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Autoignizione

Combustione omogenea sostanziale/Autoignizione

L’autoignizione è un processo di combustione omogenea per il quale la miscela non raggiunge la temperatura adiabatica.
Rappresenta la prima fase di un processo di combustione, no prodotti di ossidazione completa.
Dipende da molti fattori (parametri ambientali; configurazione del sistema: reattore in flusso, batch).
Può essere un processo desiderato o indersiderato.
Differenti criteri per la determinazione (∆T, emissione luminosa, ∆p). Procedure standard predefinite.

L’autore della lezione è Mariarosaria de Joannon

Combustione omogenea sostanziale/Autoignizione

Nei motori diesel:

la fenomenologia è particolarmente complessa
il ritardo all’ignizione è dell’ordine del millisecondo

Combustione omogenea sostanziale/Autoignizione

Nella figura (b): Durante la propagazione del fronte di reazione, la miscela combustibile/aria non ancora reagita è compressa e riscaldata.
Può quindi dare luogo ad autoignizone: Incombusti sollecitazioni meccaniche, perdita di efficienza.

Sistema CH₄/O₂

Meccanismo di iniziazione primaria

Nella fase di autoignizione sono presenti solo il combustibile ed il diluente.

Meccanismo di iniziazione primaria

Decomposizione termica: è favorita alle altissime temperature, ha energia di attivazione di 88000 cal/mole.

Estrazione esterna: è favorita alle basse temperature. Infatti, l’energia di attivazione è circa di 56000 cal/mole mentre la prima reazione.

Meccanismo di iniziazione primaria

I radicali H e HO₂ che si formano sono coinvolti nelle reazioni di ramificazione di catena caratteristiche del sistema idrogeno/ossigeno.

La relativa stabilità del radicale HO₂ consente la formazione di H₂O₂:

HO₂ + HO₂ ⇒ H₂O₂

CH₄ + HO₂ ⇒ CH₃+H₂O₂

Il radicale H₂O₂ si dissocia rendendo disponibili radicali OH:

H₂O₂ + M ⇒ OH + OH + M

Ha il via il meccanismo di iniziazione secondaria.

Meccanismo di iniziazione primaria

I radicali H possono reagire secondo i seguenti canali:

CH₄ + H → CH₃ + H₂

(Tale reazione di estrazione è favorita rispetto all’ossidazione di H stesso)

H + O₂ + M → HO₂ + M

Meccanismo di iniziazione primaria

Il radicale metilico è piuttosto stabile.

Meccanismo di iniziazione primaria

In passato i dati cinetici disponibili facevano supporre che il radicale metilico potesse reagire con l’ossigeno secondo la reazione:

CH₃ + O₂ ⇒ HCO + H₂O

Successivamente, il percorso reattivo più probabile sembrava essere quello descritto dalla reazione di ossidazione del radicale CH₃ da parte di O₂, che porta alla formazione di formaldeide ed OH:

CH₃ + O₂ ⇒ HCHO + OH

Attualmente, il prodotto principale della reazione tra il radicale metilico e l’ossigeno molecolare è ritenuto essere il radicale CH₃O:

CH₃ + O₂ ⇒ CH₃O + O

Meccanismo di iniziazione primaria

Percorsi paralleli di ossidazione coinvolgono i radicali OH e O secondo le reazioni:

CH₃ + O ⇒ CH₂O + H

CH₃ + OH ⇒ CH₂O + H₂

CH₃ + OH ⇒ CH₃O + H

Meccanismo di iniziazione primaria

Ricombinazione

Condizioni di sistema adiabatico impermeabile

Ignizione a singolo stadio.

Condizioni di sistema adiabatico impermeabile

La dipendenza del ritardo all’ignizione dalla concentrazione di H₂O₂, dalla temperatura e dalla pressione può essere ottenuta formalmente esprimendo la velocità della reazione di dissociazione del perossido:

$\frac{d[H_2O_2]}{dt}=-k[H_2O_2][M]$