Terlepas dari perkembangan teknologi, mesin pembakaran mobil sebagian besar masih bertanggung jawab atas polusi di kota-kota
Gambar: Evgeny Tchebotarev di Unsplash
Mesin pertama kali muncul pada abad ke-18. Mereka didukung oleh pembakaran eksternal, dengan menggunakan kayu bakar - mesin uap yang terkenal. Pada abad ke-19, mesin pembakaran internal pertama kali muncul, di mana bahan bakar dibakar di dalam mesin itu sendiri. Mesin pembakaran internal memiliki keunggulan dibandingkan mesin uap karena keserbagunaan, efisiensi, dan kemungkinan beradaptasi dengan berbagai jenis mesin. Namun, sebagian besar bertanggung jawab untuk menghasilkan polusi mobil.
Mesin pembakaran internal mulai dipelajari dan ditingkatkan, digunakan saat ini dalam skala besar dalam alat transportasi - pesawat terbang, mobil, jalan setapak dan kendaraan otomotif lainnya, kapal, dll. Dengan semakin berkembangnya penggunaannya, timbul kekhawatiran terhadap masalah yang melekat pada mesin, seperti emisi gas yang menimbulkan pencemaran udara dan menimbulkan gangguan kesehatan pada penduduk.
Selama bertahun-tahun, mesin pembakaran internal telah meningkat, menghasilkan polusi lebih sedikit dan lebih sedikit daripada pendahulunya. Perbaikan ini terutama disebabkan oleh langkah-langkah seperti: penggantian karburator, yang secara mekanis memasukkan campuran udara / bahan bakar ke dalam mesin, ke sistem injeksi elektronik, yang menggunakan lebih sedikit bahan bakar dan menciptakan campuran yang lebih ideal; pembuatan konverter katalitik (atau katalis), yang mengubah sebagian dari gas yang dihasilkan dalam pembakaran menjadi gas tidak beracun sebelum mengeluarkannya melalui knalpot kendaraan, di antara tindakan lainnya. Namun, peningkatan armada kendaraan dan konsentrasi penduduk di pusat kota merupakan faktor penyebab masalah pencemaran mobil di udara - secara harfiah.
Tahukah Anda bagaimana mesin mobil Anda bekerja?
Untuk memahami bagaimana gas pencemar terbentuk di dalam kendaraan, penting untuk mempelajari cara kerja mesin. Kebanyakan mobil memiliki apa yang disebut mesin empat tak: intake, kompresi, ledakan-ekspansi, dan pelepasan. Video tersebut menampilkan animasi yang sangat menjelaskan tentang pengoperasian mesin bensin dan diesel.Singkatnya, yang dilakukan mesin mobil adalah menggabungkan udara dari atmosfer (dengan konsentrasi oksigen tinggi) dengan bahan bakar. Campuran ini menghasilkan reaksi kimia eksotermik (dengan pelepasan panas) yang menyebabkan pemuaian gas di ruang bakar, menekan piston, yang turun menghasilkan gerakan berputar di mesin - sehingga mengubah panas menjadi kerja - dan gas hasil pembakaran adalah dihilangkan dengan membuka katup pembuangan - ini adalah polusi mobil.
Pembakaran
Agar pembakaran terjadi, harus ada tiga elemen:- Bahan bakar: terutama hidrokarbon yang terdiri dari hidrogen (H) dan karbon (C) pada mesin pembakaran internal;
- Oksigen: pengoksidasi;
- Panas: dalam mesin pembakaran internal, panas dihasilkan oleh percikan (mesin bensin) atau oleh kompresi udara yang masuk (mesin diesel).
- Pembakaran hidrokarbon bahan bakar bisa selesai atau tidak lengkap.
Penyelesaian terjadi ketika ada cukup oksigen untuk mengkonsumsi semua bahan bakar. Untuk senyawa yang terbuat dari karbon dan hidrogen (hidrokarbon), hasil pembakaran sempurna adalah: karbon dioksida (CO2), air (H2O) dan energi. Pembakaran sempurna sangat ideal, karena memanfaatkan bahan bakar dengan lebih baik, tetapi menghasilkan sebagai hasil dari reaksi karbon dioksida, yang, meskipun bukan gas beracun - hanya jika bocor dalam jumlah besar di lingkungan tertutup, yang membuatnya sesak napas - adalah gas rumah kaca yang terkenal.
Pembakaran yang tidak sempurna, ketika tidak ada cukup oksigen untuk mengkonsumsi semua bahan bakar, menghasilkan polusi mobil. Ia dapat memiliki produk karbon monoksida (CO), unsur karbon (C) - jelaga (asap gelap, dibentuk oleh partikel padat kecil dari batubara) - aldehida dan bahan partikulat.
Senyawa ini juga terdapat dalam komposisi bahan bakar, tetapi dalam jumlah yang lebih kecil yaitu nitrogen dan sulfur yang ketika menjalani proses pembakaran membentuk senyawa beracun seperti sulfur dioksida (SO2), hidrogen sulfida (H2S), dan nitrogen oksida (NOx). Pembentukan nitrogen oksida merupakan proses yang sulit dikendalikan, karena selain terdapat dalam bahan bakar, nitrogen juga terdapat di udara - dalam bentuk gas nitrogen (N2) - yang pada suhu tinggi di ruang bakar dapat mengalami reaksi. dengan oksigen.
