Benzina 100 Ottani: serve davvero?

Le benzine 98-100 ottani di nuova generazione promettono miglioramenti nelle prestazioni non sempre ottenibili

12 ottobre 2015 - 14:05

La maggior parte delle Case automobilistiche prescrivono per i loro modelli stradali l'uso di benzina senza piombo 95 ottani, cioè quella normalmente in vendita presso tutti i distributori. Solo per i modelli dotati di motori molto prestazionali con alti rapporti di compressione si consiglia l'uso di benzina 98-100 ottani. In Italia questo tipo di benzina è commercializzata da poche compagnie petrolifere (ENI, Shell, Tamoil, Magigas) e per tale motivo non è facilmente reperibile ovunque, oltre ad avere un prezzo più elevato. Ma davvero queste super benzine sono in grado di garantire prestazioni superiori per qualsiasi auto, come promettono le aziende petrolifere interessate? Scopriamolo insieme.

L'EVOLUZIONE – Per capire come si è arrivati alle attuali benzine ad alto numero di ottano è utile ripercorrere a grandi linee le tappe principali che caratterizzano l'evoluzione di questo fondamentale carburante di origine petrolifera. L'esigenza di disporre di carburanti idonei a scongiurare il dannoso fenomeno della detonazione si era manifestata in origine nei motori  aeronautici dei caccia della Prima Guerra Mondiale (1914-18) e nelle auto da competizione già negli anni '20 del secolo scorso. L'importanza di un rapporto di compressione elevato per incrementare le prestazioni dei propulsori era un concetto ben noto ai progettisti dell'epoca ma il limite principale era rappresentato dal basso numero di Ottano della  benzina di quegli anni.

ETANOLO, VECCHIA CONOSCENZA – Si fece ricorso alle cosiddette benzine etilizzate, contenenti una certa percentuale di alcol etilico (etanolo) il quale, grazie al suo elevato indice di ottano (superiore a 100), migliorava le caratteristiche antidetonanti del carburante. Successivamente, per i motori di auto e moto da competizione, si passò alle miscele di benzina-metanolo (alcol metilico) insieme ad altri componenti (benzolo, etere) in grado di assicurare un potere antidetonante superiore. Nel contempo, negli anni '30-'40 si faceva uso anche di benzina avio additivata con A.T.D. una miscela di piombo tetraetile e bromuro di etilene nota anche come “Etyl Fluid” senza tuttavia raggiungere le qualità antidetonanti delle benzine miscelate con etanolo o metanolo. Un ulteriore vantaggio garantito dagli alcol lo si deve al loro elevato calore latente di evaporazione (3 volte superiore a quello della benzina) che genera un benefico effetto refrigerante in fase di combustione. Per contro, il basso potere calorifico di etanolo e metanolo causano un  aumento del consumo di carburante in diretta proporzione alle percentuali di alcol miscelato. Volendo citare un caso limite, basti pensare che l'Alfa Romeo 159 F1 del 1951, con motore 8 cilindri 1500 cc sovralimentato, alimentato con carburante Dynamin formulato dalla Shell, composto dal 98% di metanolo, il 2% di acqua distillata e lo 0,3% di olio di ricino, percorreva in gara appena 600 metri con un litro di carburante! Nel settore dei carburanti destinati alle auto stradali, vale la pena ricordare la lodevole iniziativa della Shell Italiana che nel 1932 commercializzò anche per l'uso stradale il “Supercarburante Shell Dynamin” 95-100 ottani, particolarmente studiato per le vetture di alte prestazioni come ad esempio l'Alfa Romeo 6C 1750 Super Sport e Gran Sport.  La formulazione di questo carburante ( all'epoca segreta) è la seguente:

  • Benzina aromatica 49%
  • Benzolo 30%
  • Alcol etilico assoluto 20%
  • Olio di ricino 1%

