feţe ale celulei,

potenţialul chimic al electronilor este identic la nivelul electrozilor I şi II.

În ipoteza că electrozii sunt reversibili şi ţinând cont de relaţia (5) se determină:

84

Deoarece se obţine

unde : F- constanta lui Faraday;

este potenţialul chimic al electronilor din electrolit în apropierea

interfeţei I/II;

este potenţialul chimic al oxigenului, raportat la presiunea parţială a

oxigenului prin relaţia:

;

care introdusǎ în ecuaţia devine:

Deoarece în zirconiu dopat, această ecuaţie indică faptul că potenţialul electrostatic

φ este aproximativ constant în electrolit şi căderea de tensiune electrostatică pe

electrolit este nulă.

Ca urmare tensiunea globală a celulei, determinată la terminalele sale, este în

principal măsura diferenţei de potenţial chimic al electronilor (potenţialul Fermi)

din electrolitul adiacent interfeţelor I şi II (relaţia (14)).

În final, introducând relaţiile (14) şi (15) în (12) rezultă:

85

Sonda cu Titaniu

Sonda de titaniu este mai micǎ decât sonda de zirconiu. Timpul de rǎspuns este mai

rapid. Anumite vehicule sunt echipate cu sonda lambda cu titaniu, în jur de 10 % din

parcul mondial, spre deosebire de 90 % din vehiculele echipate cu sonda lambda

clasica cu zirconiu. General Motors a montat acest tip de sonda cu titaniu , cu

calculatoarele Siemens de tipul SIMTEC 56.

Fig.22

86

Fig.23

Elementul sensibil este o ceramicǎ din dioxid de titaniu. Existǎ diferite tipuri de

sonde : 3 sau 4 fire, de 12 mm sau 18 mm de filament. Rezistenţa de încǎlzire este de

4 pânǎ la 7 ohmi. Semnalul de ieşire oscileazǎ între 0 şi 1V sau între 0 şi 5V ( în

funcţie de numǎrul de fire) .

Principiul sondei lambda cu titaniu este complet diferit de cel al sondei lambda

cu zirconiu. Elementul sensibil al sondei cu titaniu se comportǎ ca o rezistenţǎ

variabilǎ.

Trecerea este foarte rapidǎ de la o valoare de rezistenţǎ fiabilǎ (mai micǎ de

1000 de ohmi) când amestecul este bogat , la o valoare de rezistenţǎ ridicatǎ (mai

mare de 20. 000 ohmi) când amestecul este sǎrac.

87

Calculatorul motorului trebuie sǎ genereze o tensiune de referinţǎ(+5V pentru

SIMTEC 56) care este trimisǎ la sondǎ , iar calculatorul leagǎ tensiunea rezultantǎ

de-a lungul rezistenţei sondei.

Când amestecul este bogat , rezistenţa sondei cu titaniu este fiabilǎ ,iar tensiunea

mǎsuratǎ este ridicatǎ. Când amestecul este sǎrac , rezistenţa sondei cu titaniu este

ridicatǎ, iar tensiunea mǎsuratǎ este fiabilǎ. Pentru a funcţiona corespunzǎtor, sonda

cu titaniu trebuie sǎ fie la o temperaturǎ ridicatǎ, în jur de 500ºC. Din aceastǎ cauzǎ

sondei lambda îi este integratǎ o cǎldurǎ dinamicǎ, plecând de la alimentarea +12 V.

Calculatorul genereazǎ o tensiune pe mǎrimea impulsului, pentru a asigura o

temperaturǎ optimǎ. În plinǎ putere motoare , gazele de eşapare pot sǎ facǎ sǎ creascǎ

temperatura , pânǎ la 650ºC.

88

Schema de racordare a calculatorului SIMTEC 56:

Fig.24

89

Convertizorul catalitic cu trei cǎi

Cel mai modern dispozitiv pentru reducerea emisiilor nocive este convertizorul

catalitic cu trei cǎi (cǎile se referǎ la cele trei categorii de emisii poluante: oxid de

azot, hidrocarburi şi monoxid de carbon) denumit, în termeni familiari, “toba

cataliticǎ” sau catalizator.

Fig.25

Acesta este alcatuit din douǎ corpuri ceramice strǎbǎtute (în sensul de curgere a

gazelor) de câteva mii de canale acoperite, pe toatǎ suprafaţa, cu un strat subţire de

platinǎ (pentru reacţiile de oxidare) şi de rhodiu (pentru reacţia de reducere).

