L ỜI NÓI ĐẦU
2.1.4. Các biện pháp xử lý DTV để làm nhiên liệu cho động cơ diesel
2.1.4.1. Phương pháp sấy nóng nhiên liệu
Phương pháp này dựa trên đặc tính thay đổi của độ nhớt theo nhiệt độ .
Nhiệt độ trong khoảng 30oC - 80oC sẽ làm độ nhớt thay đổi nhiều, nhưng khi
nhiệt độ vượt trên 80oC thì độ nhớt thay đổi rất ít. Độ nhớt của dầu thực vật sẽ giảm
khi nhiệt độ tăng lên, bởi vậy sấy nóng được coi là một phương pháp hữu hiệu làm giảm độ nhớt của dầu thực vật .
Khi động cơ diesel làm việc ở chế độ ổn định thì nhiệt độ của nhiên liệu ở sau bơm cao áp thay đổi trong phạm vi từ 35 – 40oC. Trong khoảng nhiệt độ này thì độ
nhớt của dầu thực vật thay đổi từ 25-35mm2/s, cao hơn 10 lần so với độ nhớt của
dầu diesel. Để đạt được độ nhớt của nhiên liệu diesel thì cần tăng nhiệt độ của dầu
thực vật lên (60-80)oC, bởi vì độ nhớt giảm rất ít khi nhiệt độ vượt trên 80oC .
Tăng nhiệt độ lên quá cao làm thay đổi trạng thái nhiệt và ảnh hưởng xấu đến
hệ thống cấp nhiên liệu. Mặt khác phương pháp này không cải thiện được trị số
cetane của dầu thực vật,… do đó phương pháp này chỉ thích hợp để áp dụng đồng
thời với phương pháp khác, nhằm mục đích tăng khả năng lưu thông của dầu thực
vật, đặc biệt khi động cơ làm việc trong môi trường có nhiệt độ thấp .
2.1.4.2. Phương pháp pha loãng .
Phương pháp pha loãng là một trong những phương pháp đơn giản làm giảm độ nhớt, có thể sử dụng các dung môi pha loãng khác nhau .
Pha loãng không chỉ làm giảm độ nhớt của dầu thực vật mà nó còn cải thiện được một số chỉ tiêu khác của dầu như: trị số cetane lớn hơn, nhiệt độ đông đặc thấp hơn,…
2.1.4.3. Phương pháp Craking .
Có thể hình dung quá trình craking dầu thực vật gần giống như quá trình craking dầu mỏ. Nguyên tắc cơ bản của quá trình là cắt ngắn mạch hydrocacbon của
dầu thực vật dưới tác dụng của nhiệt độ và chất xúc tác. Sản phẩm thông thường
Nhiên liệu có được sau quá trình craking có tính chất gần giống với nhiên liệu
diesel. Craking có thể được thực hiện trong môi trường không khí hoặc trong môi trường khí trơ .
Nhược điểm cơ bản của phương pháp này là tốn năng lượng để điều chế nhiên liệu. Sản phẩm thu được bao gồm nhiều thành phần nhiên liệu khác nhau và đặc biệt
là khó thực hiện ở quy mô không lớn. Vì vậy phương án đưa ra chỉ mang tính tham
khảo mà không đi sâu vào nghiên cứu .
2.1.4.4. Phương pháp nhũ tương hoá dầu thực vật .
Nhiên liệu ban đầu là dầu thực vật, rượu và chất tạo sức căng bề mặt với thiết
bị tạo nhũ có thể tạo ra nhũ tương dầu thực vật-rượu, trong đó các hạt rượu được
phân bố đều trong nhũ tương .
Ưu điểm nhiên liệu có dạng nhũ có độ nhớt tương đương dầu diesel, tỷ lệ rượu
càng lớn thì độ nhớt của nhũ tương càng giảm. Tuy nhiên, lúc đó để tạo ra các hạt
nhũ tương nhỏ, khả năng phân lớp của các hạt nhũ tương tăng lên. Kết quả là nhũ tương kém đồng nhất và cần thiết phải áp dụng các biện pháp bảo quản nhũ tương
trong thời gian dài .
