Nghiên ứu chế tạo và đánh giá chất lượng nguyên liệu nhũ tương cho động cơ diezel

Dung dịch chất nhũ hóa nằm giữa các giọt của pha phân tán dưới dạng những màng rất mỏng, độ dày của màng trong các nhũ tương này mỏng tới 100Ao hoặc bé hơn.. Các giọt cầu biến dạng thành

TỔNG QUAN

Khái quát về nhiên liệu nhũ tương

2.1.1 Khái niệm về nhiên liệu nhũ tương

Nhiên liệu nhũ tương là sự nhũ hóa nước trong nhiên liệu diesel thông thường, được tạo ra bằng cách phân tán nước nguyên chất vào dầu diesel Quá trình này được ổn định nhờ vào chất nhũ hóa và các phụ gia Hàm lượng nước trong nhiên liệu nhũ tương thường đạt một mức nhất định để đảm bảo hiệu suất.

Nhiên liệu nhũ tương có dạng lỏng, màu trắng đục như sữa Nhiên liệu được sủ dụng cho động cơ diezel

Nhiên liệu này được sử dụng trong các phương tiện giao thông như đường bộ, đường sắt và đường thủy, cũng như cho các tuabin khí trong ngành công nghiệp phát điện và xây dựng Việc áp dụng nhiên liệu này mang lại lợi ích lớn cho môi trường, giúp giảm thiểu lượng khí thải độc hại như NOx và PM.

2.1.2 Quá trình cháy nhiên liệu nhũ tương

Nhiên liệu nhũ tương có thể được sử dụng thay thế cho nhiên liệu diesel thông thường trong động cơ diesel mà không cần điều chỉnh gì về cấu trúc động cơ Để hiểu rõ hơn về đặc tính cháy của nhiên liệu này, trước tiên, cần xem xét nguyên lý hoạt động của động cơ diesel.

2.1.2.1 N guyên lý làm việc động cơ diezel [1] Động cơ diezel cũng làm việc theo nguyên tắc 04 kỳ như động cơ xăng, nhưng khác động cơ xăng ở chỗ trong động cơ xăng hỗn hợp nhiên liệu và không khí được bốc cháy sau khi bugi đánh lửa; còn ở động cơ diezel, nhiên liệu được đưa vào

Mô hình giọt nhũ xylanh cho thấy không khí được nén và có nhiệt độ cao, dẫn đến hiện tượng tự bốc cháy của nhiên liệu Động cơ xăng có tỷ số nén thấp hơn động cơ diesel, với tỷ số nén của động cơ xăng dao động từ 7/1 đến 11/1, trong khi động cơ diesel có tỷ số nén từ 14/1 đến 17/1 Do đó, động cơ diesel có công suất lớn hơn động cơ xăng khi tiêu hao cùng một lượng nhiên liệu.

Hành trình động cơ diezel làm việc theo 4 chu kỳ: hút, nén, cháy, thải.

Hình 2.2 Mô hình buồng đốt động cơ diezel

Khi piston di chuyển từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới, van nạp mở ra để không khí được hút vào xylanh Sau đó, van nạp đóng lại và piston lại di chuyển từ điểm chết dưới lên điểm chết trên, thực hiện quá trình nén không khí, làm tăng áp suất và nhiệt độ lên đến 500-700 độ C Gần điểm chết trên, nhiên liệu được phun vào xylanh dưới dạng sương nhờ bơm cao áp, và khi gặp không khí nóng, sẽ tự bốc cháy Quá trình cháy tạo ra áp suất cao, đẩy piston từ điểm chết dưới, thực hiện quá trình dãn nở sinh công có ích, truyền động qua hệ thống thanh truyền để vận hành máy Cuối cùng, piston lại di chuyển từ điểm chết dưới lên điểm chết trên để thải sản phẩm cháy qua van thải và tiếp tục chu trình mới.

2.1.2.2 Ảnh hưởng của nước đến quá trình cháy nhiên liệu

Nước trong nhiên liệu giúp hạ thấp nhiệt độ cháy và cải thiện quá trình cháy, dẫn đến việc carbon trong nhiên liệu được đốt cháy triệt để hơn Hiệu ứng “vi nổ” đã nâng cao chất lượng nhiên liệu một cách đáng kể Khi phun nhiên liệu nhũ tương qua vòi phun, chùm tia nhũ tương được tạo ra, trong đó mỗi hạt nhũ tương chứa hạt nhiên liệu và các hạt nước nhỏ Do nhiệt độ sôi của nước thấp hơn nhiên liệu, nước bay hơi sớm hơn trong buồng cháy, tạo ra hơi nước Hơi nước này làm giảm sức căng bề mặt, khiến hạt nhiên liệu bị vỡ ra Nhờ hiệu ứng phản lực, các phần vỡ của hạt sẽ bay ngược lại, giúp tách nhiên liệu ra mịn hơn.

Hình 2.3 Mô hình phá vỡ giọt dầu của nước

Khi nhiên liệu được tách ra mịn hơn, độ rộng và góc nón chùm tia tăng lên, dẫn đến quá trình phun nhiên liệu vào buồng cháy hiệu quả hơn so với phun riêng nhiên liệu Nhờ đó, quá trình bay hơi nhiên liệu diễn ra nhanh hơn và hòa trộn với không khí tốt hơn, từ đó thúc đẩy quá trình cháy diễn ra tốt hơn Kết quả là động lực tỏa nhiệt tăng lên, thời gian cháy rút ngắn lại và khí thải hình thành giảm đi, điều này được minh họa rõ ràng trên Hình 2.4 và Hình 2.5.

Hình 2.4 Mô hình cháy nhiên liệu diezel thông thường

Hình 2.5 Mô hình cháy nhiên liệu nhũ tương

Khi hạt nhiên liệu diesel được phun vào buồng đốt, chúng phân tán và cháy không hoàn toàn dưới nhiệt độ cao, tạo ra muội khói và hơi nước Ngược lại, nhiên liệu nhũ tương khi phun vào buồng đốt không chỉ phân tán sơ cấp mà còn diễn ra quá trình phân tán thứ cấp, giúp nhiên liệu dầu diesel mịn hơn và cháy hoàn toàn, từ đó giảm khí thải Do đó, nhiên liệu nhũ tương có hiệu quả cháy tốt hơn so với nhiên liệu diesel thông thường.

1.2.3 Quá trình hình thành khí thải trong động cơ

1.2.3.1.Độc tố và khói khí xả

Nhiên liệu nhũ tương, giống như nhiên liệu diesel truyền thống, khi cháy sẽ thải ra khí xả và khói, gây ô nhiễm môi trường Thành phần khí thải bao gồm các chất không tham gia vào quá trình cháy, cùng với các sản phẩm cháy hoàn toàn và không hoàn toàn của nhiên liệu, như N2, O2, hơi nước, khí SO2, CO và CO2.

