Thạc Sĩ Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng chất pha Ethanol trong hỗn hợp nhiên liệu dầu dừa - ethanol đến m

Luận văn thạc sĩ
Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng chất pha Ethanol trong hỗn hợp nhiên liệu dầu dừa - ethanol đến một số thông số kỹ thuật cơ bản của động diesel

MỤCLỤC
ĐỀMỤC TRANG
Đặtvấn đề 5
Chương1 : Tổng quan vềnhiên liệu sinh học vàsửdụng
nhiên liệu sinh học cho ĐCĐT
1.1. Nhiên liệu dùng cho ĐCĐT 10
1.1.1.Khái niệmvề nhiên liệu 10
1.1.2. Phân loại nhiên liệu dùng cho ĐCĐT 10
1.1.3 Chỉ tiêukỹ thuậtcủa nhiên liệu dùng cho ĐCĐT 16
1.2. Vấn đềsửdụng nhiên liệu sinhhọc cho ĐCĐT 22
1.2.1. Nhiên liệudầu thựcvật 22
1.2.2. Các phương phápxử lýdầu để làm nhiên liệu cho ĐCĐT 25
1.2.3. Tình hình nghiêncứu nhiên liệu sinhhọc trên thế giới 27
1.2.4. Tình hình nghiêncứuvề nhiên liệu sinhhọc trongnước 38
1.2.5. Khảnăngsửdụngdầu thựcvật- Biodiesel làm nhiên liệu
cho độngcơ đốt trong ở ViệtNam 39
Chương 2: Cơsở lý thuyếtcủahỗn hợpdầu dừa – ethanol
chạy độngcơ diesel
2.1cơsở lý thuyết nhiên liệu 42
2.1.1. Giới thiệu chung 42
2.1.2. Chọn đốitượng và pháchọa giải pháp dùngdầu thựcvật
làm nhiên liệu cho độngcơ diesel 43
2.1.3. xác địnhtỉlệhỗnhợpdầudừa-ethanol dùng làm nhiên liệu
cho độngcơ diesel 46
2.2. Tínhnăngkỹ thuậtcủa độngcơ. 55
2.2.1.Tốc độcủa độngcơ 55
2.2.2. Tảicủa độngcơ 57
2.2.3. Hiệu suấtcủa độngcơ 60
2.3. Đặc tính ĐCĐT 62
2.3.1. Đặc tính khôngtải 62
2.3.2. Đặc tínhtải 63
Chương 3:Thực nghiệm vàkết quả
3.1. Mục đíchcủa thực nghiệm 66
3. 2. Thiếtbị thí nghiệm 67
3.3. Sơ đồ thử nghiệm độngcơ 68
3.3.1.Sơ đồ thử nghiệm độngcơD12 chạy khôngtải
sửdụng nhiên liệuhỗnhợpdầudừa - ethanol 68
3.3.2.Sơ đồ thử nghiệm độngcơD12 chạy cótảisử
dụng nhiên liệuhỗnhợpdầudừa-ethanol. 70
3.4. Qui hoạch thực nghiệm vàxử lýsố liệu 74
3.4.1. Quy hoạch thực nghiệm 74
3.3.2.Xử lýsố liệu thực nghiệm 77
3.3.3. Kiểm địnhsự đồng nhấtcủa phương sai theo
tiêu chuẩn Cochran. 78
3.3.4. Tìm hàmhồi qu y 79
3.3.5. Kiểm địnhsựtương thíchcủa phương trìnhhồi quy 81
3.3.6. Tìm hàm theo biến thực 85
3.5. Xây dựng đặc tínhtải và khôngtải, biến thiên nhiệt độ khíxả, làm mátcủa
độngcơ D12 khisửdụnghỗnhợp nhiên liệudầudừa – ethanol vàdầu diesel
3.5.1Xây dựng đặc tínhtải 91
3.5.1Xây dựng đặc tính khôngtải 95
3.5.3. Đồ thị biến thiên nhiệt độ khíxả và làm mát độngcơ 97
Thảo luậnkết quả 100
Kết luận - Đề xuất ý kiến 101
Phụlục 1 104
Phụlục 2 111
Phụlục 3 120
Tài liệu tham khảo 121

Đặtvấn đề
Nhiên liệu dùng cho độngcơ diesel nói riêng và nhiên liệu dùng cho độngcơ
đốt trong nói chung đến nay phầnlớn đều đượcsản xuấttừdầumỏ. Khinền kinhtế
phát triển ngày một nhanh thìlượng nhiên liệu tiêu thụ ngày mộttăngdẫn đến
lượng nhiên liệu không đủ đáp ứng nhucầusửdụng trongtương laigần vìlượng
dầumỏ theo đánh giá là đangcạn kiệtdần,hơnnữa nhiên liệu có nguồngốcdầumỏ
gây ô nhiễm môi trường, nguy ên nhân chính gây ra hiệu ứng nhà kính làm biến đổi
khíhậu toàncầu, nên con người đã và đang nghiêncứu để tìm ra nguồn nguyên
liệumới đểsản xuất nhiên liệu đáp ứng được nhucầusửdụngcủa con người,
không gây ảnhhưởngtới môi trường và con người giảmbớtsự phụ thuộc vào
nguồn nhiên liệu có nguồngốcdầumỏ.
