بخشی از مقاله
چکیده
محققین ارتباط معنیداری بین میزان آلودگی هوا، بیماریهای تنفسی و بیماریهای قلبی، که اهمیت ویژهای را در میزان پذیرش بیمارستانها دارند، تشخیص دادهاند. آلایندههای خروجی از وسایل نقلیه از عوامل سرطان، بیماریهای تنفسی و قلبی است و همچنین سبب آلودگی آب و خاک میگردد و میزان دید را کاهش میدهد. در بین سوختهای تجدیدپذیر، سوخت-های بدست آمده از توده مواد کشاورزی مورد توجه بسیاری از دانشمندان قرار گرفته است.
در این تحقیق از موتور پراید با سیستم سوخت رسانی زیمنس استفاده شد. مخلوطهای هوای ورودی با نیتروس اکساید به مقادیر 0، 2، 4، 6 و 8 درصد استفاده در آزمایشها استفاده شدند. سوختها با نسبت صفر، 5، 10، 15، 20 و 25 درصد بیواتانول تهیه و در آزمایش ها استفاده شد. تأثیر این مخلوطهای سوختی و بنزین معمولی بر میزان ذرات معلق ریز و درشت ارزیابی شد. موتور در دورهای1000، 2000و 3000 دور بر دقیقه قرار گرفت. هر آزمایش 3 بار تکرار شد. ذرات معلق توسط دستگاه ذرات معلق سنج اندازهگیری شد.
از نرمافزار SASو آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی برای تحلیل دادهها استفاده شد. مقایسه میانگینها با روش آزمون چند دامنهای دانکن انجام شد. نتایج نشان داد اثر نوع سوخت، درصد اکسیژن ورودی و دور موتور بر صفات مورد بررسی در سطح یک درصد معنیدار بوده است. با افزایش درصد بیواتانول در سوخت، غلظت ذرات معلق ریز و درشت کاهش یافت. با افزایش درصد نیتروس اکساید هوای ورودی، ذرات معلق ریز و درشت کاهش یافتند. همچنین افزایش دور موتور باعث افزایش ذرات معلق ریز و درشت شد.
کلمات کلیدی: نیتروس اکساید، ذرات معلق ریز، ذرات معلق درشت، بیواتانول، دورموتور.
-1 مقدمه
کاهش ذخایر سوختهای فسیلی و افزایش تقاضا به همراه افزایش آلودگیهای زیست محیطی ناشی از مصرف این سوخت ها باعث شده است تا توجه محققان به سمت منابع انرژی تجدیدپذیر، پایدار و پاک معطوف شود. که از مهمترین این سوختها میتوان سوختهای گیاهی را نام برد. سوختهای گیاهی دارای انواع مختلفی هستند و به طور عمده آلودگیهای کمتری نسبت به سوختهای فسیلی دارند. سوختهای گیاهی را میتوان از منابع مختلف تولید کرد.
این سوختها هم به صورت گاز و هم به صورت مایع موجود میباشند. که از مهمترین آنها میتوان بیواتانول را نام برد. خروجی اگزوز وسایل نقلیه یکی از مهم ترین منابع آلودگی هوا میباشد. محققین ارتباط معنیداری بین میزان آلودگی هوا، بیماریهای تنفسی و بیماریهای قلبی، که اهمیت ویژهای را در میزان پذیرش بیمارستانها دارند تشخیص دادهاند. مواد اولیه تولید بیواتانول در کشورهای مختلف، متفاوت میباشد. ولی تقریباً میتوان از تخمیر اکثر محصولات کشاورزی و پسماندهای آنها که دارای مواد قندی و نشاستهای هستند بیواتانول تولید نمود.
با نگاهی گذرا به منابع قابل تبدیل به بیواتانول مشاهده میشود که کشور ایران نیز دارای پتانسیل بسیار خوبی جهت تولید بیواتانول میباشد. کشور ایران از نظر تولید محصولات باغی و خرما رتبه خوبی در دنیا دارد که این امر نشانههایی از پتانسیل تولید بیواتانول دارد. در کشور ایران به دلیل کمبود تجهیزات نگهداری و انبارداری قسمت عمدهای از محصولات تولیدی به صورت ضایعات به هدر میرود. برای مثال با توجه به گزارشهای موجود محصولات باغی ایران حداقل دارای %30 ضایعات میباشند.
