trong đú : - trọng lượng riờng, [N/m3]; V - thể tớch, [m3]; G - trọng lượng của chất chứa trong thể tớch V, [N].
Tỷ khối , cũn gọi là tỷ trọng, của một chất là một đại lượng khụng thứ nguyờn, cú trị số bằng khối lượng của chất đú chia cho khối lượng của nước cất cú cựng thể tớch. m m d 2 1 (1.6)
trong đú : d - tỷ khối ; m1 - khối lượng của một đơn vị thể tớch mẫu thử ở nhiệt độ t1, [kg]; m2 - khối lượng của cựng một đơn vị thể tớch nước cất ở nhiệt độ t2, [kg].
Ở nhiều nước chõu Âu, người ta chọn t1 = 15 0C , t2 = 15 0C hoặc t2 = 4 0C . Ở Mỹ và Anh chọn t1 = t2 = 60 0F = 15,6 0C. Khi đú tỷ khối cú ký hiệu tương ứng là 15 15 d , 15 4 d và d@60 0F. Trị số của 15 15 d , 15 4 d và d@60 0F của cựng một chất khụng hồn tồn bằng nhau. Tuy nhiờn, trong tớnh toỏn kỹ thuật người ta thường lấy 15
15
d
15 4
d d@60 0F.
Tỷ khối của SPDM cú thể xỏc định bằng cỏc loại dụng cụ như : tỷ khối kế, bỡnh đo tỷ khối, v.v. Khi biết tỷ khối được xỏc định ở một nhiệt độ bất kỳ, cú thể quy đổi về tỷ khối tiờu chuẩn theo cụng thức [3 :
) 15 ( 15 15 15 d t d t (1.7)
trong đú : d15t - tỷ khối đo được ở nhiệt độ t; - hệ số hiệu chỉnh tỷ khối theo nhiệt
độ .
Độ API (American Petroleum Institute) là đơn vị quy ước dựng đo mật độ của SPDM, được sử dụng ở Mỹ. Giữa 0API và d@60 0F cú quan hệ như sau :
5 , 131 60 @ 5 , 141 0 0 F d API (1.8)
Từ cụng thức (1.8) thấy rằng, nước cất ở nhiệt độ 60 0F cú mật độ bằng 10 0
API. Chất lỏng cú mật độ nhỏ hơn 10 0API sẽ nặng hơn nước, và ngược lại.
Độ Baume ( 0Be ) là đơn vị của mật độ theo thang chia độ Baume. Giữa 0
Be và d cú quan hệ như sau :
Be d 0 130 141 (1.9)
Ngồi cỏc đơn vị kể trờn, mật độ của SPDM cũn được đo bằng cỏc đơn vị khỏc như : bbl/longton (barrel/longton) , lb/US gal (pound/US gallon).
3) Độ nhớt
Độ nhớt, cũn gọi là ma sỏt nội, là một tớnh chất của chất lỏng đặc trưng cho
lực ma sỏt chống lại sự chuyển dịch tương đối của cỏc lớp chất lỏng cạnh nhau dưới tỏc dụng của ngoại lực .
Nước cú độ nhớt rất thấp, tức là khi cỏc lớp nước chuyển động tương đối với nhau thỡ lực ma sỏt giữa chỳng rất nhỏ , bởi vậy nước chảy rất dễ dàng và tốn ớt năng
lượng để bơm nước từ nới này đến nơi khỏc. Ngược lại , dầu bụi trơn cú độ nhớt khỏ cao nờn việc bơn chuyển nú sẽ tốn nhiều năng lượng hơn . Độ nhớt của dầu bụi trơn cú ảnh hưởng đến : độ hao mũn cỏc chi tiết do ma sỏt, tớnh năng khởi động, cụng suất, suất tiờu thụ nhiờn liệu của động cơ. Độ nhớt của nhiờn liệu cú ảnh hưởng đến cấu trỳc của cỏc tia nhiờn liệu khi được phun vào buồng đốt của động cơ , đến quỏ trỡnh bơm chuyển và làm sạch nhiờn liệu. Trong trường hợp sử dụng nhiờn liệu cú độ nhớt quỏ cao trong điều kiện thời tiết lạnh, cần phải hõm núng nhiờn liệu để giảm độ nhớt.
4) Nhiệt độ chớp lửa và nhiệt độ bắt chỏy
Nhiệt độ chớp lửa ( tf ) là nhiệt độ tối thiểu của nhiờn liệu lỏng tại đú hơi của
nú tạo được với khụng khớ một hỗn hợp và bắt chỏy khi đưa ngọn lửa tới gần.
