Indikatorski pokazatelji rada dizel motora sa dizel gorivom D-2, biodizelom RME i njihovim mesavinama Текст научной статьи по специальности «Физика»

Mr Aleksandar Bukvić,

potpukovnik, dipl. inž.

Vojnoizdavački zavod, Beograd

INDIKATORSKI POKAZATELJI RADA DIZEL MOTORA SA DIZEL GORIVOM D-2, BIODIZELOM RME I NJIHOVIM ME[AVINAMA

UDC: 621.436 : 665.75

Rezime:

S obzirom na to da su rezerve nafte, odnosno goriva mineralnog porekla ograničene, sve je aktuelniji trend istrazivanja obnovljivih izvora goriva radi supstitucije konvencional-nih goriva. Uposlednje vreme u svetu je aktuelna tendencija supstitucije mineralnih goriva za dizel motore gorivima na bazi biljnih kultura. Direktiva Evropske unije ukazuje na neop-hodnost supstitucije fosilnog dizel goriva sa 0,75% biogoriva godisnje. Uukupnoj potrosnji biogorivo treba da učestvuje sa 5,75% do 2010. godine, a do 2020. godine sa 20%. U radu su prikazane tehnologije dobijanja biodizela i rezultati ispitivanja dizel motora S-44 sa pri-menom dizel goriva D-2, biodizela RME i njihovih mesavina. Rezultati navode na konstataci-ju da je potrebno dalje poboljsavati kvalitet takvih goriva, a naročito njihovih fizičko-hemij-skih karakteristika, u skladu sa predlozenim standardom za biodizel.

Ključne reči: dizel motor, dizel gorivo, biodizel RME, mesavina goriva, supstitucija goriva.

PRESSURE ANALYSE INDICATORY DIAGRAMS OF DIESEL ENGINE WITH DIESEL FUEL D-2, BIODIESEL RME AND THEIR MIXTURE

Summary:

In view of the fact that the reserves of petroleum, i. e. of fuels mineral origin are limited, the trend of research of renewable sources is more and more actual, with the aim to substitute conventional fuels. During the last years, the trend og substituting gasohol of mineral origin with the fuels deriving from vegetable culture is actual world-wide. EU directives are pointed out that is necessary to substitute fossil diesel with 0,75% of biofuel per year. In total consumtion offuels for transportation, to 2010 the biofuel should participate with 5,75% and with 20% to 2020. In this review are technology of biodiesel production and reaserch diesel-motor S-44 with use diesel D-2 fuel, biodiesel RME and their mixtures. The results of the researches suggest that further improvement of such fuels is necessary, and particulary of the physical and chemical characteristics, according to the proposed standard for biodiesel.

Key words: diesel-motor, diesel fuel, biodiesel RME, mixture fuels, substitute fuel.

Uvod

Vi{e od jednog veka eksploatacija energenata raste eksponencijalno. Svet-ske rezerve nafte, januara 1992. godine, procenjene su na 134,6 • 109 t [1]. Smatra se da će se ovim tempom nafta eksploati-sati jo{ 40 do 50 godina, pod pretpostav-kom da se ne nađu nova nalazi{ta. Sve je

vi{e onih koji uviđaju ovaj problem i hvataju se u ko{tac sa problemom supstitucije fosilnih goriva. Logicno je da će se na ovom problemu raditi, pre nego {to će se bitnije menjati konstrukcija postojećih motora. To je jedna od osnovnih pretpo-stavki uspe{ne zamene fosilnih goriva drugim vrstama goriva. Nova vrsta goriva morala bi da bude obnovljiva [2]. Sa-

424

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 4/2006.

gledavajući ovaj problem dosadašnja re-šenja treba tražiti u uvođenju u širu upo-trebu prirodnog zemnog gasa i nekon-vencionalnih vrsta goriva na bazi biljnih ulja, a dugorocno na bazi vodonika.

Problem zagrevanja Zemlje uvodi i nove kriterijume za alternativna goriva.

Godišnje potrebe za dizel gorivom u Srbiji iznose oko 1 300 000 t a za dizel gorivom samo u poljoprivredi i šumarstvu oko 700000 t Sopstveni izvori nafte obezbeđu-ju oko 30% potreba ili oko 400 000 t po go-dini. Taj problem mogao bi se rešiti proiz-vodnjom biodizela od uljnih kultura sa 5 do 6% ukupnih oranicnih površina, a da se pri tome dobije 1000 l/ha biodizela.

