4-2- نتايج عملکرد موتور49
4-3- نتايج آلايندگي موتور70
فصل 5: جمع بندي و پيشنهادها86
5-1- جمع بندي87
5-2- پيشنهادها88
مراجع89
فهرست اشکال
شکل (2-1) ساختار يک مولکول تري‌گليسيريد10
شکل (2-2) درصد تغييرات توان ترمزي، مصرف سوخت ويژه و راندمان حرارتي روغن‌هاي گياهي و گازوئيل12
شکل (2-3) ميزان آلايندگي روغن‌هاي گياهي در مقايسه با ديزل12
شکل (2-4) تغييرات لزجت براي روغن جاتروفا درترکيب با ديزل وبه همراه پيشگرم کردن13
شکل (2-5) ارزش حرارتي و دماي شعله آدياباتيک متيل استر اسيدهاي چرب19
شکل (2-6) تأثير غلظت ترکيبات استر بر راندمان حرارتي20
شکل (2-7) تاخيراشتعال براي بيوديزل‌هاي متفاوت21
شکل (2-8) دياگرام ?-P در حالت بي باري در دور RPM 1400 براي موتور پاشش مستقيم22
شکل (2-9) بازه احتراق جاتروفا بيوديزل‌ و ديزل و تأثير %15 EGR بر آن24
شکل (2-10) تغييرات تورک موتور براي سوخت‌هاي مختلف در دور RPM 130025
شکل (2-11) تغييرات تورک موتور براي سوخت‌هاي مختلف در دور RPM 170025
شکل (2-12) رابطه بين عدد ستان با طول زنجيره هيدروکربني و درجه اشباع بودن30
شکل (2-13) رابطه بين عدد ستان و توليد NOX30
شکل (2-14) ساختار اشباع و غير اشباع اسيدهاي چرب31
شکل (2-15) ميزان هيدروکربن‌هاي نسوخته در بيوديزل و ديزل31
شکل (3-1) شکل موتور MT 4.24440
شکل (3-2) سيستم داده برداري ديجيتالي سلول تست42
شکل (3-3) آنالايزر AVL DiCOM 400043
شکل (3-4) شماتيک اتاق تست و تجهيزات مربوطه44
شکل (3-5) نتايج 3 بار تکرار و مقدار ميانگين براي ناکس در دور RPM1200 و بار %10047
شکل (4-1) تغييرات راندمان حرارتي در مقابل بار موتور در دور RPM 120050
شکل (4-2) تغييرات راندمان حرارتي در مقابل بار موتور در دور RPM 140051
شکل (4-3) تغييرات راندمان حرارتي در مقابل بار موتور در دور RPM 170051
شکل (4-4) تغييرات راندمان حرارتي در مقابل بار موتور در دور RPM 200052
شکل (4-5) تغييرات راندمان حرارتي در مقابل دور موتور در بار %2553
شکل (4-6) تغييرات راندمان حرارتي در مقابل دور موتور در بار %5054
شکل (4-7) تغييرات راندمان حرارتي در مقابل دور موتور در بار %7555
شکل (4-8) تغييرات راندمان حرارتي در مقابل دور موتور در بار %10055
شکل (4-9) گشتاور موتور با درصدهاي متفاوت بيوديزل و ديزل در بار %100 براي دورهاي مختلف56
شکل (4-10) گشتاور موتور با درصدهاي متفاوت بيوديزل و ديزل دردور RPM 1200 و بارهاي مختلف58
شکل (4-11) گشتاور موتور با درصدهاي متفاوت بيوديزل و ديزل دردور RPM 1400 و بارهاي مختلف58
شکل (4-12) گشتاور موتور با درصدهاي متفاوت بيوديزل و ديزل دردور RPM 1700 و بارهاي مختلف58
شکل (4-13) گشتاور موتور با درصدهاي متفاوت بيوديزل و ديزل دردور RPM 2000 و بارهاي مختلف59
شکل (4-14) توان موتور با درصدهاي متفاوت بيوديزل و ديزل دردور RPM 2000 و بارهاي مختلف59
شکل (4-15) توان موتور با درصدهاي متفاوت بيوديزل و ديزل در بار %100 براي دورهاي مختلف60
شکل (4-16) تأثير افزايش بار موتور بر مصرف سوخت ويژه ترمزي دردور RPM 1200 براي ترکيب‌هاي مختلف61
شکل (4-17) تأثير افزايش بار موتور بر مصرف سوخت ويژه ترمزي دردور RPM 1400 براي ترکيب‌هاي مختلف61
شکل (4-18) تأثير افزايش بار موتور بر مصرف سوخت ويژه ترمزي دردور RPM 1700 براي ترکيب‌هاي مختلف62
شکل (4-19) تأثير افزايش بار موتور بر مصرف سوخت ويژه ترمزي دردور RPM 2000 براي ترکيب‌هاي مختلف62
شکل (4-20) تأثير افزايش دور موتور بر مصرف سوخت ويژه ترمزي دربار %25 براي ترکيب‌هاي مختلف63
شکل (4-21) تأثير افزايش دور موتور بر مصرف سوخت ويژه ترمزي دربار %50 براي ترکيب‌هاي مختلف63
شکل (4-22) تأثير افزايش دور موتور بر مصرف سوخت ويژه ترمزي دربار %75 براي ترکيب‌هاي مختلف64
