(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu sự ảnh hưởng của nhiên liệu biodiesel từ mỡ cá basa (pangasius) đến hiệu suất và khí thải động cơ diesel

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN TUẤN ANH NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIÊN LIỆU BIODIESEL TỪ MỠ CÁ BASA (PANGASIUS) ĐẾN HIỆU SUẤT KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ KHÍ ĐỘNG LỰC- 520116 SKC006285 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2019 B GIÁOD O IH MK THU T THÀNH PH H CHÍ MINH LU NGUY NGHIÊN C N ANH US BIODIESEL T NG C A NHIÊN LI U M CÁ BASA N HI USU TVÀKHÍTH NGÀNH: K THU NG L C - 520116 ng d n khoa h c: PGS T PGS TS NGUY N HUY BÍCH Tp H Chí Minh, tháng 10 LÝL CHKHOAH C I.LÝL C: H n Anh & tên: Nguy Gi i tính: Nam n Tre Quê quán: B n Tre Ch Dân t c: Kinh a ch liên l c: 33, p Tân Phong, xã Thành Th i A, M riêng ho Cày Nam, B n Tre n tho n tho i nhà riêng: 0977734904 uan: O: i h c: H o: Chính quy Th ot ng, thành ph n 10/2014 i h c Nông Lâm Tp.HCM, Tp.HCM Ngành h c: Công ngh k thu t ô tô Tên khóa lu n: Nghiên c u, thi t k , ch t o mơ hình th c hành h th ng a ov i h c Nông Lâm Tp.HCM ng d n: ThS Nguy n Tr nh Nguyên Th H o: Chính quy Th i ot ng, thành ph Ngành h c: K thu ih n 10/2018 m K Thu t Tp.HCM ng l c Tên lu us ng c a nhiên li u Biodiesel t n hi u su t khí th i o v lu ih m K Thu t Tp.HCM ng d n: PGS.TS Lý t PGS TS Nguy n Huy Bích i m cá 10 B ng s li u th c nghi m phát th i CO2 (%) II Gi y xác nh n th c hi n t ng h p Biodiesel t m cá basa NGHIÊN C U S BIODIESEL T M NG C A NHIÊN LI U NHI USU TVÀKHÍTH THE EFFECT OF BIODIESEL FUEL OBTAINED FROM PANGASIUS OIL ON DIESEL ENGINE PERFORMANCE AND EXHAUST EMISSIONS Nguyen Van Tuan Anh , PGS.TS Ly Vinh Dat , PGS.TS Nguyen Huy Bich H c viên cao h c ih ih TÓMT m K thu ng t Tp.HCM m K thu t TP.HCM i h c Nông Lâm TP.HCM T Nghiên c u kh li m cháy, công su t , mô men xo n, su t tiêu hao nhiên d ng nhiên li u diesel sinh h c t m cá tra, cá basa Cùng v i khí th c nghiên c u th c nghi m m diesel x, HC CO,CO2 m khói s EMEI Model 185N , cơng su t thi t k : 5.88 kW Tính ng d ng c a vi c s K t qu nghiên c m c phát th i CO gi m t c kh o sát nhi u nh t 6% bình cho d u diesel sinh h h n h p nhiên li u B20, B40 B60 3.8%, th n % so v nghiên c u th c nghi m cho th y r ng hồn tồn có t s d gi m T khóa: nhiên li u diesel sinh h c; m u diesel; khí th i ABSTRACT This study investigates the characteristics of combustion, power, torque, efficiency, diesel fuel consumption when using Biodiesel from catfish and basa fish fat Along with emissions such as NOx, HC, CO and CO2, smoke opacity will be studied experimentally in an EMEI Model 185N diesel engine, designed capacity: 5.88 kW The applicability of the use of Biodiesel from catfish oil and tra fish is checked The research results show that this biofuel corresponding to the 20% blend ratio has a maximum CO reduction of 50% at 1700 rpm, NOx decreases most at the maximum reduction rate surveyed at 1000 rpm it is 10%, the smoke level increases at low speed then gradually decreases the maximum decrease of 6% at 1900 rpm, HC decreases 28% at 1700 rpm, Average CO reduction for diesel Bio is 9.03% at all engine speeds The average reduction of B2 0, B40 and B60 fuel mixes is 3.8%, 8.2%, 15.1% In terms of power and torque, which is to 3% lower than that of diesel fuel, the difference is not