Nước tacũng làmộtnước xuất khẩudầumỏ nhưngvớisốlượng khônglớn,
chúng tacũng làmột trong nhữngnước cótốc độ phát triển kinhtế nhanh nhất thế
giới hiện nay nênlượngdầumỏ tiêu thụ ngày càngtăng cao,sự giatăng ô nhiễm
môi trườngcũng đượcdự báo là ngày càng nghiêm trọngnếu chúng ta không có các
biện pháphữu hiệu để khống chế.Dự đoán là nguồn nhiên liệu trongtương laigần
đòihỏi ngàymột nhiềuhơn nên phải tìm ramột nguồn nguy ên liệumới để giảmbớt
sự phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu nhập khẩu cho nhucầusửdụng hiện nay cũng
như mai sau, ngoài ra còn phải đảm bảo không gây ô nhiễm môi trường.
Nhiên liệu thay th ếdầumỏ được chú ý đến trong thời giangần đây chính là
nhiên liệu sinhhọctừdầu thựcvật. Đây làmột phầncủa chính sách môi trường
Quốc gia nhằmmục đích giảm phát thải CO2, giảmdự phụ thuộc vào nhập khẩudầu
vàtạo ra việc làm thông qua phát triển nông thôn.Dầu thựcvật được coi là nguồn
ngu y ên liệusạch và cósốlượnglớn, phong phúvề chủng lo ại.Với những lý do
trên, tôi đã được giao đề tài: “ Nghiêncứu ảnhhưởngcủa hàmlượng chất pha
Ethanol tronghỗnhợp nhiên liệudầudừa – ethanol đếnmộtsố thôngsốkỹ
thuậtcơbảncủa động diesel ”. Nhằm góp phần nhỏ bécủa mình vào việc hoàn
thiệnsửdụngdầu thựcvật làm nhiên liệu thay thếsửdụng cho độngcơ diesel. Sau
một thời gian nghiêncứu nay chúng tôi đã hoàn thành đồ ánvới 4nội dungcơbản
sau:
· Tổng quanvề nhiên liệu sinhhọc vàsửdụng nhiên liệu sinhhọc cho
độngcơ đốt trong.
· Cơsở lý thuyếtsửdụnghỗnhợpdầudừa – ethanol cho độngcơ
diesel.
· Thực nghiệmsửdụnghỗnhợpdầudừa – ethanol chạy độngcơ
diesel
· Thảo luậnkết quả -kết luận – đề xuất ý kiến
Như chúng ta biếtrằng loài người đã không khoanh tay đứng nhìn giádầu
mỏ đangtăng chóngmặt và nguồndầumỏ đangcạn kiệt. Đã xuất hiện hàng loạt
những nhà máy sản xuất nhiên liệu thay thếtừ các nguồn nguy ên liệu khác nhau.
