احتراق بیودیزل منجر به افزایش انتشار اکسید‌های نیتروژن می‌گردد.
استفاده از برخی از ترکیبات بیودیزل در هوای سرد گاهی منجر به بروز مشکلاتی در موتور می‌گردد.
بیودیزل به علت چگالی کم ذراتش معلق است.
مزایا
مضررات بیودیزل به لایه ی ازن نسبت به بقیه ی سوخت‌ها ۵۰ % کمتر است. در سوخت‌های بیودیزل ذرات گوگرد که باعث باران اسیدی می‌شود تقریبا یافت نمی‌شود.
تجزیه پذیری بیشترآن، باعث کاهش انتشار آلاینده‌های اکسید گوگرد و منواکسید کربن و ذرات معلق، کاهش بو، دوده و ایمنی بیشتر به هنگام استفاده و افزایش روانکاری موتور می شود.
همچنین بیودیزل بر روی موجودات دریایی هیچگونه اثر منفی ندارد در حالی که ۱ لیتر بنزین خالص باعث آلوده شدن ۱۰۰۰۰۰۰ لیتر آب خوردنی می‌شود
این روغن به علت داشتن اسانس گیاهی طول عمر موتور را ۲ برابر می‌کند.
به علت بیشتر بودن مقدار ستان موجود در بیودیزل نسبت به بنزین, موتور با ضربه و حرکت کمتری کار می‌کندبالا بودن مقدار ستان بیودیزل باعث افزایش کیفیت آن می‌شود [۷].
شکل و عوامل مؤثر برمخروط و سرعت اسپری سوخت
یان جائو[۱۴] و همکارانش در سال ۲۰۰۹ در مقاله‌ای تحت عنوان مطالعه آزمایشگاهی ویژگی‌های اسپری بیودیزل‌های مبتنی بر روغن‌های غیر خوراکی، ویژگی‌های پاشش روغن‌های گیاهی غیر خوراکی را با بهره گرفتن از روش‌های آزمایشگاهی و شبیه سازی مورد مطالعه قرار دادند. ویژگی‌های بررسی شده عبارت از مطالعه نفوذ اسپری، زاویه راس مخروط اسپری و سرعت راس اسپری بودند که برای روغن پالم[۱۵]، روغن پسماند خوراکی[۱۶] و روغن جاتروفا به عنوان بیودیزل برای نسبت‌های D , B5 , B10 , B20 , B50 , B100 انجام شد. نتایج آزمایش‌ها برای نفوذ اسپری[۱۷] و زاویه راس اسپری نشان داد، ویسکوزیته و نفوذ اسپری با افزایش نسبت بیودیزل افزایش می‌یابد، و زاویه راس مخروط اسپری با افزایش نسبت بیودیزل کاهش می‌یابد. افزایش ویسکوزیته از پخش و شکستگی جت اسپری جلوگیری می‌کند وسبب بزرگ شدن ذرات اسپری می‌شود. بزرگ شدن ذرات اسپری سبب افزایش ممنتوم ذرات و حرکت رو به جلو می‌شود [۹].
آزمایش‌های دیگری که توسط هیون هون[۱۸] و همکارانش در سال ۲۰۰۹ انجام شد، حاکی از آن بود که نسبت حجم به سطح قطرات(SMD) و قطر قطرات (AMD) بیودیزل در مقایسه با سوخت دیزل بزرگ‌تر است که علت این امر به‌واسطه بیشتر بودن ویسکوزیته و کشش سطحی بیودیزل در مقایسه با سوخت دیزل است [۱۰].
ارزش حرارتی و دمای شعله آدیاباتیک
بررسی‌ها نشان می‌دهد که برای متیل استر اسیدهای چرب، نسبت استوکیومتریک هوا به سوخت با افزایش طول زنجیره هیدروکربنی و درجه اشباع بودن اسیدهای چرب افزایش می‌یابد. افزایش طول زنجیره هیدروکربنی در متیل استرهای اسید چرب، شکل (۲-۵) منجر به افزایش ارزش حرارتی پایین و همزمان کاهش دمای آدیاباتیک شعله می‌گردد [۱۱].
ارزش حرارتی و دمای شعله آدیاباتیک متیل استر اسیدهای چرب [۱۱]
راندمان حرارتی
تحقیقی توسط ردی[۱۹] و همکارانش در سال ۲۰۰۶ انجام شد. آنها مطالعات پارامتری برای بهبود عملکرد جاتروفا بیودیزل را روی یک موتور چهار زمانه یک سیلندر انجام دادند. نتایج نشان داد که با افزایش آوانس پاشش و فشار پاشش و کاهش قطر پلانجر، راندمان حرارتی افزایش می‌یابد [۱۲].