IL PIOMBO TETRAETILE – Nel secondo dopoguerra, si trasferisce progressivamente la tecnologia dei carburanti aeronautici ad alto n. di ottano (benzine Avio) utilizzati dai motori dei velivoli da caccia del periodo bellico anche al settore automobilistico. L'uso del tetraetile di piombo come additivo antidetonante per la benzina del commercio, diventa quindi generalizzato soprattutto nella benzina “super” il cui n.di ottano è in Europa di 98-100 ma negli USA si può arrivare anche a 105 ottani negli anni '60.  Il tetraetile di piombo peraltro è un buon lubrificante/protettivo per le sedi valvole e le valvole. Dagli anni '70  la progressiva introduzione delle marmitte catalitiche decretò la definitiva eliminazione del tetraetile di piombo dalla benzina per la sua assoluta incompatibilità con i componenti nobili del catalizzatore.  Le Case petrolifere hanno quindi formulato nuove benzine prive di piombo ma composte da una percentuale maggiore di idrocarburi aromatici (i migliori dal punto di vista motoristico) tra cui il dannoso benzene (cancerogeno) e additivandole con composti ossigenati (MTBE, metil-t-butil etere), derivati dall'alcol metilico, al fine di ripristinare il n. di ottano acquisito in precedenza con il tetraetile di piombo. Negli ultimi anni le normative sulle emissioni sempre più severe hanno limitato la percentuale di benzene nelle benzine commerciali, così come la percentuale di MTBE e etanolo (max. 10%), tornato di attualità per le sue ottime qualità antidetonanti. Le attuali benzine senza piombo, come detto in apertura, hanno in genere un n. di ottano 95 e solo in alcuni Paesi si ferma a 91.

LA 100 OTTANI A DOMICILIO – La Magigas, specializzata in carburanti per le competizioni ha messo in commercio di recente la benzina M100 (100 ottani) acquistabile tramite il sito web Magigas in fusti da 25 o 50 litri al prezzo di 1,85 euro +IVA (franco deposito) o spediti con corriere a domicilio anche in contrassegno (spese di spedizione a carico destinatario). Con la vendita diretta la Magigas elimina i potenziali inconvenienti legati alla distribuzione del prodotto (difficile reperibilità, possibile contaminazione durante il trasporto o lo stoccaggio nei serbatoi nelle varie aree di servizio, ecc.). I fornitori delle benzine commerciali 100 ottani assicurano un funzionamento ottimale con qualsiasi motore senza procedere ad alcuna modifica o regolazione diversa da quella d'origine. In realtà non sempre ciò si verifica a giudicare dalle varie esperienze degli utenti e come abbiamo potuto verificare direttamente. Infatti potrebbe accadere che aumenti il regime del minimo e il motore in rilascio scenda di giri più lentamente del normale rendendo la guida e i cambi marcia meno piacevoli e regolari. Nel caso si manifestino questi fenomeni è necessario intervenire sull'anticipo d'accensione riducendolo ed eventualmente anche sulla regolazione della carburazione per i motori a carburatori.

PRO E CONTRO – Del resto, la riduzione dell'anticipo,unitamente ad un incremento della portata di carburante, è prassi normale (suggerita dagli stessi produttori dei carburanti) nel caso di utilizzo di benzine con n. di ottano superiore a 100 destinate alle competizioni. Un altro aspetto da non trascurare è l'effetto detergente ( ampiamente pubblicizzato) di queste benzine che tendono a staccare, per quanto possibile, le incrostazioni carboniose da valvole e camera di combustione. Il risultato, in linea di massima, è positivo ma potrebbe capitare che qualche residuo, una volta staccatosi, resti intrappolato causando problemi alla turbina (nel caso di motori turbo) o alle valvole. In termini di prestazioni, da un motore con rapporto di compressione non elevato per il quale è prescritta benzina 95 ottani, non c'è da aspettarsi alcun miglioramento apprezzabile con l'uso di una benzina 100 ottani. Viceversa, per i motori prestazionali con rapporti di compressione elevati (oltre i 10:1) o, nel caso di motori turbocompressi, l'uso di queste benzine può essere senz'altro vantaggioso ed è prevedibile un miglioramento nei consumi e soprattutto nella prontezza di risposta del motore in fase di ripresa e accelerazione. In certi propulsori di alte prestazioni per i quali il costruttore prescrive benzina 98-100 ottani, è stato persino riscontrato un notevole calo di potenza con la benzina 95 ottani, probabilmente a causa dei ripetuti interventi dei sensori anti-detonazione agli alti regimi di rotazione. In conclusione, l'ultima parola spetta alla prova pratica, caso per caso. Peraltro, giova ricordare che nel passaggio dalla benzina “super” additivata con tetraetile di piombo, a quella senza piombo 95 ottani, nonostante le pessimistiche previsioni iniziali, su gran parte dei motori stradali sia di auto che di moto, non si è resa necessaria alcuna riduzione dell'anticipo di accensione. Solo in alcuni casi le Case hanno comunicato alla propria rete i nuovi ridotti valori di anticipo per i motori con più alto rapporto di compressione.