Nguồn nhiên liệu sinhhọc làmột loại nhiên liệu phát sinhtừdầu thựcvật hoặcmỡ
độngvật làmộtlĩnhvựcmớimẻ. Song trong thựctế, đó làbước trởvề cuội nguồn.
Năm 1990, trong triển lãmvề độngcơ đượctổ chứctại Paris, thủ độnước Pháp,
độngcơ được gây nhiềusự quan tâm chú ý và trở thànhsản phẩmmớimẻ nhấttại
triển lãm chính là độngcơ đốt trong chạy bằngdầulạc. Nhưng sau đó độngcơ chạy
bằngdầulạc đãbị lãng quên do nguồn nhiên liệu có nguồngốctừdầumỏ đang còn
dồi dào và giá thànhlạirẻ, song đến nay các chuy ên gianănglượng đãcảnh báo
rằng, trongnăm 2006 ngành khai thácdầu thôsẽ đạt đến đỉnh điểm, sau đó trữ
lượngdầumỏsẽ giảmdần và giádầu thôsẽtăng. Theo các chuy ên gianănglượng,
nguồn nhiên liệumới – còn có tên là “vàng xanh” - có thể chiết xuấttừbấtcứ cây
cỏ gìmọc trên hành tinh chúng ta. Hai loại nhiên liệu sinhhọc đặc trưng có bán trên
thị tr ường là: ethanol sinhhọc và diesel sinhhọc:
v Ethanol làmột loạicồn, tươngtự nhưcồn trong bia vàrượu. Nó đượcsản
xuấtbằng cách lên menbấtkỳ sản phẩm nào có hàmlượng carbohy drate cao
(tinhbột, đường hoặc celluloses) thông quamột quá trìnhtươngtự như lên
men bia.
v Diesel sinhhọc làmột loại nhiên liệu có tính chấttương đươngvớidầu
diesel nhưng không phải đượcsản xuấttừdầumỏ mà từdầu thựcvật haymỡ
độngvật.
Các loại xe chạy bằng nhiên liệuhỗnhợp sinhhọc đã giảm phát thải trong
hầuhết các nhóm phát th ải chính. Nhiên liệu diesel sinhhọccũng cho thấy khả
năng bôi trơn caohơn sovới nhiên liệu hóa thạch chứa ítlưu huỳ nh [14].
Theo như nhận xétcủa các chuy ên gia thuộcTổ chứcnănglượng quốctế
(IEA), Thứ nhất: công nghệsản xuất nhiên liệu sinhhọc thay thếxăng,dầu có
nhữngbước tiếnbộ hàng ngày . Trên 30 quốc gia trên th ế giới đang trồng hàng loạt
những loại cây công nghiệp ngắn ngày nhưlạc,vừng,sắn, đậu nành, ngô, mía, kê,
cảidầu, khoai tây .hoặc các cây công nghiệp dài ngày nhưdừa,cọ. có thể chế ra
được nhiên liệu hoàn toàn thay thế đượcxăng,dầu có nguồngốctừdầumỏ. Thứ
hai, đây là nguồn nhiên liệu phong phú và có khảnăng táitạo, mà loài người không
cònbị ám ảnhbởi khủng hoảng nhiên liệu.
Sựtăng trưởng nhanhcủa cácnền kinhtế kéo theo nhiềuvấn đề, trong đóvấn
đềvề môi trường vàvấn đề nhucầunănglượng làmột trong nhữngvấn đề chính.
Nguồnnănglượngtăng nhanh trong thời giangần đây , các nguồnnănglượng
truyền thống như: điện, than,dầumỏ, càng ngày càngtăngmạnh và trongtương
laigần các nguồnnănglượng này không còn đáp ứng đủ nhucầucủa con người.Từ
đó thúc đẩy con người tìm ra nguồnnănglượngmới đáp ứng được nhucầunăng
lượng ngày mộttăng,một khíacạnh khác là đảmbảo đượcvấn đềbảovệ môi
trường vàmộtsố y êucầu khác tu ỳ thuộc vàodạngnănglượng (vídụ:nănglượng
hạt nhân thì y êucầu khác là phải đảmbảo an toàn cho môi trường và đặc biệt đảm
bảo an toàn cho con người, ).Mộtsốdạngnănglượng mà con người chú trọng
phát triển trong thời giangần đây là:nănglượngmặt trời,nănglượng gió, thuỷ
điện,hạt nhân, địa nhiệt, nhiên liệusạch (cồn, hy dro,xăngtổnghợp,v.v),v.v. Tu y
nhiên trongsố nguồnnănglượng đó còn có nhữnghạn chếvề nhiềumặt mà nó
không được ápdụngrộng rãi trong thựctế. Nhiên liệusạch là đáp ứng đượcvềvấn
đề nguồn cungcấp vàmột phầnvấn đề môi trường, trong đó biodiesel làmột trong
những nguồnnănglượngsạch đó. Do đó nó đang được nghiêncứu và phát triển
rộng rãi trên khắp thế giới.
