Speciale Numero di ottano

Benzina

Numero di ottano: così si misura il carburante

Il numero di ottano è spesso considerato come un indice di qualità del carburante, ma in realtà trattasi di un parametro definito per legge e tale da descriverne soltanto il comportamento. In realtà sono molte le caratteristiche importanti nella scelta e nello sviluppo di un carburante, ma per capirne davvero la natura occorre partire da quel che succede nell'attimo esatto in cui la scintilla scocca e la combustione prende il via. Per capire un carburante occorre dunque sì partire dal numero di ottano, ma va considerato come una costante: come il ritmo nella musica, come un pentagramma per il compositore.

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Da anni ormai un nuovo parametro è entrato nella vulgata collettiva in qualsiasi discorso relativo a motori, benzine e carburanti in genere: è il numero di ottano, convenzionalmente adottato dall’uomo della strada come unità di misura della qualità del carburante con cui si va a rifornire il proprio motore. Tuttavia c’è qualcosa di molto più profondo dietro questa definizione: qualcosa che, se non compreso, rischia di invalidare qualsiasi convinzione maturata sull’argomento.

Per addentrarsi nell’argomento serve però anche un piccolo sforzo di immaginazione e, perché no, di poesia. Bisogna saper chiudere gli occhi ed immaginare il rombo di un motore come il risultato di una grande orchestra. Bisogna capire la sincronia estrema di tanti movimenti, bisogna saper apprezzare la sublime arte del mettere assieme potenza e ritmo. Non è un caso se al passaggio di una moto c’è chi si infastidisce e chi invece ne immagina i cilindri in azione abbozzando un sorriso: l’armonia sta nell’orecchio di chi ascolta e nella consapevolezza con cui si è in grado di approcciare il suono.

Ma non c’è poesia dove non c’è comprensione: ecco perché è importante capire il numero di ottano, la natura del carburante e la sua stretta relazione con meccanica e funzioni di qualsiasi tipo di motore.

Dove nascono i carburanti

Per approfondire il tema abbiamo avuto la possibilità di sentire l’Ing. Daniele Terna, Responsabile Applicazione Prodotti Carburanti e Blending presso il Centro Ricerche Eni di San Donato Milanese (MI). La scelta non è stata casuale: l’Ing. Terna è responsabile tecnico Eni per i carburanti speciali e da competizione, nonché capo progetti di R&S relativi ai carburanti “Top quality”. Sotto le sue mani, insomma, nascono le miscele che spingono i motori dei campionati Superbike, Moto 2 e Moto 3. Nasce così un prodotto di mercato di qualità riconosciuta quale il carburante Eni blu Super plus disponibile nelle pompe di benzina nazionali.

Il Centro Ricerche Eni di San Donato Milanese occupa centinaia di dipendenti impegnati nelle varie fasi del percorso che il petrolio compie durante tutto il suo percorso, dall’estrazione alla raffinazione ed ai suoi derivati, passando per lo studio delle varie componenti, fino alla scelta delle migliori combinazioni ed ai test sui singoli motori per la miglior messa a punto.

È in questi laboratori che il numero di ottano diventa il pentagramma sul quale la musica del motore a benzina viene composta: lunghi corridoi, grandi serbatoi e scienza chimico-ingegneristica sono il contesto entro il quale Eni porta a compimento il complesso processo di filiera con il quale un prodotto grezzo quale il petrolio diventa una serie di prodotti omogenei, calibrati, equilibrati e garantiti. Perché in una orchestra non si può sbagliare: se non si suona all’unisono, seguendo con precisione metrica e ritmo, quel che ne uscirà sarà soltanto rumore.

Carburanti, ricerca e numero di ottano

Cosa è il numero di ottano

Il numero di ottano misura la resistenza alla detonazione di qualsiasi carburante. Non a caso tale parametro viene convenzionalmente utilizzato come metro di giudizio per la qualità della benzina: maggiore è la resistenza alla detonazione, infatti, e migliore è il lavoro che il carburante è in grado di effettuare all’interno di un cilindro. La detonazione in un motore è un fenomeno complesso. Semplificando, si può dire che consiste essenzialmente in una combustione anomala che avviene a velocità eccessiva. Ciò tende a generare piccole o grandi esplosioni laddove invece dovrebbe essere armonico, ritmato e omogeneo il consumo di aria e carburante ai fini del movimento del pistone. Il risultato, nel peggiore dei casi, può consistere nel danneggiamento irreparabile del motore.