Corpurile ceramice sunt asamblate într-o carcasǎ de oţel inoxidabil, prevazutǎ cu

elementele de fxare şi de racordare la tubulatura de evacuare. Acest tip de

convertizor are capacitatea maximǎ de conversie temperaturi cuprinse între 400 şi

800 ºC, iar procesul de conversie începe dupǎ atingerea temperaturii de 250 ˚C.

Aşa cǎ, imediat dupǎ pornirea motorului, existǎ o perioadǎ în care sistemul nu

depolueazǎ, fapt pentru care constructorii de automobile iau mǎsuri de amplasare a

90

convertizorului cât mai aproape de galeria de evacuare, iar turaţia de mers în gol este

menţinutǎ ceva mai ridicatǎ decât la motoarele standard (cca. 1000 rot/min.).

Tubulatura de legaturǎ între convertizor şi galeria de evacuare este executatǎ din oţel

inoxidabil, pentru a rezista proceselor de coroziune generate de temperaturile înalte

şi a nu colmata fizic şi chimic catalizatorul cu particule de ruginǎ.

Pe tubulatura de legaturǎ între galeria de evacuare şi convertizorul catalitic

existǎ un alt element specific motoarelor depoluate: sonda lambda sau sonda de

oxigen. În cazul de faţǎ este important sǎ reţinem urmǎtorul fenomen:

-sonda lambda, în condiţii de temperaturǎ înalta (300°C-600 0C), masoarǎ

conţinutul de oxigen liber în gazele de evacuare, generând o tensiune de 800-1000

mV atunci când l < 1 si cca 100 mV, cand l .> 1.

Este dispozitivul ideal de control al calitǎţii amestecului carburant şi, deoarece

electrozii sunt din platinǎ, trebuie sǎ se evite utilizarea benzinei etilate.

Fig.26

Fig.27

91

Pentru a scǎpa de poluanţi se face trecerea gazelor printr-un catalizator 3 cǎi unde

NOX îşi pierd oxigenul (O2) pentru a deveni azot (N2) oxigenul exact recuperat de

cǎtre CO care devine CO2 şi prin HC care se transformǎ în CO2 şi în H2O.

Se spune cǎ dioxidul de carbon şi hidrocarburile sunt oxidate şi noxele sunt

reduse de cǎtre catalizator.Acesta din urmǎ nu participǎ la reacţii şi este din punct de

vedere teoretic nefolositor. Creşterea temperaturii în toba cataliticǎ (250-500ºC)

declanşeazǎ acţiunea catalizei , ce transformǎ de asemenea şi gazul toxic. Plasarea sa

aproape de motor permite o creştere rapidǎ a temperaturii sale necesarǎ pentru

catalizǎ. Aceastǎ apropiere îi permite sǎ pǎstreze cele 250 ºC minime necesare pentru

acţiunea sa în regim de ralanti.

92

Reacţii de oxidare O2:

CO + ½ O2 →CO2

HC + ½ O2 → CO2 + H2O

HC + ½ O2 → CO + H2O

H2 + ½ O2 → H2O

Reacţii de oxidare/ reducere cu NO:

CO + NO → ½ N2 + CO2

HC + NO → N2 + H2O + CO2

HC + NO → N2 + H2O + CO

H2 + NO → ½ N2 + H2O

H2 + 2 NO → N2O + H2O

5/2 H2 + NO → NH3 + H2O

2 NO + 2 NH3 + ½ O2 → 2N2 + 3 H2O

Reacţii de substituţie:

CO + H2O → CO2 + H2

HC + H2O →CO2 + H2

Toba cataliticǎ poziţionatǎ la ieşirea din eşapamentul motorului este elementul cel

mai important pentru epurarea gazelor.

93

În condiţii normale, acest catalizator transformǎ pânǎ la 99% din compuşii

chimici nocivi conţinuţi în gazele de eşapare, în compuşi normali ai atmosferei.

Catalizatorul se compune dintr-un nucleu perforat ale cǎrui margini sunt

confecţionate din materiale catalitice pe bazǎ de platinǎ şi rodiu. Suprafaţa totalǎ a

acestei îmbrǎcǎminţi este egalǎ cu cea a trei terenuri de fotbal. Îmbrǎcǎmintea

absoarbe monoxidul de carbon CO, hidrocarburile HC şi oxizii de azot NOx ,

conţinuţi în gazele de eşapare, şi le permit acestora sǎ reacţioneze între ei, pentru a

forma dioxid de carbon CO2 , apǎ şi azot N2. Din aceastǎ cauzǎ se face apel la

catalizatorii cu trei cǎi.