Việt Nam lànước nông nghiệp, đất đaimàumỡ, khíhậu nhiệt đới giómùa ẩm
thíchhợp cho việc trồng các loại cây làmdầu thựcvật có chiết suất cao nhưdừa, cọ
dầu, . Hiệndừa được trồng nhiều ở Việt Nam và có thể là ứngcử viên sáng giá
cho việc dùng làm nhiên liệu cho độngcơ đốt trong. Đốivới cây cọ chưa có phổ
biến ở Việt Nam nhưngcũng thíchhợpvới điều kiện khíhậunước ta và chúng có
các đặc tínhgần giốngvớidừa trongtương laicũng có th ể dùng làm nhiên liệu thay
thếsửdụng trong độngcơ đốt trong.
Đồngbằng Nam Trungbộ và Nambộ có diện tích đất nông nghiệplớn nhất
nước (riêng đồngbằng sôngCửu Long cógần 4000000 hecta đất phù sa châu thổ)
đó là nguồndự trữ đất canh tác tolớn để chuyên canh cây lương thực, thực phẩm.
Thêm vào đó phầnlớn diện tích đất ở cáctỉnhvẫn chưasửdụnghết, chưa được
khai thác triệt để. Do đó đây là điều kiện thuậnlợi để chúng ta có th ểsửdụng phần
đất đó trồng các cây lấydầu chế biến thànhdầu thựcvật (biodiesel) cungcấp cho
độngcơ.Nếu thực hiện thì diện tích đất canh tác được khai tháchết giá trịvốn có
của nó, nâng cao thu nhập cho bà con nông dân.
Từ những lý do trên, chúng ta thấy rằng việc nghiêncứu nhiên liệu thay thế
chodầu diesel từdầudừa là công việcrất thiết thực trongbốicảnh hiện nay .
Mục đíchcủa đề tài là nghiêncứu ảnhhưởngcủa hàmlượng chất pha
ethanol tronghỗnhợpdầudừa - ethanol đến suất tiêu hao nhiên liệu, hiệu suất có
ích, nhiệt độ khíxả, nhiệt độnước làm mátcủa độngcơ D12 khisửdụnghỗnhợp
dầudừa - ethanol làm nhiên liệu chạy độngcơ này .
Đốitượng nghiêncứucủa đề tài là hỗnhợp nhiên liệudầudừa - ethanol, với
phạm vi nghiêncứucụ th ể như sau:
1. Xác định ảnhhưởng nhiệt độsấy và hàmlượng chất pha ethanolhỗnhợp
nhiên liệudầudừa – ethanol đếnmột vài thôngsốkỹ thuậtcơbảncủa độngcơ (G
e;
g
e, Tx,T
lm
,v.v.)từ đó xác định đượcmẫu nhiên liệu và nhiệt độsấy nhiên liệu cólợi
nhất để chạy độngcơ.
2. Xác định đặc tínhtải, khôngtải, biến thiên nhiệt độ khíxả, nhiệt độ làm
mát khi độngcơ D12 chạy bằng hỗnhợp nhiên liệudầudừa – ethanol, so sánh các
thôngsố này với nhiên liệu diesel truy ền thống.
