بخشی از مقاله
چکیده
انرژي و محیط زیست از اولویتهاي اساسی بشر امروز است. امروزه موتورهاي دیزل به عنوان یک منبع توان اساسی در تامین نیروي محرکه خودروها و ماشینهاي غیرجادهاي به حساب میآیند. با توجه به تاثیرات اضافه نمودن ذرات نانو به سوخت بیودیزل در جهت افزایش متغیرهاي کیفی سوخت و بازده فرآیند احتراق، سوخت نانو بیودیزل در موتور دیزل میتواند باعث افزایش متغیرهاي عملکردي موتور شود. در این پژوهش، سوخت بیودیزل از روغن ماهی و با استفاده از واکنش ترانساستریفیکاسیون تولید شد.
سپس با نسبت حجمی 20 درصد سوخت بیودیزل و 80 درصد دیزل - B20 - مخلوط تهیه شد. از ذرات نانو نقره - Ag - و نانو لولههاي کربنی - CNT - با غلظتهاي 30، 60 و ppm 90 براي اختلاط با بیودیزل تولید شده جهت بررسی تاثیر این نانو سوختها بر پارامترهاي عملکردي یک موتور دیزل استفاده شد. به منظور بررسی و تحلیل آماري دادههاي آزمایش، از نرمافزار SPSS و بصورت طرح فاکتوریل بر پایه طرح کاملا تصادفی استفاده شد. پس از اطمینان از معنیدار بودن اثر اصلی ترکیبات سوخت و دور موتور و اثرات متقابل آنها بر پارامترهاي اندازهگیري شده - توان ترمزي، گشتاور و مصرف ویژه سوخت - ، مقایسه میانگین ترکیبات سوخت و دور موتور به روش دانکن تحلیل شد.
آزمایشها بر روي یک موتور دیزل تک سیلندر در چهار سطح دور موتور 1800، 2100، 2400 و rpm 2700، در شرایط بار کامل موتور انجام شد. نتایج نشان داد که با استفاده از نانو سوختها و افزایش غلظت نانو ذرات در سوخت بیودیزل - B20 - در تمامی دورهاي موتور، توان و گشتاور افزایش و مصرف ویژه سوخت نسبت به بیودیزل خالص کاهش یافت. توان و گشتاور موتور، با استفاده از سوخت BD+CNT90 در دور موتور rpm 2400 به ترتیب به میزان 17/29 و 17 /08 درصد افزایش یافته و مصرف ویژه سوخت موتور با این سوخت در دور rpm 2700تا 7/21 درصد کاهش یافت.
مقدمه
انرژي و محیط زیست از اولویتهاي اساسی بشر امروز است. موتورهاي دیزلی بازده گرمایی بالایی دارند و این به دلیل نسبت تراکم بالاي آنها و کار در مخلوط سوخت فقیرتر آنها است. لذا همواره براي بهبود کارآیی وکاهش آلایندهها در این موتورها تلاشهاي زیادي صورت گرفته است .[1] استفادهي روزافزون از سوخت هاي فسیلی، کاهش ذخایر موجود و افزایش انتشار آلایندهي زیست محیطی حاصل از احتراق آنها، محققان را در جهت یافتن منابع جدید انرژي غیرنفتی ترغیب نموده است. به دلیل اهمیت روز افزون انرژي در جهان و پایان پذیر بودن Lombardini, 3 LD سوختهاي فسیلی در آینده، کشورهاي مختلف جهان سرمایه گذاريهاي زیادي بر روي تولید سوختهاي زیستی انجام دادهاند. به طوري که اتحادیه اروپا قصد دارد تا سال 2020 در حدود 20 درصد از سوختهاي مصرفی موتور خودروهاي خود را از طریق سوخت جایگزین - مانند سوختهاي زیستی، گاز طبیعی و سوختهاي هیدروژنی - تامین کند .
[2] امروزه از سوختهاي با پایه بیولوژیک به عنوان سوختهاي مناسبتر استفاده میشود. در رابطه با موتورهاي دیزل، سوختهاي جایگزین بیودیزل نامیده میشوند. سوخت بیودیزل سوختی تجدیدپذیر است که استفاده از آن در بسیاري از کشورهاي دنیا متداول شده است .[3] بیودیزل، اتیل استر یا متیل استري است که از روغنهاي گیاهی یا چربیهاي حیوانی تولید شده و به عنوان سوخت در موتورهاي دیزل یا سامانههاي حرارتی استفاده میشود .[4]
افزودنیهاي نانو براي پایین آوردن مقدار آلایندههاي مضر در حین فرآیند احتراق و هم زمان بالا بردن بازده فرآیند احتراق، میتوانند مورد استفاده قرار بگیرند .[5] با توجه به تاثیرات اضافه نمودن ذرات نانو به سوخت دیزل در جهت افزایش متغیرهاي کیفی سوخت، سوخت نانو دیزل در موتور دیزل میتواند باعث افزایش متغیرهاي عملکردي موتور شود . سوخت نانوبیودیزل سوختی است که از ترکیب افزودنیهاي ذرات نانو با سوخت بیودیزل به نسبتهاي مختلف و مناسب بدست میآید و قابلیت احتراق و استفاده در موتورهاي دیزلی را دارا میباشد .