2.1.4.5. Phương pháp ester hoá ( điều chế Biodiesel ) .
Phương pháp ester hoá dầu thực vật là phương pháp được chú ý trong thời gian
gần đây, nguyên lý chuyển hoá cơ bản có thể miêu tả như là phản ứng của một phần
tử glyceride (axit béo không no, có độ nhớt cao) và ba nguyên tử rượu tạo thành ester của axit béo và một nguyên tử glycerine .
Nhiên liệu dầu thực vật và rượu ít nước (điều kiện phản ứng là xúc tác và nhiệt độ trung bình) lúc này lần lượt các liên kết R1CO_, R2CO_, R3CO_, bị tách ra khỏi
phân tử glyceride và đính vào các nguyên tử hydro và rượu. Các sản phẩm đầu tiên là diglyceride và cuối cùng là glycerine .
Hình 1.1. Sơ đồ ester hóa dầu thực vật .
Sơ đồ phương pháp ester hoá (Hình 1.1): Glycerine dễ dàng được tách ra khỏi ester
và sử dụng trong các ngành công nghiệp khác. Sản phẩm cuối cùng có thể đạt 95 – 98% về trọng lượng sản phẩm ban đầu tham gia phản ứng
2.1.5. Ưu nhược điểm của DTV
2.1.5.1. Ưu điểm
DTV là nguồn nhiên liệu tái sinh giúp ta chủ động được về nhiên liệu và không phụ thuộc vào biến động trên thế giới.
DTV làm giảm đáng kể thành phần khí thải gây ô nhiễm môi trường.
DTV có thể pha trộn với diesel thành hỗn hợp nhiên liệu đồng nhất
DTV có điểm chớp lửa cao hơn diesel do đó an toàn trong bảo quản và vận
chuyển Dầu thực vật rượu Gạn Xúc tác kiềm Pha ester Lọc Bay hơi Sản phẩm cuối cùng
Pha ester Pha glycerine
Xúc tác kiềm
Các cây lấy dầu được trồng cho việc chế biến DTV ở quy mô lớn, chuyên canh giá thành có thể thấp hơn Diesel.
Việc sản xuất DTV trong nước sẽ tạo nhiều việc làm giải quyết đầu ra cho bà con nông dân
2.1.5.2. Nhược điểm
DTV làm nhiên liệu cho động cơ đốt diesel còn là một khái niệm mới đối với người dân Việt Nam. Việc thực hiện dự án dùng DTV cho động cơ đốt trong
cần có thời gian để phổ cập kiến thức
Mất thời gian quy hoạch đất đai cho việc trồng cây lấy dầu
Năng suất các cây lấy dầu ở nước ta còn kém
Giá thành sản suất DTV ở nước ta vẫn còn cao hơn so với diesel
2.1.5.3. Lý do chọn dầu dừa và dầu jatropha làm nhiên liệu cho động cơ diesel.
Cả hai loại cây này đều sống được trên những vùng đất nghèo dinh dưỡng.