Thông qua việc nghiêncứu xác định ảnhhưởngcủa nhiệt độsấy , hàmlượng
chất pha ethanolcủahỗnhợp nhiên liệudầudừa - ethanoltừ đó xác địnhmẫu nhiên
liệu cólợi nhất, so sánhvới các thôngsốkỹ thuật khisửdụng nhiên liệu truyền
thốngdầu diesel,từ đó đưa ra được các khuyến nghịcụ thể khisửdụng loạihỗn
hợp nhiên liệu này . Khoảng công suấtcủa độngcơsửdụnghỗnhợp nhiên liệu có
suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất, qui trìnhsửdụng vàvận hành để chạy độngcơ
dieselbằnghỗnhợp nhiên liệudầudừa-ethanol.
Kết quả nghiêncứucủa đề tài có th ể ápdụng cho các độngcơ dieselcủa:
- Đội tàu khách dulịchvịnh Nha Trang, vịnhHạ Long
- Đội xe buýt chạy trong thành phố.
- Đội tàu cácỡ nhỏ (Công suất độngcơNe<90 HP).
- Độngcơ dieselcỡ nhỏ phụcvụ nuôi trồng thủy sản và nông nghiệp.
Chơng 1
Tổng quanvề nhiên liệu sinhhọc vàsửdụng
nhiên liệu sinhhọc cho ĐCĐT
1.1. Nhiên liệu dùng cho ĐCĐT
1.1.1. Khái niệm nhiên liệu
Nhiên liệu là chất cháy được và khi cháy tỏa ra nhiều nhiệt. Than,củi,xăng,
dầuDiesel, khí metan,v.v, là các loại nhiên liệu thôngdụng hiện nay .
1.1.2. Phân loại nhiên liệu
Độngcơ đốt trong có thểsửdụng nhiều loại nhiên liệu khác nhau, trong đó có
cả than đá, khí đốt, và nhiên liệutổnghợp.Bảng 1-1 trình bày phân lo ạitổng quát
nhiên liệu.
1) Khímỏ - còngọi là khítự nhiên (natural gas) - làhỗnhợp các loại khí
được khai tháctừ cácmỏ khí đốt hoặcmỏdầu trong lòng đất. Khímỏ có th ể được
phân loại thành: khí đồng hành, khí không đồng hành và khí hoà tan.
Khí đồng hành - khítự do có tr ong cácmỏdầu.
Khí không đồng hành - khí được khai tháctừ cácmỏ khí đốt trong lòng đất
và không tiếp xúcvớidầu thô trongmỏdầu.
Khí hoà tan - khí hoà tan trongdầu thô được khai tháctừ cácmỏdầu.
Thành phầncủa khímỏ có thểrất khác nhau tuỳ thuộc vàovị trí địa lý mà
khímỏ được khai thác (Bảng 1- 2), tuy nhiên chúng đều chứa chủy ếu là methane
(CH4
), ethane (C
2H6
) vàmộtlượng nhỏ các chất khác như dioxide carbon (CO
2
),
nitơ (N
2
), helium (He), v.v.
Ngoài côngdụng làm nhiên liệu cho độngcơ đốt trong nói riêng và nhiên
liệu nói chung, khímỏ còn đượcsửdụng làm ngu y ên liệu đểsản xuất phân hoáhọc,
vật liệutổnghợp, v.v.

TÀILIỆU THAM KHẢO
1. PGS.TS.Nguy ễnVăn Nhận (2002), Bài giảng: Nhiên liệu và chất bôi trơn,
Lưu hànhnộibộ - Trường đạihọc thuỷ sản Nha Trang
2. ĐinhNgọc Lân (1977), Nănglượng thếkỷ 20, NXBKhoahọc vàkỹ thuật
3. GS.TSNguy ễnTất Tiến (2005), Nguyên lý độngcơ đốt trong, NXBGiáo
dục,HàNội
4. Prò. Iu. IA. Phomin, Prò . TrầnHữuNghị (1990), Nhiên liệu -dầu nhờn -
nước dùng cho tàu thủy, NXB. Giao thôngvậntải, Hànội.
5. TrầnMạnh Trí, Dầu khí vàdầu khí ở Việt Nam(1996), NXB KhoahọcKỹ
thuật
6. KS. Hồng Đức Thông (2004), Nghiêncứu khảnăng ứngdụng nhiên liệu và
nănglượngmới trên ô tô Việt Nam, Báo cáo nghiêncứu khoahọc - Trường
Đạihọc Bách Khoa, TP. HCM.