Nhiệt độ bắt chỏy ( tb ) là nhiệt độ tối thiểu tại đú mẫu thử được đốt núng trong những điều kiện quy ước bắt chỏy khi đưa ngọn lửa tới gần và chỏy trong thời gian khụng dưới 5 giõy.
Nhiệt độ chớp lửa của cỏc SPDM thụng dụng nằm trong phạm vi sau : - Xăng và hydrocarbon cú nhiệt độ sụi thấp : tf < 21 0C
- Dầu hoả : tf = 21 ... 55 0C - Dầu diesel : tf > 55 0C (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nhiệt độ chớp lửa và nhiệt độ bắt lửa của SPDM khụng cú ảnh hưởng đỏng kể đến chất lượng hoạt động của ĐCĐT. Chỳng đặc trưng cho mức độ nguy hiểm chỏy và được sử dụng làm cơ sở cho việc thiết lập cỏc quy tắc phũng hoả trong bảo quản, vận chuyển và phõn phối cỏc sản phẩm dễ chỏy. Căn cứ vào nhiệt độ chớp lửa cú thể xếp xăng, dầu hoả và dầu diesel vào loại chất lỏng cú nguy cơ hoả hoạn cao, trung bỡnh và thấp, tương ứng.
5) Nhiệt độ vẩn đục và nhiệt độ đụng đặc
Nhiệt độ vẩn đục là nhiệt độ mà tại đú SPDM bắt đầu vẩn đục do sự kết tinh
của parafin, nước và những chất khỏc.
Nhiệt độ đụng đặclà nhiệt độ tại đú SPDM mất tớnh lưu động.
Nhiệt độ vẩn đục được xỏc định bằng cỏch làm lạnh mẫu thử và ghi nhận nhiệt độ vẩn đục tại thời điểm mẫu thử bắt đầu trở thành khụng trong suốt. Để xỏc định nhiệt độ đụng đặc, người ta rút mẫu thử vào ống nghiệm tiờu chuẩn và nhỳng thẳng đứng ống vào hỗn hợp lạnh cú nhiệt độ nhất định. Sau khi mẫu thử cú nhiệt độ bằng nhiệt độ của hỗn hợp lạnh, nghiờng ống nghiệm một gúc 45 0 và giữ như vậy trong hỗn
hợp lạnh khoảng 1 phỳt. Lấy ống ra và giữ ở tư thế nghiờng ; nếu mẫu thử khụng xờ dịch thỡ nhiệt độ của hỗn hợp lạnh được coi là nhiệt độ đụng đặc của mẫu thử ; nếu xờ dịch thỡ lặp lại thớ nghiệm với nhiệt độ thấp hơn.
Nhiệt độ vẩn đục và nhiệt độ đụng đặc là một tớnh chất sử dụng của SPDM ở điều kiện nhiệt độ thấp. Đối với nhiờn liệu cú nhiệt độ vẩn đục và đụng đặc cao, cần cú biện phỏp sấy núng để trỏnh làm tắc nhanh cỏc bộ phận lọc và khú bơm chuyển. Căn cứ vào nhiệt độ vẩn đục cú thể đỏnh giỏ hàm lượng parafin rắn và nước cú trong SPDM, nhiệt độ vẩn đục càng thấp thỡ hàm lượng cỏc chất đú càng nhỏ.
6) Điểm aniline
Điểm Aniline (0A) là nhiệt độ thấp nhất mà tại đú mẫu thử hoà tan hồn tồn
vào aniline (C6H5NH2) cú cựng thể tớch.
Hydrocarbon khỏc loại cú điểm aniline rất khỏc nhau. Hydrocarbon parafin cú điểm aniline cao nhất, hydrocarbon thơm cú điểm aniline thấp nhất. Điểm aniline được sử dụng chủ yếu trong phõn tớch cơ cấu cỏc nhúm hydrocarbon của SPDM. Ngoài ra, biết điểm aniline cú thể xỏc định tớnh tự bốc chỏy của nhiờn liệu diesel bằng cỏc cụng thức thực nghiệm.
7) Độ ổn định oxy hoỏ
Độ ổn định oxy hoỏ, cũn gọi là chu kỳ cảm ứng, của SPDM là tớnh chất đặc
trưng cho khả năng chống lại cỏc biến đổi hoỏ học dưới tỏc dụng của mụi trường xung quanh.