Kada je rec o uvođenju biodizela u upotrebu, može se konstatovati da se u Evropi proizvode znacajne kolicine [3]. Najveći napredak postigla je Francuska, što se odrazilo i na njen smanjen uvoz naftnih derivata. U svetu najveći napredak u tehnologiji proizvodnje i korišće-nju biodizela postižu USA i Kanada.

Sadašnji kapaciteti u Srbiji omoguća-vaju proizvodnju oko 100000 t biodizela godišnje. Tehnologija i oprema za proiz-vodnju je osvojena, a moguća proizvodnja zavisi od poštovanja predloženih standarda [3]. Potrošnja dizel goriva u Vojsci Sibije je velika, a poznati uslovi koji su nastali u periodu 1992-1994. godine prouzrokovali su otežano izvršenje zadataka, pa je i bor-bena gotovost bila umanjena.

Fizičko-hemijske karakteristike biodizela RME

U biljkama uljanih kultura fotosinte-zom i ostalim neophodnim procesima sin-tetizuju se lipidi. U odnosu na vreme kada je nafta nastala, po najprihvatljivijim teo-

rijama, procesi biosinteze se nisu prome-nili. Naravno, razlika u godinama nastan-ka je ogromna. Kod biljnih kultura do-voljna je jedna godina da se sintetizuje ulje. Ovako nastalo ulje može se modifi-kovati u fabrikama, tako da se od triglice-rida esterifikacijom dobiju metilestri ma-snih kiselina koji imaju slicne osobine kao i određeni destilati nafte. Radi se o veoma slicnim jedinjenjima, pa je ocigledna mo-gućnost da as primenjuje kao gorivo za motore sa unutrašnjim sagorevanjem.

Metilestri masnih kiselina od 14 do 18 ugljenikovih atoma imaju slicne he-mijske i fizicke osobine kao i odgovara-jući parafini od 14 do 20 ugljenikovih atoma u lancu [4]. Biljna ulja su triglice-ridi i imaju tri puta veću molekulsku ma-su od jednog molekula metilestra masnih kiselina. Naime, trigliceridi imaju visoku tacku kljucanja i zato ne mogu da se ko-riste kao zamena gorivu za dizel motore.

Biljno ulje, kao najvažrnja kompo-nenta za proizvodnju biodizela, dobijeno je iz semena uljnih kultura jeftinom ra-tarskom tehnologijom. Obrađena je ulja-na repica kao seme uljne kulture. Ulje uljane repice po kvalitetu je najpogodnije za biodizel gorivo, jer sadrži veoma do-bar odnos pojedinih kiselina u svom sa-stavu, mada se biodizel u svetu dobija od skoro svih poznatih uljanih kultura. Dru-ga biljna kultura od koje se najcešće dobija biodizel je palma (palmino ulje).

Narocito je važno da ulja sadrže ma-nji procenat nižih masnih kiselina, jer njihovi metilestri lakše isparavaju na rad-noj temperaturi motora. Zbog toga takvo biodizel gorivo ima povoljnu nisku tem-peraturu paljenja, što je povoljno za zim-ske uslove rada motora.

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 4/2006.

425

Kao i svaka industrijska reakcija i ova esterifikacija nije savršena, pa ne da-je 100% prinosa. U konacnom proizvo-du, pored metilestra, nalaze se svi uce-snici reakcije koji na neki nacin naruša-vaju kvalitet stvorenog goriva. Tehnolo-ški proces mora se strogo kontrolisati da bi se sacuvao kvalitet proizvoda. Konac-ni proizvod treba da ispunjava zahteve odgovarajućih standarda. Jedan takav standard prikazan je u tabeli 1.