Fig.28

Reglementǎrile în ceea ce privesc gazele de eşapare , îi obligǎ pe constructorii de

automobile sǎ reducǎ nivelul emisiilor poluante . Astǎzi, toate vehiculele cu motoare

cu benzinǎ sunt echipate , de obicei cu un catalizator cu trei cǎi.

Convertizorul sau toba cataliticǎ transformǎ emisiile nocive în gaze inofensive pentru

mediul înconjurǎtor. Pentru ca aceste convertizoare sǎ funcţioneze corect, trebuie ca

amestecul carburant / aer sǎ fie dozat cu precizie. Cea care analizeazǎ în permanenţǎ

compoziţia gazelor de eşapare este sonda lambda.

94

Convertorul catalitic

Convertorul catalitic denumit şi catalizator, este un recipient din oţel inoxidabil

amplasat la sistemul de evacuare a gazelor de maşinǎ, şi conţine un strat subţire de

material catalitic. Materialul folosit este o combinaţie de platinǎ, rodiu şi paladiu şi

transformǎ gazele evacuate de motor, prin reacţii chimice, în produse mai puţin

periculoase. Aşa-numiţii catalizatori triplii sunt foarte eficienţi, dar funcţionarea lor

necesitǎ un control precis al combustiei, care se poate face numai de un sistem care

controleazǎ procentul dintre combustibil şi aer.

Ca sǎ revenim la problema catalizatorului , interiorul acestuia e ca un fagure

acoperit de metale nobile : platinǎ , paladiu , rodiu. Suportul acestora , fagurele , are

o structura filigranǎ având pentru catalizatorul unui autoturism o suprafaţǎ totalǎ

medie echivalentǎ cu cea a 3-4 terenuri de fotbal.

Acţiunea de catalizare se realizeazǎ la o temperaturǎ superioarǎ valorii de 450

de grade Celsius putând însǎ funcţiona şi la regimuri de peste 1000 de grade.

Fig.29

95

Pǎrţile componente şi modul de dispunere al convertorului catalitic

Fig.30

Fig.31

96

Catalizatorii de oxidare

Catalizatorii de oxidare au fost primii catalizatori cunoscuţi de cǎtre automobile

fiind utilizaţi pentru maşinile cu benzinǎ, la începutul anilor 70, pânǎ la înlocuirea

acestora, cu catalizatorii cu trei cǎi.Aceste douǎ tipuri de catalizatori, sunt foarte

similare, astfel construcţia lor cât şi compoziţia lor sunt asemǎnǎtoare, chiar dacǎ

catalizatorii de oxidare sunt mai puţin complecşi. Catalizatorii de oxidare transformǎ

monoxidul de carbon CO, şi hidrocarburile HC în dioxid de carbon CO2 şi apǎ, dar

au mai puţin efect asupra oxizilor de azot NOX. Ei sunt rar utilizaţi pentru motoarele

cu benzinǎ din Europa, datoritǎ avantajelor pe care le oferǎ catalizatorii cu 3 cǎi, dar

se mai gǎsesc în anumite pǎrţi ale lumii, unde legislaţia în materie de emisii este mai

puţin severǎ.Aceştia pot fi utilizaţi pe unele motociclete sau pe motoare mici.

Catalizatorii de oxidare diesel (DOC)

Catalizatorii de oxidare diesel, rǎmân o tehnologie cheie, pentru motoarele Diesel,

datoritǎ faptului, cǎ puterea cu care sunt trimise în oxigen gazele de eşapament ,

împiedicǎ utilizarea catalizatorului cu trei cǎi.Catalizatorii , DOC transformǎ CO şi

HC, dar diminueazǎ în mod egal masa particulelor diesel, oxidând anumite

hidrocarburi care sunt absorbite de cǎtre particulele de carbon.

Filtrele de oxidare diesel sunt dispuse în mod egal.Ele utilizeazǎ un substrat executat

dintr-o folie metalicǎ, perforatǎ cu o “gurǎ de lânǎ”. Curgerea gazelor de eşapament

este deviatǎ , prin canale adiacente, iar particulele sunt reţinute temporar de cǎtre

“lânǎ”,înainte ca acestea sǎ fie arse. Unul din avantajele acestora este cǎ pot fi

echipate pe vehiculele existente, fǎrǎ sǎ afecteze sistemul de eşapament, şi fǎrǎ a

necesita adǎugarea unor sisteme complexe de control.(fig.31)

Fig.31

97

Filtre de particule cuplate cu un catalizator de oxidare

O strategie de tratament constǎ în a oxida la maxim vaporii şi fracţiunile solide ,

cu ajutorul unei tobe catalitice de oxidare , iar dupǎ aceea prin împiedicarea

particulelor rǎmase prin intermediul filtrului şi prin regenerarea periodicǎ a filtrului

prin arderea funinginilor care au fost împiedicate .