much Empirical research results show that it is entirely possible to apply biofuel from fish fat used for internal combustion engines without changing engine structure During operation, the engine is stable as well as the emissions are different from the traditional fuel in the direction of reduction Keywords: Biodiesel;pangasius oil; diesel engine; diesel fuel; emission GI ITHI U x Biodiesel B10 B20, chút 18 t nhiên - 190 230kg/ cm2 , 210kg/cm Biodiesel - 6] D 2.1 THI TL P THÍ NGHI M b trí thí nghi m Phadatare [8] cho - 94% cho Karanja Methyl Ester (B100) -67% trung Biodiesel Hình - b trí thí nghi m 1) bình khí nén, 2) b u ch nh áp su t, 3) xy lanh chính, 4) xy lanh phanh, 5) c m bi n t , 6) m bi Biodiesel [12,16] Trong Biodie se l c m bi n áp su ng u, 12) cân, 13) l c khói, 14) thi t b m 160, 15) thi t b phân tích khí x KEG 500 khói OP Các th nghi 2.2 T ng h p Biodiesel c ti n hành m u n l nhìn th y Chu n b m u: m c ph nm cl yg mb n it lát m cá ng, lo i máu ch t b n b c s ch, c t ng t t t 90-100 C, nghi n nh ra, l c l ym l ng, r a b ng dung d c mu i, l ng tách c l y m s ch B ng Thông s k Ti n hành t ng h p theo quy trình sau: n : xúc tác a xít Model Lo Nguyên li bình ph gi it l ng : 0.2 500 , nhi 600 vịng/phút c trì th m u th nghi m, áp su t nghi a, l t, nh n c hi n ph n ng este hóa axit béo t d chuy n hóa: RCOOH + C2H5OH RCOOC2H5 + H2O (1) c nhiên l ng gia nhi c i m i Các thí nghi m c th c hi gi ho nghi t 85 -90 C nghi c phép ch nhiên li u l nghi it th i v n m yt lo i b ng ethoxide H2SO nh m k t thúc giai xúc tác axit, t o di u ki n th u th 2KOH + H2SO nghi m m i Các thí nghi c th c hi n cho b n lo i nhiên li u khác nhau, b t u v c trì v i B20, B40, B60 Các th nghi m v hi u su t phát c hi p n c hi n giai th c b c th yên h n h n h p sau c trung hòa b tiêu th 55 C Khu y gia nhi t di n m phun, c n ga hi u chu n theo giá tr danh c nh ng v t cvit c b l n c cho vào Ti n hành gia nhi t l h n h p ph n t 55 C, gi gia nhi t gi B sung xúc tác H2SO4 95% khu y tr n liên S xy lanh ng lanh Hành trình Cơng su t t Su t nhiên li th c nghi m, phòng Ch bi n th y s n, khoa Công ngh th su xo b ng cách s t M c tiêu th nt t li u b cl yt ngu n ph ph m sau th i i t m i b c 100 vòng/phút cho t ng lo i nhiên li u Gia nhi t h nhi nh K2SO4 + H2O (2) pv n ph n ng thích h p ng ethoxide l i vào khu y tr n v i t 500 -600 vòng/phút kho ng gi 30 phút ng ng khu y ng ng gia nhi t n x y ph n ng chuy n este hóa gi a triglyceride ethanol t o thành ethylester Quá trình khu y s giúp tác ch t ethanol t o thành ethylester Quá trình khu y s giúp tác ch t ti p xúc t t v u su t ph l p rõ r t L p ch t r c rút kh i dung d ch, sau 20 phút chi t rút m t l n L Chu nb p Biodiesel thô ethoxide: h p ch Theo lý thuy m n ct it mt ih n Sau -men xo n gi m d n S i mô-men xo n v i vi c s d h p B0, B20, B40, B60 K t qu cho l pha tr n h n h u có th nh c ng ethanol s d ng cho m i thí nghi c tính cho t ng th tích ethanol dùng theo l a ch n ng h n th y, mô-men xo t ki m dùng c hịa tan v t trong, mơ-men xo n n vòng m t gi dung d ch tách thành K TQU VÀTH OLU N 3.1 Mô men xo n có ích nhi a Biodiesel nh t c t tr th a nhiên li u cao ng nhiên li u gi m hi u su t th tích c -men xo n gi m n th R a Biodiesel: Biodiesel t o thành l n xúc tác ki a dung d ch v ng trung tính Biodiesel cr a b o b t khí Thêm m t axit H3PO4 Th c hi n th c r i b t vòng gi cs a yên n ph