نکته دیگری که بسیار قابل توجه است ضایعات مربوط به محصولات زراعی است که قسمت عمدهای از محصول تولیدی را تشکیل میدهد. با توجه به اینکه تولید بیواتانول نیاز به تکنولوژی و دستگاههای بسیار خاص و پیچیده ندارد، به کمک وسایل ساده میتوان ضایعات محصولات کشاورزی را به بیواتانول تبدیل نمود.
ذرات معلق
به هر نوع ماده پراکنده اعم از جامد یا مایع که از یک مولکول بزرگتر و از 500 میکرون کوچکتر باشد، ذره گفته میشود. ذرات با توجه به نوع و منشاء آن به نامهای مختلف مثل دود، دوده، مسیت فیوم و غیره نامیده شده است. به مجموع ذرات TSPمی گویند و به طور معمول برای ذرات معلق از از شاخص توضیحی PM استفاده میشود که به جرم متمرکز ذرات با قطر کم تر از 10 میکرومتر و ذرات با قطر کمتر از 25 میکرومتر اشاره دارد.
اغلب از ذرات معلق با قطر 2/5 میکرومتر به عنوان ذرات معلق ریز نام برده میشود - حاتمی و رضوی، . - 1383 جزء شیمیایی اصلی و رایج ذرات شامل سولفاتها، نیتراتها، آمونیوم، یونهای غیر آلی دیگری نظیر یونهای کلسیم، سدیم، پتاسیم، منیزیم و کلراید، کربن عنصری و آلی، مواد قشری، مواد پیرامون قطره آب باران، فلزات - کادمیم، مس، نیکل، وانادیوم و روی - و هیدروکربنهای آروماتیک چند حلقهای است.
به علاوه ترکیبات بیولوژیکی نظیر مواد حساسیتزا و ترکیبات میکروبی نیز در ذرات معلق وجود دارد - سازمان جهانی بهداشت، .ذرات خواه به طور مستقیم وارد هوا میشوند PM - اولیه - یا در جو از گازهای پیشرو نظیر ترکیبات آلی بدون متان فرار تشکیل میشوند - PM ثانویه - . گازهای پیشرو و PM اولیه میتوانند دارای منابع انسانی یا طبیعی باشند. منابع انسانی شامل موتورهای احتراق داخلی - هم دیزلی و هم بنزینی - ، سوختهای جامد - ذغال سنگ، ذغال چوب، روغن سنگین و بیومس - ، فرایندهای احتراقی برای تولید انرژی در مصرف خانگی و صنعت و دیگر فعالیتهای صنعتی - ساخت و ساز، معدن کاری، تولید سیمان، سرامیک، آجر و ریخته گری - و فرسایش کف خیابان ناشی از حمل و نقل جاده ای و سائیدگی ترمزها و تایرهاست.
منبع اصلی آمونیوم فعالیتهای کشاورزی است. ذرات ثانویه در خلال واکنشهای شیمیایی گازهای آلاینده در هوا تشکیل میشوند که محصولات تغییر شکل اتمسفریاکسیدهای نیتروژن - اساساً ناشی از ترافیک و برخی فعالیتهای صنعتی - و سولفوردیاکساید ناشی از احتراق سوختهای گوگرددار است. ذرات ثانویه، بیشتر در PM ریز وجود دارند - سازمان جهانی بهداشت، . ذرات معلق با قطر کمتر از 10 میکرون حاوی ذرات قابل استنشاقاند. این ذرات آن قدر ریزند که به درون سیستم تنفسی و ریه نفوذ میکنند. دلایل محکمی وجود دارد که اثرات ذرات معلق کوچکتر از 10 میکرون را بر روی سلامتی سیستم تنفسی برای دورههای کوتاه مدت تماس و مرگ و میر را برای دورههای دراز مدت تماسی به اثبات رسانیده است.
اثر ذرات معلق با قطر کمتر از 2/5 میکرون خیلی خطرناکتر از ذرات در محدودهی 2/5 تا 10 میکرون میباشند. گروه های حساس، افراد دارای بیماریهای قلبی و ریهای به ویژه کودکان و افراد مسن در معرض خطر هستند. شواهد موجود هیچ گونه سطحی از تماس را بی خطر نمیداند یا آستانهی پایین که در آن عوارض نامطلوب بهداشتی وجود نداشته باشد، تأیید نمیکند. اثر زیانبار ذرات معلق ناشی از موتورهای احتراقی از بقیه منابع بیشتر است. کربن سیاه، یکی از بخشهای تشکیل دهنده PM، ناشی از احتراق ناقص یا دوده است که به دلیل سهم زیان بار آن بر سلامت و همچنین آب و هوا، توجه انجمن کیفیت هوا را به خود جلب کرده است.