Tabela 1

Karakteristike biodizel goriva od uljane repice koje odgovaraju standardu ONORM C 1190 (austrijski Institut za standardizaciju)

R. br. Parametar Jedinica mere Vrednost

1. Potrošnia vazduha mol/kg 427

2. Kaloricna vrednost MJ/kg 37

3. Cetanski broj max. 48

4. ' Tacka zamućivama °K 267,15

5. Tacka zacepljenja °K za leto 273,15, a za zimu 258,15

6. Gustina na 288,15 °K g/cm3 0,87-0,89

7. Koeficijent promene gustine g/cm3K 0,833

8. C % 77,6

9. H % 12,1

10. S % 0,02

11. O % 10,4

12. Entalpua isparavama kJ/mol 26

13. Tacka isparenja °K 193-194

14. Kinematska viskoznost na 293,15 °K mm2/s 6,5-9,0

15. Kinematska viskoznost na 373,15 °K mm2/s 1,7-2,3

16. Tacka stvarama dima °K 413,15

17. Tacka ocvršćavanja °K 267,15

18. Toksicnost LD50 >2000

19. Napon pare na 293,15 °K kPa <0,1

20. Napon pare na 373,15 °K kPa 5,3

21. Isparljivost (TGA) na 473,15 °K % 13

22. Isparljivost (TGA) na 573,15 °K % 100

23. Sadržaj vode % <0,01

Matematicki model za analizu snimljenog indikatorskog dijagrama dizel motora sa direktnim ubrizgavanjem

Indiciranje je snimanje promene pri-tiska u cilindru motora u zavisnosti od hoda klipa ili od ugla kolena kolenastog

vratila [5]. Matematicki model je poslu-žio da se snimljeni tok parcijalnih pritisa-ka obradi. Nakon toga, tim istim mode-lom vrši se obrada rezultata indiciranja.

Poznato je da su procesi u motoru nestacionarnog karaktera [6], cak i pri stacionarnim režimima rada. Velicine stanja u radnom prostoru su, takođe, ne-stacionarnog karaktera. Ove cinjenice zahtevaju dosta skupu opremu pri mere-njima. Zbog toga velicinama koje se mere treba posvetiti posebnu pažnju. Pored toga, treba voditi racuna i o znacaju iz-merenih velicina. Na primer, izmereni tok pritisaka gasa na nekom mestu rad-nog prostora daje mogućnost da se odre-di tok sagorevanja, tok sila na motornom mehanizmu, tok srednje temperature (po masi) gasa u cilindru, tok koeficijenta kolicine vazduha u cilindru, tok gubitka radne sposobnosti gasa u cilindru, itd.

U ciljeve analize snimljenog indikatorskog dijagrama spada određivanje to-ka sagorevanja i toka srednje temperature gasa (po masi), kao i specificnog rada po ciklusu. Tok sagorevanja neophodno je poznavati, kako zbog analize ispitivanog motora, tako i zbog granicnog uslova za modeliranje stvarnog radnog ciklusa ispitivanog motora [6].

Pri obradi snimljenog indikatorskog dijagrama polazi se od osnovnih zakona (prvi zakon termodinamike, zakon o odr-žanju mase, itd.). Pri tome je poznat tok pritisaka, a traži se tok sagorevanja. Kao i u svakom istraživanju, i ovde su u po-cetku usvajani prostiji modeli da bi vre-menom bili sve složeniji i savršeniji. Pr-vo je uvedena pretpostavka da je gas ide-alan i da ima konstantne specificne to-plote i da nema gubitka mase kroz nezap-tivena mesta.

426

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 4/2006.

Kompjuterski podržane metode uzi-maju u obzir promenljivost eksponenta izentrope u fonkciji temperature i trenut-nog sastava gasa u cilindru, ali se prelaz toplote razmatra aproksimativno.