Trong quỏ trỡnh vận chuyển và bảo quản, cỏc phõn tử hydrocarbon cú trong SPDM cú thể bị oxy hoỏ bởi oxy từ khụng khớ và hỡnh thành cỏc hợp chất chứa oxy rất đa dạng. Mức độ oxy hoỏ phụ thuộc rất nhiều vào thành phần hoỏ học của SPDM. SPDM chứa nhiều olefin cú độ ổn định oxy hoỏ thấp.
8) Nhiệt trị của nhiờn liệu
Nhiệt trị (H) là lượng nhiệt năng toả ra khi đốt chỏy hoàn tồn một đơn vị
khối lượng hoặc một đơn vị thể tớch nhiờn liệu. Nhiệt trị của nhiờn liệu lỏng và rắn thường tớnh bằng kJ/kg, của nhiờn liệu khớ - kJ/m3 hoặc kJ/kmol. ở Anh và Mỹ, nhiệt trị được tớnh bằng đơn vị Btu/lb (British thermal unit/pound) hoặc Btu/ft3 (British thermal unit/foot3 ).
Nhiệt trị là một chỉ tiờu chất lượng cơ bản của tất cả cỏc loại nhiờn liệu. Nhiệt trị cú thể được xỏc định bằng nhiệt lượng kế đẳng tớch (nhiệt lượng kế kiểu bom) hoặc
nhiệt lượng kế đẳng ỏp bằng cỏch đốt chỏy một lượng xỏc định mẫu thử rồi đo nhiệt lượng toả ra và tớnh toỏn nhiệt trị. Khi tớnh toỏn, chỳng ta thường lấy nhiệt trị từ cỏc bảng số liệu cú sẵn. Để trỏnh nhầm lẫn, cần phõn biệt cỏc khỏi niệm nhiệt trị dưới đõy :
Nhiệt trị đẳng ỏp (HP) là nhiệt lượng thu được khi đốt chỏy hoàn tồn một đơn
vị số lượng nhiờn liệu sau khi làm lạnh sản phẩm chỏy đến nhiệt độ bằng nhiệt độ của hỗn hợp trước lỳc đốt chỏy trong điều kiện ỏp suất của sản phẩm chỏy đĩ được làm lạnh bằng ỏp suất của khớ hỗn hợp trước lỳc đốt chỏy.
Nhiệt trị đẳng tớch (HV) là nhiệt lượng thu được khi đốt chỏy hoàn tồn một
đơn vị số lượng nhiờn liệu sau khi đĩ làm lạnh sản phẩm chỏy đến nhiệt độ bằng nhiệt độ của hỗn hợp trước lỳc đốt chỏy trong điều kiện khụng thay đổi thể tớch của sản phẩm chỏy và hỗn hợp khớ trước lỳc đốt chỏy.
Nhiệt trị đẳng ỏp cú ý nghĩa thực tế trong tớnh toỏn cỏc thiết bị động lực, vỡ ở đú sản phẩm chỏy thường được thải ra khớ quyển cú ỏp suất và nhiệt độ bằng ỏp suất và nhiệt độ của nhiờn liệu và khụng khớ trước lỳc khi đi vào thiết bị. Vỡ vậy, nếu trong cỏc bảng số liệu cho nhiờt trị đẳng tớch hoặc nếu xỏc định nhiệt trị bằng nhiệt lượng kế đẳng tớch thỡ phải tớnh đổi sang nhiệt trị đẳng ỏp.
Đối với nhiờn liệu lỏng gốc dầu mỏ : HV 1,02 HP .
Nhiệt trị cao (HC) là nhiệt lượng thu được khi đốt chỏy hoàn tồn một đơn vị
số lượng nhiờn liệu, bao gồm cả lượng nhiệt toả ra do sự ngưng tụ của hơi nước cú trong sản phẩm chỏy khi ta làm lạnh nú đến nhiệt độ bằng nhiệt độ ban đầu.
Nhiệt trị thấp (HT ) là nhiệt lượng thu được trong trường hợp nước cú trong (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
sản phẩm chỏy vẫn ở trạng thỏi hơi. Như vậy, nhiệt trị thấp nhỏ hơn nhiệt trị cao một lượng bằng nhiệt ẩn hoỏ hơi của nước cú trong sản phẩm chỏy.