شکل (4-23) تأثير افزايش دور موتور بر مصرف سوخت ويژه ترمزي دربار %100 براي ترکيب‌هاي مختلف64
شکل (4-24) تأثير افزايش دور موتور بر دماي گازهاي خروجي در بار %25 براي ترکيب‌هاي مختلف65
شکل (4-25) تأثير افزايش دور موتور بر دماي گازهاي خروجي در بار %50 براي ترکيب‌هاي مختلف66
شکل (4-26) تأثير افزايش دور موتور بر دماي گازهاي خروجي در بار %75 براي ترکيب‌هاي مختلف66
شکل (4-27) تأثير افزايش دور موتور بر دماي گازهاي خروجي در بار %100 براي ترکيب‌هاي مختلف67
شکل (4-28) تأثير افزايش بار موتور بر دماي گازهاي خروجي در دور RPM1200 براي ترکيب‌هاي مختلف68
شکل (4-29) تأثير افزايش بار موتور بر دماي گازهاي خروجي در دور RPM1200 براي ترکيب‌هاي مختلف68
شکل (4-30) تأثير افزايش بار موتور بر دماي گازهاي خروجي در دور RPM1200 براي ترکيب‌هاي مختلف69
شکل (4-31) تأثير افزايش بار موتور بر دماي گازهاي خروجي در دور RPM1200 براي ترکيب‌هاي مختلف69
شکل (4-32) تأثير افزايش دور موتور بر ناکس خروجي از اگزوز در بار %25 براي ترکيب‌هاي مختلف71
شکل (4-33) تأثير افزايش دور موتور بر ناکس خروجي در بار %50 براي ترکيب‌هاي مختلف71
شکل (4-34) تأثير افزايش دور موتور بر ناکس خروجي در بار %50 براي ترکيب‌هاي مختلف72
شکل (4-35) تأثير افزايش دور موتور بر ناکس خروجي در بار %50 براي ترکيب‌هاي مختلف72
شکل (4-36) تأثير افزايش بار موتور بر ناکس خروجي در دور RPM1200 براي ترکيب‌هاي مختلف73
شکل (4-37) تأثير افزايش بار موتور بر ناکس خروجي در دور RPM1400 براي ترکيب‌هاي مختلف74
شکل (4-38) تأثير افزايش بار موتور بر ناکس خروجي در دور RPM1700 براي ترکيب‌هاي مختلف74
شکل (4-39) تأثير افزايش بار موتور بر ناکس خروجي در دور RPM2000 براي ترکيب‌هاي مختلف75
شکل (4-40) تأثير افزايش دور موتور بر مونوکسيدکربن در بار %25 براي ترکيب‌هاي مختلف76
شکل (4-41) تأثير افزايش دور موتور بر مونوکسيدکربن در بار %50 براي ترکيب‌هاي مختلف76
شکل (4-42) تأثير افزايش دور موتور بر مونوکسيدکربن در بار %75 براي ترکيب‌هاي مختلف77
شکل (4-43) تأثير افزايش دور موتور بر مونوکسيدکربن در بار %100 براي ترکيب‌هاي مختلف78
شکل (4-44) تأثير افزايش بار موتور بر مونوکسيدکربن در دور RPM1200 براي ترکيب‌هاي مختلف78
شکل (4-45) تأثير افزايش بار موتور بر مونوکسيدکربن در دور RPM1400 براي ترکيب‌هاي مختلف79
شکل (4-46) تأثير افزايش بار موتور بر مونوکسيدکربن در دور RPM1700 براي ترکيب‌هاي مختلف80
شکل (4-47) تأثير افزايش بار موتور بر مونوکسيدکربن در دور RPM2000 براي ترکيب‌هاي مختلف80
شکل (4-48) تأثير افزايش دور موتور بر دوده در بار %25 براي ترکيب‌هاي مختلف81
شکل (4-49) تأثير افزايش دور موتور بر دوده در بار %50 براي ترکيب‌هاي مختلف82
شکل (4-50) تأثير افزايش دور موتور بر دوده در بار %75 براي ترکيب‌هاي مختلف82
شکل (4-51) تأثير افزايش دور موتور بر دوده در بار %100 براي ترکيب‌هاي مختلف83
شکل (4-52) تأثير افزايش بار موتور بر دوده در دور RPM1200 براي ترکيب‌هاي مختلف83
شکل (4-53) تأثير افزايش بار موتور بر دوده در دور RPM1400 براي ترکيب‌هاي مختلف84
شکل (4-54) تأثير افزايش بار موتور بر دوده در دور RPM1700 براي ترکيب‌هاي مختلف84
شکل (4-55) تأثير افزايش بار موتور بر دوده در دور RPM2000 براي ترکيب‌هاي مختلف85
فهرست جداول
جدول(1-1) استانداردهاي آلايندگي اروپا براي موتورهاي ديزل سواري برحسب g/km5
جدول(1-2) هزينه‌هاي توليد بيوديزل پسماند خوراکي[1]6
جدول(2-1) ساختار شيميايي اسيدهاي چرب متداول. [2]10
جدول(2-2) خواص روغن‌هاي گياهي. [2]11
جدول(2-3) خواص بيوديزل از روغن‌هاي مختلف [2]16
جدول(2-4) استاندارد ASTM D6751 براي بيوديزل B10017