m Biodiesel có pH trung tính màu s Hình S i mơ-men xo n s d ng m u nhiên li u Xúc tác a xít i v i B20, mơ-men xo Dung d ch tách l p c cao i nhiên li u khác g n b ng v i B0 Các giá tr mô-men xo nh c cho nhiên li u diesel (B0) lo i nhiên li u th nghi m Giá tr nhi ng c a B20 v n g n v i giá tr c a -men xo nra Biodiesel S n ph m sau r a Hình T ng h p Biodiesel t m cá basa n V mô-men xo th i th c n c hi n nghi m p c t n 2300 vịng/phút, m th tr mơ-men xo c 100 y hình 3, giá ct vi c s i B40, B60 S d ng chênh l ch l n nh t mô-men xo n gi li u B0 B60 t 24.8% Các giá tr a nhiên i 1500 vịng/ mơ-men xo t m n thu c ct ng kho iv B60 so v i m u B0.Ngoài ra, i B20, B40, t th p c c hút vào y u làm cho h n h p khơng khí nhiên li u hịa tr n khơng t t d tồn ns t cháy khơng hồn t li ng nhiên c cung c p b n th p Biodiesel men xo n cho h n h nh - p diesel sinh h c B40 B60 v n th p cho c u ki n so sánh v i nhiên li u B0 B20 Hình S i cơng su t theo t l pha Biodiesel diesel Chênh l ch công su t t 3.2 a nhiên li u diesel h n h p Biodiesel lên v i s ng nhiên li u nh t c a Biodiesel sinh h c h n h p cháy h 3.3 Su t tiêu hao nhiên li u có ích (ge) thành hi u qu cháy nhiên li u diesel Q trình cháy tr Khi thí nghi , h n h p kéo dài d c m c tiêu hao nhiên li u theo th i gian (g/h) công su t phát c h Biodiesel th nên có s su t S t nhiên li u c nhiên li u có ích ge ct nhiên li u c th i v i h n h p khác c a B20, B40, B60 nhiên li c trình bày th p nh t cho m i m u nhiên li u pha tr n it su t tiêu hao Vi c so sánh m c tiêu th l hình Giá tr nhiên li u B60 v ng l công su ml t kho t thu ng 2,5%, i v i B20, B40, B60 M c gi m cơng su t trung bình cho h n h p diesel sinh h c 8.70% hình Su t tiêu hao nhiên li u c a ng 0.77%, 3,38%, 5,44% cho l t B20, B40, B60 Các giá tr c a su t tiêu hao nhiên li u cao nh t c a nghi c cho nhiên li u B100 t iv ho ng ng tiêu th ch tồn t nhiên li u có ích t i thi u t i i, c quan sát i v i nhiên li u B0 t ng tiêu th nhiên li u có ích c a B0 320.80 i v i nhiên li nh ng tiêu th 320.56 g/kWh hịa tr Hình Su t tiêu hao nhiên li u có ích theo t l pha Biodiesel diesel i v i nhiên li u B40 B60, su t tiêu hao nhiên li u t i thi c tìm th y 1900 vịng/phút Các giá tr 330.62 g/kWh, i v i ho th phân bi t s y t i, có khác bi gi diesel Biodiesel Nó có th k t h nh nhi Biodiesel th iv a h n h p p y u t ng c a a h n h p so v i ho ng c ng yt t i, t tiêu hao nhiên li u có ích c c quan sát th v i lo i nhiên li u khác bao g m c nhiên li u diesel Nó có th nhiên li u, tính ch t c ph n ng d ns t th p so ng oxy c t cháy hoàn 3.4 Phát th i CO S bi i c a phát th i CO trình th c nghi d ng B20, c so sánh v i nhiên li u B0 hình Quá trình hịa tr n nhiên li u vào khí n p b ng b i nh ng khó u n t th nh li u khác c a Ngồi ra, h n h p giàu nhiên li u c t o toàn t i ho c t i ng oxy phân t diesel sinh h ns s Diesel sinh h nhiên li cháy hoàn h m s Hình Phát th i CO theo t l pha tr n Biodiesel ng khí th i CO gi c trì có th oxy v n có nhiên li u sinh h c Trung bình gi m kho ng 42,9%, 61,9%, ng v i B20, B40, B60 so v i nhiên li c v i oxy khơng khí, oxy nhiên li y nhanh t cháy t giàu nhiên li l bên ki u phun u M t cháy hoàn h nt phân t vi c gi diesel sinh h c lý ng khí th i CO th y hình giá tr phát th u gi m s d ng nhiên li u B40 3.5 Phát th i NOx su t tiêu th nhiên li u nhi u nh t dãy t ng phát th i HC gi m d n cho t t c m u nhiên li u v i t Tth