Chúng có khả năng chịu hạn tốt
Dễ chăm sóc, ít sâu bệnh
Phù hợp với đặc điểm khí hậu nước ta
Có tính chất phù hợp để làm nhiên liệu cho động cơ diesel
Bảng 2.2. Thông số dầu diesel (theo TCVN 5689:2005)
Thông số Mức Phương pháp thử
Hàm lượng lưu huỳnh,
mg/kg, max
500 TCVN 6701:2002 (ASTM
D 2622)/ ASTM D 5453
Chỉ số xêtan, min. 46 ASTM D4737
Điểm chớp cháy cốc kín, o C, min. 55 TCVN 6608:2000 (ASTM D 3828)/ ASTM D 93 Độ nhớt động học ở 40oC, mm2/ s 2 - 4,5 TCVN 3171:2003 (ASTM D 445)
Điểm đông đặc, oC, max + 6 TCVN 3753:1995/ ASTM D 97
Hàm lượng tro, %khối lượng, max 0,01 TCVN 2690:1995/ ASTM D 482 Hàm lượng nước, mg/kg, max. 200 ASTM E203 Tạp chất dạng hạt, mg/l, max 10 ASTM D2276 Ăn mòn mảnh đồng ở 50oC, 3 giờ, max. Loại 1 TCVN 2694: 2000/ (ASTM D 130-88) Khối lượng riêng ở 150C,
kg/m3
820 – 860 TCVN 6594 : 2000/ ASTM 4052
Bảng 2.3. Thông số động học của dầu dừa [3]
Khối lượng riêng (g/cm3) 0,915
Độ nhớt ở 200C (cSt) 30-37
Chỉ số cetane (CN) 40-42
Điểm đục (0C) 20-28
Điểm chớp lửa (0C) 110
Nhiệt trị (MJ/kg;Kcal/kg) 37,1/8875
Bảng 2.4. Các thông số động học của dầu Jatropha[8]
Tỷ trọng 0.9186 Nhiệt độ chớp cháy 240/110 °C Than cốc 0.64 Trị số cetan 51.0 Điểm hóa hơi 295 °C Độ nhớt động học 8.180E Nhiệt trị 9 470 kcal/kg
2.2. Trang thiết bị phục vụ cho nghiên cứu thực nghiệm2.2.1. Động cơ D12 2.2.1. Động cơ D12 Má Máyy ddiieesseell DD1122 ((119955SS)) là là đđộộnnggccơơ mmộộtt xxyyllaannhh,, 44kỳkỳ,, kkiiểểuu nnằằmm làlàmmmámátt bbằằnngg n nướướcc bbằằnnggbbốốcc hhơơii..Nó có Nó có ưưuuđđiiểểmm làlà:: kkếếtt ccấấuugọgọnnnhẹnhẹ,, ddễ ễ ddii cchhuuyyểểnn,, llắắppráráppđđơơnn giả
giảnn,, cchhấấnn đđộộnnggnhỏnhỏ,, vvậậnnhàhànnhhêêmm,,ddễ quảễ quảnnlílí……,, thíthícchhhhợợpplàlàmmđđộộnnggllựựcccchhoo mámáyy ké
kéoo đđẩẩyy ttaayy,, ttướướii ttiiêêuu ccỡ nhỏ và ỡ nhỏ và ggiiaa ccôônngg nngghhề phụ ở ề phụ ở nnôônngg tthhôônn,, cũcũnnggcó có tthhể làể làmm
đ
độộnnggllựựcccchhoomámáyyphápháttđđiiệệnn,,mámáyynénénnhhơơiiccỡ nhỏỡ nhỏ,,tthhuuyyềềnnbè và bè và xxeeccộ ộ vvậậnncchhuuyyểểnnccỡỡnhỏnhỏ..
Bảng 2.3. Các thông số kỹ thuật của động cơ D12 Nhãn hiệu Thông số kỹ thuật Số kiểu và kiểu cách Cách làm mát và cách khởi động Đường kính xilanh 95(mm) Hành trình piston 115(mm) Công suất định mức 13.1 (HP) Tốc độ quay định mức 2000(vòng/phút) Thể tích xilanh 0,815 (lít) Tỷ số nén 20:1 Áp suất nén
hữu hiệu trung
bình
6,63(kg/cm2) Suất tiêu hao
nhiên liệu riêng 185(g/HP.h) Áp suất phun dầu 120 ± 5(kg/cm2) Kích thước (dàix rộngx cao) 814x551x620(mm) CHANG CHAI Trọng lượng 156(kg) MÁY ĐIESEL S195. Một xilanh 4kỳ. Kiểu nằm Làm mát bằng nước
(kiểu két nước – quạt gió.)
Tay quay.