NOx, H2, cácbua hydro, anđêhít, muội

Độc tố trong khí xả được xác định thông qua hàm lượng các chất như oxi nitơ, oxit cácbon, anđêhít, hydrocácbon mạch hở, hydrocácbon mạch vòng, khí sunfurơ, và muội (khói).

Oxít cácbon là một loại độc tố nguy hiểm Khi nồng độ của nó trong môi trường đạt 0,005% theo thể tích, sau 1 giờ có thể gây ngộ độc nhẹ Nếu nồng độ tăng lên đến 1%, sinh vật sẽ bất tỉnh chỉ sau vài lần hít thở.

Anđêhít, chủ yếu là fomalđêhít và acrôlein, là những hợp chất gây ra mùi khó chịu trong khí xả Chúng được xếp sau NOx về mức độ độc hại Hàm lượng cho phép của fomalđêhít (HCHO) trong không khí là khoảng 6 mg/m³, trong khi acrôlein có giới hạn khoảng 0,25 mg/m³ Nồng độ của các hợp chất này trong khí xả tăng lên khi động cơ hoạt động ở chế độ tải nhỏ và không tải, đặc biệt khi nhiệt độ tối đa của môi chất trong xylanh giảm.

Cácbua hydro là một chất độc hại có khả năng gây ô nhiễm môi trường và tạo ra sương mù Chúng thường được hình thành trong các khu vực có hàm lượng oxy thấp, đặc biệt là gần vách lạnh của buồng cháy.

Cơ sở lý thuyết về nhũ tương

2.2.1 Các khái niệm về nhũ tương

Nhũ tương là hỗn hợp bao gồm ít nhất hai chất lỏng không hòa tan vào nhau, trong đó một chất lỏng được phân tán dưới dạng các giọt nhỏ trong chất lỏng còn lại.

Here is a rewritten paragraph that complies with SEO rules:"Trong hệ nhũ tương, kích thước các giọt có thể thay đổi trong phạm vi rất rộng, phụ thuộc vào phương pháp chế tạo và nồng độ chất nhũ hóa Đặc biệt, nhũ tương là một hệ không bền về nhiệt động, đòi hỏi phải được xử lý và bảo quản cẩn thận để duy trì tính ổn định và hiệu suất."

Nhũ tương có thể phân loại theo bản chất hoặc theo độ đậm đặc

∗ Theo bản chất có hai loại nhũ tương :

- Nhũ tương thuận nhũ tương dầu trong nước, ký hiệu d/n Trong đó pha phân - tán là dầu còn pha liên tục là nước

- Nhũ tương nghịch nhũ tương nước trong dầu, ký hiệu n/d Pha phân tán là - nước còn pha liên tục là dầu

Thuật ngữ dầu ở đây bao gồm các chất lỏng hữu cơ không tan hoặc tan hạn chế trong nước

Hình 2.6 Các dạng nhũ tương hai pha

∗ Theo độ đậm đặc có 3 loại:

Nhũ tương phân tán chỉ chiếm 0,1-0,2% thể tích hệ, với kích thước giọt khoảng 0,1 µm, tùy thuộc vào bản chất của hai pha Nhũ tương loãng là một hệ keo điển hình và tuân theo quy tắc keo tụ Điện tích trên các giọt pha phân tán xuất hiện do sự hấp thụ ion từ các chất điện ly vô cơ trong môi trường Với nồng độ nhỏ, nhũ tương này có độ bền tập hợp cao và không cần chất nhũ hóa.

Khi pha phân tán chiếm từ 0,2 đến 74% thể tích hệ, đường kính giọt trong nhũ tương đặc khoảng từ 0,1 đến 1 mm Nhũ tương đặc biệt có tính bền vững, thường cần có chất nhũ hóa để bảo vệ Tuy nhiên, nhũ tương đậm đặc dễ bị sa lắng hoặc nổi lên Nếu pha phân tán có khối lượng riêng lớn hơn môi trường, các giọt sẽ sa lắng, ngược lại, nếu khối lượng riêng nhỏ hơn, các giọt sẽ nổi lên.

Pha phân tán chiếm từ 74% đến 99% thể tích hệ và nhũ tương loại này chỉ tồn tại khi có chất nhũ hóa tốt Dung dịch chất nhũ hóa tạo thành những màng rất mỏng giữa các giọt của pha phân tán, với độ dày có thể xuống tới 100A o hoặc nhỏ hơn Các giọt cầu có thể biến dạng thành hình đa diện và được ngăn cách bởi các màng mỏng của chất nhũ hóa cùng pha ngoài (pha liên tục) Trong một số trường hợp, hệ thống có thể tạo thành khối gen với ranh giới phân chia pha phức tạp.

2.2.1.3.Phương pháp nhận biết nhũ tương

∗ Nhận biết bằng phương pháp pha loãng :

Nhũ tương có thể bị pha loãng bởi môi trường xung quanh, với pha liên tục được xác định bởi dung môi sử dụng Khi nước được dùng làm dung môi, nhũ tương tan trong nước được gọi là nhũ tương thuận (d/n) Ngược lại, nếu dầu được sử dụng làm dung môi, nhũ tương tan trong dầu sẽ được xem là nhũ tương nghịch (n/d).

∗ Nhận biết bằng độ dẫn điện:

Dầu có độ dẫn điện thấp hơn nhiều so với nước, do đó khi dầu là pha liên tục, độ dẫn điện của nhũ tương rất nhỏ Tuy nhiên, độ dẫn điện này có thể tăng lên gấp hàng trăm lần khi nước trở thành pha liên tục, từ đó giúp chúng ta dễ dàng xác định loại nhũ tương.

2.2.2 Tính chất chung nhũ tương

2.2.2.1 Sự hình thành và phát triển bề mặt giọt nhũ

Nhũ tương có thể được hình dung như sữa bò hoặc mủ cao su trong tự nhiên, xuất hiện khi kích thước các hạt trong pha phân tán thô, trung bình khoảng 10^-4 đến 10^-6 m Kích thước hạt trung bình từ 10^-6 đến 10^-8 m là đặc trưng cho dung dịch keo Nếu kích thước hạt nhỏ hơn, nhũ tương sẽ không hình thành.

Khi nồng độ đạt từ 10-8 m, nhũ tương bắt đầu chuyển sang dạng dung dịch mixel hoặc dung dịch thực Để ngăn chặn sự kết hợp của các phần tử nhũ, cần xây dựng hàng rào năng lượng nhằm ngăn cản va chạm và sự keo tụ Hàng rào này được tạo ra bằng cách thêm chất nhũ hóa và có thể được duy trì bởi các phụ gia ổn định.

