Βαρύ υπολλειμα σε βενζίνες: προσδιορισμό και επιπτώσεις σε κινητήρες και περιβάλλον

Ντάσης, Παναγιώτης Χρήστος; Ntasis, Panagiotis Christos

dc.contributor.author	Ντάσης, Παναγιώτης Χρήστος	el
dc.contributor.author	Ntasis, Panagiotis Christos	en
dc.date.accessioned	2025-10-10T10:32:13Z
dc.date.available	2025-10-10T10:32:13Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/62681
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.30377
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Δίχρονος κινητήρας	el
dc.subject	Λιπαντικό	el
dc.subject	Βενζίνη	el
dc.subject	Βαρύ υπόλειμμα	el
dc.subject	Κινητήρας	el
dc.subject	Gasoline-lubricant	en
dc.subject	En ISO 3405	en
dc.subject	En ISO 6246	en
dc.subject	Two-stroke engines	en
dc.subject	Distilations	en
dc.title	Βαρύ υπολλειμα σε βενζίνες: προσδιορισμό και επιπτώσεις σε κινητήρες και περιβάλλον	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Υγρά καύσιμα	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2025-02-27
heal.abstract	Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν ο προσδιορισμός του βαρέος υπολείμματος βενζίνης, σε μείγματα βενζίνης-λιπαντικού σε περιεκτικότητες λιπαντικού από 1 έως 3,3% m/m. Μέσω του βαρέος υπολείμματος και χρησιμοποιώντας πρότυπες μεθόδους, καθώς και τη Νέα Μέθοδο προσδιορισμού υπολείμματος, προσδιορίσθηκε η περιεκτικότητα του λιπαντικού ως ποσοστό % v/v και % m/m. Ο προσδιορισμός του βαρέος υπολείμματος σε τυχαία δείγματα βενζίνης-λιπαντικού έχει ιδιαίτερη σημασία για τον έλεγχο του κατάλληλου μείγματος καυσίμου, το οποίο επηρεάζει τη διάρκεια ζωής, την απόδοση των κινητήρων και τις εκπομπές ρύπων από αυτούς. Στο βαρύ υπόλειμμα της βενζίνης περιέχονται συστατικά με υψηλά σημεία ζέσεως όπως είναι το λιπαντικό στη περίπτωση καυσίμου για δίχρονους και μικρούς κινητήρες. Σε αρκετές περιπτώσεις προβλημάτων που παρουσιάζονται στους κινητήρες αυτούς, απαιτείται ο έλεγχος της περιεκτικότητας του λιπαντικού στο καύσιμο. Η αναλογία βενζίνης-λιπαντικού που προτείνεται συνήθως από τους κατασκευαστές είναι 1:25, 1:40 και 1:50. Σε αυτή την περίπτωση, η αναλογία 1:50 (20ml λιπαντικού για κάθε λίτρο βενζίνης, 1,96% v/v) θεωρείται ιδανική για τους περισσότερους σύγχρονους κινητήρες, καθώς προσφέρει καλύτερη απόδοση και μικρότερη φθορά λόγω της μειωμένης ποσότητας λιπαντικού που απαιτείται. Αντίθετα, η αναλογία 1:25 χρησιμοποιείται συχνά σε κινητήρες χαμηλότερης τεχνολογίας και ποιότητας. Η μέθοδος που χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό του βαρέος υπολείμματος της βενζίνης είναι η πρότυπη μέθοδος απόσταξης EN ISO 3405, όπου καταγράφεται στο τέλος της διαδικασίας το υπόλειμμα ως ποσοστό % v/v. Στη μέθοδο αναφέρεται το όριο 2% χωρίς όρια ακρίβειας. Η πρόσφατη πρότυπη μέθοδος ΕΝ 17867, προτείνεται για τον διαχωρισμό του κλάσματος λιπαντικού. Η μέθοδος απαιτεί 100ml δείγματος, καθώς χρειάζεται να γίνει απόσταξη του δείγματος μέχρι τους 150°C με την μέθοδο EN ISO 3405. Στην πρότυπη μέθοδο ΕΝ 17867 αναφέρεται ότι για τον προσδιορισμό της περιεκτικότητας σε λιπαντικό στη βενζίνη για δίχρονους κινητήρες, χρησιμοποιείται η μέθοδος που περιγράφεται στο πρότυπο EN ISO 6246. Η πρότυπη μέθοδος EN ISO 6246 είναι η μέθοδος προσδιορισμού σε κομμιώδη της βενζίνης και λοιπών πτητικών αποσταγμάτων και απαιτεί 50ml δείγματος. Η αναφορά (αποτέλεσμα) του περιεχόμενου όγκου (% v/v) δίνεται με στρογγυλοποίηση στο ένα δεκαδικό. Οι παραπάνω πρότυπες μέθοδοι απαιτούν ποσότητα δείγματος τουλάχιστον 50ml, χρόνο μεγαλύτερο από 40 λεπτά και πολύπλοκους χειρισμούς. Όμως σε αρκετές περιπτώσεις χρειάζονται γρήγορες, απλές τεχνικές ελέγχου της ποιότητας του καυσίμου και δεν υπάρχει διαθέσιμη ποσότητα δείγματος. Η νέα μέθοδος (Ν.