rezumat
utilizarea gazului petrolier lichefiat (GPL) este experimentată pentru a îmbunătăți performanța unui motor cu aprindere prin compresie cu combustibil dublu (CI) care funcționează pe amestecuri de ester metilic al uleiului Karanja (KOME). Motorina este utilizată ca combustibil de referință pentru rezultatele motorului cu combustibil dublu. În timpul experimentării, performanța motorului este măsurată în termeni de eficiență termică la frânare (BTE) și consum specific de combustibil la frânare (BSFC), iar emisiile de evacuare sunt măsurate în termeni de monoxid de carbon (CO), hidrocarbură (HC) și oxizi de azot (). Motorul cu combustibil dublu cu GPL a arătat o reducere a emisiilor și a fumului; cu toate acestea, suferă de emisii ridicate de HC și CO, în special la sarcini mai mici din cauza aprinderii slabe. Compararea performanțelor și a emisiilor se face pentru motorină și amestecuri de KOME. Rezultatele au arătat că utilizarea amestecurilor KOME (10% și 20%) a îmbunătățit performanța motorului CI cu o reducere a emisiilor de HC și CO.
1. Introducere
rezervele epuizante de petrol și îngrijorarea cu privire la nivelurile ridicate de poluanți din evacuarea vehiculelor au motivat cercetătorii să caute surse alternative de energie cu natură regenerabilă și efect mai puțin poluant . Utilizarea combustibilului gazos alternativ în motoarele CI în modul cu combustibil dublu este în creștere datorită arderii lor curate în comparație cu combustibilii lichizi convenționali, precum și a disponibilității lor relativ crescute la prețuri atractive . Pentru înlocuirea combustibililor petrolieri utilizați în motoarele cu combustie internă, combustibilul de origine biologică oferă o soluție fezabilă la crizele gemene de „epuizare a combustibililor fosili” și „degradare a mediului.”Mai mulți cercetători urmăresc în mod activ utilizarea uleiurilor necomestibile pentru producția de biodiesel la nivel mondial datorită naturii sale de ardere mai curată . Din punct de vedere chimic, biodieselul este denumit mono-alchil-esteri ai acizilor grași cu lanț lung derivați din surse lipidice regenerabile. Principalele avantaje ale biodieselului sunt că suprimă formarea emisiilor de dioxid de sulf, CO, HC și PM în timpul procesului de ardere datorită conținutului scăzut de sulf, a aromelor scăzute și a prezenței compușilor care conțin oxigen. În plus, biodieselul are o capacitate bună de aprindere în motor datorită numărului său cetanic relativ ridicat în comparație cu cel al motorinei convenționale . Se constată că concentrațiile mai mici de amestecuri de biodiesel îmbunătățesc eficiența termică. Ca parametri la care funcționează motoarele, un amestec de până la 20% din biodiesel cu motorină funcționează bine fără nicio modificare a motorului . Beneficiile potențiale ale utilizării GPL în motoarele diesel sunt atât economice, cât și ecologice . Cu un consum redus de energie, motorul cu combustibil dublu prezintă o reducere semnificativă a densității fumului și o îmbunătățire a BTE . Limitarea aerului de admisie la sarcini mici îmbunătățește eficiența termică a frânei, iar emisiile de HC se deteriorează odată cu creșterea procentului de înlocuire a GPL . În studiul de față, efectul amestecurilor de biomotorină asupra performanței și caracteristicilor de emisie ale unui motor diesel în modul combustibil dublu a fost investigat experimental cu variația debitului GPL.
2. Experimentare
scopul studiului este de a stabili o combinație de amestecuri de biomotorină cu combustibil gazos în modul cu combustibil dublu și de a studia performanța și caracteristicile de emisie ale motorului cu GPL drept combustibil gazos.