2.2.2. Máy phát điện
Đây là máy phát điện xoay chiều một pha, tự kích từ theo phương pháp kích từ
Hình 2.2. Máy phát điện
Thông số kỹ thuật của máy phát điện :
Bảng 2.4. Thông số kỹ thuật của máy phát điện .
Thông số Trị số Đơn vị Ký hiệu máy T – 7,5 Điện áp dây định mức 230/115 V Tần số 50 Hz Số vòng quay định mức 1500 Vòng/phút Hệ số cos 1 Điện áp kích từ định mức 61 V Dòng điện kích từ 2,7 A 2.2.3. Bộ tạo tải a. Khái niệm và công dụng :
Cụm phụ tải là một thiết bị gây tải cho động cơ trong quá trình khảo nghiệm động cơ. Trong khảo nghiệm động cơ, thiết bị gây tải cho động cơ là các loại phanh và trong đề tài này tôi dùng phanh điện .
Thiết bị này cho phép đo được công suất của động cơ và khả năng thay đổi tải cho động cơ .
Cụm phụ tải có nhiệm vụ tiêu thụ năng lượng điện do máy phát phát ra. Ta sử
dụng các phần tử phụ tải kiểu điện trở .
b. Cụm phụ tải có kết cấu như sau :
Hình 2.4. Kết cấu cụm phụ tải Đồng hồ báo vôn kế ( 1,2 ) . Ống nước ( 3 ). Két đựng nước ( 4 ) . Bơm nước ( 5 ) . Mô tơ - Quạt ( 6,7 ) . Ống nước ( 8 ) .
2.2.4. Thiết bị đo chi phí nhiên liệu
Thiết bị đuợc dùng để đo chi phí nhiên liệu là bình chứa nhiên liệu có chia
sẵn các vạch chia và đồng hồ đo thời gian. Mỗi vạch chia trên bình chứa nhiên liệu tuơng ứng với 50ml nhiên liệu, ta đo thời gian động cơ tiêu thụ hết 50ml nhiên liệu
(t), rồi xác định chi phí nhiên liệu giờ của động cơ theo công thức:
Gh =
t
3
2.2.5. Thiết bị đo độ nhớt
Để xác định độ nhớt của các mẫu thử ta dung các dụng cụ sau đây:
- Nhớt kế: Mã hiệu: LABOR MUSZERIPARI MUVEK(Budapest – Hung ga ry)
- Nhiệt kế
- Đồng hồ đo thời gian
- Thiết bị gia nhiệt
2.2.6. Bộ tạo hỗn hợp dầu diesel – dầu thực vật
Bộ tạo hỗn hợp nhiên liệu dầu diesel - dầu thực vật có nhiệm vụ tạo ra đuợc
hỗn hợp nhiên liệu có nhiệt độ sấy đạt đuợc như mong muốn (khoảng sai lệch nhỏ,
duy trì đuợc nhiệt độ trong quá trình chạy thực nghiệm). Với điều kiện ở phòng thực hành động cơ chưa có thiết bị dùng để pha trộn dầu diesel - dầu thực vật nên ta
dùng phuơng án pha bằng tay. Xác định tỷ lệ pha, sau đó dùng các bình thí nghiệm đuợc chia sẵn các vạch để đo thể tích cần pha.
Hình 2.5. Bộ gia nhiệt hỗn hợp dầu diesel - dầu thực vật
2.3. Quy hoạch thực nghiệm
2.3.1. Nội dung của quy hoạch thực nhiệm
Khi nghiên cứu mối quan hệ phụ thuộc các yếu tố với nhau, thường chưa
biết, chưa rõ luật hoạt động của các mối quan hệ bên trong giữa các yếu tố. Ví dụ
yếu tố đó đã biến đổi cơ lý, hoá trên bề mặt kim loại như thế nào? Ta chỉ cần với
các yếu tố làm việc nhất định, ta quan trắc, đo đạc được lượng mòn chi tiết. Như
vậy ta coi những biến đổi đó như một hộp đen và mô tả bởi sơ đồ sau:
i
x yi
Trong đó:- xi : là các thông số vào, thông số điều khiển được hay còn gọi là thông số điều khiển.