Hình 2.7 Nhũ tương ổn định nhờ chất nhũ hoá

Các phần tử nhũ hóa tập trung trên bề mặt tiếp xúc giữa pha phân tán và pha liên tục, với các nhóm ưa nước hướng vào nước và nhóm kỵ nước hướng vào pha dầu Điều này dẫn đến việc hình thành lớp màng ngày càng dày trên bề mặt giữa hai pha, hấp phụ thêm các phân tử nhũ hóa khi các giọt bị phá vỡ bởi lực cơ học Trong nhũ tương dầu trong nước, nhóm kỵ nước nằm trong pha phân tán, trong khi trong nhũ tương nước trong dầu, nhóm kỵ nước hướng vào pha liên tục.

2.2.2.2 Kích thước hạt và sự phân bố kích thước hạt

Kích thước giọt nhũ tương phụ thuộc vào phương pháp chế tạo và nồng độ chất nhũ hóa, với hầu hết các giọt không đồng đều Để đạt độ ổn định cao, kích thước giọt cần phải nhỏ và phân bố cỡ hạt hẹp Tuy nhiên, nếu kích thước hạt quá nhỏ, nhũ tương có thể trở nên không bền do hiện tượng kết tụ qua chuyển động Brown Ngay cả trong nhũ tương đơn phân tán, đường kính hạt cũng có thể không đồng nhất Sự phân bố kích thước hạt ở giới hạn dưới thể hiện trạng thái ổn định nhất, trong khi phân bố rộng hơn với giới hạn trên thể hiện độ không ổn định Các nghiên cứu thực nghiệm đã chỉ ra rằng sự thay đổi trong phân bố kích thước hạt diễn ra theo thời gian.

Xác định sự phân bố kích thước hạt của nhũ tương theo thời gian không chỉ quan trọng về mặt thực nghiệm mà còn có ý nghĩa lý thuyết, là cơ sở cho nghiên cứu cấu trúc và các tính chất hóa lý của nhũ tương.

2.2.2.3 Độ nhớt của nhũ tương Đối với nhũ tương độ nhớt là một yếu tố khá quan trọng Nói chung độ nhớt của nhũ tương thuận d/n thường thấp và khó phân biệt với một dung dịch nước thông thường Ngược lại, nhũ tương nghịch n/d lại có độ nhớt khá cao Độ nhớt của chất lỏng, theo định nghĩa, là lực ma sát nội tại sinh ra khi các lớp chất lỏng trượt lên nhau, lực này làm cản trở chuyển động tương đối của các phân tử chất lỏng Đối với nhũ tương, tính linh động ảnh hưởng đến tính ổn định của hệ nhũ

Dựa trên nguyên lý nhiệt động học, Anhxtanh đã phát triển một phương trình liên kết độ nhớt của hệ (η) với độ nhớt của môi trường phân tán (η0) và nồng độ thể tích của pha phân tán (φ): η = η0 (1 + 2,5φ) Tuy nhiên, phương trình này chỉ áp dụng cho nồng độ pha phân tán nhỏ, khi các hạt lơ lửng có hình dạng cầu và không tương tác với nhau Hệ số trong phương trình của Anhxtanh phụ thuộc vào hình dạng của hạt, do đó, phương trình tổng quát có thể được viết lại là: η = η0 (1 + αφ).

Trong đó α : hệ số phụ thuộc vào hình dạng hạt

Theo Anhxtanh, độ nhớt không phụ thuộc vào độ phân tán của hệ hay kích thước hạt Tuy nhiên, nghiên cứu của Banxelin, Ôđen và Ayrlich chỉ ra rằng hệ số α = 2,5 chỉ áp dụng cho hạt hình cầu và nồng độ pha phân tán thấp Khi hạt không phải hình cầu và nồng độ pha phân tán cao, hệ số này sẽ có sự sai khác Để giải thích độ nhớt của hệ phân tán so với giá trị từ phương trình Anhxtanh, các tác giả dựa vào hiện tượng solvat hóa của các hạt Hiện tượng này cũng giải thích sự phụ thuộc của độ nhớt vào độ phân tán khi nồng độ thể tích của pha phân tán giống nhau, dẫn đến nồng độ thể tích φ của pha phân tán được biểu diễn bằng φ = φ 0.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM….…

Hóa chất và dụng cụ

Các hóa chất được sử dụng trong quy trình bao gồm nước cất, dầu diesel thương phẩm từ Việt Nam, Glyxerol monostearat, Dietylen glycol monolaurat, Sorbitol từ Trung Quốc, cùng với các chất hoạt động bề mặt Sorbitan và Polysorbate cũng từ Trung Quốc, cùng một số hóa chất thiết yếu khác.

Bộ dụng cụ bao gồm cốc thủy tinh với các dung tích 100 ml, 250 ml và 300 ml; hộp khuấy mẫu 500 ml; chai nhựa và hộp nhựa PE dung tích 300 ml; pipét với các dung tích 1 ml, 5 ml và 10 ml; cùng với cân phân tích và một số dụng cụ cần thiết khác.

3.2 Phương pháp chế tạo nhiên liệu nhũ tương

3.2.1 Thiết bị và quy trình chế tạo

Nhũ tương được sản xuất thông qua phương pháp phân tán cơ học, sử dụng máy khuấy đũa với cánh khuấy dạng tuôcbin Tốc độ khuấy tối đa đạt 6000 vòng/phút.

Hình 3.1 Máy khuấy đũa Hình 3.2 Cánh khuấy

Diez el Chất nhũ hóa ưa dầu Chất nhũ hóa ưa nước

Pha liên tục Pha phân tán

Hình 3.3 Quy trình chế tạo nhũ tương

Chất nhũ hóa ưa dầu được chuẩn bị với nhiên liệu diesel thông thường, kèm theo phụ gia chứa oxy hòa tan tốt vào dầu nhờ cấu trúc hóa học của nó, tạo thành pha liên tục Chất nhũ hóa ưa nước được chuẩn bị với nước và sau đó rót từ từ pha phân tán vào pha liên tục trong bình khuấy để tránh đảo pha Nhũ tương được tạo ra bằng cách khuấy trộn hai pha với nhau, bắt đầu bằng việc khuấy chậm và sau đó tăng dần tốc độ khuấy trong thời gian cần thiết, với quá trình thực hiện ở nhiệt độ phòng.

