سوخت و احتراق

سوخت و احتراق

تاثیر اتیل اِستر اسیدهای چرب موجود در سوخت بیودیزلبر عملکرد موتور دیزل

نویسنده
گروه مهندسی مکانیک ماشین‌های کشاورزی ،دانشگاه محقق اردبیلی،اردبیل،ایران
چکیده
منواسترهای اسید چرب موجود در سوخت بیودیزل (پالمیتیک، استئاریک، اولئیک، لینولئیک و لینولنیک) خواص ترموفیزیکی سوخت را تحت تاثیر قرار می‌دهند که آن هم مستقیما بر فرایند احتراق و عملکرد موتور تاثیر می‌گذارد. هدف از این تحقیق بررسی تاثیر هر یک از منواسترهای اسید چرب موجود در سوخت بیودیزل بر توان ترمزی موتور دیزل است.سوخت بیودیزل مورد استفاده اتیل‌ استر اسیدهای چرب حاصل از روغن آفتاب‌گردان، سویا، ذرت، کلزا و روغن پسماندو مخلوط­ های آن­ها با یکدیگر است. سوخت‌های بیودیزل در شرایط بار کامل و دور بیشینه توان (rpm2000) بر روی موتور دیزل MT4-244 مورد آزمون قرار گرفتند. سپس، توان ترمزی موتوربه­ صورت مدل رگرسیون غیرخطی چندگانه برحسب تابعی از درصد منواسترهای اسید چرب مدل‌سازی شد. نتایج مدل‌سازی نشان داد که اسیدهای چرب اشباع با زنجیره هیدروکربنی کوتاه، یعنی استئارات (C16=0) و پالمیتات (C18=0) با ضرایب تاثیر 4/2526+ و 0/977+، تاثیر بیشتریبر تولید توان موتور دارند و اسیدهای چرب غیراشباع با زنجیره هیدروکربنی بلند، یعنی اولئات (C18=1)، لینولئات (C18=2) و لینولنات (C18=3) با ضرایب تاثیر 0/684+، 0/375+ و 0/558-، تاثیر کمتری بر تولید توان موتور دارند. همچنین، نتایج نشان داد که با افزایش مقدار اشباع ­نشدگی اسیدهای چرب موجود در سوخت بیودیزل تولید توان موتور کاهش می‌یابد، به ­نحوی که وجود اتیل استر لینولنات (C18=3)، که دارای سه پیوند غیراشباع کربن-کربن است، تاثیر منفی (0/558-) بر تولید توان دارد. لذا تولید سوخت بیودیزل از روغن‌هایی که دارای اسیدهای چرب اشباعِ بیشتر و اسیدهای چرب غیراشباعِ کمتری هستند، می‌تواند موجب افزایش تولید توان موتور شود.

تازه های تحقیق

نتایج مدلسازی برای پیش‌بینی توان ترمزی موتور بر اساس درصد استرهای اسید چرب موجود در بیودیزل نشان می‌دهد که توان ترمزی تولیدشده موتور، کاملا وابسته به منواسترهای اسید چرب (پالمیتیک، استئاریک، اولئیک، لینولئیک و لینولنیک) موجود در سوخت بیودیزل است. اسیدهای چرب اشباع با زنجیره هیدروکربنی کوتاه، یعنی استئارات (C16=0) و پالمیتات (C18=0) با ضرایب تاثیر 2526/4+ و 977/0+ ، تاثیر بیشتری بر تولید توان موتور دارند، ولی اسیدهای چرب غیراشباع با زنجیره‌ی هیدروکربنی بلند، یعنی اولئات (C18=1)، لینولئات (C18=2) و لینولنات (C18=3) با ضرایب تاثیر 684/0+، 375/0+ و 558/0- ، تاثیر کمتری بر تولید توان دارند. همچنین، نتایج نشان داد که با افزایش مقدار اشباع­نشدگی اسیدهای چرب موجود در سوخت بیودیزل، تولید توان موتور کاهش می‌یابد، به­نحوی که وجود اتیل استر لینولنات (C18=3)، که دارای سه پیوند غیراشباع کربن-کربن است، تاثر منفی (558/0-) بر تولید توان دارد. لذا تولید سوخت بیودیزل از روغن‌هایی که اسیدهای چرب اشباع بیشتر و اسیدهای چرب غیراشباع کمتری دارند، می‌تواند موجب افزایش توان ترمزی تولیدشده موتور شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Effect of Fatty Acid Ethyl Esters in Biodiesel Fuel on Diesel Engine Performance