Μ.) προσδιορισμού του βαρέος υπολείμματος της βενζίνης έχει δοκιμασθεί με επιτυχία στο Εργαστήριο Καυσίμων και Λιπαντικών επί πολλά έτη και σε μεγάλο αριθμό δειγμάτων. Βρέθηκε ικανή να εντοπίζει επιμόλυνση της βενζίνης με ντήζελ κίνησης ακόμα και σε χαμηλές συγκεντρώσεις (στην περιοχή 1% m/m), που η πρότυπη μέθοδος EN ISO 3405 απέτυχε. Η Ν.Μ. απαιτεί 4ml δείγματος που εξατμίζεται σε θερμοκρασία 220οC μετά από 20 min. Η αναφορά του αποτελέσματος είναι σε % m/m. Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάσθηκαν με τις παραπάνω μεθόδους μείγματα βενζίνης-λιπαντικού με περιεκτικότητες σε λιπαντικό κοντά στην περιοχή του 2% v/v (1:50). Αρχικά εφαρμόσθηκε η πρότυπη μεθόδος EN ISO 3405, στα καύσιμα βάσης (αμόλυβδη βενζίνη 95 RON και αμόλυβδη βενζίνη με 5% νάφθα FCC) με σκοπό την καταγραφή των χαρακτηριστικών απόσταξης της βενζίνης και του υπολείμματος. Στη συνέχεια παρασκευάσθηκαν δείγματα βενζίνης-λιπαντικού συγκέντρωσης 1,02% , 1,49%, 1,70%,2,14%, 2,62%, 2,80% και 3,28% m/m και προσδιορίσθηκε το υπόλειμμα τους, στους 150°C. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το υπόλειμμα που προκύπτει σε όλες τις συγκεντρώσεις είναι περίπου 6,4-8 ml, χωρίς να υπάρχει συσχέτιση με την αύξηση της συγκέντρωσης του λιπαντικού στο μείγμα. Στην συνέχεια έγιναν επαναλαμβανόμενες μετρήσεις με τη νέα μέθοδο (Ν.Μ.) υπολογισμού υπολείμματος, χρησιμοποιώντας ως καύσιμο βάσης βενζίνη 95 RON στα ίδια μείγματα βενζίνης-λιπαντικού. Εφαρμόζεται η μέθοδος σε σταθερές συνθήκες θερμοκρασίας 220 °C και χρόνο θέρμανσης 20 min. Σε κάθε μείγμα έγιναν 8 επαναλαμβανόμενες μετρήσεις και η απαιτούμενη ποσότητα δείγματος ήταν 4 ml. Έπειτα σε μείγματα βενζίνης-λιπαντικού περιεκτικότητας από 1,0% έως και 3,3% m/m εφαρμόσθηκε η Ν.Μ. ώστε να προσδιορισθεί το αντίστοιχο υπόλειμμα. Τα δείγματα αναλύθηκαν και στις ίδιες ακριβώς συνθήκες εξετάσθηκε άγνωστο δείγμα από 2Τ κινητήρα ώστε να προσδιορισθεί το αντίστοιχο υπόλειμμα. Υπολογίσθηκαν οι θεωρητικές τιμές που αναμένονταν για το βαρύ υπόλειμμα των μειγμάτων και συγκρίθηκαν με τις πειραματικές τιμές. Όσον αφορά στα μείγματα βενζίνης-λιπαντικού όσο πιο μεγάλη ήταν η συγκέντρωση λιπαντικού στο μείγμα, τόσο πιο μεγάλο βρέθηκε το υπόλειμμα με πολύ καλή γραμμική συσχέτιση. Το υπόλειμμα αγνώστου δείγματος από 2Τ κινητήρα προσδιορίστηκε στο 2,46%, μεγαλύτερο από το υπόλειμμα του μείγματος με περιεκτικότητα σε λιπαντικό 1,12% m/m και χαμηλότερο από αυτό του μείγματος με περιεκτικότητα σε λιπαντικό 1,49% m/m. Εφαρμόσθηκε ξανά η Ν.Μ, σε μείγματα βενζίνης-νάφθας-λιπαντικού περιεκτικότητας από 1,0% έως 3,3% m/m ώστε να προσδιορισθεί το αντίστοιχο υπόλειμμα και να σημειωθούν διαφορές που υπάρχουν στα αποτελέσματα λόγω άλλου καυσίμου βάσης. Η συσχέτιση της συγκέντρωσης του καυσίμου σε λιπαντικό % m/m με το % m/m βαρύ υπόλειμμα είχε και σε αυτή τη σειρά μετρήσεων πολύ καλή γραμμική συσχέτιση. Το βαρύ υπόλειμμα των μειγμάτων βενζίνης-νάφθας-λιπαντικού βρέθηκε αυξημένο σε σχέση με το αντίστοιχο των μειγμάτων βενζίνης-λιπαντικού, καθώς τα μείγματα είχαν βαρύτερα συστατικά λόγω της νάφθας. Στην συνέχεια εφαρμόσθηκαν οι πρότυπες μέθοδοι ΕΝ ISO 6246 και ΕΝ 17867. Αρχικά εφαρμόσθηκε η μέθοδος ΕΝ ISO 6246 σε μείγματα βενζίνης-λιπαντικού περιεκτικότητας σε λιπαντικό 0,00%, 1,02%, 1,49%, 2,14%, 2,62%, 2,83%, και 3,28% m/m. Η μέθοδος απαιτεί 50 ml δείγματος ανά μέτρηση. Συμπεραίνεται ότι, η συγκέντρωση υπολείμματος (σε mg/100ml) αυξάνεται με την αύξηση της περιεκτικότητας των δειγμάτων σε λιπαντικό. Υπολογίσθηκαν οι θεωρητικές τιμές για τα μείγματα και συγκρίθηκαν με τις πειραματικές τιμές. Από τη συσχέτιση θεωρητικών – πειραματικών τιμών φάνηκε ότι η μέθοδος έχει πολύ καλή συσχέτιση μεταξύ της περιεκτικότητας λιπαντικού και βαρέος υπολείμματος Αυτό επιβεβαιώνεται από