Continua, con questo nuovo articolo una serie di approfondimenti sugli aspetti tecnici del mondo a quattro ruote; oggi ci occuperemo del numero di cetani, fornendo tutte le informazioni utili per capirne l’importanza nei motori diesel.
Per comprendere meglio cosa è il numero di cetani, è necessario introdurre la corretta definizione di cetano.
Il cetano:
una molecola essenziale per il corretto funzionamento
dei motori diesel
Il cetano è un idrocarburo, appartenente alla famiglia degli alcani, che, a temperatura e pressione ambiente, si presenta allo stato solido, la sua formula chimica è C16H34.
Così come l’ottano (di cui abbiamo già discusso nell’articolo precedente), è un idrocarburo saturo, poiché la sua struttura molecolare contiene solo legami singoli C-C (per cui a parità di atomi di carbonio, possiede il massimo numero di idrogeni possibile rispetto agli altri idrocarburi, come gli alcheni e gli alchini che invece sono insaturi).
Ma perché questa molecola è così importante nelle auto alimentate a gasolio e biodiesel? Ancora un po’ di pazienza, fra poco lo scopriremo assieme con un rapido, ma necessario, sguardo al funzionamento dei motori diesel.
La facilità all’autoaccensione nei motori diesel
Come è noto, nei motori diesel si verifica un forte riscaldamento per compressione dell’aria nel cilindro e successiva iniezione del carburante per la combustione; pertanto i carburanti diesel debbono possedere, al contrario delle benzine, la caratteristica di mostrare molta facilità all’autoaccensione.
In questo contesto entra in azione la funzione del cetano: velocizzare la combustione subito dopo l’iniezione.
Il numero di cetani:
l’indicatore per la misura della qualità di accensione del gasolio
nei motori diesel
Il numero di cetani (o più correttamente “numero di cetano”) è un parametro di riferimento che, nei motori diesel, indica la rapidità con cui il combustibile si accende dopo l’iniezione.
Un valore più alto (solitamente maggiore di 50) del numero di cetani assicura un avvio più rapido, maggiore silenziosità e meno emissioni, poiché riducendo il ritardo di accensione rende la combustione più regolare e riduce la rumorosità del motore.
Da notare che le caratteristiche antidetonanti, determinate dal numero di ottani, e quelle di accendibilità, definite dal numero di cetani di un combustibile sono inversamente proporzionali.
Significa che un combustibile con numero di ottano elevato ha bassa tendenza alla detonazione, cioè resiste meglio all’autoaccensione indesiderata nei motori a benzina. Al contrario, un combustibile con numero di cetano elevato ha maggiore facilità di autoaccensione, caratteristica desiderabile nei motori diesel.
I metodi per misurare il numero di cetani
La misura del numero di cetani del gasolio viene effettuata principalmente per determinare la sua attitudine all’accensione spontanea per compressione all’interno dei motori diesel. Un numero più alto, come è già stato chiarito, indica un ritardo di accensione minore e una combustione più rapida e regolare.
I metodi principali sono: la prova diretta su motore standardizzato e la misurazione del numero di cetano derivato (DCN).
Il metodo standard
Il metodo standard, definito dalle norme ASTM D613 o EN ISO 5165, utilizza un motore speciale a cilindro singolo, e a quattro tempi, con rapporto di compressione variabile (denominato CFR – Cooperative Fuel Research).
La procedura consiste nell’introdurre il gasolio nel motore, e nel variare poi il rapporto di compressione variando il volume della camera fino a ottenere un preciso ritardo di accensione che è dato dal tempo trascorso tra l’iniezione e la combustione.
Il ritardo ottenuto viene confrontato con quello di miscele di riferimento standard, composte da: Cetano, a cui è assegnato un valore convenzionale di 100 e che indica la massima facilità di accensione, e da isocetano (2,2,4,4,6,8,8-heptamethylnonane), a cui è assegnato un valore di 15 che indica la soglia più bassa di accensione.
Il numero di cetani è la percentuale volumetrica di cetano nella miscela di riferimento che produce lo stesso ritardo di accensione del campione rilevato nelle prove.
Metodi Derivati
A causa della complessità e lentezza del metodo standard, si utilizzano tecniche automatiche più veloci che misurano il numero di cetani derivato denominati DCN (Derived Cetane Number):
- CVCC (Constant Volume Combustion Chamber) – Si utilizzano strumenti come il CID 510 o IQT (Ignition Quality Tester) che iniettano una piccola quantità di campione in una camera a volume costante riscaldata, misurando il ritardo di accensione tramite dei sensori di pressione.
- Analizzatori Spettroscopici (FTIR/NIR) – Vengono utilizzati strumenti come ERASPEC che, tramite la spettroscopia infrarossa analizzano la composizione chimica del gasolio per poi calcolare il numero di cetano in pochi secondi, basandosi su correlazioni statistiche.
Il metodo standard è il riferimento internazionale che assicura un elevato livello di accuratezza, mentre i metodi derivati sono ottimi per controlli rapidi in raffineria.
L’indice di cetano
A volte, assieme al numero di cetani viene riportato anche un altro parametro: l’indice di cetano, che si avvicina in prima approssimazione al numero di cetani e che viene calcolato tenendo conto della densità e della volatilità del combustibile.
L’indice di cetano è in pratica una stima calcolata tramite formule matematiche basate su parametri fisici del carburante, come la densità e la curva di distillazione (metodi regolamentati dalle norme ASTM D4737 o ASTM D976).
L’indice di cetano non tiene conto degli additivi miglioratori di cetano, pertanto spesso sottostima la qualità effettiva dell’accensione rispetto alla misura reale.
Valori ottimali del numero di cetani
Per quanto riguarda i valori standard in Italia, il gasolio autotrazione (EN590) ha solitamente un numero di cetani non inferiore a 51.
Il numero di cetani ottimale per i moderni motori diesel si colloca generalmente tra 55 e 60.
Sebbene la normativa europea EN590 imponga un valore minimo di 51, valori superiori migliorano l’accensione a freddo, riducono la rumorosità e diminuiscono le emissioni inquinanti come particolato (insieme delle sostanze solide o liquide sospese in aria), monossido di carbonio (CO) e idrocarburi (HC).
Il Gasolio Standard solitamente ha un numero di cetani pari a 51 o 52, mentre il Gasolio Premium ha valori compresi tra 55 e 57, ed infine il diesel HVO (Hydrogenated Vegetable Oil, un biocarburante diesel sintetico, prodotto da materie prime rinnovabili come oli vegetali esausti e grassi animali) può raggiungere un numero di cetani molto elevato, tra 70 e 90.
Esiste tuttavia un limite massimo che si raccomanda di non superare, perché un valore troppo elevato del numero di cetani, superiore in alcuni casi a valori compresi tra 60 e 65, non porta ulteriori benefici sostanziali e potrebbe influire sulla formazione di depositi; anche se in alcuni casi specifici (o con additivi come il 2-EHN) valori superiori a 60 sono stati testati con successo.
In ogni caso si raccomanda sempre di consultare il manuale d’uso del proprio autoveicolo, per adoperare il carburante diesel più adatto.