3.2.2 Lựa chọn các thành phần cho hệ Để chế tạo được một hệ nhũ tương tốt theo yêu cầu, chúng ta phải tìm ra được hỗn hợp chất nhũ hóa và chất ổn định thích hợp Đó phải là các chất nhũ hóa có giá trị HLB nằm trong khoảng từ 3 đến 6 [35], đây chính là khoảng giá trị tối ưu nhất để tạo thành nhũ tương nước trong dầu Căn cứ vào khoảng HLB đó mà ta tìm ra tỉ lệ chất nhũ hóa / chất ổn định thích hợp, hơn nữa muốn cho quá trình tạo nhũ xảy ra nhanh chóng thì chất nhũ hóa phải là một chất dễ dàng tan trong dầu còn chất ổn định nhũ phải dễ dàng tan trong nước Bên cạnh đó, muốn cho hệ nhũ tương ổn định thì cấu trúc của các chất nhũ hóa và ổn định nhũ phải là những chất có cấu trúc hóa học cồng kềnh, nhiều mạch nhánh (đó phải là các hợp chất cao phân tử hay các oligome), do yếu tố ổn định hình học đã nói trong phần trước sẽ giúp cho các hạt nhũ không tập hợp, động tụ

Nhũ tương nước nhiên liệu diesel sẽ được sử dụng như nhiên liệu thông thường, vì vậy các chất nhũ hóa cần là chất hoạt động bề mặt không chứa ion để tránh tạo cặn trong quá trình cháy Nghiên cứu cũng bổ sung phụ gia chất oxy nhằm tăng khả năng cháy và đảm bảo quá trình cháy sạch hơn cho nhiên liệu Đồng thời, các phụ gia này phải đáp ứng yêu cầu làm ổn định nhũ tương.

3.3 Các phương pháp đánh giá chất lượng nhiên liệu nhũ tương

3.3.1 Thời gian ổn định của nhũ tương

Thời gian ổn định của nhũ tương được xác định từ lúc nhũ tương hình thành cho đến khi xảy ra hiện tượng tách lớp Để đánh giá độ ổn định này, phương pháp đơn giản nhất là theo dõi thời gian sa lắng và phân tách giữa nước và dầu Sau khi nhũ tương được tạo ra, cần đặt trong một bình thủy tinh sạch và khô, sau đó ghi nhận thời gian cho đến khi xuất hiện hiện tượng sa lắng và phân lớp, báo hiệu rằng nhũ tương đã bị hỏng.

3.3.2 Kích thước hạt Để xác định khả năng ổn định của nhũ tương người ta thường tiến hành xác định một số các thông số đặc trưng, trong đó kích thước hạt nhũ là một trong những thông số quan trọng

Có bốn phương pháp chính để nghiên cứu kích thước hạt của nhũ tương, bao gồm quan sát trực tiếp, phân tích sa lắng, đo độ phân tán ánh sáng và đếm hạt Gần đây, phương pháp phân tích giọt bằng nhiễu xạ laze đã xuất hiện, cho phép đo các hạt nhỏ đến 0,01 µm Phương pháp này nổi bật với thời gian đo nhanh và độ chính xác cao nhờ vào việc xử lý dữ liệu ngay trên phần mềm máy tính Do đó, nhiễu xạ laze được xem là phương pháp hiện đại nhất trong nghiên cứu nhũ tương hiện nay.

Cách đơn giản nhất để xác định kích thước hạt là sử dụng kính hiển vi Các mẫu có thể được nghiên cứu theo một hoặc hai cách.

Để kiểm tra nhũ tương, phương pháp đầu tiên là pha loãng từ 20 đến 30 lần và đặt một giọt nhũ tương lên miếng kính có chỗ lõm ở giữa Kích thước của các giọt được xác định bằng cách so sánh với nhau, và quá trình này tiếp tục cho đến khi ít nhất 500 giọt được phân lập, tốt nhất là khoảng 500 giọt.

Việc sử dụng 2000 giọt có thể giúp việc chụp ảnh và nghiên cứu trở nên dễ dàng hơn Khi một lăng kính được gắn với thị kính, hình ảnh có thể được chiếu lên màn hình, tạo ra phương tiện thay thế cho độ phóng đại lớn hơn.

Nhũ tương được pha loãng khoảng 100 lần, với một giọt mẫu được đưa vào dụng cụ xác định kích thước tế bào Số lượng giọt được xác định không vượt quá 500 giọt.

Trong đó: φ: Phần tử của pha phân tán

D m : Đường kính trung bình của giọt

Kết quả chính xác có thể đạt được khi kết hợp cả hai phương pháp, nhưng việc tính toán tất cả các hạt trong phương pháp thứ hai gặp khó khăn Khi độ nhớt của pha phân tán thấp, chuyển động Brown của các giọt có thể được giảm bớt bằng cách pha mẫu với Glyxerin và một số Povalcol nhớt.

Nhiều phương pháp cơ học đã được thử nghiệm để giảm công việc đếm bằng mắt, trong đó có việc sử dụng kính hiển vi nhân đôi hình ảnh Kính hiển vi được kết hợp với một dụng cụ tách tia, cho phép hiển thị hai hình ảnh của mỗi giọt Khi hai hình ảnh trùng khít, bất kỳ sự dịch chuyển nào sẽ tạo ra hình ảnh màu xám, trừ phần chồng lên nhau có màu tối hơn Thiết bị cho phép chọn tỷ lệ dịch chuyển, giúp mỗi giọt được phân loại theo kích thước khi các hình ảnh trở nên riêng biệt Kết quả được sắp xếp này được đưa vào 10 máy đếm điện tử, cho phép đếm 600 giọt trong vòng 10 phút.

Nghiên cứu lựa chọn chất nhũ hóa và chất tạo nhũ

Có nhiều loại chất nhũ hóa có thể được sử dụng để chế tạo hệ nhũ tương Tuy nhiên, việc lựa chọn chất nhũ hóa phù hợp thường dựa vào phương pháp thực nghiệm trong thực tế.

Nhũ tương nước trong dầu là loại nhũ tương nghịch, vì vậy giá trị HLB của chất nhũ hóa cần phải thấp Để đảm bảo tính ổn định cho nhũ tương, chất nhũ hóa phải có cấu trúc mạch cồng kềnh Ngoài ra, khi sử dụng nhũ tương như một loại nhiên liệu thông thường, chất nhũ hóa phải không chứa ion để tránh việc hình thành cặn do các ion kim loại trong quá trình cháy.

Nghiên cứu của Cherng-Yuan Lin, Kuo-Hua Wang và Krister Holmberg chỉ ra rằng dòng chất tạo nhũ Sorbitan có khả năng tạo nhũ tương nghịch tốt nhất Dựa trên tính khả dụng của chất này tại Việt Nam, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu và so sánh Sorbitan với các chất hoạt động bề mặt khác như glyceryl monostearate và dietylen glycol monolaurat Thí nghiệm được thực hiện với thành phần 90% diesel, 7% nước cất và 3% chất tạo nhũ ở nhiệt độ phòng trong thời gian 4 phút, với kết quả được trình bày trong Bảng 4.1.