جدول(2-5) تاخير اشتعال و پيک فشار و پيک نرخ گرما براي سه نمونه بيوديزل [16]23
جدول(3-1) اسيدهاي چرب تشکيل دهنده روغن آفتاب‌گردان [26]35
جدول(3-2) اسيدهاي چرب تشکيل دهنده روغن پسماند خوراکي [27]35
جدول(3-3) خواص بيوديزل پسماند خوراکي37
جدول(3-4) مشخصات فني موتور MT 4.24440
جدول(3-5) دقت پارامترهاي اندازه گيري شده توسط دينامومتر41
جدول(3-6) دقت پارامترهاي اندازه گيري شده توسط آنالايزر AVL DiCOM 400043
جدول(3-7) ماتريس آزمايش45
جدول(3-8) گشتاور خروجي موتور در سه بار تکرار در دور RPM1200 و بار %10046
جدول(3-9) ناکس خروجي موتور در سه بار تکرار در دور RPM1200 و بار %10046
جدول(3-10) دوده خروجي موتور در سه بار تکرار در دور RPM1200 و بار %10046

مقدمه
مقدمه
رشد روز افزون استفاده از منابع فسيلي و محدوديت اين منابع باعث افزايش قيمت اين ماده ارزشمند و تبديل آن به يک کالاي استراتژيک اقتصادي شده است. اگر مشکلات زيست محيطي و گرم شدن کره زمين به خاطر آلايندگي حاصل از گازهاي گلخانه‌اي را نيز به آن بيافزايم، اهميت يافتن جايگزيني را براي رفع نياز روز افزون جهان به منابع جديد انرژي درمي‌يابيم. اين مشکل در چند دهه اخير نه‌تنها گريبان‌گير واردکنندگان نفت بوده بلکه براي کشورهاي نفت خيزي چون ايران نيز که با مشکلات گوناگون در زمينه تهيه سوخت رو به رو هستند، هم مسأله ساز شده است.
تاکنون مهمترين و معمول ترين سوخت جهت استفاده در سرويس‌هاي حمل و نقل، در بسياري از کشورهاي جهان بنزين و گازوئيل بوده است. اتومبيل‌هايي که بنزين يا گازوئيل را به عنوان سوخت مصرف مي‌کنند موجب انتشار مواد مضر و آلاينده با ترکيبات شيميايي پيچيده مي‌شوند که خود، سبب توليد اوزون تروپسفري (اوزون در سطح زمين) مي‌شوند. با آنکه تمهيدات مختلف جهت کاهش آلودگي از معاينه فني خودورها گرفته تا نصب سيستم‌هاي کنترل انتشار آلاينده در اگزوز خودروها که در کشورهاي پيشرفته بکار گرفته شده، اما اين برنامه‌ها در شهرهاي بزرگ توليد اوزون و ساير آلاينده‌ها را به طور چشم‌گيري کاهش نداده است.
سوخت‌هاي پاک داراي خواص فيزيکي و شيميايي ذاتي هستند که آنها را پاک‌تر از بنزين و ديزل با ساختار و ترکيبات فعلي در عمل احتراق، مي‌نمايد. به‌طور کلي اين سوخت‌ها حين احتراق، هيدروکربن(نسوخته) کمتري توليد کرده و مواد منتشر شده حاصل از احتراق آنها داراي فعاليت شيميايي کمتر براي تشکيل اوزون و مواد سمي ديگر مي‌باشند. استفاده از سوخت‌هاي جايگزين، شدت افزايش و دي‌اکسيدکربن را که سبب گرم شدن کره زمين مي‌شود نيز کاهش مي‌دهد. دانشمندان و محققان بسياري به منظور جايگزين سوخت‌هاي مناسب‌تر آزمايش‌ها و تحقيقيات فراوان انجام دادند. از جمله جايگزين‌هايي که مي توان از آنها در موتورهاي احتراق تراکمي استفاده کرد، استر روغن‌هاي گياهي يا بيوديزل‌ها است. از آنجا که روغن‌هاي گياهي گران‌قيمت هستند، سبب مي‌شوند که بيوديزل‌هاي توليد شده از منابع گياهي گرانتر از سوخت ديزل معمولي شوند. از اين‌رو يافتن روغن‌هاي گياهي غير خوراکي و استفاده از روغن‌هاي پسماند خوراکي جهت توليد بيوديزل مي‌تواند از قيمت نهايي آنها بکاهد و باعث شود که توليد آنها از لحاظ اقتصادي مقرون به صرفه باشد.
شرح موضوع
در اين پژوهش، هدف، تأثير ترکيب بيوديزل پسماند خوراکي به همراه ديزل معمولي بر عملکرد و آلايندگي موتور احتراق تراکمي‌ است. براي نيل به هدف فوق در قدم اول تهيه بيوديزل از دانشکده کشاورزي دانشگاه تربيت مدرس تهران و انتقال آن به مرکز تحقيقات موتور شرکت تراکتورسازي تبريز بود. سوخت در نسبت‌هاي ترکيبي متفاوت با ديزل در مرکز تحقيقات موتور شرکت تراکتورسازي تبريز بر روي موتور ديزل MT4.244 مورد آزمايش قرار گرفت که نتايج آزمايش‌ها پس از سه بار تکرار و گرفتن ميانگين در فصل‌هاي آتي تحليل و بررسي مي‌گردد.
