Caratterizzazione di biocarburanti attraverso misure di velocità del suono e densità

L'aumento dei gas serra presenti in atmosfera, dannosi per l'ambiente e la salute, e la sempre maggiore dipendenza dalle importazioni di petrolio, hanno reso necessario lo sviluppo e il consumo di risorse rinnovabili, tra cui i biocarburanti. Questi combustibili permettono infatti di ridurre le emissioni di gas a effetto serra. Per poter incentivare il consumo di biocarburanti, stabilire le norme sulla loro produzione ed effettuare il confronto con i combustibili fossili, utili per la stipula di contratti commerciali, è quindi indispensabile un'approfondita conoscenza delle loro proprietà chimiche e fisiche. In questo contesto si inseriscono le misure accurate di velocità del suono e densità, indagate in questo lavoro di tesi. Queste grandezze fisiche sono fondamentali, poiché consentono la caratterizzazione completa di un fluido qualsiasi. Dalle misure sperimentali di velocità del suono e densità è infatti possibile, tramite la risoluzione di sistema di equazioni differenziali ricavato dalle funzioni di stato termodinamiche, determinare tutte le proprietà termodinamiche e sviluppare l'equazione di stato del fluido. La velocità del suono, inoltre, influisce sul tempo di iniezione del motore; le misure di tale grandezza sono pertanto utilizzate per determinare i parametri di iniezione che consentono di ridurre le emissioni e migliorare le prestazioni del motore. In questo lavoro vengono presentate misure accurate di velocità del suono e densità, effettuate in un ampio intervallo di temperatura (da 0 °C a 80 °C) e pressione (fino a 300 MPa), di tre diversi tipi di biodiesel di prima generazione (Fatty Acid Methyl Ester, FAME): metilestere di olio di soia (SME), metilestere di olio di colza (RME) e miscela composta dal 95 % di gasolio fossile e il restante 5 % di olio di colza (B5-RME). Il metodo utilizzato per effettuare le misure di densità è il densimetro a tubo vibrante, basato sulla relazione di proporzionalità tra densità del fluido e periodo di oscillazione. La velocità del suono è stata misurata utilizzando la tecnica pulse-echo a doppio riflettore, che consiste nella determinazione del tempo di transito di un impulso acustico e del cammino acustico da esso percorso. Le misure sperimentali di velocità del suono e densità sono state effettuate presso i laboratori dell'Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRiM) di Torino.