نویسنده English

Bahman Njafi
Department of Agricultural Machinery Engineering, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
چکیده English

م
Mono Fatty Acid Esters (MFAE) in biodiesel fuel (Palmitic, Stearic, Oleic, Linoleic and Linolenic), imposes unique properties that directly affect the combustion process and engine performance. In this study, the effects of each MFAE in biodiesel fuel on diesel engine brake power were studied. Biodiesel fuel, fatty acid ethyl esters from sunflower oil, soybean oil, corn oil, rapeseed oil, waste oil and their blemdings were used in this research. The biodiesel fuels were tested on MT4-244 diesel engine under full load and 2000 rpm. Then, engine brake power was modeled as a non-linear regression function based on percentage of mono fatty acid ethyl ester (MFAEE). Modeling results showed that the saturated fatty acids with short chain hydrocarbons Stearic (C16=0) and Palmitic (C18=0) have the greatest effect on engine power. Unsaturated fatty acids Oleic (C18=1), Linoleic (C18=2) and Linolenic(C18=3) have the least effect on engine power output. Also, Engine power is reduced by increasing the percentage of unsaturated fatty acids in biodiesel fuel. Ethyl ester of Linolenic, which has three unsaturated carbon bond, reduced engine power. Thus, The biodiesel fuel produced from saturated oils, has ability to increase engine brake power.

