Abstract
The use of liquefied petroleum gas (GPL) is experimented with to improve the performance of a dual fuel compression compression (CI) engine running on Karanja oil methyl ester (KOME) blends. O Diesel é utilizado como combustível de referência para os resultados do motor com duplo combustível. Durante a experimentação, o desempenho do motor é medido em termos de eficiência térmica dos travões (BTE) e consumo específico de combustível dos travões (BSFC), e as emissões de escape são medidas em termos de monóxido de carbono (CO), hidrocarbonetos (HC) e óxidos de azoto (). O duplo motor de combustível com GPL mostrou uma redução na emissão e fumaça; no entanto, ele sofre de alta emissão de HC e CO, particularmente, a cargas mais baixas devido à má ignição. Comparação de desempenho e emissões é feito para diesel e misturas de KOME. Os resultados mostraram que a utilização de misturas KOME (10% e 20%) melhorou o desempenho do motor IC com uma redução nas emissões de HC e CO.
1. Introdução
as reservas depauperadas de petróleo e a preocupação com os elevados níveis de poluentes nos gases de escape dos veículos motivaram os investigadores a procurar fontes de energia alternativas com natureza renovável e efeito menos poluente . A utilização de combustíveis gasosos alternativos nos motores de ignição por compressão em modo duplo combustível está a aumentar devido à sua combustão limpa em comparação com os combustíveis líquidos convencionais, bem como à sua disponibilidade relativamente aumentada a preços atractivos . Para substituir combustíveis de petróleo usados em motores de combustão interna, o combustível de origem biológica fornece uma solução viável para as duas crises de “esgotamento de combustível fóssil” e “degradação ambiental”.”Vários pesquisadores estão ativamente buscando a utilização de óleos não comestíveis para a produção de biodiesel em todo o mundo por causa de sua natureza mais limpa de queima . Quimicamente, o biodiesel é referido como os mono-ésteres alquílicos de ácidos gordos de cadeia longa derivados de fontes lipídicas renováveis. As principais vantagens do biodiesel é que ele suprime a formação de dióxido de enxofre, CO, HC, e as emissões de partículas durante o processo de combustão devido a baixo teor de enxofre, baixo teor de aromáticos, e a presença de compostos contendo oxigênio. Além disso, o biodiesel tem boa capacidade de ignição no motor devido ao seu número relativamente elevado de cetano em comparação com o combustível diesel convencional . Verifica-se que as concentrações mais baixas de misturas de biodiesel melhoram a eficiência térmica. Como os parâmetros em que os motores estão operando, uma mistura até 20% de biodiesel com diesel funciona bem, sem qualquer modificação no motor . Os benefícios potenciais da utilização de GPL nos motores diesel são tanto económicos como ecológicos . Com o consumo de energia reduzido, o duplo motor de combustível mostra uma redução significativa na densidade de fumos, e melhorou BTE . O estrangulamento do ar de admissão a cargas baixas melhora a eficiência térmica do freio e as emissões de HC deterioram-se com o aumento da percentagem de substituição do GPL . No presente estudo, o efeito das misturas de biodiesel sobre o desempenho e as características de emissão de um motor diesel em modo duplo combustível foi investigado experimentalmente com a variação do caudal de GPL.
2. Experimentação
o objectivo do estudo é estabelecer uma combinação de misturas de biodiesel com combustível gasoso em modo duplo combustível e estudar as características de desempenho e de emissão do motor com GPL como combustível gasoso.
2.1. Configuração Experimental
o motor utilizado neste estudo é um único cilindro feito de Kirolskar, quatro tempos, motor diesel refrigerado a água. As especificações do motor são apresentadas no quadro 1. Dois tanques de combustível separados estão ligados à instalação para armazenar diesel e misturas de biodiesel. O motor está acoplado a um dinamómetro hidráulico para medir a carga de funcionamento. O motor é modificado para o modo duplo combustível através da fixação de um vaporizador entre o reservatório de GPL e a passagem de GPL no colector de admissão. O coletor de entrada do motor é alongado por 3 pés, e o bocal de gás é perfurado no coletor. O fluxo de GPL é controlado por uma válvula de agulha. A pressão do gás à entrada do vaporizador é medida por um manómetro. O analisador de gases AVL 444 é ligado aos gases de escape para medir os parâmetros de emissão. A gama de medição e a precisão do analisador de gases são indicadas no quadro 2. Um sistema de resfriamento de água em circuito fechado pressurizado é usado para resfriar o motor. Utiliza-se uma máquina de pesagem de plataformas de tipo digital com uma precisão de 1 mg para medir o caudal de GPL pelo método da diferença de peso, com uma incerteza de 1,2%. O diagrama de disposição da configuração experimental é mostrado na Figura 1. Inicialmente, o motor é ensaiado utilizando diesel padrão a todas as cargas para determinar o desempenho do motor e as características das emissões. Repete-se o mesmo procedimento em modo duplo combustível, com aumento do caudal de GPL para todas as cargas. A fração de massa de GLP () é calculado por
|
||||||||||||||||||||||||||
Tabela 1
especificações do Motor.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Tabela 2
faixa de Medição e precisão da AVL 444 analisador de gás.
