SISTEMI DI POST TRATTAMENTO DEI GAS DI SCARICO ... - FedOA

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Il particolato ha una distribuzione di misura bimodale, sono un mix di particelle emesse nella modalità di nucleazione e di accumulazione. Le particelle “nuclei” sono molto piccole, il loro diametro va tra 0,007 a 0,04 micrometri. Studi recenti ridefiniscono il nucleo come particelle che sono ancora più piccole 0,003 a 0,03 micrometri, facendo il confronto con alcune molecole più grandi. La forma delle particelle non è generalmente sferica ma irregolare, la classificazione granulometrica del particolato richiede che sia definita una grandezza geometrica caratteristica che rappresenti la dimensione media di ogni singola particella. Questa grandezza geometrica prende il nome di diametro equivalente, ossia il diametro di una particella sferica che esibisce un comportamento dinamico (velocità, traiettoria) simile sotto l’azione di una forza elettrostatica, centrifuga e gravitazionale. A secondo dell’apparecchiatura utilizzata per misurare la granulometria, una particella non sferica può essere caratterizzata con diametri equivalenti: diametro geometrico, diametro aerodinamico, diametro di mobilità elettrica. La natura delle particelle “nuclei” si sta ancora studiando in laboratorio. E’ risaputo che le particelle nucleo sono particelle volatili formate da idrocarburi e acido solforico condensato che si sono formati dai precursori gassosi quando la temperatura decresce nel condotto di scarico e dopo il mescolamento con l’aria fredda che si ha in laboratorio o con l’aria ambiente. Queste particelle volatili sono molto instabile; la loro concentrazione dipende fortemente dalle condizioni di diluizione, dalla quantità di diluizione e tal tempo di residenza nel condotto. Una piccola quantità di tali particelle possono essere formate da particelle solide, di carbone, o cenere metallica dagli additivi degli oli lubrificanti. Le particelle in modo nucleo che sono la maggioranza, circa il 90%, sono una piccola parte della massa di PM. Figura 1.2: Composizione del particolato diesel 12
Le particelle in modo accumulazione sono formate da agglomerati di particelle di carbone e altro materiale solido, accompagnato da gas assorbiti e vapori condensati. Esse sono composte principalmente da carbone solido e da idrocarburi condensati pesanti, ma possono anche includere composti di zolfo, ceneri metalliche, metalli dovuti all’usura, etc. Il diametro delle particelle in modo accumulazione è compreso tra 0,04 e 1 micrometro con una massima concentrazione tra 0,1 e 0,2 micrometri. La maggiore massa di particolato emesso è composta da particelle agglomerate, ma sono solo una piccola quantità del totale delle particelle intese come numero. Composizione del particolato diesel Il PM è tradizionalmente diviso in tre frazioni che possono essere inoltre suddivise come segue: 1. Frazione solida (SOL) Matrice carboniosa Ceneri (metalli) 2. Frazione solubile organica (SOF) Materiale organico derivato da olio lubrificante del motore Materiale organico derivato dal combustibile 3. Particolato dai solfati (SO4) Acido solforico Acqua In accordo con questa classificazione, il totale del particolato (TPM) può essere definito come: TPM= SOL+SOF+SO4 Le particelle che lasciano il motore sono composti formati principalmente in fase solida (SOL). Le particelle che lasciano la camera di combustione possono essere nucleo o agglomerati di particelle e nel condotto di scarico, in dipendenza dalla temperatura, le particelle subiscono una limitata ossidazione e un’ulteriore fase di agglomerazione. Alcune di queste si depositano sulle pareti del tubo di scarico, per effetto del gradiente di temperatura. Altri precursori del particolato sono gli idrocarburi, ossidi di zolfo e acqua e vapori presenti nel tubo di scarico caldo. Un’altra sorgente di materiale solido nei gas di scarico sono le ceneri metalliche, componenti derivati dagli additivi degli oli lubrificanti, così come dall’usura del motore. La nucleazione dovuta alla cenere volatile si pensa si formi durante la fase di espansione nel cilindro del motore. Il nucleo di cenere può agglomerarsi e formare particelle in fase di accumulazione. In proporzione la cenere nei nuovi motori sta crescendo, vista la minore presenza di particolato carbone e quindi una minore massa PM. 13
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