Il numero di ottano non è certo l’unico parametro di valutazione di un carburante, ma è comunque quello principale poiché fondamentale: è su questo numero che viene calibrato l’intero funzionamento di un motore ed è questo il numero che ha quindi la responsabilità di garantire le migliori performance e la maggior durata strutturale del meccanismo.

Tutto si riduce ad una questione di pochi millesimi di secondo: la scintilla che avvia la combustione è infatti il metronomo dell’intero meccanismo, ma se una temperatura eccessiva o particolari condizioni di compressione scatenano la detonazione, allora ecco che i sincronismi vengono meno. La combustione è infatti la sola fase utile dell’intero ciclo, e pertanto consente al motore di sprigionare potenza: quando i sincronismi vengono meno per qualsivoglia motivo, le performance ne risultano degradate e si rischiano inoltre possibili danni strutturali.

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Come si misura il numero di ottano

Se è noto quindi cosa misuri il numero di ottano (e come tale valore sia comunemente conosciuto), meno noto è il modo in cui tale valore viene misurato e certificato. Tale indicatore, infatti, viene misurato sulla base del confronto con alcuni elementi convenzionali utilizzati come riferimento assoluto all’interno di standard condivisi. Così come il peso viene misurato sulla base del confronto con grammi e chilogrammi (così come codificati nel Sistema Metrico Internazionale), insomma, il numero di ottano viene misurato sulla base di quanto espresso da due sostanze differenti:

  • Isoottano: è questo il nome con cui viene comunemente ribattezzato un idrocarburo alifatico ramificato più propriamente definito 2,2,4-trimetilpentano. La resistenza alla detonazione di questa sostanzia identifica convenzionalmente il numero di ottano 100;
  • N-eptano: è questo il nome comune della sostanza la cui resistenza alla detonazione identifica convenzionalmente il valore di numero di ottano pari a 0.

La misurazione avviene a questo punto per confronto: vengono utilizzati dei motori standard, denominati CFR, in dotazione anche ai laboratori Eni di San Donato, nei quali Isoottano e n-eptano vengono miscelati in varia proporzione per arrivare a parificare l’intensità di detonazione del carburante in esame. Una volta raggiunta la proporzione esatta delle due componenti (esempio: 80/20) è ottenuto il numero di ottano relativo (nell’esempio: 80).

Il motore per la misurazione è un 4 tempi monocilindrico a rapporto di compressione variabile (vedi immagini successive) progettato dall’americana Waukesha per semplificare le operazioni di confronto e per rendere standard il metodo di rilevazione.

La misurazione può essere effettuata secondo due modalità distinte:

  • RON (Research Octane Number), misurato in laboratorio con motore che gira a a 600 giri al minuto;
  • MON (Motor Octane Number), misurato in laboratorio con motore che gira a 900 giri al minuto.

La benzina tradizionale con numero di ottano 95 deve tale valore alla misurazione RON, e diventa 85 quando si utilizza il metodo di misurazione MON.

Il centro ricerche Eni di San Donato Milanese (Bolgiano) dispone poi, tra le altre facilities, di una Sala Motori dotata di celle nelle quali sono installati su banco-freno vari motori, appositamente scelti in funzione del tipo di prova e/o prodotto da testare, nei quali singole componenti vengono messe sotto sforzo con vari combustibili e/o lubrificanti, valutando così da un lato la miglior messa a punto, spesso in collaborazione con le case costruttrici, dall’altro la bontà dei propri prodotti.

Nelle immagini seguenti è testimoniato un motore Fiat “Multiair” al banco-freno in cella. Quest’ultima consiste in una sala appositamente attrezzata e dotata di ogni strumento di monitoraggio necessario per una analisi puntuale di modalità di prova, comportamenti e risultati.