c nghi m s li u cho th y phát th i NOx diesel thu n túy S NOx ng v i lo m ho c g n b ng v i bi i c a phát th i it m yt i, n t n iv i nhiên li t xi lanh, nhi t nghi c trình bày hình K t qu th c nghi m cho th y gi m kho ng 1.2%, 5,3%, 10,3% cho l t B20, B40, B60 so v i B0 Nh ng bi i phát th i NOx c a t l hoàn tr n cho th ng ng t v i nhiên li u diesel 400 350 300 250 Hình ng phát th i HC theo t l pha Biodiesel diesel 200 150 B 100 c 1000 Hình tr oxy hóa c a HC lên t có s n Biodiesel gi ng phát th i HC [4,14] Nh nt i v phát th i HC theo i v i nhiên li u diesel tiêu chu n, nhiêu li u v i t ng khí th t i nh c ghi nh i NOx cao nh nb im t m y Biodiesel c th c cung c p v i oxy ng v c trình nh ng ý r ng oxy sinh t t nhiên li u có hi u qu c cung c p v i khơng khí trình s n xu t NOx 3.7 Phát th i CO2 T tc m m u nhiên li u t o c phát th m t thông s i HC cao t quan tr a s n ph m khí th i th hi n q t cháy hồn tồn Khi t cho q trình oxy hóa ph n h n h p c a nhiên li u khơng khí ng phát th i HC t B20, B40, B60 th v i d u diesel Lý gi m HC cho diesel sinh h c, diesel sinh h c ch a thêm oxy giúp c i thi t cháy CO2 t n t i gi Lý c a vi c gi m phát th i HC cho th y oxy ngu n cung c p i B20, B40, B60 so v i nhiên li 3.6 Phát th i HC diesel sinh h hi n hình Trung bình phát th i HC gi m kho ng u nhiên li u B20 sinh t nhiên li u v cháy nhanh hoàn h l pha xốy l c c n a khơng khí ng lên k t h p v i oxy d u diesel sinh h p vào ph n ng c a nhiên li u xi lanh ng phát th i CO2 Hình 10 Biodiesel Hình ng phát th i CO2 theo t l pha tr n Biodiesel ng khí th i CO2 c diesel ch y b ng h n h p Biodiesel nhiên li c th hi n hình CO2 h n h p diesel sinh h c th diesel M c gi c 9,03% i m CO2 trung bình cho d u diesel sinh h i B60, c quan sát th t i ng khí th i CO2 th p nh B20 T hình 10 c tìm th y cho B60 Ph n nb ng v ng phát th ng K TLU l pha i khói g ng v i B20, K t qu N cho th y v is m, su t tiêu hao nhiên li u i NOx, CO, CO2 B40 B60 3.8%, 8.2%, 15.1% s u Biodiesel có ph n ng h i nhiên li u diesel M c gi m trung ng h n h p nhiên li u B20, at l pha tr n h n h p, mơ-men xo n, gi m Có th d ng h n h p nhiên li u th p m khói l i có i v i B20, mơ-men xo n công su t, su t tiêu hao nhiên li u g n i nhiên li u diesel m khói lo i nhiên li hình 10 it ng ng phát S ng v i nhiên li u công su ng cacbon nhiên li u th i CO2 s yr B40, B60 so v i nhiên li u diesel t ng khí v T hình 10, có th nh n th y r ng ng phát th i v i B40 B60 so sánh v i nhiên li u B0 i p th i CO2 th p nh khói theo t l pha tr n 20% nhiêu li u sinh h c vào diesel ng khí th m it c m is m iv ngh nghiên c u ti p theo nghiên i c trình bày c báo cáo b i [4,11] r ng nhiên li n cháy tr hi ng phát th i h t th m c t i cao c u gi l nh t, quy mô s n xu t Biodiesel u qu s TÀI LI U THAM KH O [1] International Energy Outlook 2013 With Projections to 2040, July 2013 [2] Veltman MK, Karra PK, Kong SC Effects of Biodiesel Blends on Emissions in Low Temperature Diesel Combustion Fuel Processing Technology 133 (2015) 152 160 [3] D Kannan, S Pachamuthu, M.N Nabi, J.E Hustad, T Løvås, Theoretical and experimental investigation of diesel engine performance, combustion and emissions analysis fuelled with the blends of ethanol, diesel and jatropha methyl ester, Energy Convers Manage 53 (2012) 322-331 [4] G Sakthivel, G Nagarajan, M Ilangkumaran, Aditya Bajirao Gaikwad, Comparative analysis of