کلیدواژه‌ها English

Biodiesel
Fatty Acid Ethyl Ester
Diesel Engine Performance and Emission
Modeling
[1]       C. M. Caruana, “Pollution Control Drives New Interest in Biodiesel,” Chemical Engineering Process, 84, 2000, pp. 14-18.
[2]       B. Najafi, and M. Khani, “Study of the Effect of Ethyl Ester of Sunflower Oil and Its Different Mixtures with Diesel on Performance and Emission Parameters of a Turbocharged Direct Injection Diesel Engine,” Fuel and Combustion, 4, No. 4, 2011, pp. 45-55, (in Farsi).
[3]       Najafi, B., “Experimental Investigation of the Effect of Using Biodiesel and Biogas on Dual Fuel Diesel Engine”, Fuel and Combustion, 4, No. 4, 2009, pp. 73-85, (in Farsi).
[4]       Saidi M., Ghobadian1 B., Tavakoli1 T. and Khoshbakhti R., “An Experimental Investigation of a Diesel Engine Ignition Delay using Biodiesel and Diesel Fuels”, Fuel and Combustion, 2, No. 2, 2009, pp. 55-68, (in Farsi).
[5]       Zanchi, M., “Development of Experiments with Vegetable Oils as a Diesel Substitute,” Applied Engineering in Agriculture, 9, No. 9, 1998, pp. 103-117.
[6]       Knothe, G., and Steidley, K. R., “Kinematic viscosity of biodiesel components (fatty acid alkyl esters) and related compounds at low temperatures,” Fuel, 86, 2007, pp. 2560-2567.
[7]       Ma, F., and Hanna, M. A., “Biodiesel Production: a Review,” Bioresource Tech, 70, 1998, pp. 1-15.
[8]       Diwani, G., Attia, N. K., and Havash, S. I., “Development and Evaluation of Biodiesel Fuel and Byproducts from Jatropha Oil”, Int. J. Environ. Sci. Tech., 6, No. 2, 2009, pp. 219-224.
[9]       Hu, J., Du, Z., Li, C., and Min, E., “Study on the Lubrication Properties of Biodiesel as Fuel Lubricity Enhancers,” Fuel, 84, 2004, pp. 1601-1606.
[10]    Imahara, H., Minami, E., and Saka, Sh., “Thermodynamic Study on Cloud Point of Biodiesel with its Fatty Acid Composition,” Fuel, 85, 2006, pp. 1666-1670.
[11]    Rashid, O., Anwar, F., Moser, R. B., and Knothe, G., “Moringa Oleifera Oil: Possible Source of Biodiesel,” Bioresource Tech, 99, 2008, pp. 8175-8179.
[12]    Reyes J. F., and Sepúlveda, M. A., “PM-10 Emissions and Power of a Diesel Engine Fueled with Crude and Refined Biodiesel from Salmon Oil,” Fuel, 85, 2006, pp. 1714-1719..
[13]    Baroutian, S., Aroua, M. K., Raman, A. A., and Sulaiman, N. M., “Estimation of Vegetable Oil-Based Ethyl Esters Biodiesel Density using Artificial Neural Network,” Journal of Applied Sciences, 8, No. 17, 2008, pp. 3005-3011.
[14]    Tate, R. A., Watts, K. C., Allen, C. A. W., and Wilkie, K. I., “The Densities of Three Biodiesel Fuels at Temperature up to 300oC,” Fuel, 85, 2006, pp. 1004-1009.
[15]    Watts, K. C., and Tate, R. E., “Experimental Determination of the Density, Viscosity and Surface Tension of Three Commercial Biodiesel Fuels up to 300oC,” CSAE/SCGR, Paper No. 05-083, 2005.
[16]    Sheng, Ch., and Azevedo, J. L. T., “Estimating the Higher Heating Value of Biomass Fuels from Basic Analysis Data,” Biomass and Bioenergy, 28, 2005, pp. 499-507.
[17]    Alptekin, E., and Canakci, M. “Determination of the Density and the Viscosities of Biodiesel-Diesel Fuel Blends,” Renewable Energy, 33, 2008, pp. 2623-2630.
[18]    Canakci, M., Ozsezen, A. N., Arcaklioglu, E., and Erdil, A., “Prediction of Performance and Exhaust Emissions of a Diesel Engine Fueled with Biodiesel Produced from Waste Frying Palm Oil,” Expert Systems with Applications, 36, 2009, pp. 9268-9280.
[19]    Mirante, F. I. C., and Coutinho, J. A. P., “Cloud Point Prediction of Fuels And Fuel Blends,” Fluid Phase Equilibria, 180, 2001, pp. 247-255.
[20]    Van Gerpen, J., Shanks, B., Pruszko, R., Clements, d., and Knothe, G., “Biodiesel Analytical Methods,” NREL/SR-510-36240, Colorado, USA: National Renewable Energy Laboratory, 2004.
[21]    Aydin, H. and Bayindir, H., “Performance and Emission Analysis of Cottonseed Oil Methyl Ester in a Diesel Engine,” Renew Energy, 35, 2010, pp. 588-592.
[22]    Buyukkaya, E. “Effects of Biodiesel on a DI Diesel Engine Performance, Emission and Combustion Characteristics,” Fuel, 89, 2010, pp. 3099-3105.
[23]    Carraretto, C., Macor, A., Mirandola, A., Stoppato, A., and Tonon, S. “Biodiesel as Alternative Fuel: Experimental Analysis,” Energetic Evaluations, Energy, 29, 2004, pp. 2195-2211.