Carburanti, ricerca e numero di ottano

Numero di ottano: cosa dice la legge

Al fine di garantire da un lato l’utilizzatore, dall’altro la massima sincronia tra costruttori di automobili e produttori di carburanti, apposite normative europee impongono specifiche caratteristiche al fine di ottenere massima uniformità a livello continentale. Questo consente a ciascun produttore di calibrare al meglio i propri motori. Per quanto riguarda la benzina, trattasi in particolare della normativa UNI EN 228:

La norma EN 228, recepita in Italia come UNI EN 228, è la specifica europea di riferimento della benzina super senza piombo (detta Euro Super) che ha numero di ottano 95 e deve essere reperibile in tutti i paesi dell’Unione Europea. Le caratteristiche della benzina che hanno un impatto ambientale (per es. il contenuto di zolfo) sono state definite dalla Direttiva Europea 2003/17/CE.

Esistono in commercio anche carburanti con numero di ottano superiore a 95:

Accanto alla Euro Super, nella maggior parte dei paesi europei è reperibile anche una Superplus con ottano 98, mente in alcuni paesi, come ad esempio Germania ed Austria, è disponibile anche una benzina normale (numero di ottano pari a 91-92).

Disponibili sul mercato anche benzine “top quality” (come l’Eni BluSuper Plus) con RON pari a 100. In contesti di competizione quali Superbike, Moto 2 e Moto 3, il numero di ottano dei carburanti utilizzati raggiunge quota 102.

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Altre caratteristiche dei carburanti

Se il numero di ottano definisce un parametro fondamentale del carburante, sono in realtà anche molte altre le caratteristiche a definirne la qualità complessiva. Tra queste se ne possono citare alcune a titolo esemplificativo:

  • densità;
  • tensione di vapore (TVR);
  • curva di distillazione;
  • contenuto di ossigeno;
  • contenuto di gomme;
  • periodo di induzione;
  • contenuto di zolfo.

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Influenza del motore sul comportamento del carburante

La benzina comunemente in commercio ha numero di ottano RON pari a 95 ed è su questo “ritmo” che i motori vengono sviluppati. Da un punto di vista motoristico, la detonazione è influenzata da un lato dalla geometria del motore (forma e dimensioni della camera di combustione, disposizione delle valvole e della candela, etc.), dall’altro dalla temperatura dell’aria in entrata, dalla distribuzione della temperatura nel cilindro, dai gas che restano nel cilindro stesso dopo la fase di scarico e così via. Inoltre va tenuto presente che un anticipo all’accensione eccessivo, oltre ad un rapporto di miscela troppo povero, favoriscono l’insorgere della detonazione. Tutto ciò in definitiva può variare l’istante di inizio della fase di combustione, portandolo fuori dai tempi previsti a livello progettuale e aumentando il pericolo di detonazione. Per questo motivo le auto moderne sono dotate di sensori di detonazione in grado di adattare automaticamente i parametri motoristici, riducendo in particolare l’anticipo all’accensione, onde allontanare il pericolo di detonazione e riportare il motore a condizioni di sicurezza.

Una caratteristica molto importante per il buon funzionamento del motore è la formazione della miscela aria-carburante, che deve essere il più possibile omogenea e con quest’ultimo disperso il più finemente possibile. Ciò sia per il raggiungimento di elevate prestazioni sia, ancora una volta, dal punto di vista della salvaguardia del motore dalla possibilità di detonazione.

Per fare ciò, occorre in generale una camera di combustione ad elevata turbolenza, tanto più ora che si vanno sempre più diffondendo motori a benzina ad iniezione diretta (anche nelle competizioni, vedi la Formula 1 a partire da quest’anno). Il progettista del motore lavora anche su alcuni accorgimenti, quali:

  • Swirl: è la vorticosità ottenuta mentre il pistone sale. Il vortice ha asse di rotazione perpendicolare al cielo del pistone;
  • Squish: è l’effetto vortice ottenuto in camera di combustione, avente asse di rotazione parallelo al cielo del pistone;

In definitiva, quindi, nebulizzazione e omogeneità sono parametri fondamentali per una equilibrata propagazione del fronte di fiamma all’interno della camera di combustione.

Qualsiasi sbavatura in una orchestra può portare ad anomalie che rovinano l’intera sinfonia: un “battito di testa” dovuto a detonazioni anomale può infatti portare ad esempio alla rottura del cielo del pistone, con grave danno complessivo per il motore. La capacità di ascolto di un motore non è soltanto piacere per gli appassionati, insomma, ma anche necessaria prevenzione per qualunque guidatore e possessore di un veicolo a benzina.