Bảng 4.1 Kết quả lựa chọn chất nhũ hóa

Chất HĐBM Kết quả Loại nhũ tương

Glyxerol monostearat Tạo nhũ kém Nhũ tương nghịch

Dietylen glycol monolaurat Tạo nhũ kém Nhũ tương nghịch Chất tạo nhũ dòng Sorbitan Tạo nhũ tốt Nhũ tương nghịch

Nghiên cứu cho thấy tất cả các chất đều có khả năng tạo nhũ tương Khi nhũ tương được thêm vào diesel và khuấy trộn mạnh, hiện tượng pha loãng xảy ra Dựa trên phương pháp nhận dạng, các nhũ tương được tạo ra đều thuộc loại nhũ tương nghịch Đặc biệt, chất tạo nhũ dòng Sorbitan cho hiệu quả tốt hơn, và chúng tôi gọi chất này là CNHBK02.

Một số đặc điểm của chất nhũ hóa này là:

- Là chất có giá trị HLB thấp (có thể chế tạo được trong dòng Sorbitan)

Chất nhũ hóa không ion là một loại chất lỏng nhớt màu vàng sáng, không mùi và dễ hòa tan trong các dung môi, nhưng không hòa tan trong nước.

4.1.2 Chọn chất ổn định nhũ

Nghiên cứu cho thấy rằng một chất nhũ hóa đơn lẻ thường không ổn định bằng hỗn hợp các chất nhũ hóa Kết quả thực nghiệm so sánh hai mẫu nhũ tương: một mẫu chỉ có chất nhũ hóa và một mẫu có hỗn hợp chất nhũ hóa cùng chất ổn định Kết quả cho thấy mẫu thứ hai ổn định lâu hơn Nguyên nhân là do khi chỉ có chất nhũ hóa, các hạt nhũ tương dễ kết hợp thành hạt lớn hơn, dẫn đến sa lắng và tách nhũ nhanh chóng Việc thêm chất ổn định giúp ngăn các giọt nhũ tương lại gần nhau, từ đó làm tăng độ ổn định của nhũ tương Để chọn chất ổn định phù hợp, chúng tôi khảo sát các chất Polysorbate 80, Polysorbate 60, Polysorbate 20 và Sorbitol, với thành phần nhiên liệu gồm 89,7% Diesel, 7% nước, 3% chất nhũ hóa CNHBK02 và 0,3% chất ổn định nhũ, được khuấy trộn bằng máy khuấy cơ học trong 4 phút.

Hình 4.1 Chất nhũ hóa CNHBK02 nhiệt độ phòng Kết quả khảo sát độ bền của nhũ tương khi có thêm chất ổn định nhũ được trình bày trong Bảng 4.2

Bảng 4.2 Khảo sát chất ổn định nhũ

Chất ổn định nhũ Quan sát trực quan về khả năng tạo nhũ

Dự đoán khả năng ổn định nhũ

Polysorbate 20 Tạo nhũ ngay Ổn định tốt

Polysorbate 60 Tạo nhũ ngay Ổn định kém

Polysorbate 80 Tạo nhũ ngay Ổn định tốt

Sorbitol Tạo nhũ ngay Ổn định tốt

Qua bảng kết quả, ta thấy có 3 chất ổn định nhũ phù hợp đó là: Polysorbate 20, Polysorbate 80 và Sorbitol

Trong 3 chất ổn định nhũ, chúng tôi chọn chất ứng với số ngày ổn định lâu nhất ký hiệu là CODBK02 Một số đặc điểm về loại chất ổn định này:

- Là chất có giá trị HLB cao

- Là chất hoạt động bề mặt không ion, dạng lỏng trong suốt, không mùi, tan tốt trong nước 256g/100g H2O ở 25 o C), axit axetic, metanol nhưng không tan trong dầu.

Khảo sát thành phần hỗn hợp

4.2.1 Xác định tỷ lệ chất nhũ hoá và chất ổn định nhũ

Tỷ lệ giữa chất nhũ hoá và chất ổn định nhũ là yếu tố quyết định trong việc nghiên cứu và chế tạo nhũ tương nước - nhiên liệu diesel Một tỷ lệ hợp lý sẽ tạo ra hệ nhũ tương bền vững, trong khi tỷ lệ thấp sẽ dẫn đến việc chất nhũ hoá không đủ để hình thành màng hấp thụ bền vững.

Hình 4.2 Chất ổn định nhũ

CODBK02 có xu hướng nhanh chóng bị sa lắng và tách dầu Nếu tỷ lệ chất nhũ hoá quá cao so với chất ổn định nhũ, sẽ dẫn đến hiện tượng đảo pha nhũ tương và gây lãng phí chất nhũ hoá Để xác định tỷ lệ chất nhũ hoá và chất ổn định nhũ phù hợp, cần xem xét giá trị HLB của hỗn hợp Loại nhũ tương phù hợp cho hệ nhũ tương nước - nhiên liệu diesel phải là nhũ tương nghịch Theo Grifin, hỗn hợp chất nhũ hoá và chất ổn định nhũ cần có giá trị HLB trong khoảng 3 đến 6 Qua thực tế pha chế và quan sát, chúng tôi nhận thấy rằng với chất CNHBK02 và CODBK02, giá trị HLB phù hợp nhất nằm trong khoảng 4,8 đến 5,3.

Theo lý thuyết đối với hỗn hợp các chất nhũ hoá, chỉ số HLB chung trong hỗn hợp được tính theo công thức: hh A A B B

W HLB +W HLB HLB W + W Trong đó:

HLBA : là giá trị HLB của chất nhũ hóa CNHBK02

HLBB : là giá trị HLB của chất ổn định nhũ CODBK02

WA: % khối lượng của chất nhũ hóa CNHBK02

WB: % khối lượng của chất ổn định nhũ CODBK02 Để xác định được tỷ lệ chất nhũ hoá/chất ổn định nhũ phù hợp ta tiến hành pha

Ba mẫu nhũ tương được nghiên cứu với tỷ lệ chất nhũ hoá và chất ổn định lần lượt là 5/1, 10/1 và 15/1 Kết quả thu được cho thấy giá trị HLB của hỗn hợp chất hoạt động bề mặt được trình bày trong Bảng 4.3.

Từ Bảng 4.3 ta nhận thấy với tỷ lệ chất nhũ hoá/ chất ổn định nhũ là 10/1 thì phù hợp nhất cho loại nhũ tương nghịch nước nhiên liệu diezel.-

Bảng 4.3 Giá trị HLB của từng hỗn hợp chất hoạt động bề mặt phụ thuộc tỷ lệ

Stt Tỷ lệ Giá trị HLB của hỗn hợp

4.2.2 Xác định hàm lượng nước thích hợp

Để chế tạo hệ nhũ tương nước nhiên liệu diesel, nước là yếu tố không thể thiếu Tuy nhiên, việc xác định tỷ lệ nước phù hợp là rất quan trọng, vì sự có mặt của nước trong nhiên liệu diesel có thể làm giảm nhiệt lượng, trị số xetan, nhiệt độ chớp nháy và tăng độ nhớt Mặc dù vậy, việc thêm nước vào nhiên liệu diesel lại mang lại lợi ích lớn cho môi trường, khi giúp giảm đáng kể lượng NOx và PM trong khí thải.