[6] سلوان و همکاران به بررسی متغیرهاي عملکردي و آلایندگی یک موتور احتراق تراکمی با استفاده از نانو ذرات اکسید سریم به عنوان افزودنی در سوختهاي دیزل تنها و مخلوط دیزل، بیودیزل و اتانول پرداختند و نتایج پژوهشهاي آنها به این صورت بود که مصرف ویژه سوخت مخلوط سوختهاي دیزل، بیودیزل و اتانول در مقایسه با سوخت دیزل خالص بیشتر بود اما بازده حرارتی ترمزي در تمام بارهاي موتور با سوخت دیزل خالص نسبت به مخلوط دیزل، بیودیزل و اتانول بیشتر شد.
فشار موثر با اضافه کردن ذرات نانوي اکسید سریم به سوخت دیزل افزایش پیدا کرد و استفاده از این ذرات موجب کاهش تاخیر در اشتعال موتور شد .[7] ساجیت و سبحان در یک پژوهش در چند سطح به بررسی اثر استفاده از نانو ذرات اکسید سریم بر خواص فیزیکی شیمیایی بیودیزل و بررسی متغیرهاي عملکردي موتور به این نتیجه رسیدند که اکسید سریم موجب افزایش گرانروي و نقطه اشتعال شد. خواص بیودیزل در هواي سرد تغییر قابل توجهی نشان نداد و در سطحهاي مختلف نانو ذرات اکسید سریم، بازده موتور افزایش یافت .[8]
از آنجاکه بر اساس تحقیقات انجام شده استفاده از سوخت نانوبیودیزل در موتورهاي دیزل میتواند نقش اساسی در جهت کاهش مصرف سوخت فسیلی و در نتیجه بهبود عملکرد آن ایفا کند و با توجه به خلاء اطلاعات علمی و فنی پیرامون عملکرد موتور دیزل با سوخت نانوبیودیزل حاصل از روغن ماهی در داخل کشور و حتی خارج از کشور، لذا در تحقیق حاضر در نظر است تا به مطالعه تاثیر نانوذرات مختلف اضافه شده در غلظتهاي مختلف با سوخت بیودیزل حاصل از روغن ماهی بر پارامترهاي عملکردي یک موتور دیزل تک سیلندر - - 510 پرداخته شود.
مواد و روشها مواد آزمایش
به طور کلی براي فراهم کردن مخلوط سوختهاي مورد نیاز و انجام این تحقیق سه محصول کلی تهیه شد. این محصولات شامل نانو ذرات، بیودیزل و گازوییل میباشند.
نانو ذرات
با توجه به مطالعات انجام شده در خصوص تاثیر نانو ذرات مختلف بر پارامترهاي عملکردي موتورهاي دیزل، در این تحقیق از نانو ذرات نقره و نانو لولههاي کربنی1 به عنوان افزودنیهاي نانو براي سوخت استفاده شد. امروزه روشهاي مختلفی جهت شناسایی و تحلیل نانو مواد وجود دارد که یکی از معروفترین آنها، روشهاي میکروسکوپی میباشد. در این روشها می توان تصاویر بزرگنمایی شده از نمونه به دست آورد.
به منظور اطمینان از ذرات نانو استفاده شده در این تحقیق، با استفاده از میکروسکوپهاي مخصوص، عکسهاي الکترونی تهیه شدند. عکسهاي الکترونی شکل - 1 - مربوط به نانو ذرات نقره و نانو لولههاي کربنی میباشند. هر کدام از نانو ذرات در سه غلظت 30، 60 و ppm 90 با سوختهاي دیزل و بیودیزل مخلوط شدند. براي مخلوط کردن نانو ذرات با سوختهاي مورد نظر میبایست مقدار جرم هر دو ماده بدست آورده شود. با توجه به داشتن چگالی و حجم سوختهاي مورد استفاده در هر آزمون با استفاده از رابطه - 1 - ، جرم سوخت را بدست آورده و با یک تناسب جرم نانو ذرات براي مخلوط شدن نیز بدست میآید.
تولید سوخت بیودیزل
روش ترانساستریفیکاسیون مناسبترین و معمولترین روش تولید بیودیزل میباشد که از این روش در آزمایشگاه تربیت مدرس براي تولید بیودیزل استفاده میشود. براي انجام این واکنش ابتدا روغن ماهی آماده سازي شد. براي این کار در مرحله اول مواد جامد روغن به کمک صافیهاي 500 میکرونی تصفیه شده و در مرحله بعد، آب اضافی موجود در روغن جداسازي گردید. جداسازي به روش ته نشین نمودن آب میباشد.