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Eni: ricerca e competizione

Lo sviluppo dei carburanti e dei motori ha avuto negli anni un fortissimo impulso dalle competizioni, sia in ambito automobilistico che su due ruote. La corse, le partnership e le sponsorizzazioni sono un ecosistema ricco all’interno del quale ricerca e sviluppo attingono risorse a piene mani: ricerca è innovazione, innovazione è distinzione, distinzione è immagine. Nel caso di Eni, ad esempio, sono in archivio due decenni di lavoro in Formula 1 con il team Ferrari e molti altri, mentre sulle due ruote con Piaggio, Gilera, Ducati, Cagiva, Aprilia e molti altri.

Proprio con la casa di Noale è in piedi dal 1995 una partnership stretta che trova espressione più ampia nella sponsorizzazione del campionato Superbike (con relativa fornitura del carburante per gran parte dei team partecipanti). In questo caso ogni pilota ha, per ogni competizione, 150 litri di carburante a disposizione. E trattasi di benzina con numero di ottano pari a 102.

La necessità di calibrare al meglio ogni parametro del carburante sulla base dei limiti e delle necessità del motore, costringe le parti ad un dialogo quanto più serrato e standardizzato possibile. Ogni minima variazione alla formulazione proposta, infatti, costringe ad una nuova messa a punto del motore, le cui performance vanno pertanto calibrate alla ricerca di nuovi cavalli da sprigionare in pista. Per ragioni regolamentari ogni nuova miscela viene analizzata dalla Federazione mondiale ed omologata, così che si possa verificare la piena rispondenza alle regole imposte per la competizione: l’omologazione consta in un numero seriale da 8 cifre che certifica le differenze tra le varie versioni e fornisce ai team in gara riferimenti precisi attorno a cui organizzare la messa a punto.

Competizioni come Moto 2 o Moto 3, inoltre, fungono da vera e propria palestra e certificazione per i carburanti Eni disponibili comunemente sul mercato: in queste competizioni, infatti, il carburante utilizzato è esattamente il medesimo in vendita in qualsiasi distributore Eni sotto il nome di Eni BluSuper Plus, proveniente dalla raffineria di Sannazzaro dé Burgondi (PV) e distribuita ai team con specifica omologazione che garantisce piena rispondenza tra il carburante in gara e quello distribuito alla pompa.

Carburanti, ricerca e numero di ottano

Come scegliere il carburante

La crisi economica e il caro-benzina hanno portato molti a scegliere le pompe bianche per le piccole opportunità di risparmio consentite ad ogni pieno. Qualche dubbio sulla bontà del carburante utilizzato, però, serpeggia da sempre senza mai trovare vere conferme o sicure smentite.

Una leggenda metropolitana va però smontata alla base: a differire tra le pompe bianche e le tradizionali pompe dei produttori principali non è il numero di ottano. Tale parametro è infatti imposto per legge e non si possono pertanto sollevare dubbi su questo aspetto: il 95 previsto dalla normativa EN228 è una costante che nessun chiacchiericcio può intaccare, se non in qualche caso la buona fede dei venditori.

I dubbi possono però fluire attraverso altre considerazioni: distributori non in grado di controllare l’intera filiera, infatti, non possono sempre garantire di propria sponte sul lavoro delle raffinerie a monte. L’eventuale presenza di componenti instabili potrebbe peggiorare la bontà del prodotto finale e nel lungo periodo i problemi per il motore potrebbero essere piuttosto gravi (e onerosa la riparazione).

Soprattutto per chi sceglie l’uso delle pompe bianche, può essere consigliabile pertanto un uso ricorrente di carburanti in grado di avere una funzione “clean up”: si tratta di prodotti quali BluSuper Plus (o BluDiesel Plus nel caso del gasolio), aventi non soltanto numero di ottano maggiore (o numero di cetano nel caso del gasolio), ma anche qualità specifiche per ripulire le componenti del motore coinvolte e garantire così maggior salute al veicolo. Tali carburanti possono altresì garantire una funzione “keep clean” quando utilizzati con continuità, ma la cosa è probabilmente utile soprattutto per chi macina molti chilometri e può avere pertanto forte interesse a mantenere sempre in perfette condizioni il proprio strumento di lavoro.

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