Figura 1
Experimental layout do diagrama.
2.2. A produção de éster metílico do Óleo de Karanja
éster metílico do Óleo de Karanja (KOME) é preparada em laboratório a partir de óleo vegetal puro de Karanja (Pongamia pinnata). O óleo vegetal extraído é obtido de um moinho de óleo local. Para o óleo de Karanja puro, o ácido gordo livre (FFA) é superior a 5%. Assim, o FFA é reduzido pelo ácido catalisado esterificação utilizando metanol na presença de ácido sulfúrico () seguido de transesterificação utilizando metanol, na presença de hidróxido de potássio (KOH). Após a separação do glicerol, o éster é lavado com água para remover metoxida não reagida. É então aquecido para remover os vestígios de água para obter o biodiesel limpo. O éster metílico do Óleo de Karanja conhecido como biodiesel, assim, produzido por este processo é totalmente miscível com diesel em qualquer proporção .
3. Os resultados e discussão
as variações dos parâmetros de desempenho e de emissão com o caudal de GPL são discutidos nesta secção. Como pesquisas anteriores indicaram que misturas de biodiesel até 20% apresentam melhor desempenho, bem como melhores características de emissão, enquanto com misturas mais elevadas a redução do poder calorífico dificulta o desempenho do motor . As propriedades dos combustíveis são apresentadas no quadro 3.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Tabela 3
propriedades do Combustível.
3.1. O consumo específico de Combustível Do Freio
o consumo específico de combustível do modo duplo combustível é registado com gasóleo e misturas de biodiesel. Na Figura 2 foi apresentada uma comparação de bsfc com uma carga de 70% para diesel e misturas de KOME até 20%. Observa-se que ao aumentar a carga bsfc diminui, como com o aumento na pressão do cilindro de carga e aumento da temperatura, o que melhora o processo de combustão resultando em diminuição na BSFC. O aumento do BSFC com uma percentagem crescente de substituição do GPL em cargas parciais pode dever-se à combustão incompleta do combustível gasoso, enquanto que a cargas mais elevadas o BSFC melhora com o aumento da substituição do GPL. Por outro lado, o BSFC diminui gradualmente com o aumento na percentagem de mistura. Isto pode ser atribuído à presença de oxigénio molecular adicional presente no biodiesel, o que melhora o processo de combustão. A comparação de BSFC com o aumento da carga é feita a um caudal de 4 g/min de GPL foi mostrada na Figura 3. Observa-se que o BSFC diminui com o aumento da carga. 20% de mistura de KOME (B-20) mostra o BSFC mais baixo seguido por 10% de mistura de KOME (b-10) e diesel em toda a gama de carga. Como o caudal de GPL foi mantido constante, B-10 e B-20 apresentam um BSFC mais melhorado do que o diesel.
Figura 2
Comparação da variação do BSFC com a percentagem de substituição de GLP.
Figura 3
Comparação de BSFC com aumento na porcentagem de carga.
3.2. Eficiência térmica do freio
eficiência térmica do freio (BTE) de todos os combustíveis-piloto são observados em modo duplo combustível. A comparação de BTE para o diesel B-10 e B-20 com uma carga de 70% foi mostrada na Figura 4. Verifica-se que B-10 e B-20 dão BTE melhor em todas as cargas em comparação com o diesel Padrão. Isto pode ser atribuído ao teor extra de oxigénio das misturas de biodiesel, o que melhora o processo de combustão tendendo a aumentar o BTE do motor. Mas com o aumento na substituição do GPL, o BTE gradualmente cai para todos os combustíveis piloto em parte, condições de carga, porque com cargas baixas, menos piloto de combustível é impingida para o cilindro, e devido ao excesso de ar e baixa temperatura do cilindro, magra quantidade de mistura de combustível escapa para o escape. Enquanto para o diesel, o BTE aumenta a uma carga mais elevada até 35% da substituição de GPL. A uma carga mais elevada, o aumento da temperatura média do gás tem o efeito de reduzir o atraso na ignição do combustível, resultando numa melhoria da BTE. Na Figura 5 foi apresentada uma comparação de BTE com o aumento da carga de todo o combustível-piloto a 4 g/min de caudal de GPL. Observa-se que o BTE aumenta com o aumento da carga, enquanto as misturas de B-10 e B-20 dão BTE melhor em todas as cargas em comparação com o diesel Padrão. Isto pode ser atribuído ao teor extra de oxigénio das misturas de biodiesel, o que melhora o processo de combustão tendendo a aumentar o BTE do motor.
Figura 4
Comparação da variação BTE com a percentagem de substituição de GLP.
Figura 5
Comparação de BTE, com aumento na porcentagem de carga.