Nhiều tỏc giả cho rằng, khi tớnh toỏn nhiệt ĐCĐT thỡ phải dựng nhiệt trị thấp, vỡ khớ thải của ĐCĐT cú nhiệt độ cao hơn điểm sương nờn khụng cú sự ngưng tụ của hơi nước trong sản phẩm chỏy.
9) Hàm lượng cốc, tro
Trong cụng nghệ hoỏ-nhiờn liệu, cốc là cặn rắn được tạo thành khi cho nhiờn liệu chịu tỏc dụng của nhiệt độ cao trong điều kiện khụng cú khụng khớ. Căn cứ vào nguyờn liệu gốc, cốc cụng nghiệp được phõn loại thành : cốc than đỏ, cốc pộc điện cực và cốc dầu mỏ. Cốc than đỏ là sản phẩm thiờu kết thể rắn được tạo thành khi nung một số loại than trong lũ luyện cốc đến nhiệt độ 900 ... 1050 0C. Cốc pộc điện cực là phần
rắn giầu carbon thu được khi phõn huỷ pộc than đỏ (pộc - phần cặn của quỏ trỡnh
chưng nhựa than đỏ, than nõu, đỏ phiến nhiờn liệu, gỗ, v.v.). Cốc dầu mỏ thu được
bằng cỏch cốc hoỏ cỏc sản phẩm nặng của quỏ trỡnh nhiệt phõn, gudron và cặn cracking. Thành phần nguyờn tố của cốc dầu mỏ như sau : 90-95 % carbon, 4-6 % hydro, 0,1-2 % lưu huỳnh, 0,1-0,8 % tro.
Tro là phần khụng bị đốt chỏy, gồm cỏc loại muối và tạp chất vụ cơ cú trong SPDM. Hàm lượng tro được xỏc định bằng cỏch đốt chỏy một khối lượng xỏc định mẫu thử, nung cặn đến khối lượng khụng đổi và định lượng phần cặn đú theo % khối lượng mẫu thử.
10) Hàm lượng nhựa
Nhựa là tờn gọi chung cỏc chất cao phõn tử chứa oxygen cú sẵn hoặc được tạo thành trong nhiờn liệu lỏng hoặc dầu bụi trơn trong quỏ trỡnh bảo quản, phõn phối và sử dụng.
Nhựa tiềm tàng là nhựa tạo thành trong nhiờn liệu do oxy hoỏ được xỳc tiến ở nhiệt độ và thời gian cho trước trong dụng cụ tiờu chuẩn.Thụng thường quỏ trỡnh oxy hoỏ được tiến hành dưới ỏp suất của oxygen hoặc khụng khớ ở 100 0C. Hàm lượng nhựa tiềm tàng là chỉ tiờu giỏn tiếp về độ ổn định của nhiờn liệu khi bảo quản.
Nhựa thực tế là sản phẩm phản ứng oxy hoỏ, polyme hoỏ và quỏ trỡnh ngưng
tụ cỏc hợp chất hydrocarbon cú trong nhiờn liệu và được tạo thành khi làm bay hơi nhiờn liệu trong điều kiện tiờu chuẩn.
11) Bồ húng
Bồ húng là sản phẩm carbon rắn cú độ phõn tỏn cao, do hydrocarbon chỏy
khụng hồn tồn hoặc bị phõn huỷ nhiệt tạo thành. Bồ húng cụng nghiệp thường chứa > 98 % C, 0,2 - 0,5 % H2 , một ớt tạp chất khoỏng và lưu huỳnh. Một số loại bồ húng chuyờn dựng chứa oxygen hấp phụ hoỏ học (tới 10 %). Cỏc hạt bồ húng cú dạng hỡnh cầu cấu thành từ cỏc lớp nguyờn tử C giống như cỏc lớp graphit.
Bồ húng trong động cơ là một dạng cặn gồm phần lớn là C, cú đường kớnh hạt d < 50 m, hỡnh thành do nhiờn liệu chỏy khụng hồn tồn.
1.5. NHIấN LIỆU DIESEL
1.5.1. CHỈ TIấU KỸ THUẬT CỦA NHIấN LIỆU DIESEL
Chỉ tiờu kỹ thuật của nhiờn liệu là cỏc tớnh chất đặc trưng cho khả năng và hiệu quả sử dụng của một loại nhiờn liệu cụ thể vào một mục đớch xỏc định.
Cỏc chỉ tiờu kỹ thuật quan trọng nhất của nhiờn liệu diesel bao gồm : nhiệt trị, tớnh tự bốc chỏy, hàm lượng tạp chất và độ nhớt.