بیواتانول
بیواتانول یا الکل اتیلیک با فرمول شیمیایی C2H5OH را میتوان با استفاده از منابع سلولزی ارزان، مانند کاه، تراشههای چوب، باقیماندههای کشاورزی، آب پنیر و یا منابع کربنینسبتاً ارزشمند مانند ملاس چغندرقند و یا ملاس نیشکر و یا منابع کربنیکاملاً ارزشمند مانند شکر و نشاسته تهیه نمود - احمدپور، بیواتانول مایعی است بیرنگ، با وزن مخصوص 0/794 گرم بر سانتیمتر مکعب که به آسانی میسوزد و در اثر احتراق آن آب و گاز کربنیک حاصل میگردد.
این ماده به سرعت تبخیر میشود و اثرات زیست محیطی بارزی از خود به جای نمیگذارد - شاکری، . - 1385 بیواتانول درخشندگی - تشعشع - کمتری دارد که منجر به کاهش تلفات حرارتی و در نتیجه افزایش بازده حرارتی میگردد. به علاوه بیواتانول سوختی اکسیژندار است که شامل 34/74 درصد - وزنی - اکسیژن میباشد. وجود اکسیژن باعث افزایش بازده حجمی و در نتیجه افزایش بازده حرارتی موتور و احتراق کامل میشود صباحی و همکاران، در تحقیقی تاثیر ترکیب بیواتانول با بنزین در 10 نسبت مختلف بر عملکرد موتور را بررسی کرد. نتایج نشان داد که توان ترمزی، بازده حرارتی ترمزی، بازده حجمی و مصرف سوخت زیاد شد.
همچنین مصرف سوخت ویژهی ترمزی، CO، HC کم و CO2 زیاد شد. به علاوه مشخص شد که مصرف مخلوط 20 درصدی بیواتانول و 80 درصد بنزین بهترین نتیجه را روی عملکرد موتور و انتشار گازهای اگزوز دارد. نجفی و همکاران - 2009 - عملکرد و آلایندههای موتور را با استفاده از مخلوطهای مختلف مورد بررسی قرار دادند، که نتیجه گرفتند با استفاده از ترکیبات مختلف اتانول- بنزین مصرف سوخت ویژه، نشر CO و HC کاهش یافت و NOX، CO2 و دمای گازهای اگزوز افزایش یافت.
هدف تحقیق
آلودگی هوا یکی از مشکلات بزرگ زیست محیطی در سراسر جهان است که از عوامل اصلی بسیاری از بیماریهای تنفسی و انواع سرطانها نیز صرف هزینههای سنگین از طرف جوامع مختلف میباشد. از طرفی مصرف سوخت وسایل نقلیه موتوری عاملی نگران کننده به واسطه کاهش منابع برگشت ناپذیر سوختی میباشند. در نتیجه باید به ایجاد شرایط احتراق کامل و بهینه سوخت و کاهش مصرف سوختهای فسیلی توجه ویژه داشته باشیم. به همین منظور در این پایان نامه به بررسی تأثیر تزریق گاز نیتروس اکساید به مانیفولد ورودی هوای موتور و افزودن بیواتانول به عنوان مکمل بنزین در کاهش میزان آلایندگی موتور و کاهش ذرات معلق خروجی از اگزوز پرداخته شد.
مواد، لوازم و روش انجام آزمایشات
موتور استفاده شده در این پژوهش موتور بنزینی پراید انژکتوری مدل M13 NI با سیستم سوخترسانی زیمنس است. از یک کمپرسور هوا برای تهیه هوای مورد نیاز استفاده شد. نیتروس اکساید مورد نیاز به منظور تهیه نسبتهای مختلف نیتروس اکساید و هوا نیز توسط کپسول حاوی نیتروس اکساید تأمین شد. از یک محفظه اختلاط گازی با هدف اختلاط مناسب هوا و نیتروس اکساید استفاده شد. طرح این محفظه توسط رامشباو و همکارانش ارائه شد و توسط مومن تکمیل گردید. جهت نگهداری مخلوط هوا و نیتروس اکساید از یک کیسه نایلونی با حجم 478 لیتر استفاده شد. میزان 10 لیتر بیواتانول با درجه خلوص 99/6 درجه از سازمان غذا و داروی استان کرمانشاه تهیه شد. بنزین معمولی به میزان 20 لیتر از جایگاه پمپ بنزین تهیه شد.