در تحقیق دیگری که توسط بانپارمس[۲۰] و همکارانش صورت گرفت. آنها راندمان حرارتی را برای بیودیزل‌های بدست آمده از‌هانگ[۲۱]، جاتروفا و کنجد[۲۲] را با دیزل مقایسه کردند و نتایج نشان داد راندمان حرارتی برای بیودیزل‌ها در توان ترمزی مشخص، کمتر از دیزل است و هرچه سوخت کمتر اشباع باشد این تفاوت بیشتر می‌شود [۱۳].
تأثیر بازخورانی گازهای خروجی بر راندمان حرارتی توسط پرادیپ[۲۳] وهمکارانش بررسی شد. با افزودن گازهای خروجی به هوای ورودی به میزان %۵ تا %۱۵ راندمان حرارتی کمی‌افزایش می‌یابد که به سبب افزایش سرعت احتراق به دلیل گرم تر بودن هوای ورودی افزایش راندمان حرارتی اتفاق می‌افتد. برای نسبت‌هایEGR بالاتر از %۱۵ با افزایش بازخورانی گازهای خروجی راندمان حرارتی کاهش می‌یابد ولی نسبت کاهش آن برای جاتروفا بیودیزل کمتر از دیزل است. (برای دیزل %۶٫۶ درصد و برای جاتروفا بیودیزل حدود %۴٫۹) [۱۴].
تأثیر غلظت ترکیبات استر بر راندمان حرارتی حداکثر در شکل شماره (۲-۶) نشان داده شده است.
تأثیر غلظت ترکیبات استر بر راندمان حرارتی [۱۵]
استفاده از کلیه ترکیبات بیودیزل در مقایسه با سوخت دیزل منجر به دستیابی به راندمان حرارتی بالاتری می‌گردد. ذکر این نکته حائز اهمیت است که ارزش حرارتی بیودیزل به‌واسطه حضور مقادیر اساسی اکسیژن درآن حدودا ۱۰% کمتر از سوخت دیزل است، اما به‌واسطه چگال‌تر بودن بیودیزل (۰٫۸۸) در مقایسه با سوخت دیزل(۰٫۸۵) محتوای انرژی آن در هر واحد حجمی حدودا ۵% کمتر از سوخت دیزل است [۱۵].
تأخیر اشتعال
ساهو[۲۴] و همکارانش در سال ۲۰۰۹ تأخیر اشتعال بیودیزل‌های جاتروفا، کارانجا و پولانگا را به‌صورت مجزا و ترکیب با دیزل معمولی مورد بررسی قرار دادند و در گزارش خود اعلام نمودند که با افزایش درصد بیودیزل تأخیر اشتعال کاهش می‌یابد. آنها دریافتند، ویسکوزیته بالاتر سبب کاهش زاویه راس مخروط و افزایش طول اسپری می‌شود که این عوامل، باعث تاخیر اشتعال بیشتر می‌شوند، درحالی‌که، در بیودیزل‌ها به‌دلیل وجود اکسیژن در ساختار مولکولی آنها تاخیر اشتعال نسبت به دیزل کمتر است. بین سه بیودیزل فوق کمترین تاخیر اشتعال مربوط به جاتروفا بیودیزل به اندازه ۴٫۲ تا ۵٫۹ درجه کمتر از دیزل بود [۱۶].
باناپارمس تاخیر اشتعال را برای جاتروفا بیودیزل محاسبه و آن را با دیزل معمولی و دو بیودیزل روغن کنجد و‌هالم در شکل (۲-۷) مقایسه کرده است.
تاخیراشتعال برای بیودیزل‌های متفاوت [۱۳]
همانطور که از شکل ملاحظه می‌شود برای جاتروفا بیودیزل تاخیر اشتعال در توان مشخص بیش از دیزل و سایر بیودیزل‌ها است، ولی با توجه به اینکه توان خروجی موتور هنگام کار با بیودیزل کاهش می‌یابد در واقع تاخیر اشتعال بیودیزل کمتر است.
فشار گازهای حاصل از احتراق
در یک موتور احتراق تراکمی فشار سیلندر به کسر سوخت سوخته شده در طول مرحله پیش اختلاط (مرحله نخست احتراق) بستگی دارد. فشار سیلندر توانایی سوخت برای اختلاط بهتر با هوا را نشان می‌دهد. پیک فشار بالاتر و ماکزیمم نرخ افزایش فشار متناسب با مقدار بیشتر سوخت سوخته شده در مرحله پیش اختلاط است. آگروال[۲۵] تأثیر بیودیزل بر فشار داخل سیلندر را در بارهای متفاوت بررسی نمود. نتایج حاکی از آن بود که افزودن بیودیزل به دیزل فشار داخل سیلندر را افزایش می‌دهد و سبب مقداری آوانس پیک فشار می‌شود.