1) Độ nhớt
Độ nhớt của nhiờn liệu diesel cú ảnh hưởng chủ yếu đến chất lượng quỏ trỡnh
phun nhiờn liệu. Độ nhớt quỏ cao làm cho cỏc tia nhiờn liệu khú phõn tỏn thành cỏc hạt nhỏ và cú thể bỏm trờn thành xylanh. Ngược lại, độ nhớt quỏ thấp lại làm cho cỏc tia nhiờn liệu quỏ ngắn, khụng bao trựm hết khụng gian của buồng đốt. Cả hai trường hợp trờn đều dẫn đến chất lượng quỏ trỡnh tạo hỗn hợp chỏy khụng cao, làm tăng lượng nhiờn liệu chỏy rớt và chỏy khụng hồn tồn. Ngồi ra, độ nhớt của nhiờn liệu quỏ thấp cú thể ảnh hưởng xấu đến chất lượng định lượng của hệ thống phun do làm tăng mức độ rũ rỉ tại cỏc cặp siờu chớnh xỏc của bơm cao ỏp và vũi phun , đồng thời tăng mức độ mài mũn của cỏc chi tiết chuyển động thuộc hệ thống nhiờn liệu.
Mặc dự khụng phải là một chỉ tiờu kỹ thuật cú ảnh hưởng quyết định đến chất lượng hoạt động của động cơ, nhưng người ta thường căn cứ vào độ nhớt để phõn loại dầu diesel nặng. Sở dĩ như vậy là vỡ :
- Độ nhớt là một đại lượng dễ xỏc định.
- Độ nhớt cú liờn quan đến nhiều tớnh chất khỏc của dầu diesel. Vớ dụ : nếu nhiờn liệu nặng cú độ nhớt dưới 3500 sec Redwood, thỡ số cetane thường cao hơn 25 và hàm lượng tạp chất cũng thường thấp hơn mức quy định.
2) Tớnh tự bốc chỏy
Tớnh tự bốc chỏy của nhiờn liệu là tớnh chất liờn quan đến khả năng tự phỏt hoả khi hỗn hợp nhiờn liệu - khụng khớ chịu tỏc dụng của ỏp suất và nhiệt độ đủ lớn.
Để định lượng tớnh tự bốc chỏy của nhiờn liệu, cú thể sử dụng cỏc đại lượng dưới đõy : (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Thời gian chậm chỏy (i) - Nhiờn liệu cú tớnh tự bốc chỏy càng cao thỡ thời gian chậm chỏy (i) càng ngắn, và ngược lại. Thời gian chậm chỏy là đại lượng phản ỏnh tớnh tự bốc chỏy của nhiờn liệu diesel theo cỏch mà chỳng ta mong muốn nhất, bởi vỡ nú cú ảnh hưởng mạnh và trực tiếp đến toàn bộ diễn biến và chất lượng của quỏ
trỡnh chỏy ở động cơ diesel. Tuy nhiờn, thời gian chậm chỏy của nhiờn liệu diesel ở động cơ thực tế chỉ kộo dài từ vài phần vạn đến vài phần ngàn một giõy. Đo trực tiếp một khoảng thời gian ngắn như vậy là một việc rất khú, cho nờn người ta đĩ sử dụng một số đại lượng khỏc để đỏnh giỏ tớnh tự bốc chỏy trờn cơ sở một số tớnh chất lý-hoỏ của nhiờn liệu cú liờn quan mật thiết với thời gian chậm chỏy, hoặc so sỏnh tớnh tự bốc chỏy của mẫu thử và của nhiờn liệu chuẩn.
Hằng số Độ nhớt -Tỷ trọng - (Viscosity Gravity Number - VG) là một thụng số được tớnh toỏn trờn cơ sở độ nhớt và tỷ trọng của dầu diesel. Tuỳ thuộc vào đơn vị của độ nhớt, đơn vị của tỷ trọng và quan điểm của tỏc giả, cụng thức tớnh VG cú những dạng khỏc nhau. Vớ dụ, theo [9] , giữa độ nhớt, tỷ trọng và hằng số độ nhớt- tỷ trọng cú mối quan hệ như sau :
d = 1.0820 VG + (0.776 – 0.72 VG) [log log ( - 4 ) ] – 0.0887 (1.10) trong đú : d - tỷ trọng ở 60 0F; - độ nhớt động học ở 100 0F , [mSt]; VG - hằng