- yi: là thông số ra, là biến bị điều khiển.
- : là biến ngẫu nhiên (do tác động ngẫu nhiên), biến không điều
khiển được. Thường giả thiết chúng có phương sai
2
) (
D và kỳ vọngE()0 tức là chúng có phân phối N(0,2).
2.3.2. Quy hoạch thực nghiệm xác định độ nhớt của hỗn hợp nhiên liệu dầu
diesel – dầu thực vật .
2.3.2.1. Chọn yếu tố ảnh hưởng
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhớt là nhiệt độ sấy và tỷ lệ chất pha trong hỗn
hợp. Xét tại một nhiệt độ sấy nhất định thì chỉ còn lại tỷ lệ chất pha ảnh hưởng đến độ nhớt của hỗn hợp nhiên liệu. Để thuận tiện trong việc xử lý số liệu xét ảnh hưởng hưởng của tỷ lệ chất pha tại các nhiệt độ gia nhiệt khác nhau
2.3.2.2. Chọn hàm mục tiêu
Hàm mục tiêu y là độ nhớt của hỗn hợp và phương trình biểu diễn hàm có dạng: )
( ~ f x
y
2.3.2.3. Chọn miền khảo sát của các yếu tố
Tỷ lệ chất pha là: 5%, 10%, 15%, 20%, 22,5% đối với chất pha là dầu
jatropha và 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30% đối với chất pha là dầu dừa.
Nhiệt độ sấy là: 330C, 400C, 500C, 600C, 700C và 800C đối với cả hai trường
Chọn số lần lặp r = 3, số điểm thí nghiệm n = 6 đối với chất pha là dầu dừa và r = 3, n = 5 đối với chất pha là diesel chọn mức ý nghĩa 0,95, tức là độ tin
cậy đạt 95%. Chọn khảo sát sự thay đổi độ nhớt tại nhiệt độ sấy là 800C, với các tỷ
lệ chất pha cho hai cả hai trường hợp như trên.
2.3.3. Quy hoạch thực nghiệm xác định chi phí nhiên liệu của động cơ khi sử
dụng nhiên liệu hỗn hợp diesel – dầu thực vật.
2.3.3.1. Chọn yếu tố ảnh hưởng
Các yếu tố ảnh hưởng đến chi phí nhiên liệu của động cơ ở đây là: tải và tỷ lệ
chất pha. Khi cố định tỷ lệ chất pha thì chỉ có tải là ảnh hưởng đến chi phí nhiên liệu của động cơ.
2.3.3.2. Chọn hàm mục tiêu
Hàm mục tiêu y là chi phí nhiên liệu của động cơ, hàm mục tiêu có dạng: )
( ~ f x
y
2.3.3.3. Chọn miền khảo sát của các yếu tố
Các mức tải là: 1,263; 1,936; 2,554; 3,789; 4,984; 6,137; 8,1 (hp)
Tỷ lệ chất pha là: 5%, 10%, 15%, 20%, 22,5% đối với chất pha là dầu jatropha và 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30% đối với chất pha là dầu dừa.
Chọn số lần lặp tại mỗi điểm thí nghiệm r = 3, số điểm thí nghiệm n = 6, mức
ý nghĩa 0,95 và khảo sát sự thay đổi của chi phí nhiên liệu tại mỗi nồng độ ở
các mức tải khac nhau.
2.4. Tiến hành thực nhiệm
2.4.1. Xác định độ nhớt của nhiên liệu
2.4.1.1. Phương pháp xác định độ nhớt
Dụng cụ đo độ nhớt của chất lỏng gọi là nhớt kế. Hiện nay hầu hết các loại
nhớt kế hoạt động theo nguyên lý chung là: đo thời gian một đơn vị thể tích của
mẫu thử chảy qua lỗ tiêu chuẩn của nhớt kế trong những điều kiện quy ước. độ nhớt
tuyệt đối của mãu thử được xác định theo công thức: