بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به کاهش منابع سوخت های فسیلی و آلایندگی ناشی از استفاده آنها، تحقیقات زیادی در زمینه تولید بیودیزل از روغن های گیاهی انجام و نتایج رضایت بخشی بدست آمده است. هدف از انجام این تحقیق اندازه گیری و مقایسه فشار مؤثر متوسط ترمزی و بازده مکانیکی در یک موتور دیزل با استفاده از سوخت بیودیزل و سوخت دیزل بوده است. در این بررسی ابتدا از روغن آفتابگردان با استفاده از روش ترانس استریفیکاسیون بیودیزل تهیه گردید.
سپس پارامترهای مورد نظر با ثابت نگه داشتن دور موتور در 1500 دور در دقیقه و بار موتور در چهار سطح 200، 150، 100و50 نیوتن در متر با دو سوخت دیزل و بیودیزل با مشخصه B20 - به نسبت 20 درصد بیودیزل و 80 درصد دیزل - اندازهگیری شدند. نتایج حاصل از این آزمایش نشان داد که بازده مکانیکی و مصرف سوخت ویژه ترمزی1 تابع توان ترمزی2 بوده و با افزایش توان ترمزی - BP - مصرف سوخت ویژه ترمزی کاهش تدریجی داشته و راندمان مکانیکی افزایش مییابد. همچنین با افزایش بارموتور، فشارمؤثرمتوسط ترمزی3 هم در سوخت دیزل و هم بیودیزل افزایش یافت.
مقدمه
امروزه جهان با بحران منابع انرژی مواجه است و منابع محدود سوخت فسیلی قادر به پاسخگویی به تقاضای رو به افزایش انرژی نمی باشد. در حال حاضر، موتورهای دیزل به عنوان یک بخش اساسی در تامین نیروی محرکه خودروهای جاده ای و غیر جاده ای به حساب می آیند. از طرف دیگر، این موتورها به عنوان یکی از اصلی ترین مصرف کننده های سوخت فسیلی هستند و در نتیجه یکی از عوامل مهم ایجاد کننده آلودگی های صوتی و زیست محیطی نیز به شمار می آید. این مشکلات محققان را به استفاده از منابع جایگزین انرژی که تجدیدپذیر، ایمن و با کاهش آلایندگی باشند، ترغیب می نماید. یکی از انواع سوختهای تجدیدپذیر، بیودیزل است.
سوخت بیودیزل عبارت است از استرهای منوالکیل اسیدهای چرب با زنجیره طویل، که از منابع تجدید پذیر مانند روغن های گیاهی با چربی های حیوانی تهیه می شوند. به منظور بکارگیری روغن های گیاهی و چربی های حیوانی به عنوان منبع انرژی در موتورهای درونسوز و دارا بودن شرایط احتراق مناسب، لازم است تا ساختار مولکولی این منابع به اجزاء ساده تری شکسته و متعادل گردد. بدین منظور، مولکول های ترکیبات روغن یا چربی در واکنش تبدیل موسوم به ترانس استریفیکاسیون با یک الکل مانند متانول یا اتانول، در حضور واکنشگر اسیدی یا قلیایی شرکت می کند و OH الکل مورد استفاده جایگزین زنجیره هیدروکربنی موجود در روغن می شود. در نتیجه، استرهایی با ساختمان مولکولی جدید به نام استرهای متیل اسید چرب بوجود می آید که تشابه زیادی با گازوئیل دارد.
تحقیقات نشان می دهد که مخلوط هایی تا % 20 بیودیزل و %80 گازوئیل در تمامی موتورهای دیزل قابل استفاده است و مخلوط هایی با نسبت های بزرگتر بیودیزل تا %100 - بیودیزل خالص - با اندک تغییراتی در تنظیمات موتور قابل استفاده است. مهمترین تفاوت اساسی بیودیزل و گازوئیل، محتوای اکسیژن آن می باشد. میزان اکسیژن موجود در گازوئیل صفر است در حالیکه بیودیزل حاوی 10 تا12 درصد وزنی اکسیژن می باشد که باعث کاهش چگالی انرژی و انتشار ذرات معلق می گردد.