την ιδιαίτερα υψηλή τιμή των R 2 , γεγονός που αναδεικνύει τη μέθοδο ως εξαιρετικά αποτελεσματική. Τα αποτελέσματα που προκύπτουν από την εφαρμογή της σε μείγματα με διαφορετικές περιεκτικότητες σε λιπαντικό κρίνονται ικανοποιητικά. Τέλος, εφαρμόσθηκε η μέθοδος ΕΝ 17867, που αφορά στη βενζίνη για μικρούς και δίχρονους κινητήρες σε συνδυασμό με την ΕΝ ISO 6246. Σε μείγμα με περιεκτικότητα 1,7% m/m σε λιπαντικό, που είχε περισυλλέγει έπειτα από 10 αποστάξεις και έως τους 150°C υπολογίσθηκε το υπόλειμμα 3,8% v/v, υπερδιπλάσιο σε απόλυτη τιμή της πραγματικής συγκέντρωσης. Η μέθοδος ΕΝ 17867 προτείνεται για τον προσδιορισμό του λιπαντικού ως % v/v στη βενζίνη για μικρούς και δίχρονους κινητήρες, απαιτείται όμως περαιτέρω έρευνα για την εξαγωγή ασφαλών συμπερασμάτων.	el
heal.abstract	The objective of this thesis was to determine the heavy residue of gasoline in gasoline-lubricant mixtures with lubricant concentrations ranging from 1 to 3.3% m/m. Using standard methods and the New Method for residue determination, the lubricant content was determined as a percentage of % v/v and % m/m. Determining the heavy residue in random gasoline-lubricant samples is particularly important for checking the appropriate fuel mixture, which affects engine lifespan, performance, and pollutant emissions. The heavy residue of gasoline contains high-boiling-point components, such as the lubricant in the case of fuel for two-stroke and small engines. In several cases where problems arise in these engines, it is necessary to check the lubricant content in the fuel. The gasoline-lubricant ratio recommended by manufacturers is typically 1:25, 1:40, and 1:50. In this case, the 1:50 ratio (20ml of lubricant per liter of gasoline, 1.96% v/v) is considered ideal for most modern engines, as it offers better performance and reduced wear due to the lower amount of lubricant required. In contrast, the 1:25 ratio is often used in lower-tech and lower-quality engines. The method used to determine the heavy residue of gasoline is the standard distillation method EN ISO 3405, where the residue is recorded as a % v/v at the end of the process. The method specifies a 2% limit without accuracy limits. The recent standard method EN 17867 is proposed for separating the lubricant fraction. This method requires 100ml of sample, as the sample must be distilled up to 150°C using the EN ISO 3405 method. The EN 17867 standard specifies that the method described in EN ISO 6246 is used to determine the lubricant content in gasoline for two-stroke engines. The EN ISO 6246 standard method determines gum content in gasoline and other volatile distillates and requires a 50ml sample. The volume content (% v/v) is reported rounded to one decimal place. The above standard methods require a sample volume of at least 50ml, more than 40 minutes of processing time, and complex handling. However, in many cases, quick and simple techniques are needed to check fuel quality when a sample is not readily available. The new method (N.M.) for determining gasoline heavy residue has been successfully tested at the Fuel and Lubricant Laboratory for many years and on a large number of samples. It was found to be capable of detecting gasoline contamination with diesel fuel even at low concentrations (around 1% m/m), where the standard method EN ISO 3405 failed. The N.M. requires only a 4ml sample, which is evaporated at 220°C after 20 minutes. The result is reported as % m/m. In this thesis, gasoline-lubricant mixtures with lubricant concentrations close to 2% v/v (1:50) were examined using the above methods. Initially, the standard EN ISO 3405 method was applied to base fuels (95 RON unleaded gasoline and