Acest ultim punct presupune ca prezenţa în funingini a sulfatului în combustibil sǎ

fie limitatǎ şi necesitǎ deci, utilizarea unui combustibil cu conţinut scǎzut în sulf.

Fig.32

Tratarea vaporilor şi a particulelor solide prin asocierea catalizatorului de

oxidare şi a filtrului de particule:

Fig.33

98

Filtrul de particule, care prezintǎ obiectul multor studii, reprezintǎ un rǎspuns

eficient la problemele puse de cǎtre emisiile de particule Diesel. Adevǎrata

dificultate priveşte regenerarea periodicǎ a filtrului, care trebuie sǎ permitǎ limitarea

nivelelor de contrapresiune atinse fǎrǎ a antrena degradarea materialului filtrant.

O soluţie pentru regenerare, exploratǎ de foarte mult timp constǎ în utlizarea unui

aditiv împreunǎ cu carburantul, compus de exemplu dintr-un pǎmânt rar sau un metal

şi care , amestecat împreunǎ cu particulele depuse în filtru, permite scǎderea

temperaturii de începere a combustiei acestora .

Studiile de evaluare a funcţionǎrii ansamblului acestor dispozitive de tratare în aval

de motor, şi a eficienţei acestora în ce priveşte influenţa asupra masei şi granulome-

triei particulelor, au avut urmǎtoarele rezultate :

-Prezenţa unei tobe catalitice de oxidare , direct în aval de motor, are o influenţǎ

scǎzutǎ asupra cantitǎţii de particule, pentru o temperaturǎ datǎ a tobei. În ceea ce

priveşte fracţiunea solubilǎ, aceasta permite o reducere a masei particulelor.

Deci, pentru temperaturi ridicate de funcţionare, se constatǎ o diminuare a

numǎrului de particule, şi un uşor decalaj al spectrului granulometric, în ce priveşte

dimensiunile mai importante ; particulele mai fine, au fost arse de cǎtre dispozitiv.

-Aditivii, în absenţa filtrului, au o influenţǎ marginalǎ asupra distribuţiei particulelor

şi nu antreneazǎ decât o diminuare uşoarǎ a numǎrului lor total, în ciuda unei

reduceri câteodatǎ sensibile a fracţiunii uscate şi mai ales a fumurilor.

- Mai multe tipuri de filtre au fost testate. În cazul filtrelor cu peteţi poroşi ,

distribuţia granulometricǎ este decalatǎ cǎtre diametrele mari(250nm / 300nm) la

încǎrcǎturǎ motoare slabǎ iar numǎrul de particule este important.

Diagramele urmǎtoare ilustreazǎ eficienţa drasticǎ a sistemelor de filtrare asupra

numǎrului de particule.

99

Fig.34

Influenţa filtrului Corning asupra particulelor emise:

Fig.35

Influenţa filtrului Carbura de siliciu asupra particulelor emise.

Regenerarea este un fenomen temporar , re-emisia particulelor este neglijabilǎ iar

eficienţa acestor sisteme este ridicatǎ.

100

Catalizatori încǎlziţi electric

Aceste sisteme care încorporeazǎ aceste tehnologii noi , sunt în curs de producere .

Utilizarea convertizoarelor catalitice , dispuse în apropierea colectorului de

eşapament, reduce timpul de amorsare şi deci a pornirii la frig, şi în consecinţǎ

cantitatea totalǎ de emisii. Timpii de amorsare de la 1- 2 minute au fost deasemenea

aduşi pânǎ la mai puţin de 20 de secunde. Substraturile sofisticate , formulele

catalitice şi compuşii de stocare a oxigenului la o mare stabilitate termicǎ, toate

aceste elemente, permit vehiculelor echipate cu un catalizator în apropierea

motorului sǎ fie conform normelor din 2000-2005 ale U.E

Fig.36

Turbosteamer

Graţie unui concept nou, cercetǎtorii de la BMW , au reuşit sǎ prevadǎ , cea mai

mare şi niciodatǎ exploatatǎ, sursǎ de energie prezentǎ într-o maşinǎ: cǎldura.

Montând un dispozitiv de pilotare asistatǎ la un motor cu patru cilindri BMW, de

1,8 litri pe un banc de încercare , inginerii au putut sa reduca consumul mecanic cu

15% , generând o putere de 10 kw , şi un cuplu de 20Nm suplimentare. Aceastǎ

energie provine exclusive din calorii care în mod normal se pierd în gazul de

eşapament şi în lichidul de rǎcire.