2.1. Configurare experimentală
motorul utilizat în acest studiu este un motor diesel cu un singur cilindru Kirolskar, în patru timpi, răcit cu apă. Specificațiile motorului sunt prezentate în tabelul 1. Două rezervoare separate de combustibil sunt atașate la configurație pentru a stoca motorina și amestecurile de biodiesel. Motorul este cuplat cu un dinamometru hidraulic pentru a măsura sarcina de funcționare. Motorul este modificat în modul combustibil dublu prin atașarea unui vaporizator între rezervorul GPL și trecerea GPL în galeria de admisie. Galeria de admisie a motorului este alungită cu 3 picioare, iar duza de gaz este forată în galerie. Fluxul de GPL este controlat de o supapă cu ac. Presiunea gazului la intrarea vaporizatorului este măsurată printr-un manometru. Analizorul de gaz AVL 444 este atașat la evacuare pentru a măsura parametrii de emisie. Domeniul de măsurare și precizia analizorului de gaz sunt prezentate în tabelul 2. Un sistem de răcire cu apă cu circuit închis sub presiune este utilizat pentru răcirea motorului. O mașină digitală de cântărire cu platformă de tip digital cu o precizie de 1 mg este utilizată pentru a măsura debitul GPL în funcție de metoda diferenței de greutate cu o incertitudine de 1,2%. Diagrama de dispunere a configurației experimentale este prezentată în Figura 1. Inițial, motorul este testat folosind motorină standard la toate sarcinile pentru a determina performanța motorului și caracteristicile de emisie. Aceeași procedură se repetă în modul combustibil dublu, cu creșterea debitului GPL pentru toate sarcinile. Fracția de masă a GPL () se calculează prin
|
||||||||||||||||||||||||||
Tabelul 1
specificațiile motorului.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Tabelul 2
domeniul de măsurare și precizia analizorului de gaz AVL 444.
Figura 1
diagrama de aspect Experimental.
2.2. Producția de ester metilic al uleiului Karanja
esterul metilic al uleiului Karanja (KOME) este preparat în laborator din ulei vegetal neat Karanja (Pongamia pinnata). Uleiul vegetal extras este obținut de la o moară locală de ulei. Pentru uleiul de Karanja îngrijit, acidul gras liber (FFA) este mai mare de 5%. Astfel, FFA este redusă prin esterificarea catalizată de acid folosind metanol în prezența acidului sulfuric () urmată de transesterificare folosind metanol în prezența hidroxidului de potasiu (KOH). După separarea glicerolului, esterul este spălat cu apă pentru a îndepărta metoxidul nereacționat. Apoi este încălzit pentru a îndepărta urmele de apă pentru a obține biodieselul curat. Esterul metilic al uleiului Karanja cunoscut sub numele de biodiesel, astfel, produs prin acest proces este total miscibil cu motorina în orice proporție .
3. Rezultate și discuții
variațiile parametrilor de performanță și de emisie cu debitul GPL sunt discutate în această secțiune. Așa cum cercetările anterioare au indicat că amestecurile de biodiesel de până la 20% prezintă performanțe mai bune, precum și caracteristici îmbunătățite ale emisiilor, în timp ce cu amestecuri mai mari reducerea puterii calorice împiedică performanța motorului . Proprietățile combustibililor sunt prezentate în tabelul 3.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Tabelul 3
proprietățile combustibilului.
3.1. Consumul de combustibil specific frânei
consumul de combustibil specific frânei în modul combustibil dublu este înregistrat cu motorină și amestecuri de biomotorină. O comparație a BSFC la sarcină de 70% pentru motorină și amestecuri de KOME până la 20% a fost prezentată în Figura 2. Se observă că prin creșterea sarcinii BSFC scade, ca și în cazul creșterii presiunii cilindrului de sarcină și a creșterii temperaturii, ceea ce îmbunătățește procesul de ardere rezultând o scădere a BSFC. BSFC crește odată cu creșterea procentului de substituție GPL la sarcini parțiale se poate datora arderii incomplete a combustibilului gazos, în timp ce la sarcini mai mari BSFC se îmbunătățește odată cu creșterea substituției GPL. Pe de altă parte, BSFC scade treptat odată cu creșterea procentului de amestec. Acest lucru poate fi atribuit prezenței oxigenului molecular suplimentar prezent în biodiesel, care îmbunătățește procesul de ardere. O comparație a BSFC cu creșterea sarcinii se face la 4 g / min debitul de GPL a fost prezentat în Figura 3. Se observă că BSFC scade odată cu creșterea sarcinii. 20% amestec de KOME (B-20) prezinta cel mai mic BSFC urmat de 10% amestec de KOME (B-10) și motorină pe întreaga gamă de încărcare. Deoarece debitul GPL a fost menținut constant, B-10 și B-20 arată un BSFC mai îmbunătățit decât motorina.