3.3. As emissões de HC
HC consistem em combustível que é completamente não queimado ou parcialmente queimado. Normalmente, as emissões de HC são problemas graves em cargas leves para motores diesel. A comparação das emissões de HC de todos os combustíveis-piloto em modo duplo combustível foi mostrada na Figura 6. No modo duplo combustível com aumento na substituição do GPL, as emissões de HC aumentam. Isto pode dever-se à redução do ar fresco com o aumento do caudal de GPL, o que resulta na combustão incompleta da mistura mais rica. O nível de emissão de HC diminui com o aumento das misturas de biodiesel. A diminuição da tendência das emissões de HC em comparação com o combustível para motores diesel pode ser devido à presença de moléculas de oxigênio no biodiesel, que ajudou na combustão completa. A 4 g/min de caudal de GPL, a observação mostrou que a emissão de HC diminui gradualmente com o aumento da carga. Pode ser devido à baixa temperatura do motor e mistura magra como parte de cargas afeta a combustão de mistura de combustível de ar e poucos dele escapa para o escape. Enquanto em maior carga com aumento na temperatura do cilindro de pico, a combustão adequada ocorre o que reduz a emissão de HC. O resultado foi ilustrado na Figura 7. A emissão de HC foi maior para o diesel seguido por B-10 e B-20.
Figura 6
Comparação da variação de emissão de HC com a percentagem de substituição de GLP.
Figura 7
Comparação de HC de emissão com o aumento na porcentagem de carga.
3.4. Emissões
são as emissões gasosas mais nocivas dos motores. a taxa de formação depende fortemente da temperatura do gás no cilindro. Assim, a distribuição de combustível dentro do cilindro e seu processo de combustão afetam a formação. Geralmente forma-se nas regiões de gás queimado de alta temperatura. A comparação das variações das emissões com a substituição do GPL foi apresentada na Figura 8. As emissões diminuem com o aumento do caudal de GPL. Tal pode ser atribuído à redução do ar fresco e à elevada temperatura de auto-ignição do GPL, o que aumenta o atraso da ignição, resultando numa redução da temperatura do cilindro de pico. Por outro lado, as emissões aumentam com o aumento da percentagem de mistura de biodiesel porque o teor de oxigênio do biodiesel fornece alta temperatura local, o que melhora o processo de combustão. A variação das emissões com carga a 4 g/min do caudal de GPL para o gasóleo, B-10 e B-20, foi ilustrada na Figura 9. Observou-se que o B-20 apresenta a emissão mais elevada seguida do B-10 e do diesel Padrão.
Figura 8
Comparação da variação de emissões com a percentagem de substituição de GLP.
Figura 9
Comparação de emissão com o aumento na porcentagem de carga.
3.5. Emissões de CO
geralmente, a emissão de CO do motor ocorre devido à oxidação parcial da mistura de combustível. Como é bem conhecido que a taxa de formação de CO é uma função de combustível não queimado e temperatura de mistura durante a combustão, uma vez que ambos os fatores controlam a decomposição de combustível e oxidação. As variações das emissões de CO com substituição de gpl foram apresentadas na Figura 10. Observa-se que, com o aumento da substituição do GPL, a emissão de CO diminui inicialmente até 25% da substituição dos três combustíveis-piloto. Mas com um aumento adicional na taxa de fluxo de GPL a emissão de CO aumenta; pode ser devido à redução no oxigênio fresco leva à oxidação parcial da mistura de combustível. Com o aumento na proporção de mistura, a emissão de CO está diminuindo. Isto mostra que talvez devido à presença de oxigênio extra em misturas, em comparação com diesel puro oxidação adequada das misturas resulta em menor emissão de CO. A 4 g/min de caudal de GPL, a observação mostra que a emissão de CO diminui gradualmente através do aumento da carga. Pode ser devido à baixa temperatura do motor e mistura magra em cargas parciais, a mistura de combustível de ar inteiro não queima completamente e poucos dele escapa para o escape. A emissão de CO foi maior para o diesel seguido de B-10 e B-20. O resultado foi mostrado na Figura 11.
Figura 10
Comparação da variação da emissão de CO com a percentagem de substituição de GLP.
Figura 11
Comparação de emissão de CO com o aumento na porcentagem de carga.
4. Conclusão
no presente trabalho, foi realizada uma investigação experimental para examinar os efeitos da indução do GPL no coletor do motor (adjacente à válvula de admissão) com KOME como combustível-piloto. A partir da análise dos dados experimentais, observa-se que BSFC e BTE melhoraram para o motor CI com B-10 e B-20 em comparação com o diesel. Enquanto em carga parcial, o BSFC aumenta, bem como o BTE diminui com o aumento da substituição do GPL, mas uma melhoria foi observada para ambos os parâmetros em cargas mais elevadas. As emissões de HC e CO foram aumentadas em modo duplo combustível. Mas misturas de KOME têm mostrado redução de emissões de HC e CO em modo duplo combustível, em comparação com o diesel. A emissão foi reduzida em modo duplo combustível para todos os três combustíveis-piloto, enquanto com o aumento na percentagem de mistura de KOME foi observado um aumento na emissão. Misturas mais elevadas de KOME têm maior viscosidade, o que afeta a atomização do combustível piloto. Uma melhoria adicional das características de desempenho e de emissões no modo duplo combustível com misturas mais elevadas pode ser possível através do aumento da pressão de injecção.