به علاوه، بیودیزل عاری از گوگرد می باشد و بیودیزل عاری از آروماتیک می باشد. به طور کلی بیودیزل در مقایسه با گازوئیل که جایگزینش می شود. سوختی پاک به حساب می آید. در نتیجه تحقیقات در خصوص استفاده و بهره برداری از سوخت بیودیزل با توجه به ملاحظات فنی و اقتصادی و گستردگی منابع اولیه تولید آن از اهمیت خاص برخوردار است. هدف از این تحقیق استفاده از سوخت دیزل و بیودیزل - B20 - در موتور دیزل برای اندازه گیری و مقایسه فشار موثر متوسط ترمزی، توان موتور و مصرف سوخت ویژه ترمزی در دور ثابت میباشد. داده های لازم برای محاسبه و بررسی متغیرهای عملکردی موتور ثبت گردیده و راندمان مکانیکی، مصرف سوخت ویژه ترمزی و فشار موثر متوسط ترمزی موتور دیزل با استفاده از دو سوخت ارزیابی شده است.
مواد و روشها
به منظور ارزیابی عملکرد موتور دیزل با استفاده از سوخت گیاهی، بیودیزل به نسبت حجمی مشخص تهیه شد. برای تهیه B20، از20 درصد سوخت بیودیزل و 80 درصد دیزل استفاده شد. بیودیزل با استفاده از روغن آفتابگردان به روش ترانس استریفکاسیون تهیه شد که توضیحات آن در ادامه آمده است. تهیه بیودیزل به روش ترانس استریفیکاسیون: ترانس استریفیکاسیون فرایندی است که از واکنش الکل با تریگلیسرید در حضور کاتالیزور انجام می شود. برای انجام واکنش ترانس، بهتر است در ابتدا متوکسید تهیه شود و سپس به روغن اضافه شود. در این آزمایش متوکسید با مخلوط کردن هیدروکسید پتاسیم - KOH - و متانول تهیه شد - Zarandi & Ghazanfari,2007 -
برای تهیه متوکسید، متانول به نسبت وزنی 1 به 5/5 نسبت به روغن و هیدروکسید پتاسیم به میزان %1 وزنی روغن در یک ظرف سربسته به مدت 5 دقیقه مخلوط شدند تا هیدروکسید پتاسیم در متانول حل شود. در نتیجه 2 گرم هیدروکسید پتاسیم و 23 گرم متانول با مقدار 200 گرم روغن آفتابگردان ترکیب شد. جداسازی بیودیزل از گلیسرین: بیودیزل بدست آمده حاوی مقدار زیادی گلیسرین بوده و پس از ته نشین شدن آن، بیودیزل به یک ظرف دیگر انتقال داده شد.
گلیسرین ته نشین شده دارای رنگ تیره ای است. برای جداسازی کامل بیودیزل از گلیسرین یک هفته به زمان نیاز است البته زمان جدا شدن این دو به کیفیت انجام واکنش نیز بستگی دارد که هر چه میزان صابون بیشتری تولید شود زمان بیشتری برای جدا سازی لازم می باشد - - khatamifar,2006 انجام آزمایش های سوخت با موتور: شکل 1شماتیکی از تجهیزات استفاده شده برای انجام آزمایش دو نوع سوخت در موتور دیزل را نشان می دهد. در این آزمایش موتور دیزل توسط یک شافت به یک دیناموتور ترمزپرونی - Dynamometer,Model NEB 400, AW Dynamometer Inc,Illinois, USA - متصل شد و بارترمزی برروی موتور دیزل اعمال گردید.
برای اندازه گیری عملکرد تحت بار، ابتدا سوخت مورد نظر به داخل مخزن تعبیه شده ریخته شده و مسیر جریان سوخت به داخل موتور بازگردید تا سوخت در موتور مصرف شود، لازم به ذکر است که دور موتور در دور ثابت 1500 دور در دقیقه تنظیم شده و با کاهش و افزایش بار در چهار سطح 200، 150، 100، 50 نیوتن در متر بارگذاری مورد نظر انجام پذیرفت. مقدار مصرف سوخت با ثبت زمان در دور ثابت و بارهای مورد نظر نیز اندازه گیری شد.