اهميت موضوع
در دهه ????، شواهد علمي نشان دادند كه انتشار گازهاي گلخانه‌اي ناشي از فعاليتهاي انساني خطراتي براي آب و هواي جهان ايجاد مي‌كند و به اين ترتيب افكار عمومي به ايجاد كنفرانس‌هاي بين‌المللي دوره‌اي و تشكيل پيمان نامه‌اي براي حل اين مسأله‌ سوق پيدا كرد. دولت‌ها براي انعكاس افكار عمومي يكسري كنفرانس بين المللي برگزاركردند و خواهان تنظيم قراردادي بين‌المللي براي بررسي اين مسأله شدند. در سال ???? مجمع عمومي‌سازمان ملل متحد كميته مذاكرات بين الدول (INC) را جهت تدوين كنوانسيون تغيير آب و هوا (UNFCCC) تشكيل داد.
كميته مذاكرات، پيش نويس كنوانسيون را تهيه كرد و اين پيش نويس در ? ماه مه ???? در مقر سازمان ملل در نيويورك تصويب شد. دولتها با پذيرش كنوانسيون تغيير آب و هواي سازمان ملل در سال ????، اين كنوانسيون را به عنوان سكوي پرتابي براي اقدامات اساسي تر در آينده مورد توجه قرار دادند. در پاسخ به تغييرات ناشي از شناخت علمي و خواست سياسي، كنوانسيون امكان پذيرش تعهدات اضافي را از طريق بازنگري، بحث و تبادل نظر فراهم مي‌سازد.
اولين بازنگري در مورد كفايت تعهدات كشورهاي توسعه يافته كه در COP1 بر ضرورت آن تاكيد شده بود، در سال ???? در برلين انجام شد. هيئتهاي حاضر به اين نتيجه رسيدند كه تعهدات كشورهاي توسعه‌يافته براي كاهش ميزان انتشار گازهاي گلخانه‌اي آنها در سال ???? به سطح موجود در سال ???? با هدف درازمدت كنوانسيون براي جلوگيري از تداخل ضايعات خطرناك ناشي از فعاليت‌‎هاي انساني با سيستم آب و هوايي، تناسب ندارد.
وزراء و مقامات اجرائي همراه با پذيرش توافقنامه برلين و آغاز دور جديد مذاكرات براي تقويت تعهدات كشورهاي توسعه‌يافته، تعهدات جديدي را پذيرفتند. گروه ويژه اينكار كه در توافقتنامه برلين براي تهيه پيش نويس پروتكل تشكيل شده بود، بعد از ? جلسه اين پروتكل را به COP3 ارسال كرد.
در كنفرانسي كه به ميزباني كشور ژاپن در شهر كيوتو در دسامبر ???? برگزار شد،‌ حدود ?? هزار نفر شركت داشتند. يكي از نتايج مثبت اين كنفرانس پذيرش پروتكل جديدي بود كه به موجب آن كشورهاي صنعتي متعهد مي‌شدند كه ميزان انتشار گازهاي گلخانه‌اي خود را تا سالهاي ????-???? به ميزان ?% زير ميزان انتشار در سال ???? كاهش ‌دهند. با اطمينان مي‌توان گفت كه اين تعهد اجباري و قانوني، منحني بالارونده انتشار گازهاي گلخانه‌اي كشورهاي صنعتي را كه در ??? سال گذشته روند صعودي داشته است، به تدريج معكوس خواهد كرد.
پروتكل كيوتو در ?? مارس سال ???? جهت امضاء اعضا آماده شد. اين پروتكل ?? روز پس از تصويب حداقل ?? هيئت عضو كنوانسيون، قابل اجراء ‌بود، مشروط بر اينكه ميزان انتشار گازهاي گلخانه‌اي اين ?? عضو از ??% كل گازهاي گلخانه‌‌اي منتشر شده در سال ???? توسط كشورهاي صنعتي بيشتر باشد. همچنين اعضاء كنوانسيون تغيير آب و هوا به اجراي تعهدات خود در برابر كنوانسيون و آمادگي براي اجراي پروتكل در آينده، ادامه خواهند‌داد.
بر اساس پروتكل كيوتو، اعضاي پيوست ? كنوانسيون ( كشورهاي پيشرفته ) براي انجام تعهد كاهش مقدار انتشار و نيز به منظور ارتقاء توسعه پايدار،بايد در مواردي تلاش مي‌كردند که يکي از آن موارد اجرا و يا تشريح بيشتر سياستها و اقدامات طبق شرايط ملي خود، مانند افزايش كارآيي انرژي در بخش‌هاي مربوط به اقتصاد ملي، محافظت و افزايش چاهك‌ها و انباره‌هاي گازهاي گلخانه‌‌اي، ترغيب شكل‌هاي پايدار كشاورزي، تحقيق، توسعه و گسترش استفاده از انواع تجديد پذير انرژي و همكاري با ساير اعضا، زمينه انجام تعهدات كاهش انتشار و ترويج توسعه پايدار را فراهم نمايند. از سوي ديگر استاندارد‌هاي آلايندگي نظير يورو شرکت‌ها و کارخانجات توليد خودرو را ملزم به کاهش آلايندگي خروجي از موتورها مي‌کند. با توجه به مطالب فوق در خصوص کاهش گاز‌هاي گلخانه‌اي و نياز به منابع تجديد پذير و همچنين قوانين آلايندگي سخت گيرانه اهميت موضوع به وضوح مشخص مي‌شود.