Figura 2
Compararea variației BSFC cu procentul de substituție a GPL.
Figura 3
Compararea BSFC cu creșterea procentului de încărcare.
3.2. Eficiența termică a frânei
eficiența termică a frânei (BTE) a tuturor combustibililor pilot este observată în modul combustibil dublu. Comparația BTE pentru motorina B-10 și B-20 la sarcină de 70% a fost prezentată în Figura 4. Se constată că B-10 și B-20 oferă BTE mai bun la toate încărcăturile în comparație cu motorina standard. Acest lucru poate fi atribuit conținutului suplimentar de oxigen al amestecurilor de biomotorină, care îmbunătățește procesul de ardere care tinde să crească în BTE al motorului. Dar, odată cu creșterea înlocuirii GPL, BTE scade treptat pentru toți combustibilii pilot în condiții de încărcare parțială, deoarece la sarcini mici, mai puțin combustibil pilot este afectat în cilindru și, datorită excesului de aer și temperaturii scăzute a cilindrului, cantitatea slabă de amestec de combustibil scapă în evacuare. În timp ce pentru motorină, BTE crește la sarcină mai mare până la 35% din substituția GPL. La o sarcină mai mare, creșterea temperaturii medii a gazului are ca efect reducerea întârzierii aprinderii combustibilului, rezultând un BTE îmbunătățit. O comparație a BTE cu creșterea sarcinii pentru tot combustibilul pilot la un debit de 4 g/min de GPL a fost prezentată în Figura 5. Se observă că BTE crește odată cu creșterea sarcinii, în timp ce amestecurile de B-10 și B-20 oferă BTE mai bun la toate sarcinile în comparație cu motorina standard. Acest lucru poate fi atribuit conținutului suplimentar de oxigen al amestecurilor de biomotorină, care îmbunătățește procesul de ardere care tinde să crească în BTE al motorului.
Figura 4
Compararea variației BTE cu procentul de substituție a GPL.
Figura 5
Compararea BTE cu creșterea procentului de încărcare.
3.3. Emisiile de HC
emisiile de HC constau în combustibil care este complet nears sau parțial ars. De obicei, emisiile de HC sunt probleme grave la sarcini ușoare pentru motoarele diesel. Comparația emisiilor de HC ale tuturor combustibililor pilot în modul dual fuel a fost prezentată în Figura 6. În modul combustibil dublu, cu creșterea înlocuirii GPL, emisiile de HC cresc. Acest lucru se poate datora reducerii aerului proaspăt cu creșterea debitului de GPL, ceea ce duce la arderea incompletă a amestecului mai bogat. Nivelul emisiilor de HC scade odată cu creșterea amestecurilor de biodiesel. Tendința scăzută a emisiilor de HC în comparație cu motorina s-ar putea datora prezenței moleculelor de oxigen în biodiesel, care au ajutat la arderea completă. La un debit de 4 g / min de GPL, observația a arătat că emisia de HC scade treptat odată cu creșterea sarcinii. Se poate datora temperaturii scăzute a motorului și amestecului slab, deoarece sarcinile parțiale afectează arderea amestecului de combustibil cu aer și puține dintre acestea scapă în evacuare. În timp ce la sarcină mai mare cu creșterea temperaturii maxime a cilindrului, are loc o combustie adecvată, ceea ce reduce emisia de HC. Rezultatul a fost ilustrat în Figura 7. Emisiile de HC au fost cele mai ridicate pentru motorină, urmate de B-10 și B-20.
Figura 6
Compararea variației emisiilor de HC cu procentul de substituție a GPL.
Figura 7
Compararea emisiilor de HC cu creșterea procentului de sarcină.