IL RAPPORTO DI COMPRESSIONE – E' un parametro fondamentale per la progettazione di un motore endotermico poiché incide direttamente sul rendimento termico, sulla pressione di combustione, sui consumi e in definitiva sulle prestazioni del propulsore. Il rapporto di compressione è un valore strettamente geometrico poiché indica il rapporto tra il volume totale del cilindro (cilindrata unitaria+volume della camera di combustione) ed il volume della relativa camera di combustione. Il concetto si esprime con la semplice formula:

Rc = (Vt+Vc) /Vc

Come detto, il rapporto di compressione influenza notevolmente la pressione max. di combustione ottenibile con buona approssimazione dalla formula empirica:

Pc= 7Rc-2  (kg/cm2)

Quindi con un rapporto di compressione di 10:1, oggi normale per un motore automobilistico aspirato di serie,  si ottiene una pressione di combustione di 68 kg/cm2. Ma è sufficiente ridurre il rapporto di compressione a 9:1, quindi di una sola unità, per far diminuire la pressione di combustione a 61 kg/cm2. Nell'ultimo ventennio i rapporti di compressione dei motori di auto e moto di serie hanno subito un considerevole incremento al fine di ottenere propulsori con elevate potenze specifiche e consumi relativamente limitati. Nei motori moderni sono ormai consueti valori di 10-11:1 ed anche oltre specie per i propulsori aspirati più performanti e per quelli a ciclo Atkinson. Il rischio di detonazione è oggi molto meno probabile che in passato soprattutto grazie ai moderni sistemi di iniezione-accensione elettronica, ad un accurato studio delle turbolenze in camera di combustione ed alla presenza, su molti motori, dei sensori di battito in testa che al primo insorgere del fenomeno segnalano alla centralina gestione motore la necessità di ritardare l'anticipo d'accensione nei cilindri interessati. Tale intervento elettronico riduce comunque la potenza del motore per la durata della detonazione.

LA DETONAZIONE – Con questo termine si indica una violenta combustione anomala di tipo detonante di una parte di miscela aria-carburante prima dell'arrivo del normale fronte di fiamma innescato dalla scintilla della candela. Tale fenomeno è caratterizzato da velocità della fiamma (oltre 2000 m/sec!), pressioni e temperature nettamente superiori alla norma. L'onda d'urto che si genera si scarica contro le pareti della camera di combustione e del cielo del pistone, comprimendo ulteriormente la parte di miscela già combusta. Gli elevati livelli di pressione e temperatura che ne derivano, causano sensibili cali di potenza e, nei casi più gravi, seri danni alla testata ed ai pistoni (bucatura del cielo del pistone per fusione del metallo).  La detonazione, ai regimi più bassi, è avvertibile acusticamente con il tipico battito metallico definito comunemente “battito in testa”, ma quando si verifica agli alti regimi di rotazione è molto più pericolosa (buca i pistoni), specie se continuativa.

IL NUMERO DI OTTANO – il numero di ottano è uno degli indici caratteristici di una benzina e indica la capacità del carburante preso in esame di contrastare il dannoso fenomeno della detonazione. Più il numero di ottano è alto, in una scala che considera 100 il max. teorico, maggiori sono le qualità antidetonanti di un carburante.  Ma il n. di ottano non è un numero astratto bensì indica la percentuale in volume di iso-ottano (C8H18) in una miscela di iso-ottano ed n-eptano (C7H16) che produce lo stesso livello di detonazione del carburante campione preso in esame. L'iso-ottano e l'n-eptano sono i due idrocarburi di riferimento: il primo con n. di ottano 100 , l'altro con n. di ottano 0. Quindi una miscela del 90% di iso-ottano e del 10% di eptano ha un numero di ottano 90. Nella pratica la scala viene estesa oltre i 100 ottani per poter classificare anche i carburanti speciali destinati alle competizioni, fortemente additivati o composti da miscele alcoliche. Per la determinazione del n. di ottano viene utilizzato per convenzione il motore  monocilindrico 4 tempi CFR (Cooperative Fuel Research), alesaggio e corsa 82,5 x 108 mm, a compressione variabile in modo da poter modificare il rapporto di compressione da 3:1 ad oltre 15:1.

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