Masalah kesehatan masyarakat dan lingkungan
Gas-gas yang membentuk pencemaran mobil, yang dihasilkan dari mesin pembakaran internal, dapat menyebabkan beberapa masalah kesehatan manusia dan lingkungan. Oksida SO2 dan NOx mempengaruhi sistem pernafasan dan menyebabkan hujan asam, CO menurunkan daya dukung oksigen dalam darah dan bahan partikulat menyebabkan alergi pernafasan dan merupakan vektor (pembawa) polutan lain (logam berat, senyawa karsinogenik organik) ).
Ketika terjadi emisi polusi yang besar di kota-kota, masih terdapat fenomena alam, seperti thermal inversion, yang memperburuk skenario polusi, karena menyulitkan penyebaran gas-gas tersebut dan membuat penduduk terpapar pada periode yang lebih lama.
Pada tahun 2002, Badan Perlindungan Lingkungan Amerika Serikat (EPA) merilis sebuah laporan yang memperingatkan risiko paparan uap minyak diesel dalam waktu lama. Menurut laporan tersebut, menghirup bahan-bahan partikulat ini, sulfur dan nitrogen oksida dalam jangka panjang, dapat menyebabkan kanker pada manusia. Pada 2013, International Agency for Research on Cancer (Iarc) menyimpulkan bahwa sebenarnya emisi dari mesin diesel menyebabkan kanker paru-paru, dan kemungkinan juga kanker kandung kemih. Di London bahkan pernah ada kasus kematian akibat polusi udara dari mobil.
Perbedaan antara mesin pembakaran internal
Mesin bensin dan diesel
Pengoperasian mesin bensin dan diesel serupa, seperti yang dijelaskan sebelumnya. Perbedaan utama antara mesin-mesin ini adalah, pada mesin bensin, yang masuk ke ruang bakar adalah campuran udara dan bahan bakar, dan penyalaan (start / start pembakaran) mesin ini terjadi dari percikan api yang disediakan oleh busi. pengapian. Pada mesin diesel, awalnya hanya udara yang dimasukkan ke ruang bakar, yang kemudian dikompresi oleh piston dan penyalaan terjadi dari injeksi solar ke udara ini pada tekanan tinggi.
Bensin adalah bahan bakar yang sangat eksplosif (seperti yang ditunjukkan dalam video), yang menjamin mobil bertenaga tinggi dengan respons yang cepat dalam putaran. Mesin diesel memiliki pembakaran bahan bakar yang lebih lambat dan terus menerus, "mendorong" piston ke bawah dengan cara yang lebih tahan lama dan menawarkan torsi yang lebih besar (upaya rotasi), dengan putaran yang lebih lambat. Ini membuatnya lebih kuat dan karena itu lebih cocok untuk digunakan dalam alat transportasi dengan muatan besar. Keunggulan ini juga memberikan karakteristik mesin diesel yang lebih tahan lama, karena berdampak lebih sedikit pada engkol (poros engkol) mesin.
Pada mesin diesel, injeksi bahan bakar terjadi selama proses pembakaran spontan konvensional, dimana solar diinjeksikan ke udara yang dikompresi dengan kuat. Hal ini menghasilkan peningkatan suhu yang tiba-tiba, mencapai tingkat yang memberikan pembentukan NOx dan berkontribusi pada proses pirolisis (analisis atau reaksi dekomposisi yang terjadi oleh aksi suhu tinggi), di mana material partikulat dihasilkan. Bahan bakar ini tidak mudah menguap. Karena disuntikkan langsung ke udara terkompresi (tempat pembakaran dimulai), campurannya menjadi kurang homogen daripada yang terjadi pada bensin. Kurangnya udara berlebih pada campuran yang bereaksi menyebabkan pembakaran tidak sempurna, mengeluarkan jelaga, karbon monoksida (CO), dan hidrokarbon (HC). Untuk faktor-faktor ini, mesin diesel, dibandingkan dengan mesin bensin,mereka biasanya mengeluarkan tujuh kali lebih banyak polutan ke atmosfer dalam hal emisi materi partikulat. Bensin mengeluarkan persentase karbon dioksida (CO2) yang lebih tinggi.
Mesin fleksibel
Mesin fleksibel adalah mesin yang bekerja dengan lebih dari satu jenis bahan bakar. Di Brasil, kendaraan bahan bakar fleksibel yang paling umum adalah kendaraan yang menggunakan bensin dan etanol.
Mesin mobil fleksibel ini adalah satu. Untuk membuatnya bekerja dengan bensin dan etanol, ada beberapa variabel yang mengganggu pengoperasiannya. Di antara variabel-variabel tersebut, dapat disebutkan rasio stoikiometri mesin (campuran udara / bahan bakar) yang bervariasi sesuai dengan karakteristik bahan bakar, dengan nilai kalor yang lebih besar atau lebih kecil, yang juga memvariasikan konsumsi bahan bakar oleh mesin. Kendaraan bahan bakar fleksibel memiliki sensor yang mendeteksi campuran bahan bakar yang dimasukkan ke dalam tangki dan mengatur injeksi sesuai campuran tersebut.