3.4. Emisiile
sunt cele mai nocive emisii gazoase de la motoare. rata de formare depinde puternic de temperatura gazului din cilindru. Prin urmare, distribuția combustibilului în interiorul cilindrului și procesul său de ardere afectează formarea. În general, se formează la temperaturi ridicate regiuni de gaze arse. Comparația variațiilor emisiilor cu substituția GPL a fost prezentată în Figura 8. Emisia scade odată cu creșterea debitului GPL. Acest lucru poate fi atribuit reducerii aerului proaspăt și temperaturii ridicate de autoaprindere a GPL, ceea ce crește întârzierea aprinderii rezultând o temperatură redusă a vârfului cilindrului. Pe de altă parte, emisiile cresc odată cu creșterea procentului de amestec de biodiesel, deoarece conținutul de oxigen al biodieselului asigură o temperatură locală ridicată, ceea ce îmbunătățește procesul de ardere. Variația emisiilor cu sarcină la 4 g/min a debitului GPL pentru motorină, B-10 și B-20, a fost prezentată în Figura 9. S-a observat că B-20 prezintă cea mai mare emisie urmată de B-10 și motorina standard.
figura 8
Compararea variației emisiilor cu procentul de substituție a GPL.
Figura 9
Compararea emisiilor cu creșterea procentului de sarcină.
3.5. Emisii de CO
în general, emisiile de CO de la motor apar datorită oxidării parțiale a amestecului de combustibil. După cum este bine cunoscut faptul că rata de formare a CO este o funcție a combustibilului nears și a temperaturii amestecului în timpul arderii, deoarece ambii factori controlează descompunerea și oxidarea combustibilului. Variațiile emisiilor de CO cu substituția GPL au fost prezentate în Figura 10. Se observă că, odată cu creșterea substituției GPL, inițial emisiile de CO scad până la 25% din substituirea tuturor celor trei combustibili pilot. Dar cu o creștere suplimentară a debitului GPL crește emisiile de CO; se poate datora reducerii oxigenului proaspăt duce la oxidarea parțială a amestecului de combustibil. Odată cu creșterea proporției amestecului, se constată că emisiile de CO scad. Acest lucru arată că poate datorită prezenței oxigenului suplimentar în amestecuri în comparație cu motorina îngrijită, oxidarea corectă a amestecurilor are ca rezultat o emisie mai mică de CO. La un debit de 4 g/min de GPL, observația arată că emisiile de CO scad treptat prin creșterea sarcinii. Se poate datora temperaturii scăzute a motorului și amestecului slab la sarcini parțiale, întregul amestec de combustibil de aer nu arde complet și puțini dintre ei scapă în evacuare. Emisiile de CO au fost cele mai ridicate pentru motorină, urmate de B-10 și B-20. Rezultatul a fost prezentat în Figura 11.
Figura 10
Compararea variației emisiilor de CO cu procentul de substituție a GPL.
Figura 11
Compararea emisiilor de CO cu creșterea procentului de sarcină.
4. Concluzie
în lucrarea de față, a fost efectuată o investigație experimentală pentru a examina efectele inducerii GPL în galeria motorului (chiar lângă supapa de admisie) cu KOME ca combustibil pilot. Din analiza datelor experimentale, se observă că BSFC și BTE s-au îmbunătățit pentru motorul CI cu B-10 și B-20 în comparație cu motorina. În timp ce la sarcină parțială, BSFC crește, precum și BTE scade odată cu creșterea substituției GPL, dar s-a observat o îmbunătățire pentru ambii parametri la sarcini mai mari. Emisiile de HC și CO au fost crescute în modul combustibil dublu. Dar amestecurile de KOME au arătat emisii reduse de HC și CO în modul combustibil dublu în comparație cu motorina. Emisiile au fost reduse în modul combustibil dublu pentru toți cei trei combustibili pilot, în timp ce odată cu creșterea procentului de amestec de KOME s-a observat o creștere a emisiilor. Amestecurile mai mari de KOME au o vâscozitate mai mare, ceea ce afectează atomizarea combustibilului pilot. Îmbunătățirea în continuare a performanței și a caracteristicilor emisiilor în modul combustibil dublu cu amestecuri mai mari poate fi posibilă prin creșterea presiunii de injecție.