101

Turbosteamer , se bazeazǎ pe principiul motorului cu aburi: un fluid este încǎlzit

pentru a forma vapori, de-a lungul a douǎ circuite , iar aceşti vapori sunt utilizaţi

pentru acţionarea motorului.

Primul furnizor de energie este un circuit de temperaturǎ înaltǎ care face apel la

gazele de eşapament foarte calde ale motorului, din combustia internǎ. Mai mult de

80 % din energia calorificǎ conţinutǎ în gazele de eşapament , este recuperatǎ graţie

acestei tehnici.

Vaporii sunt , astfel direcţionaţi , cǎtre o unitate de expansiune legatǎ de vibrochenul

motorului cu ardere internǎ,(construcţia se prezintǎ în fig.37) Majoritatea cǎldurii

reziduale este absorbitǎ de cǎtre circuitul de rǎcire, care nu este altul decât al doilea

furnizor de energie al Turbstreamerului. Acest nou sistem de pilotare a motorului,

creşte semnificativ eficacitatea ansamblului mecanic cu 15 %.

fig.37

102

Absorbanţi

S-a constatat faptul, cǎ funcţionarea unui motor nu permite catalizatorilor

convenţionali sǎ fie pe deplin operativi. De exemplu catalizatorii cu trei cǎi, sunt

foarte eficienţi pentru gazul de eşapament al motoarelor cu benzinǎ , dar existǎ prea

mult oxigen în gazul de eşapament diesel , pentru ca reducerea NOx sǎ se efectueze

în mod corect. Deasemenea catalizatorii au nevoie sǎ atingǎ o temperaturǎ minimǎ

pentru a fi eficace şi chiar dacǎ sistemele moderne pot sǎ ajungǎ la aceastǎ

temperaturǎ de “amorsare” în 10 secunde, se pot totuşi produce emisii în acest

interval de timp. Absorbanţii oferǎ un mijloc de colectare a anumitor poluanţi ,în

mod special a NOx şi HC în timp ce condiţiile nu sunt ideale şi sǎ le stocheze şi mai

apoi sǎ le trateze, când condiţiile sunt permisive. Principalele douǎ aplicaţii sunt

absorbanţii de NOx , care pot fi utilizaţi pentru a trata emisiile de NOx, ale

motoarelor cu benzinǎ cu amestec sǎrac şi ale motoarelor diesel, şi absorbanţii de

hidrocarburi, utilizate cu catalizatorii cu trei cǎi convenţionale, pentru a reduce HC

emise, pe timpul pornirii la rece.

Absorbanţii de NOx

Absorbanţii de noxe, absorb şi stocheazǎ NOx care se formeazǎ în timpul unei

combustii a unui amestec sǎrac. Varianta clasicǎ constǎ în accelerarea conversiei

monoxidului de azot NO , în dioxid de azot NO2, cu ajutorul unui catalizator de

oxidare în aşa manierǎ încât NO2 poate fi rapid absorbit sub formǎ de nitrat , pe oxizi

alcalino-pǎmântoşi . Un scurt retur într-un interval de una sau douǎ secunde , într-un

regim stoichiometric sau la un amestec bogat, ajunge pentru a desorbi NOx stocate şi

sǎ creeze condiţii care sǎ permitǎ unui catalizator clasic cu trei cǎi, montat în aval, sǎ

distrugǎ noxele.

Condiţiile stoichiometrice corespund unui raport aer / carburant adaptat chimic

pentru o combustie completǎ.Într-un amestec sǎrac, existǎ un exces de oxigen în

raportul aer / carburant ; într-un amestec bogat existǎ un exces de carburant faţǎ de

raportul aer / carburant optim.(fig.38)

Absorbanţii de NOx , absorb în mod egal oxizii de sulf , care conţin carburant.

103

Pentru acest motiv este necesar sǎ se utilizeze, carburanţi cu un conţinut foarte scǎzut

în sulf. Compuşii de sulf sunt foarte dificil de eliminat, şi în consecinţǎ sistemul

trebuie sǎ efectueze periodic un scurt ciclu de desulfurare automatǎ.(fig. 38)

Fig.38

Sisteme de absorbţie a hidrocarburilor

Sistemele de absorbţie a hidrocarburilor, încorporeazǎ materiale speciale cum ar fi

zeoliţii, în interiorul catalizatorului sau în amontele acestuia. Principiu: emisiile de

hidrocarburi sunt colectate, în timp ce temperatura gazului este prea fiabilǎ pentru o

funcţionare eficace a catalizatorului. Hidrocarburile sunt mai apoi desorbite la

temperaturi mai ridicate , în timp ce catalizatorul atinge temperatura sa de

funcţionare şi este gata sǎ primeascǎ şi sǎ distrugǎ hidrocarburile.