استانداردهاي آلايندگي براي موتورهاي ديزل سواري برحسب g/km ]1[
رديفتاريخCONOxHC+NOxPMEuro 1July 19922.72 (3.16)-0.97 (1.13)0.14 (0.18)Euro 2January 19961.0-0.70.08Euro 3January 20000.640.500.560.05Euro 4January 20050.500.250.300.025Euro 5September 20090.5000.1800.2300.005Euro 6 September 20140.5000.0800.1700.005
در چند سال اخير تحقيقات بسياري در مورد توليد و تأثير بيوديزل‌هاي متفاوت بر عملکرد و آلايندگي موتور ديزل صورت پذيرفته است. در هر فرآيند توليدي، اولين مبحث مورد توجه صرفه اقتصادي آن است. از آنجا که روغن‌هاي پسماند خوراکي داراي قيمت بسيار پايين (حدود 200 دلار در هرتن) مي‌باشند، استفاده از آنها براي توليد بيوديزل بسيار مقرون به صرفه است و قيمت نهايي اين سوخت را مي‌تواند تا 500 الي 600 دلار براي هر تن کاهش دهد. گليسيرين توليد شده از اين فرايند مي‌تواند بخشي از هزينه توليد را پوشش دهد. جدول(1-2) نشان دهنده قيمت بيوديزل پسماند خوراکي با استفاده از دو روش توليد به همراه ساير هزينه‌ها ي توليد است.
هزينه‌هاي توليد بيوديزل پسماند خوراکي[1]
با توجه به توضيحات ارائه شده، بيوديزل پسماند خوراکي داراي قيمت بسيار مناسب است و علاوه بر مشکلات زيست محيطي مي‌تواند جايگزيني مناسب براي ديزل معمولي از لحاظ قيمت سوخت براي مصرف کننده باشد.

فصل‌بندي مطالب
در فصل اول، پيرامون موضوع کلي، شرحي مختصر داده شده است. همچنين، اهميت موضوع و کار انجام شده بررسي گرديد و فرآيند کلي صورت گرفته شده براي انجام اين پژوهش تبيين گرديد.
در فصل دوم کارهاي انجام شده در زمينه بيوديزل آورده شده است. در اين فصل ابتدا روغن‌هاي گياهي، ساختار آنها و عملکرد و آلايندگي آنها هنگام تغذيه در موتور بررسي گرديده و مشکلات و معايب استفاده از آنها در موتور گردآوري شده است. در بخش بعد تبديل بيوديزل‌ها به عنوان راه حل غلبه بر مشکلات استفاده از روغن‌هاي گياهي ارائه شده و ضمن معرفي اين سوخت به خواص استاندارد آن پرداخته شده است. و در بخش آخر فصل، استفاده از بيوديزل، تأثير پارامترهاي طراحي موتور در زمينه احتراق آن و بازخوراني گازهاي خروجي بر عملکرد و آلايندگي موتور ديزل جمع آوري و تدوين گرديده است.
در فصل سوم، توضيحات و تصاوير مختصري از سلول تست و نحوه انجام تستها آورده شده و در بخش انتهايي فصل تحليل خطا بر روي داده‌هاي مورد اندازه گيري انجام شده است.
در فصل چهارم کليه نتايج بدست آمده از تست موتور شامل توان، گشتاور، مصرف سوخت ويژه، راندمان حرارتي و آلايندگيهاي مختلف خروجي از موتور در بارها و دورها و درصدهاي مختلف بيوديزل با ديزل آورده شده است و نمودارهاي آنها تفسير شدهاند.
در فصل نهايي اين گزارش يعني فصل پنجم، جمع بندي از کل کار انجام شده و پيشنهادات براي کارهاي آينده آورده شده است. اميد است که پژوهش پيش رو گامي‌جهت اعتلاي ميهن و مردم عزيزمان در بين جهانيان و کاهش وابستگي‌ها گردد.
مروري بر ادبيات موضوع
مقدمه
در مطالعات مربوط به سوخت‌هاي گياهي رودلف ديزل را به عنوان نخستين فردي که از اين سوخت براي موتورش استفاده کرد، معرفي مي‌کنند. در زمان ديزل استفاده از روغن‌هاي گياهي بصورت خام و پالايش نشده براي راه اندازي و روشن شدن موتور، مناسب به نظر مي‌رسيد، اما با گذشت زمان مشاهده شد که روغن‌هاي خام باعث بروز مشکلاتي در موتور مي‌شوند و با تبديل روغن‌هاي خام گياهي به متيل يا اتيل استرها اين مشکلات برطرف گرديد. اين موضوع از سوي ASTM1 نيز بررسي گرديد و به تصويب رسيد.
روغن‌هاي گياهي به عنوان سوخت
اشتياق زياد به استفاده از روغن‌هاي گياهي دراواخر دهه 1970 در زمان تحريم نفت اپک ايجاد شد. پس از آن مطالعات بسيار در اين زمينه صورت پذيرفت که در ذيل به طور مختصر به آن اشاره شده است.