unleaded gasoline with 5% FCC naphtha) to record the gasoline distillation characteristics and residue. Then, gasoline-lubricant samples with concentrations of 1.02%, 1.49%, 1.70%, 2.14%, 2.62%, 2.80%, and 3.28% m/m were prepared, and their residues were determined at 150°C. The results showed that the residue produced in all concentrations was approximately 6.4-8 ml, with no correlation to the increase in lubricant concentration in the mixture. Subsequently, repeated measurements were performed using the new residue calculation method (N.M.), using 95 RON gasoline as the base fuel for the same gasoline-lubricant mixtures. The method was applied under constant conditions of 220°C and a heating time of 20 minutes. Each mixture was tested with eight repeated measurements, requiring a 4ml sample per test. 7 Next, the N.M. was applied to gasoline-lubricant mixtures with concentrations ranging from 1.0% to 3.3% m/m to determine the corresponding residue. The samples were analyzed under the same conditions, and an unknown sample from a two-stroke engine was examined to determine its residue. Theoretical values for the expected heavy residue of the mixtures were calculated and compared with experimental values. Regarding gasoline-lubricant mixtures, the higher the lubricant concentration, the higher the measured residue, with a strong linear correlation. The unknown two-stroke engine sample was found to have a residue of 2.46%, higher than the residue of the 1.12% m/m lubricant mixture and lower than that of the 1.49% m/m lubricant mixture. The N.M. was then applied again to gasoline-naphtha-lubricant mixtures with concentrations ranging from 1.0% to 3.3% m/m to determine the corresponding residue and identify differences in results due to a different base fuel. The correlation between fuel lubricant concentration % m/m and heavy residue % m/m also showed a strong linear relationship in this series of measurements. The heavy residue of gasoline-naphtha-lubricant mixtures was found to be higher than that of gasoline-lubricant mixtures due to the heavier components introduced by the naphtha. The standard methods EN ISO 6246 and EN 17867 were then applied. First, the EN ISO 6246 method was applied to gasoline-lubricant mixtures with lubricant concentrations of 0.00%, 1.02%, 1.49%, 2.14%, 2.62%, 2.83%, and 3.28% m/m. The method requires a 50ml sample per measurement. It was concluded that residue concentration (mg/100ml) increases with increasing lubricant content in the samples. Theoretical values for the mixtures were calculated and compared with experimental values. The correlation between theoretical and experimental values indicated that the method has a strong relationship between lubricant content and heavy residue. This is confirmed by the particularly high R² values, highlighting the method’s high effectiveness. The results obtained for mixtures with different lubricant contents were deemed satisfactory. Finally, the EN 17867 method was applied to gasoline for small and two-stroke engines in combination with EN ISO 6246. In a mixture with a lubricant content of 1.7% m/m, collected after 10 distillations up to 150°C, the residue was calculated at 3.8% v/v—more than twice the actual concentration. The EN 17867 method is recommended for determining the lubricant content as % v/v in gasoline for small and two-stroke engines, but further research is needed to draw reliable conclusions	en
heal.advisorName	Ζαννίκος, Φανουριος
heal.committeeMemberName	Βουτσάς, Επαμεινωνδας	el
heal.committeeMemberName	Σχοινάς, Πέτρος	el
heal.committeeMemberName	Ζαννίκος, Φανούριος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.fullTextAvailability	false