104

Efectul EGR

Se constatǎ cǎ prin creşterea coeficientului de gaze de eşapament reciclate (EGR) se

înţelege o uşoarǎ trecere a diametrului mediu al particulelor (creşterea EGR cu 10 %

induce o creştere de 5 pânǎ la 15% al diametrului mediu al particulelor)

Fig.39

105

CAPITOLUL III

IMPORTANŢA REDUCERII EMISIILOR POLUANTE GENERATE DE

TRAFICUL RUTIER

3.1 Reducerea emisiilor motoarelor şi vehiculelor

Catalizatorii şi filtrele fac parte dintr-un sistem complet, unde toate elementele

trebuie sǎ funcţioneze împreunǎ pentru a obţine reducerile cele mai importante ale

emisiilor.Carburantul şi sistemul carburant , motorul şi sistemul sǎu de combustie ,

detectorii, concepţia şi poziţia catalizatorului şi a filtrului, în combinaţie cu sistemul

electronic de control , permit obţinerea reducerii maxime a emisiilor .(fig.40)

Fig.40

Combustia completǎ a benzinei, sau a gazolinei cu oxigenul pur , nu produce decât

dioxid de carbon CO2 , vapori de apǎ H2O şi energie. Totuşi în realitate este

imposibilǎ arderea completǎ a carburanţilor, şi existǎ deci întotdeauna câteva emisii

de carburant nearse , sau parţial arse , cum sunt oxizii de azot NOx, prezenţi în aer.

Carburantul, fie cǎ este benzinǎ , gazolinǎ, gaz natural comprimat (GNC) sau GPL

se compune din hidrocarburi. Acestea pot fi molecule mici cum este metanul,

compus principal al gazului natural, sau molecule mai mari, complexe.

106

În timpul combustiei, aceste molecule se fragmenteazǎ. Din punct de vedere ideal,

acestea se descompun în întregime în CO2 şi în vapori de apǎ, dar unele scapǎ

neschimbate , sau parţial degradate sub formǎ de hidrocarburi HC, sau sub formǎ de

monoxid de carbon CO. În special pentru motoarele diesel o parte din carburant se

transformǎ în particule PM. Particulele sunt constituite în principal din particule în

suspensie, din hidrocarburi volatile şi câteva reziduuri de sulf sau particule metalice

grele ce provin din combustia carburanţilor sau a lubrifianţilor motorului.

Celǎlalt poluant principal prezent în gazele de evacuare, rezultǎ din faptul cǎ

procesul de combustie al carburantului se efectueazǎ cu aerul, care este compus în

proporţie de 80 % din azot, şi nu din oxigen pur. La temperaturǎ înaltǎ , azotul

formeazǎ oxizii de azot, NOx, în camera de combustie. Cu cât combustia este mai

eficace , cu atât temperaturile vor fi mai ridicate, de unde vor rezulta cele mai

importante emisii de NOx.

Importanţa catalizatorilor, filtrelor şi a absorbanţilor

Controlul proceselor de carburaţie şi de combustie oferǎ un mijloc de a obţine

reducerile emisiilor la ieşirea din motor. Sistemele mecancice precum reciclarea

gazelor de eşapament (exhaust gas recirculaion EGR) dau şansa reducerii emisiilor în

condiţii de funcţionare propice. De exemplu sistemul EGR, reutilizeazǎ o parte din

gazele de eşapament pentru a scǎdea temperatura de combustie şi a reduce emisiile

de noxe la ieşirea din motor .(fig41)

Catalizatorii au , în general nevoie sǎ atingǎ o temperaturǎ adecvatǎ de funcţionare,

dar , cu ajutorul sistemelor moderne , aceasta poate fi obţinutǎ în câteva secunde.

Fig.41

107

Catalizatorii, filtrele şi absorbanţii funcţioneazǎ împreunǎ cu sistemul de gestiune

al motorului vehiculului.

Calitatea carburantului utilizat, poate sǎ ajute sau sǎ dǎuneze, bunei funcţionǎri a

sistemelor de reducere a emisiilor.