ساختار شيميايي روغن‌هاي گياهي
روغن‌هاي گياهي که با نام تري‌گليسيريد شناخته مي‌شوند، ساختار شيميايي مطابق شکل (2-1) دارند. اين ساختار شامل 98% تري‌گليسيريد و مقادير بسيار کمي منو و دي‌گليسيريد است. تري‌گليسيريدها، استرهايي هستند که از سه مولکلول اسيد چرب و يک مولکول گليسرول بدست مي آيند و شامل مقادير زيادي اکسيژن در ساختار خود هستند.

ساختار يک مولکول تري‌گليسيريد[2]
روغن‌هاي مختلف داراي اسيدهاي چرب متفاوتي هستند. اسيدهاي چرب در طول زنجيره کربني و تعداد پيوندهاي دوگانه با هم تفاوت دارند. فرمول شيميايي و ساختار اسيدهاي چرب گوناگون در روغن‌هاي گياهي مختلف در جدول (2-1) آورده شده است [2].
ساختار شيميايي اسيدهاي چرب متداول [2]
خواص روغن‌هاي گياهي به عنوان سوخت
خواص روغن‌هاي گياهي در جدول (2-2) آورده شده است. مطابق اين جدول محدوده ويسکوزيته سينماتيکي روغن‌هاي گياهي بين 30 تا 40 سانتي استوک در 38? است. ويسکوزيته بالاي اين روغن‌ها به‌واسطه جرم مولکولي بالاي آنها در محدوده 600-900 است و در حدود 20 برابر بزرگتر از سوخت ديزل است. نقطه اشتعال روغن‌هاي گياهي بسيار بالاست (حدود 200? ). مقادير ارزش حرارتي آنها در محدوده 39-40 Mj/kg است که قابل مقايسه با 45 Mj/kg براي سوخت ديزل است. حضور پيوندهاي شيميايي اکسيژن دار در روغن‌هاي گياهي ارزش حرارتي آنها را حدود 10% کاهش مي‌دهد. عدد ستان اين روغن‌هاي گياهي در محدوده 32-40 است [2].

خواص روغن‌هاي گياهي [2]

کاربرد روغن‌هاي گياهي به عنوان سوخت
بررسي‌ها نشان مي‌دهد که روغن‌هاي گياهي مي توانند به عنوان سوخت در موتورهاي ديزلي بکار گرفته شوند. شکل (2- 2) توان ترمزي2، مصرف سوخت ويژه3 و راندمان حرارتي ترمزي4 روغن‌هاي گياهي را نسبت به هم و در مقايسه با ديزل نمايش مي‌دهد.
درصد تغييرات توان ترمزي، مصرف سوخت ويژه و راندمان حرارتي روغن‌هاي گياهي و گازوئيل[3]
ميزان آلايندگي روغن‌هاي گياهي در مقايسه با ديزل[3]
ميزان آلايندگي روغن‌هاي گياهي در مقايسه با ديزل بيشتر است. شکل (2-3) سه آلاينده مهم را براي روغن‌هاي گياهي و ديزل نمايش مي‌دهد. تنها آلاينده ناکس کمتر از ديزل است و اين به سبب لزجت بالا و ساختار مولکولي سنگين روغن‌هاي گياهي است. در بار‌هاي بيشتر به علت احتراق ناقص تمايل براي تشکيل CO و دوده بيشتر وجود دارد و در کل آلاينده‌هاي HC و ?CO?_2 در موتور با سوخت روغن‌هاي گياهي به دليل مصرف سوخت ويژه بالاتر بيشتر است.
برخي از روغن‌هاي گياهي داراي خصوصياتي بسيار نزديک به ديزل هستند و مي توان آنها را به عنوان سوخت با پيش گرم کردن در موتور استفاده کرد.

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

تغييرات لزجت براي روغن جاتروفا درترکيب با ديزل وبه همراه پيشگرم کردن [4]
در شکل (2-4) مي توان تغييرات لزجت را براي جاتروفا در دماها و نسبت‌هاي ترکيب مختلف با ديزل متوجه شد. همانطور که مشاهده مي‌شود مي توان در دما و ترکيب مناسب با ديزل لزجت سوخت را در محدوده استاندارد براي مصرف در موتور کاهش داد.
فورسون5 و همکارانش در سال 2002 در مقاله‌اي تحت عنوان عملکرد ترکيبات جاتروفا در موتور ديزل تأثير اين روغن را بر پارامترها و آلايندگي موتور بررسي کردند. آنها آزمايش خود را بر روي يک موتور يک سيلندر براي ترکيبات مختلف ديزل و روغن جاتروفا (97.4-2.6 , 80-20 , 50-50 ) بدون پيش گرم کردن و باپيش گرم کردن سوخت انجام دادند [5] .
فورسون پارامترهاي مصرف سوخت ويژه ترمزي6، توان ترمزي7، تورک8، راندمان حرارتي ترمزي9 و ميزان آلاينده‌هاي خروجيco , ?co?_2 و گاز o_2 را بررسي کرد. در دورهايي از موتور که گشتاور خروجي بيشتر است، عملکرد روغن جاتروفا و ترکيبات کم آن با ديزل بهتر از ديزل خالص است به‌طوري که گشتاور و راندمان احتراق بيشتر شده، آلاينده CO و مصرف سوخت کاهش مي‌يابند. فورسون در آزمايش خود به اين نتيجه رسيد که نسبت 97.4 ديزل و 2.6 روغن جاتروفا داراي راندمان احتراق بهتر و مصرف سوخت ويژه کمتر، از ديزل است پس مي توان از روغن جاتروفا به عنوان يک افزودني براي بهبود احتراق ديزل استفاده کرد.