Theo nghiên cứu của K J Lissant, hàm lượng nước không nên vượt quá 30% để tránh hiện tượng đảo tướng nhũ tương, trong khi K Holmberg cho rằng hàm lượng nước tối ưu chỉ nên từ 7-15% Do đó, cần khảo sát hàm lượng nước thích hợp Chúng tôi đã tiến hành pha chế một số mẫu với tỷ lệ nước thay đổi từ 5 đến 15% Đồng thời, tỷ lệ của chất nhũ hóa và chất ổn định nhũ cũng được điều chỉnh phù hợp theo thang HLB, vì khi tăng hàm lượng nước, hàm lượng chất nhũ hóa cũng cần tăng theo.

Tổng hàm lượng chất nhũ hóa (%V)

Số ngày ổn định (ngày) a Khảo sát hàm lượng nước 5%:

Bảng 4.4 Khảo sát hàm lượng nước 5%

Thành phần hỗn hợp chất nhũ hóa và chất ổn định (%V) Tổng Thời gian ổn định

Hình 4.3 Đồ thị khảo sát với hàm lượng nước 5%

Kết quả cho thấy rằng khi sử dụng hàm lượng nước 5% cùng với tổng hàm lượng chất nhũ hóa là 2,75, nhũ tương thu được có độ ổn định kéo dài nhất là 17 ngày.

Tổng hàm lượng chất nhũ hóa (%V)

Số ngày ổn định (ngày) b Khảo sát hàm lượng nước 7% :

Bảng 4.5 Khảo sát hàm lượng nước 7%

Thành phần hỗn hợp chất nhũ hóa và chất ổn định (%V) Tổng Thời gian ổn định

Hình 4.4 Đồ thị khảo sát hàm lượng nước 7%

Với hàm lượng nước 7% và tổng hàm lượng chất nhũ hóa là 3,30, nhũ tương thu được có độ ổn định lâu nhất lên tới 22 ngày.

Tổng hàm lượng chất nhũ hóa (%V)

Số ngày ổn định (ngày) c Khảo sát hàm lượng nước 10%:

Bảng 4.6 Khảo sát hàm lượng nước10%

Thành phần hỗn hợp chất nhũ hóa và chất ổn định (%V) Tổng Thời gian ổn định

Hình 4.5 Đồ thị khảo sát hàm lượng nước 10%

Nghiên cứu cho thấy, khi hàm lượng nước đạt 10% và tổng hàm lượng chất nhũ hóa là 3,74, nhũ tương tạo ra có thời gian ổn định lâu nhất lên tới 30 ngày.

Tổng hàm lượng chất nhũ hóa (%V)

Số ngày ổn định (ngày) d Khảo sát hàm lượng nước 13%:

Bảng 4.7 Khảo sát hàm lượng nước 13%

Thành phần hỗn hợp chất nhũ hóa và chất ổn định (%V) Tổng Thời gian ổn định

Hình 4.6 Đồ thị khảo sát hàm lượng nước 13%

Nghiên cứu cho thấy rằng nhũ tương có hàm lượng nước 13% và tổng hàm lượng chất nhũ hóa 4,07 đạt độ ổn định tối đa lên đến 20 ngày Điều này chỉ ra rằng nhũ tương bắt đầu giảm độ ổn định khi hàm lượng nước vượt quá 10%.

Tông hàm lượng chất nhũ hóa (%V)

Số n gà y ổn đ ịn h (n gà y) e Khảo sát hàm lượng nước 15%:

Bảng 4.8 Khảo sát hàm lượng nước 15%

Thành phần hỗn hợp chất nhũ hóa và chất ổn định (%V) Tổng Thời gian ổn định

Hình 4.7 Đồ thị khảo sát hàm lượng nước 15%

Với hàm lượng nước 15% và tổng hàm lượng chất nhũ hóa là 4,84, nhũ tương thu được có thời gian ổn định lâu nhất là 11 ngày Tuy nhiên, sau đó, số ngày ổn định của nhũ tương bắt đầu giảm đáng kể.

Như vậy thống kê từ số ngày ổn định nhất với hàm lượng nước tương ứng ta có bảng số liệu 4.9

Số n gà y ổn đ ịn h (n gà y)

Bảng 4.9 Mối quan hệ giữa số ngày ổn định lớn nhất với hàm lượng nước

Hàm lượng nước khảo sát (%) Số ngày ổn định lớn nhất (ngày)

Hình 4.8 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hàm lượng nước với số ngày ổn định lâu nhất các mẫu thí nghiệm

Kết quả cho thấy, với hàm lượng nước 10%, mẫu nhiên liệu nhũ tương đạt thời gian ổn định lâu nhất là 30 ngày Điều này chỉ ra rằng thành phần hỗn hợp nhũ có vai trò quan trọng trong việc duy trì tính ổn định của sản phẩm.

- Chất nhũ hóa CNHBK02, hàm lượng đưa vào 3,4%

- Chất ổn định nhũ CODBK02, hàm lượng đưa vào 0,34%

- Tỷ lệ hai chất là 10:1

- Hàm lượng nước thích hợp nhất là 10%

4.3 Khảo sát thời gian và tốc độ khuấy

Thời gian khuấy trộn là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình chế tạo nhũ tương, bên cạnh chất nhũ hoá và hàm lượng nước Để xác định thời gian khuấy trộn tối ưu, cần tiến hành khảo sát mẫu với các khoảng thời gian khác nhau nhằm tìm ra thời gian lý tưởng cho việc tạo nhũ.

Tiến hành pha các mẫu nhũ tương nước - nhiên liệu diezel với hàm lượng các chất như sau:

- Thời gian khuấy trộn thay đổi từ 2 phút đến 6 phút

Kết quả được thể hiện trong Bảng 4.10

Bảng 4.10 Xác định thời gian khấy trộn

Thời gian khuấy trộn (phút) Thời gian sa lắng (phút)

Qua Bảng 4.10, ta nhận thấy thời gian khuấy trộn phù hợp nhất là 4 phút

Sau khi xác định thời gian tối ưu, chúng tôi tiến hành khảo sát để tìm tốc độ khuấy tối ưu Do hạn chế về thời gian, chỉ khảo sát ba tốc độ khuấy là 1500 vòng/phút, 2500 vòng/phút và 3000 vòng/phút với thời gian khuấy giống nhau Kết quả cho thấy tốc độ 2500 vòng/phút là hiệu quả nhất.