Este cunoscut, faptul cǎ plumbul este dǎunǎtor performanţei catalizatorilor , şi nociv

pentru om , iar prezenţa acestuia trebuie limitatǎ , în carburanţii europeni.Utilizarea

altor aditivi, pun deasemenea potenţiale probleme: este posibil faptul ca utilizarea

acestora în combustibili în anumite condiţii poate provoca depuneri pe

componentele sistemului decombatere a poluǎrii, cum ar fi sonda cu oxigen şi

catalizatorul. Adǎugarea în compoziţia gazolinei a unor materiale metalice sau alte

materiale, care formeazǎ zgurǎ , vor creşte cantitatea de cenuşǎ capturatǎ de cǎtre

filtrele de particule şi este necesar ca sistemul sǎ fie conceput în funcţie de cantitatea

suplimentarǎ de cenuşǎ generatǎ.

Adǎugarea detergenţilor şi utilizarea acestora, oferǎ unele avantaje, menţin sistemele

de injecţie şi de combustie curate, şi prelungesc deasemenea eficacitatea optimalǎ a

tehnologiilor de reducţie a emisiilor.

Vehiculele şi motoarele noi

Tehnologia catalizatorilor, filtrelor şi absorbanţilor se utilizeazǎ cu eficienţǎ ca un

sistem integrat în cazul vehicului nou. Sistemul poate astfel sǎ fie cunoscut ca şi o

unitate optimizatǎ: calibrarea vehiculului se efectueazǎ pentru a asigura cea mai bunǎ

performanţǎ , acoperind toate condiţiile individuale de funcţionare ale cartografiei

conţinutǎ în unitatea de control a motorului ECU, al vehiculului. Tehnologiile de

tratatare a gazelor de eşapament permit o serie de mǎsuri de ameliorare, în gestiunea

carburantului, şi în procesul de combustie, a motoarelor termice.

108

3.2 Concluzii generale

Studiul teoretic al mijloacelor indirecte de combatere a poluǎrii chimice datorate

autovehiculelor rutiere, a permis stabilirea unor concluzii particulare aferente

situaţiilor concrete analizate în lucrare , de aceea se evidenţiazǎ în continuare

urmǎtoarele concluzii generale:

-Combaterea poluǎrii chimice , trebuie abordatǎ în mod sistemic şi interdisciplinar,

apelând la metodele şi procedeele aferente chimiei organice, precum şi la noţiuni

aferente disciplinelor de specialitate, mecanicii, teoriei reglǎrii automate, analizei şi

sintezei semnalelor, etc.

- Pentru combaterea poluǎrii chimice produsǎ de autovehiculele rutiere , este

necesarǎ o cunoaştere amǎnunţitǎ a surselor de poluare precum şi a reacţiilor chimice

care au loc în procesul de ardere a combustibililor.

-În scopul combaterii poluǎrii chimice, este necesarǎ şi cunoaşterea efectelor pe

care poluanţii le au asupra mediului înconjurǎtor.

- Pentru a putea limita emisiile poluante , acestea trebuiesc intâi evaluate cantitativ

şi calitativ cu ajutorul unor metode aparaturii aferente specializatǎ.

- Compuşii poluanţi pot fi reduşi prin metode naturale, sau prin metode

artificiale,care pot fi la rândul lor fizice(filtre) şi chimice(catalizatori).

-Sistemele de combatere a poluǎrii trebuie sǎ facǎ parte din construcţia

autovehiculului, poluarea datoratǎ transportului rutier, fiind un factor important

datoritǎ cǎruia au loc modificǎri nedorite ale ecosistemului.

109

3.3 Contribuţii principale

Lucrarea aduce urmǎtoarele contribuţii principale în studiul teoretic şi experimental

al combaterii poluǎrii chimice datoratǎ autovehiculelor rutiere:

-Prezentarea principalelor surse de poluare

-Descrierea poluanţilor şi impactul acestora asupra mediului ambiant

-Prezentarea factorilor principali ce influenţeazǎ poluarea mediului ambiant.

-Descrierea proceselor de combustie specifice motoarelor termice.

-Direcţii de acţiune privind standardele de poluare

-Prezentarea unor metode şi a unor aparaturi specifice pentru determinarea emisiilor.

- Modalitǎţi de reducere a poluǎrii mediului ambiant prin sisteme naturale precum şi

prin sisteme constructive.

- Prezentarea în detaliu a construcţiei precum şi principiilor de funcţionare a

sistemelor chimice de reducere a poluanţilor, pe cale chimicǎ.