7. Chiếnlược, Quy hoạch, Kế hoạch CN (2004), Qui hoạch phát triểndầu thựcvật
Việt Nam đếnnăm 2010, http://www.moi.gov.vn/News/Main.asp
8. Cộng hòa xã hôi chủ nghĩa Việt Nam, Tiêu chuẩn Nhànước (1997), TCVN
5689.
9. Độngcơ diesel – Yêucầukỹ thuật phương pháp thử, TCVN 1684-75 ;
TCVN 1685-75.
10. PGS.TS Bùi Minh Trí (2005), Xác suất thống kê và qui hoạch thực nghiệm,
NXBKhoahọc vàKỹ thuật, HàNội.
11. Kiều ĐìnhKiểm(2004), Cácsản phẩmdầumỏ và hóadầu –NXB Khoahọc
Kỹ thuật, HàNội.
12. Th.S Phùng MinhLộc, ˝Bước đầusửdụngdầu thựcvật ViệtNam làm
nhiên liệu cho độngcơ diesel˝, Tạp chí Khoahọc – Công nghệ, Trường Đại
học Nha Trangsố 3-4 /2006.
13. Êtanol, Bách khoa toàn thưmở Wikipedia, http://vi.wikipedia.org/wiki.
14. Hoàng Trọng – ChuNguy ễnMộngNgọc (2005), Phân tíchdữ liệu nghiên
cứuvới SPSS, NXB Thống kê.
15. TS TrươngTất Đích (2001), Chi tiết máytập1,2, NXBGiao thôngVậntải,
HàNội
16. TobiasDen y s, Luc Pelkmans (2006), Study of Biofuels in South East Asia
overview of world-wide technological evolutions, Asia Pro Eco Programme
Clean Technologies for Industries and Transport (CTIT)-Contract ID/Asia
Pro Eco/01 (104-129), Ha Noi
17. V. Arkhangeslki, M.Khovakh, et all (1979), Motor vehicle engine, Mir
Publishers - Moscow
18. BAA (2001): Biodiesel fact sheet of bioDiesel Association of Australia,
http://www.biodiesel.org.au
19. Bialkowski, M.T., et al. (2004). Experimental analysis of rapeseed oil
atomisation characteristics in a common-rail fuel injection system.
Proceedings of the International Conference on Vehicles Alternative Fuel
Sy stems and Environmental Protection (VAFSEP2004), Dublin, 6-9 Jul y
2004
20. Bockey , D. & Körbitz W. (2002). Situation and Development Potential for
the Production of Diesel sinhhọc – an International Study. Union zur
Förderung von Öl- und Proteinpflanzen(www.ufop.de)
21. Bugge, J. (2000). Rape seed oil for transport 1: Energy balance and CO2-balance. Folkecenter for Renewable Energy , DK.
22. CRFA (2000). Emissions Impact of Ethanol. Canadian Renewable Fuels
Association, http://www.greenfuels.org/emissionimpact.html
23. EPA (2002). A comprehensive analysis of diesel sinhhọc impacts on
exhaust emissions - Draft Technical Report. EPA - U.S. Environmental
Protection Agency , 2002
24. F.O.Lichts (2006). World Ethanol and Bio-fuels Report. Editions 26 April
2006 and 20 June 2006.
25. Mộtsố trang Web:
- Nhiên liệu sinhhọc: Làn sóngcủatương lai - www.agbiotech.com.vn
- Biếndầu ăn phế thải thành nhiên liệu chạy xe - http://www.khoahoc.com.vn
- Nguy ên liệu sinhhọc biodiesel; Rongtảo Việt Nam trongsản xuất nhiên liệu
sinhhọc- http://www.khoahocphothong.com.vn
- Sản xuấtdầu diezel sinhhọctừdầucọ - http://www.hoahocvietnam.com -- Nhiên liệu thựcvật lên ngôi trước khủng hoảngdầumỏ- http://vnExpress.net