Nghiên cứu lựa chọn phụ gia

Nhiên liệu nhũ tương chứa nước, dẫn đến nhiệt trị giảm, vì vậy phụ gia chứa oxy được nghiên cứu để cải thiện khả năng cháy, giúp quá trình cháy triệt để hơn và giảm thiểu khí thải như NOx, CO, và cặn hydrocacbon Các phụ gia được lựa chọn cần có nhóm OH để tăng cường khả năng phân tán nước vào pha dầu, hoặc chứa nhóm –COOH để phân tán tốt trong dung môi không phân cực như dầu diesel Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã chọn biodiesel làm phụ gia cho quá trình tạo nhũ, nhờ vào những đặc điểm vượt trội của nó.

Biodiesel có trị số xetan cao (56 ÷ 58) do chứa các alkyl mạch thẳng, giúp đáp ứng yêu cầu của động cơ cần nhiên liệu chất lượng cao với khả năng bắt cháy tốt mà không cần thêm phụ gia.

Biodiesel có hàm lượng lưu huỳnh rất thấp, chỉ khoảng 0,001%, giúp giảm đáng kể khí thải SOx Đặc tính này không chỉ bảo vệ thiết bị khỏi sự ăn mòn mà còn góp phần giảm ô nhiễm môi trường, làm cho biodiesel trở thành lựa chọn lý tưởng cho nhiên liệu.

Quá trình cháy sạch của nhiên liệu biodiesel, nhờ vào việc chứa khoảng 11% oxy, giúp quá trình cháy diễn ra hoàn toàn Điều này dẫn đến việc giảm đáng kể sự hình thành muội và cặn bẩn trong động cơ khi sử dụng biodiesel.

Hiện nay, trên thế giới, nhiên liệu biodiezel được pha trộn với nhiên liệu diesel khoáng với tỷ lệ từ 2% đến 20%, thường theo các tỷ lệ B5, B10, B15, B20 Tại Việt Nam, tỷ lệ pha trộn được khuyến nghị là B5 Chúng tôi tiến hành pha trộn từ 1% đến 5% biodiezel vào nhiên liệu nhũ tương diesel và theo dõi số ngày ổn định của nhũ tương Mẫu biodiezel được chế tạo tại Phòng nghiên cứu Trọng điểm Lọc Hóa Dầu, Viện Hóa Học Công Nghiệp Hà Nội.

Số n gà y ổn đ ịn h (n gà y)

Bảng 4.11 Xác định hàm lượng biodiezel

Thời gian ổn định (ngày)

Hình 4.9 Khảo sát hàm lượng phụ gia

Khi thêm phụ gia biodiesel vào nhũ tương, thời gian ổn định tối đa đạt 28 ngày với hàm lượng 1% và 2% Do đó, chúng tôi chọn hàm lượng 2% biodiesel để chế tạo nhũ tương Tiếp theo, chúng tôi đã đo nhiệt trị của mẫu nhiên liệu nhũ tương và nhiên liệu diesel tại Trung tâm Hóa nghiệm Xăng dầu Quân Đội, với kết quả được trình bày trong Bảng 4.12.

Bảng 4.12 Nhiệt trị nhiên liệu nhũ tương và diezel Chỉ tiêu Nhiên liệu nhũ tương Diezel

Theo Bảng 4.12, nhiệt trị của nhiên liệu nhũ tương thấp hơn so với nhiên liệu thông thường, nhưng sự chênh lệch không đáng kể Nguyên nhân là do trong thành phần nhũ tương có bổ sung 2% phụ gia biodiesel, dẫn đến mức độ giảm nhiệt trị không lớn.

Đánh giá chất lượng nhiên liệu nhũ tương

Trên cơ sở kết quả thực nghiệm nghiên cứu thu được, tiến hành pha chế mẫu nhũ tương với các thành phần tối ưu như sau:

- Chất nhũ hóa CNHBK02 với hàm lượng là 3.4%

- Chất ổn định nhũ CODBK02 với hàm lượng là 0.34%

- Phụ gia biodiezel với hàm lượng là 2%

- Thời gian khuấy trộn 4 phút ở nhiệt độ phòng

- Tốc độ khuấy trộn 2500 vòng/phút

Sau đó tiến hành đo và phân tích các mẫu nhiên liệu nhũ tương tạo thành.

Mẫu nhiên liệu nhũ tương được pha chế với thành phần tối ưu đã cho thấy thời gian ổn định lâu nhất lên đến 28 ngày Điều này chứng tỏ rằng sự kết hợp giữa chất nhũ hóa và chất tạo nhũ đã giúp cải thiện đáng kể thời gian ổn định của nhiên liệu nhũ tương.

Mẫu nhũ tương được quan sát qua kính hiển vi điện tử JEM 1010 của JEOL - Nhật Bản với độ phóng đại 2500 tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương I, cho thấy mật độ phân bố hạt nhũ tương rõ ràng trong Hình 27.

Hình ảnh cho thấy các hạt nhũ tương có mật độ phân bố đồng đều và kích thước hạt nhỏ, từ 0,12 đến 0,25 mm Kích thước nhỏ của hạt làm tăng diện tích bề mặt riêng, điều này rất quan trọng cho hiệu ứng “vi nổ” trong quá trình.

Hình 4.10 Ảnh chụp mật độ phấn bố hạt nhũ tương

4.5.3 Các chi tiêu chất lượng nhiên liệu nhũ tương

Tiến hành đo mẫu nhiên liệu nhũ tương tạo được tại trung tâm Hóa nghiệm Xăng dầu quân đội ta được Kết quả được thể hiện trên Bảng 4.13:

Bảng 4.13 Các chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu nhũ tương nước - diezel

TT Chỉ tiêu chất lượng Phương pháp

4 Độ nhớt động học ở 40 0 C, cSt D445 3.285 3, 932

6 Ăn món mảnh đồng ở 50 0 C, 3h D130 Loại 1A Loại 1A

7 Nhiệt độ chớp cháy cốc kín, 0 C D93 73 71

Qua các thông số chỉ tiêu của nhiên liệu nhũ tương và so sánh nó với nhiên liệu diezel thông thường ta thấy:

Nhiệt độ cất và nhiệt độ chớp cháy của nhiên liệu giảm khi có sự hiện diện của nước, vì nước có nhiệt độ sôi thấp hơn và bay hơi dễ dàng hơn Điều này dẫn đến sự bay hơi của các giọt dầu, làm giảm nhiệt độ bốc hơi chung của hỗn hợp.

Khối lượng riêng của nhiên liệu nhũ tương tăng lên do sự pha trộn với nước, vì khối lượng riêng của nước là 1000 kg/m³, điều này dẫn đến việc làm tăng khối lượng riêng của nhiên liệu nhũ tương.

Độ nhớt của nhiên liệu nhũ tương tăng do sự hiện diện của các chất nhũ hóa, tạo ra hiệu ứng hình học giữa các phân tử Điều này làm tăng ma sát nội tại giữa các lớp nhiên liệu, khiến cho việc trượt lên nhau trở nên khó khăn hơn.