[24]    Cetinkaya, M., Ulusoy, Y., Tekin, Y., and Kapaosmanoğlu, F., “Engine and Winter Road Test Performances of Used Cooking Oil Originated Biodiesel,” Energ Convers Manage, 46, 2005, pp. 1279-1291.
[25]    Choi, S. H. and Oh, Y., “The Emission Effects by the Use of Biodiesel Fuel,” Int J Mod Phys B, 20, 2006, pp. 4481-4486.
[26]    Da Silva Fernando, N., António, S. P., and Jorge, R. T., “Technical Feasibility Assessment of Oleic Sunflower Methyl Ester Utilization in Diesel Bus Engines,” Energ Convers Manage, 44, 2003, pp. 2857-2878.
[27]    Hansen, A. C., Gratton, M. R., and Yuan, W., “Diesel Engine Performance and NOx Emissions from Oxygenated Biofuels and Blends with Diesel Fuel,” Trans ASABE, 49, 2006, pp. 589-595.
[28]    Hazar, H., “Effects of Biodiesel on a Low Heat Loss Diesel Engine”, Renew Energ, 34, 2009, pp. 1533-1537.
[29]    Murillo, S., Mıguez, J. L., Porteiro, J., Granada, E., and Moran, J. C., “Performance and Exhaust Emissions in the Use of Biodiesel in Outboard Diesel Engines,” Fuel ,86, 2007, pp. 1765-1771.
[30]    Özgünay, H., Çolak, S., Zengin, G., Sari, Ö., Sarikahya H., and Yüceer, L., “Performance and Emission Study of Biodiesel from Leather Industry Pre-Fleshings,” Waste Manage, 27, 2007, pp. 1897-1901.
[31]    Ozsezen, A. N., Canakci, M., Turkcan A., and Sayin, C., “Performance and Combustion Characteristics of a DI Diesel Engine Fueled with Waste Palm Oil and Canola Oil Methyl Esters,” Fuel, 88, 2009, pp. 629-636.
[32]    Raheman, H. and Phadatare, A. G., “Diesel Engine Emissions and Performance from Blends of Karanja Methyl Ester and Diesel,” Biomass Bioenerg, 27, 2004, pp. 393-397.
[33]    Utlu, Z. and Koçak, M. S. “The Effect of Biodiesel Fuel Obtained from Waste Frying Oil on Direct Injection Diesel Engine Performance and Exhaust Emissions,” Renew Energ, 33, 2008, pp.1936-1941.
[34]    Ulusoy, Y., Tekin, Y., Çetinkaya, M., Kapaosmanoğlu, F., “The Engine Tests of Biodiesel from Used Frying Oil,” Energ Source Part A, 26, 2004, pp. 927-932.
[35]    Yucesu, H. S. and Cumali, I., “Effect of Cotton Seed Oil Methyl Ester on the Performance and Exhaust Emission of a Diesel Engine,” Energ Source Part A, 28, 2006, pp. 389-398.
[36]    Najafi B., Piroozpanah V., and Ghobadian B., “Experimental Investigation of Diesel Engine Performance Parameters and Pollution using Biodiesel,” Modares Thechnical and Engineering, Special Issue on Mechanical Engineering, 28, 2007, pp. 78-101.
[37]    Ghobadian, B. Rahimi, H., and Nikbakht, A. M., “Diesel Engine Performance and Exhaust Emission Analysis using Waste Cooking Biodiesel Fuel with an Artificial Neural Network,” Renew Energ, 34, 2009, pp. 976-982.
[38]    Keskin, A., Guru M., and Altıparmak, D., “Influence of Tall Oil Biodiesel with Mg and Mo Based Fuel Additives on Diesel Engine Performance and Emission,” Bioresource Technology, 99, 2008, pp. 6434-6438.
[39]    Lapuerta, M., Herreros, J. M., Lyons, L. L., García-Contreras, R. and Brice, Y., “Effect of the Alcohol Type used in the Production of Waste Cooking Oil Biodiesel on Diesel Performance and Emissions,” Fuel, 87, 2008, pp.3161-3169.
[40]    Lin, B. F., Huang, J. H., and Huang, D. Y., “Experimental Study of the Effects of Vegetable Oil Methyl Ester on DI Diesel Engine Performance Characteristics and Pollutant Emissions,” Fuel, 88, 2009, pp. 1779-1785.
[41]    Oguz, H., Ogut, H., and Eryilmaz, T., “Investigation of Biodiesel Production, Quality and Performance in Turkey,” Energ Source Part A, 29, 2007, pp.1529-1535.
[42]    Qi, D. H., Geng, L. M., Chen, H., Bian, Y. Z. H., Liu J., Ren, and X. C. H., “Combustion and Performance Evaluation of a Diesel Engine Fueled with biodiesel Produced from Soybean Crude Oil,” Renew Energy, 34, 2009, pp. 2706-2713.
[43]    Song, J. T., Zhang, C. H., “An Experimental Study on the Performance and Exhaust Emissions of a Diesel Engine Fuelled with Soybean Oil Methyl Ester,” P I Mech Eng D-J Aut, 222, 2008, pp.2487-2496.
[44]    Al-Widyan, M. I., Tashtoush, G. and Abu-Qudais, M., “Utilization of Ethyl Ester of Waste Vegetable Oils as Fuel in Diesel Engines,” Fuel Process Technol, 76, 2002, pp. 91-103.