110

BIBLIOGRAFIE

1.Apostolescu, N. ş.a. – Bazele cercetǎrii experimentale a maşinilor termice. Ed.P, Bucureşti, 1979;

2.Andreescu, C. ş.a. –Tehnici şi echipamente pentru diagnosticarea autovehiculelor. Editura Universităţii „Politehnica”, Bucureşti, 1997;

3.Bengt, J. –Theory of ground vehicles, Lateral Dymamics (manuscript). Chalmers University, 2000;

4.Boroiu, A. –Fiabilitatea şi mentenanţa automobilelor. Editura Universităţii din Piteşti, 2001;

5.Cazacu, C. –Contribuţii la studiul dinamicii autovehiculelor rapide cu şenile echipate cu motoare Diesel cu control electronic al funcţionǎrii. Teză de doctorat, Academia Tehnică Militară, 2005;

6.Faida,C. –Contribuţii privind studiul performanţelor dinamice ale automobilelor echipate cu motoare cu injecţie. Teză de doctorat, Academia Tehnică Militară, 2003;

7.Filip, I. – Încercarea autovehiculelor. Academia Militară, Bucureşti, 1985;

8.Ghiulai, C. ş.a. – Dinamica autovehiculelor. Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1975;

11.Ilie, C.O. – Contribuţii la studiul dinamicii statistice a autovehiculelor, Teză de doctorat, Academia Tehnică Militară, 2005;

12.Ionescu, M. – Tehnologia de întreţinere , exploatare şi reparare a autovehiculelor rutiere .Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1997;

13.Jacobson, B. – Theory of ground vehicles ,Lecture notes / Lateral, Chalmers University, 2000;

14.Nica, A. – Alegerea şi utilizarea lubrifianţilor şi combustibililor pentru motoarele termice . Editura tehnică, Bucureşti, 1978.

9.Hilohi, C. ş.a. – Metode şi mijloace de încercare a automobilelor. Editura Tehnică, Bucureşti, 1982;

10.Hilohi, C. ş.a. – Încercarea automobilelor. Ed. II-a completată şi revizuită, Editura Tehnică, Bucureşti, 1972;

111

15.Protocolul de la Kyoto la convenţia cadru a Naţiunilor unite asupra schimbǎrilor climaterice ;

16. Ţurea Nicolae,Sǎlǎjan Cornel, Enache Valeriu -Programul Naţional de implementare a Planului de Acţiuni RM-UE. Compartimentul Mediu. Mai, 2006 (versiunea electronică).Echipamente şi tehnici de diagnosticare a automobilelor. Vol. 1: Principii generale şi diagnosticarea motoarelor ; 17.Stoicescu, A. –Dinamica autovehiculelor, vol. 1, Bucureşti, 1980;

18.Stoicescu, A. – Dinamica autovehiculelor, vol. 2, Bucureşti, 1982;

19.Smith III, J.O. - Introduction to digital filters (draft) Stanford University, 2002;

20.Silaş G. – Mecanicǎ-Vibraţii mecanice, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1968;

21.Stratulat, M. – Diagnosticarea automobilului, Societatea Ştiinţă şi Tehnică 1998;

22.Stratulat,M. – Exploatarea raţionalǎ a automobilului ,Ed. Militarǎ 1996 ;

23.Stratulat , M. – Prevenirea risipei de combustibil , Ed. Tehnicǎ Bucureşti, 1988;

24.Nagy, T. , Sǎlǎjan ,C.- Exploatarea şi tehnica transportului auto, Ed. Didacticǎ şi Pedagogicǎ , Bucureşti 1982;

112

25.Porat, B. – Digital processing of random signals, New Jersey, Prentice-Hall, 1994;

26.Poţincu, G. ş.a. - Automobile, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1980;

27.Pereş G. ş.a. –Dinamica autovehiculelor, Tipografia Universităţii Transilvania, Braşov, 1988;

28.Popa, G. ş.a. – Motoare Diesel, Procese, Ed. Matrix Rom, Bucureşti, 2003;

29.Pauphilet D. ş.a. – Sous traitance automobile en picardie, 2004;

30.Rill, G. – Vehicle dynamics, Lecture notes, Fachhochschule Regensburg, (2003), 2005;

31.Roberts, S. – Signal processing & Filter design . Michaelmas Term 2002;

32.Smith III, J.O. - Introduction on digital filters (draft) Stanford University, 2002;

33.Olson, B.J. – Nonlinear dynamics of vehicle traction , Report Michigan State University, 2002;

34.Olofsson, N. – Evaluation of observers for fault diagnosis on an automotive Diesel , Dissertation, Linkoping, Sweden, 2000;

35.Nica, A. –Alegerea şi utilizarea combustibililor şi lubrifianţilor pentru motoarele termice. Editura tehnică, Bucureşti, 1978;

113

O P I S

Proiectul conţine:

Pagini.............................................................

Grafice............................................................

Tabele.............................................................

Planşe.............................................................

114