- Nhiệt trị của nhiên liệu nhũ tương giảm do sự có mặt của nước, nhưng do thêm phụ gia chứa oxy biodiezel nên nhiệt trị giảm không đáng kể

Nhìn chung các chỉ tiêu của nhiên liệu nhũ tương có thay đổi nhưng vẫn nằm trong khoảng cho phép các chỉ tiêu của nhiên liệu diezel

4.5.4 Khảo sát các thông số thực tế của nhiên liệu nhũ tương

Mẫu nhũ tương sau khi pha chế đã được thử nghiệm trên động cơ nghiên cứu AVL 5402 tại Phòng thí nghiệm động cơ đốt trong, Viện cơ khí động lực, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Mục đích của thử nghiệm là khảo sát các thông số công suất, mức tiêu hao nhiên liệu, và thông số khí thải, đồng thời so sánh với nhiên liệu diesel thông thường Trong quá trình thử nghiệm, chúng tôi giữ nguyên tốc độ quay của động cơ để đảm bảo tính chính xác của các kết quả thu được.

Tốc độ khảo sát đạt 1600 vòng/phút, tương đương với tốc độ động cơ của một xe buýt thông thường Các chế độ tải khác nhau được tăng dần để kiểm tra hiệu suất Dưới đây là các kết quả và nhận xét từ quá trình khảo sát.

Hình 4.11 Động cơ nghiên cứu AVL 5402

Chế độ tải (mm3/ct)

Bảng 4.14 Công suất của động cơ

Hình 4.12 Đồ thị công suất của động cơ

Theo đồ thị, công suất động cơ tăng dần khi chế độ tải tăng với cả nhiên liệu diesel thông thường và nhiên liệu nhũ tương Tuy nhiên, công suất của nhiên liệu nhũ tương thấp hơn một chút, trung bình giảm 2.55% so với nhiên liệu diesel thông thường Sự chênh lệch này có thể được giải thích như sau:

Chế độ tải (mm3/ct)

T iê u h ao n h iê n li ệu ( K g/ h )

Công suất động cơ diesel phụ thuộc vào tỷ lệ nhiên liệu - không khí Khi pha trộn 10% nước vào nhiên liệu diesel để tạo nhiên liệu nhũ tương, hàm lượng diesel trong nhiên liệu nhũ tương sẽ thấp hơn so với nhiên liệu diesel thông thường, dẫn đến tỷ số nhiên liệu diesel giảm và công suất động cơ cũng giảm theo Tuy nhiên, sự giảm này là không đáng kể và có thể chấp nhận được.

4.5.4.2 Lượng tiêu hao nhiên liệu

Bảng 4.15 Lượng tiêu hao nhiên liệu

Hình 4.13 Đồ thị lượng tiêu tốn nhiên liệu

Chế độ tải (mm3/ct)

Qua đồ thị Hình 30, tiêu hao nhiên liệu tăng khi tải trọng tăng đối với cả hai loại nhiên liệu Khi tải trọng tăng, công suất động cơ cũng tăng, dẫn đến việc tiêu hao nhiên liệu tăng theo Tuy nhiên, khi sử dụng nhiên liệu nhũ tương diesel, mức tiêu hao nhiên liệu có xu hướng giảm nhẹ so với nhiên liệu diesel thông thường, điều này có thể giải thích bởi khả năng cháy triệt để hơn của nhiên liệu nhũ tương.

Bảng 4.16 Lượng khí NO x tạo ra trong khí thải

Hình 4.14 Đồ thị NO x tạo ra trong khí thải

Hàm lượng khí NOx trong khí thải động cơ giảm dần khi tải trọng tăng đối với cả hai loại nhiên liệu Tuy nhiên, khi tải trọng cao, mức độ khí NOx trong khí thải động cơ sử dụng nhiên liệu nhũ tương giảm mạnh hơn so với nhiên liệu diesel thông thường, đặc biệt là ở chế độ tải cao, lượng NOx tạo ra giảm tới 20% Giải thích cho hiện tượng này là ở chế độ tải thấp và trung bình, nhiệt độ của khí nitơ và oxy cao, khiến nitơ dễ bị oxy hóa thành NO, sau đó chuyển hóa thành NO2, dẫn đến quá trình tạo ra NOx diễn ra dễ dàng hơn và do đó hàm lượng khí NOx lớn.

Khi có mặt của nước, nhiệt độ sôi của nước thấp hơn nhiều so với các thành phần khác trong nhiên liệu diesel, dẫn đến việc nước dễ bay hơi Quá trình bay hơi này phá vỡ sức căng bề mặt của các giọt dầu, cho phép nước thoát ra ngoài Khi nước hòa trộn với không khí nén ở nhiệt độ cao, hơi nước chiếm chỗ oxy, gây ra hiện tượng "thiếu" oxy trong buồng cháy Điều này làm giảm các yếu tố động học cần thiết để tạo ra khí NOx, do đó lượng NOx sinh ra từ nhiên liệu nhũ tương thấp hơn so với nhiên liệu diesel.

4.5.4.4 Lượng PM tạo ra (độ mờ khói)

Bảng 4.17 Lượng PM tạo ra trong khí thải

Chế độ tải (mm3/ct) L ư ợn g P M t ro ng k hí t hả i (p pm ) Diezel

Hình 4.15 Đồ thị lượng PM tạo ra trong khí thải

Theo đồ thị, lượng PM tăng dần theo các chế độ tải, do khi tải tăng, nhiên liệu phun vào nhiều hơn và hàm lượng cacbon tăng, dẫn đến sản xuất PM nhiều hơn Tuy nhiên, so với nhiên liệu diesel thông thường, lượng PM từ nhiên liệu nhũ tương thấp hơn đáng kể, thậm chí có thể giảm hơn 60% Hiện tượng “vi nổ” của nhiên liệu nhũ tương giải thích cho điều này: nước có nhiệt độ hóa hơi thấp bay hơi trước, làm giảm thể tích và phá vỡ màng dầu thành những giọt nhỏ hơn Kết quả là nhiên liệu được phân tán mịn hơn, tăng diện tích bề mặt tiếp xúc với không khí, giúp nhiên liệu cháy triệt để hơn và giảm thiểu khói đen.

Bảng 4.18 Lượng THC tạo ra trong khí thải

Chế độ tải (mm3/ct)

Hình 4.16 Lượng THC trong khí thải

Theo Hình 4.16, lượng THC (cặn hydrocacbon chưa cháy hết) trong nhiên liệu nhũ tương thấp hơn khoảng 22% so với nhiên liệu diesel thông thường Nguyên nhân là do sự hiện diện của nước và phụ gia chứa oxy, giúp nhiên liệu nhũ tương cháy triệt để hơn.

Chế độ tải (mm3/ct)

4.5.4.6 Lượng khí CO 2 tạo ra

Bảng 4.19 Lượng khí CO 2 tạo ra trong khí thải

Hình 4.17 Lượng CO 2 tạo ra trong khí thải