سال 2007 آگروال10 و همکارانش تحقيق ديگري تحت عنوان ويژگي آلاينده‌ها و عملکرد روغن جاتروفا (پيش گرم شده و بدون پيش گرمايش) در موتورهاي اشتعال تراکمي پاشش مستقيم انجام دادند.
آگروال از گرماي تلف شده گازهاي خروجي به منظور بالا بردن دما و کاهش ويسکوزيته سوخت استفاده کرد وتأثير آن را بر دوده11، مصرف سوخت ويژه و ساير آلاينده‌ها در فشارهاي پاشش مختلف بررسي کرد. آنها در يافتند که با پيش گرم کردن و کاهش ويسکوزيته سوخت مي توان به راندمان بالاتري دست يافت که سبب کاهش مصرف سوخت ويژه و آلاينده‌هاي خودرو به جزء ناکس مي‌شود، البته در بارهاي کم (تقريبا زير %40) جاتروفا بدون پيش گرمايش عملکرد بهتري از خود نشان مي‌دهد. دوده در جاتروفا گرم شده کمتر از جاتروفاي بدون پيش گرمايش و بيشتر از ديزل معمولي است. جاتروفاي گرم شده مقدار کمتري?CO?_2 از ديزل معمولي توليد مي‌کند ولي مقدار ?CO?_2 کمتر از مقدار آن براي جاتروفاي بدون پيش گرمايش است. در بارهاي پايين مقدار CO تقريبا يکسان است، درحالي‌که در بارهاي بالاتر مقدار CO براي جاتروفاي پيش گرم شده بيشتر از ديزل و کمتر از روغن جاتروفاي بدون پيش گرمايش است. آلاينده HC در بارهاي جزئي12 براي تمام سوخت‌ها تمايل به کم شدن دارد ولي با افزايش بار افزايش مي‌يابد که اين به سبب کمبود اکسيژن به دليل افزايش نسبت اکويوالانس13 است. سوخت ديزل آلايندگي HC کمتري در مقايسه با جاتروفا توليد مي‌کند [6].
به طور کلي نتايج آزمايش‌ها نشان مي‌دهند که با پيش گرم کردن برخي روغن‌ها با استفاده از گازهاي خروجي، عملکرد و آلايندگي موتور ديزل بهبود مي‌يابد و ويژگي‌هاي سوخت را به ديزل معمولي نزديک مي‌کند.
پيشينه بيوديزل
استفاده مستقيم از روغن‌هاي گياهي به عنوان سوخت باعث بروز مشکلاتي در عملکرد موتور مي‌گردد. پاشش، اتميزه شدن و مشخصات احتراق روغن‌هاي گياهي در موتورهاي ديزلي کاملا متفاوت با سوخت ديزل است. ويسکوزيته بالاي روغن‌هاي گياهي باعث بروز مشکل در فرآيند پاشش سوخت شده و منجر به اتميزه شدن ناچيز سوخت مي‌گردد. ويسکوزيته بالا و فراريت پايين روغن‌هاي گياهي سبب بروز مشکل در حين راه اندازي سرد موتور، عدم ايجاد جرقه و تاخير در زمان جرقه زني مي‌گردد. افزايش رسوبات کربني، تشکيل دوده روي انژکتور، چسبندگي رينگ پيستون و رقيق شدن روغن از جمله مشکلات ناشي از استفاده مستقيم روغن‌هاي گياهي هستند. اين معايب به همراه واکنش‌پذيري روغن‌هاي گياهي غير‌اشباع سبب عملکرد نامناسب موتور در کارکردهاي طولاني مي‌گردد [2].
اين مسأله در کنفرانس ASAE در سال 1982 مطرح گرديد و به‌عنوان يکي از راه‌حل‌هاي مطرح در کنفرانس اصلاح ساختار شيميايي روغن‌هاي گياهي و تبديل آنها به بيوديزل مطرح شد تا مشکلات ارائه شده در بالا برطرف شوند.
ساختار بيوديزل
بيوديزل به سوخت‌هايي اطلاق مي‌شود که منشا بيولوژيکي دارند و يک عنوان کلي براي گستره‌اي از سوخت‌هاي اکسيژن دهي شده با پايه استري نسبت داده مي‌شود. بيوديزل ممکن است از روغن‌هاي آلي و چربي‌ها توليد شود. از ديدگاه علم شيمي، بيوديزل به استرهاي منوالکيل با زنجيرهاي بلند اسيد چرب که از بيوليپيدهاي تجديد پذير مشتق مي‌شوند منسوب مي‌شود. بيوديزل به‌طور نمونه از طريق واکنش روغن نباتي يا چربي حيواني با متانول يا اتانول در حضور کاتاليزور براي حصول متيل يا اتيل استر (بيوديزل) و گليسيرين توليد مي‌شود. استرهاي متيل يا اتيل اسيد چرب يا همان بيوديزل از روغن‌هاي طبيعي و چربي‌ها توليد مي‌شود. معمولاً متانول بر تبادل استري به اتانول ترجيح داده مي‌شود، زيرا که متانول از اتانول ارزان تر است و گلسيرين توليدي نيز در صنايع آرايشي و صابون سازي مصرف مي‌شود.