performance, emission and combustion parameters of diesel engine fuelled with ethyl ester of fish oil and its diesel blends, Fuel 132 (2014) 116 124 [5] R.P.Rodríguez, Y.S.Borroto, E.A.M.Espinosa, S Verhelst, Assessment of diesel engine performance when fueled with Biodiesel from algae and microalgae: An overview, Renewable and Sustainable Energy Reviews 69 (2017) 833 842 [6] H Wei, C.Yao , W.Pan, G Han, Z Dou, T Wu, M Liu, B Wang, J Gao, C.Chen, J.Shi, Experimental investigations of the effects of pilot injection on combustion and gaseous emission characteristics of diesel/methanol dual fuel engine, Fuel 188 (2017) 427 441 [7] Lin CY, Li RJ Fuel properties of Biodiesel produced from the crude fish oil from the soapstock of marine fish Fuel Process Technol 2009;90:130 [8] H Raheman, A.G Phadatare, Diesel engine emissions and performance from blends of karanja methyl ester and diesel, Biomass Bioenerg 27 (2004) 393-397 [9] F Wu, J Wang, W Chen, S Shuai, A study on emission performance of a diesel engine fueled with five typical methyl ester Biodiesels, Atmos Environ 43 (2009) 1481 - 1485 [10] P.K Sahoo, L.M Das, M.K.G Babu, P Arora, V.P Singh, N.R Kumar, T.S Varyani, Comparative evaluation of performance and emission characteristics of jatropha, karanja and polanga based Biodiesel as fuel in a tractor engine, Fuel 88 (2009) 1698-1707 [11] H.Aydin , H Bayindir, Performance and emission analysis of cottonseed oil methyl ester in a diesel engine, Renewable Energy 35 (2010) 588 592 [12] Z Utlu, M.S Koỗ ak, The effect of Biodiesel fuel obtained from waste frying oil on direct injection diesel engine performance and exhaust emissions, Renew Energ 33 (2008) 19361941 Biodiesel production from waste chicken fat based sources and evaluation with Mg based additive in a diesel engine, Renew Energ 35 (2010) 637- 643 [14] Behcet R Performance and emission study of waste anchovy fish Biodiesel in a diesel engine Fuel Process Technol 2011;92:1187 94 [15] A Gharehghani, R Hosseini, M Mirsalim, T Yusaf, A computational study of operating range extension in a natural gas SI engine with the use of hydrogen, Int J Hydrog Energ 40 (17) (2015) 5966-5975 [16] Swaminathan C, Sarangan J Performance and exhaust emission characteristics of a CI engine fuelled with Biodiesel (fish oil) with DEE as additive Biomass Bioenergy 2012;39:168 74 [17] c Y n, Nguy n Trung Kiên, Nguy ng c a nhiên li u diesel sinh h c B10, n ch tiêu kinh t ng c a diesel B2 b th AVL- ETC, T p chí Khoa h c cơng ngh , 30/06/2014 [18] n Ng c C nh, Lê Xuân Chí, Nghiên c u th c nghi m c a góc phun s m nhiên li n ch tiêu kinh t ng c chí Khoa hoc-Cơng ngh Th y s n, s 2/2016 Tác gi ch u trách nhi m vi t: H tên: Nguy n Anh : n tho i: 0977734904 Email: nvtanh@hcmuaf.edu.vn ng p ... phun nhiên li u Biodiesel Hình 2.2 So sánh góc phun c a nhiên li u diesel Biodiesel nh tc a Biodiesel i nhiên li u diesel góc phun s h n Khi nhi nhiên li u t th i gian phun c a nhiên li u Biodiesel. .. thuy t: nghiên c - s lý thuy t s n xu t Biodiesel - Biodiesel - 1.7 N i dung k ho ch nghiên c u tài bao g m c T i n ng quan : n u tro i du c nghiên c v Biodiesel ng nghiên c u Biodiesel t basa, ... tiêu hao nhiên li c ti p, s u l c ti phun tr d ng nhiên li u sinh h d u cá tra, cá basa tr ng, giá tr p diesel sinh h c v ng i bi i l Biodiesel nhiên li u Cu i th cs tr thành ngu n thích h diesel