دیاگرام ?-P در حالت بی باری در دور RPM 1400 برای موتور پاشش مستقیم [۱۵]
تحقیق صورت گرفته توسط ردی و همکارانش برای سوخت‌های بیودیزل و دیزل با EGR و بدون آن نشان می‌دهد که با افزایش بار، پیک فشار نیز افزایش می‌یابد و برای بیودیزل احتراق زودتر از دیزل اتفاق می‌افتد، ولی با بازخورانی گازهای خروجی تا %۱۵ دیاگرام فشار داخل سیلندر برای بیودیزل شبیه دیزل بدون بازخورانی گازهای خروجی است. آنها همچنین نشان دادند که با افزایش یا کاهش قطر پلانجر نسبت به مقدار استاندارد اولیه، پیک فشار کاهش می‌یابد. زمانیکه قطر پلانجر از ۷ به ۸ میلی متر تغیییر می‌کند به خاطر افزایش نرخ پاشش و پیشرفت کم در تایمینگ دینامیکی پیک فشار کاهش می‌یابد [۱۲].
تاخیر اشتعال و پیک فشار و پیک نرخ گرما برای سه نمونه بیودیزل [۱۶]
ساهو[۲۶] و همکارانش در سال ۲۰۰۹ اثر بیودیزل‌های جاتروفا، کارانجا و پولانگا به صورت مجزا و ترکیب با دیزل معمولی مورد بررسی قرار دادند. آنها فشار احتراق داخل سیلندر را برای نسبت‌های مختلف بیودیزل‌های فوق بررسی کردند و نتایج برای حالت بدون بار نشان دادند که با افزایش درصد بیودیزل پیک فشار بالاتر می رود [۱۶].
نرخ گرمای آزاد شده
کم شدن نرخ گرمای آزاد شده در حین مصرف بیودیزل با کاهش تأخیر اشتعال ارتباط نزدیکی دارد. از این‌رو ارزش حرراتی پایین‌تر بیودیزل به کم شدن گرمای آزاد شده می انجامد.
بررسی نرخ گرمای آزادشده توسط ردی برای فشار‌های پاشش و قطر پلانجرهای متفاوت نشان می‌دهد که با افزایش فشار پاشش، نرخ گرمای آزاد شده بهبود می‌یابد و این به خاطر پودر شدن بهتر ذرات سوخت است. با کاهش قطر پلانجر از ۸ به ۷ میلی متر نرخ آزادسازی گرما بهتر شده و به دیزل نزدیک تر می‌شود.
مطالعه پرادیپ در مورد بازخورانی گازهای خروجی به موتور نشان داد که نرخ گرمای آزادشده در بیودیزل بیش از دیزل است ولی با بازخورانی %۱۵ گازهای خروجی این نرخ بسیار شبیه به دیزل بدون EGR می‌شود.
بازه احتراق[۲۷]
شکل (۲-۹) نمایش بازه احتراق را برای جاتروفا بیودیزل و دیزل نمایش می‌دهد بازه احتراق برای جاتروفا بیودیزل ۷۸ درجه و برای دیزل ۸۰ درجه است. با بازخورانی گازهای خروجی از اگزوز بازه احتراق ۷۹ درجه می‌شود.
بازه احتراق جاتروفا بیودیزل و دیزل و تأثیر %۱۵ EGR بر آن [۱۴]
توان و گشتاور خروجی از موتور
آلتین[۲۸] کاربرد روغن آفتابگردان، روغن پنبه دانه، روغن دانه سویا و متیل استرها را در یک موتور دیزل چهار زمانه پاشش مستقیم بررسی کرد. تغییرات تورک حداکثر و توان موتور برای سوخت‌های مختلف در دور RPM1300 و RPM 1700 در شکل‌های (۲-۱۰) و (۲-۱۱) نشان داده شده است.
تغییرات تورک موتور برای سوخت‌های مختلف در دور RPM 1300 [17]
حداکثر گشتاور موتور بوسیله سوخت دیزل در دور RPM 1300، برابر NM 1/43 بود که برای سهولت در مقایسه این گشتاور بصورت ۱۰۰% به عنوان مرجع در نظر گرفته شده است. با توجه به نمودار مشاهده می‌شود که تورک حداکثر حاصل از احتراق روغن‌های گیاهی کمتر از سوخت دیزل است. حداکثرتوان موتور بوسیله سوخت دیزل در دور RPM 1700، برابر KW 45/7 بود که برای سهولت در مقایسه این توان بصورت ۱۰۰% به عنوان مرجع در نظر گرفته شده است. با توجه به نمودار مشاهده می‌شود که توان موتوری حاصل از احتراق روغن‌های گیاهی کمتر از سوخت دیزل است [۱۷].
تغییرات تورک موتور برای سوخت‌های مختلف در دور RPM 1700 [17]
فرم در حال بارگذاری ...