بيوديزل را مي توان به راحتي با گازوييل مخلوط و در خودروهاي گازوييل‌سوز استفاده کرد. نتايج تحقيق‌ها نشان داده است که اگر 20 درصد باک خودرو را با بيوديزل پر کنيم، هيچ نيازي به تغيير سيستم احتراق يا تغيير قطعات موتور نيست و مي توان اين سوخت را بدون هيچ مشکلي در موتورهاي امروزي استفاده کرد.
از آنجايى كه بيوديزل خاصيت حلال را دارد، مى تواند قطعاتى از موتور را كه از لاستيك و يا پلاستيک نامناسب تشكيل شده در خود حل نمايد و موجب صدمه زدن به قسمتهايى از موتور شود. با تعويض اين قسمتها با قطعات مناسب غيرمحلول در بيوديزل، شركتهاى توليدكننده، موتور ديزل متناسب با سوخت بيوديزل را توليد كرده‌اند. به همين خاطر بيوديزل خالص (B100) تنها در خودروهايى بايد مصرف شود كه موتور آنها براى اين نوع سوخت ساخته شده‌اند.
خواص و استاندارد‌هاي بيوديزل
بيوديزل شامل 10 الي 11 درصد اکسيژن است و بنابراين باعث بهبود فرآيند احتراق در موتور مي‌گردد. همچنين گزارش شده که کاربرد آمين‌ها و آميدهاي چرب سه گانه بر روي کيفيت احتراق بيوديزل تأثير مثبت مي‌گذارد. علاوه بر اين بيوديزل داراي ارزش حرارتي پايين حدود 12 درصد، عدد ستان بالا و نقطه اشتعال بالا است. نقطه اشتعال بيوديزل 15الي 25 درجه سانتي‌گراد بالاتر از ديزل است.
خواص سوخت‌هاي ديزل و بيوديزل درجدول شماره (2-3) آورده شده است. نزديکي خواص اين دو سوخت به يکديگر نشان مي‌دهد که بيوديزل به عنوان سوختي جايگزين مناسب است [2].
خواص بيوديزل از روغن‌هاي مختلف [2]

پس از مطرح شدن سوخت بيوديزل لزوم استاندارد سازي آن محسوس شد تا شرکت‌هاي خودروسازي بتوانند با توجه به نوع و ساختار سوخت نسبت به طراحي موتورها اقدام نمايند. استانداردي که در سال 2001 توسط ASTM اعلام شده است، در جدول (2-4) نشان داده شده است. وجود استاندارد‌هاي بيوديزل از توليد بيوديزل‌هاي بي‌کيفيت جلوگيري نمود و شرکت‌ها را به افزايش کيفيت بيوديزل تشويق نمود و در عين حال موتورهاي يورو 3 توليد شدند که قطعات لاستيکي و پلاستيکي آنها در مقابل بيوديزل مقاوم هستند.
استاندارد ASTM D6751 براي بيوديزل B100
يکا محدوديت روش بکار رفته توسط ASTM خاصيت مينيمم 130 D93 نقطه اشتعال درصد حجمي ماکزيمم 050/0 D2709 آب و رسوبات Mm2/sec 6-9/1 D445 ويسکوزيته جنبشي(در 40 درجه سلسيوس) درصد جرمي ماکزيمم 020/0 D874 خاکستر سولفاته درصد جرمي ماکزيمم 05/0 D5453 سولفور مينيمم 47 D613 ستان گزارش شده D2500 نقطه ابري شدن درصد جرمي ماکزيمم 050/0 D4530 کربن پس مانده Mg KOH/gm ماکزيمم 80/0 D664 عدد اسيدي درصد جرمي ماکزيمم 020/0 D6584 گليسرين آزاد درصد جرمي ماکزيمم 240/0 D6584 کل گليسرين درصد جرمي ماکزيمم 001/0 D4951 مواد فسفري ماکزيمم 360 D1160 دماي تقطير(در شرايط جو)
معايب و مزاياي بيوديزل
معايب
پايداري آن در مقابل اكسيداسيون كم است.
احتراق بيوديزل منجر به افزايش انتشار اكسيد‌هاي نيتروژن مي‌گردد.
استفاده از برخي از ترکيبات بيوديزل در هواي سرد گاهي منجر به بروز مشكلاتي در موتور مي‌گردد.
بيوديزل به علت چگالي كم ذراتش معلق است.
مزايا
مضررات بيوديزل به لايه ي ازن نسبت به بقيه ي سوخت‌ها 50 % کمتر است. در سوخت‌هاي بيوديزل ذرات گوگرد که باعث باران اسيدي مي‌شود تقريبا يافت نمي‌شود.
تجزيه پذيري بيشترآن، باعث كاهش انتشار آلاينده‌هاي اكسيد گوگرد و منواكسيد كربن و ذرات معلق، كاهش بو، دوده و ايمني بيشتر به هنگام استفاده و افزايش روانكاري موتور مي شود.
همچنين بيوديزل بر روي موجودات دريايي هيچگونه اثر منفي ندارد در حالي که 1 ليتر بنزين خالص باعث آلوده شدن 1000000 ليتر آب خوردني مي‌شود
اين روغن به علت داشتن اسانس گياهي طول عمر موتور را 2 برابر مي‌کند.


پاسخ دهید