Disocijacija i realnost gasa u cilindru dugo se nije uzimala u razmatranje, a pretpostavljana je apsolutna zaptivenost cilindra. Promena mase gasa za vreme sagorevanja zanemarivala se ili je prime-njivana Vibeovom funkcijom. Takvi me-todi analize indikatorskog dijagrama nisu u potpunosti kompatibilni sa metodama savremenog matemati~kog modeliranja radnih procesa (mada bi, u su{tini, treba-lo da budu inverzni u odnosu na metod modeliranja radnih procesa). Vidan na-predak u tom pogledu, nesumnjivo, pred-stavlja metod Krigera i Bormana, koji je kompatibilan sa metodom matemati~kog modeliranja radnog procesa, sto je prika-zano u [7]. Ovim metodom se egzaktno uzima u obzir promena mase gasa u ci-lindru za vreme sagorevanja, usled ubri-zgavanja goriva i sagorevanja, i disocija-cije gasa. Međutim, gubici usled nezapti-venosti cilindra i realnost gasa nisu uzeti u obzir [6]. Zbog zanemarivanja gubitaka usled nezaptivenosti cilindra metod je primenljiv samo za ispravan motor i nor-malne režime rada, dok se, na primer, „hladan start“ motora ovom metodom ne može istraživati. Metod koji je opisan u [8] u potpunosti je kompatibilan sa opi-sanim metodom modeliranja i uzima u obzir disocijaciju i nezaptivenost cilindra, tako da se, za razliku od metoda Krigera i Bormana, može primeniti na istra-živanje hladnog starta i sl., kada je nezaptivenost cilindra znatna.

U ovom ~lanku prikazan je metod ob-rade visokopritisnog dela ciklusa koji je u

potpunosti kompatibilan sa metodom modeliranja datim u [6], a obrađuje se dizel motor S-44 sa direktnim ubrizgavanjem.

Cesto se o kompatibilnosti metoda modeliranja sa obradom inidikatorskog pritiska daju pogresne ocene, polazeći od ~injenice da su merenja nedovoljno ta~-na. Međutim, samo kompatibilni metodi mogu se pouzdano koristiti za međusob-nu verifikaciju. Tako se modeliranjem može proizvesti deterministi~ki tok priti-saka, ~ijom se obradom mora dobiti iden-ti~an (do unapred zadatog malog odstu-panja) tok sagorevanja, tok temperature gasa u cilindru, itd., koji su bili dobijeni odnosno zadati pri modeliranju. Uvođe-njem stohasti~kih poremećaja na modeli-rani deterministi~ ki signal moguće je modelirati proces merenja, a zatim primeniti metod obrade koji mora dati re-zultate sli~ne modeliranim, jer, ina~e, metod obrade nije pogodan za obradu merenih podataka.

Za izvođenje matemati~kog modela za obradu snimljenog indikatorskog pritiska usvojiće se sledeće pretpostavke:

- promena stanja gasa je ravnotežna. Pritisak, temperatura i sastav gasa su u sva-kom trenutku isti na svim mestima cilindar-skog prostora. Rad trenja se zanemaruje;

- realni tok stvaranja smese i sagorevanja goriva zamenjuju se dovođenjem ekvivalentne (vremenski promenljive) mase goriva koja trenutno sagori i ener-gije. Ubrizgana, a nesagorela masa goriva se zanemaruje;

- gubici mase kroz nezaptivena me-sta postoje samo za vreme visokopritisnog dela ciklusa;

- kineti~ka energija gasa u cilindru se zanemaruje.

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 4/2006.

427

Za obradu snimljenog indikatorskog dijagrama uzeće se u obzir cetvorotaktni dizel motor S-44 sa direktnim ubrizgava-njem, disocijacija i realnost gasa u cilin-dru (tj. zavisnost specificnih toplota i ga-sne konstante od trenutnog pritiska, temperature i sastava), promenljivost mase usled dovo|enja goriva i sagorevanja i nezaptivenosti cilindra, prelaz toplote, kontinualna promena sastava ravnote-žnog gasa i realni tok otvaranja usisnog i izduvnog sklopa.

Za vreme procesa sabijanja stvarno ne postoji proces sagorevanja, ali će se analiza primeniti i na proces sabijanja, jer je na taj nacin omogućena i kontrola kva-liteta snimljenog indikatorskog dijagrama. Naime, za vreme procesa sabijanja trebalo bi da je kolicina energije dobijena sagore-vanjem, odnosno masa koja je u tom peri-odu ubrizgana i sagorela, ravna nuli. Me-lutim, zbog greške merenja i eventualne obrade ovaj uslov nikad nije egzaktno is-punjen, pa će se definisati i odgovarajući kriterijumi ocene greške merenja.

Analiza indikatorskog dijagrama dizel motora sa direktnim ubrizgavanjem

Pri analizi snimljenog indikatorskog dijagrama dizel motora pritisak u cilindru je zadat, tj. unosi se kao ulazni podatak sa datoteke koja sadrži podatke o indiciranom pritisku konkretnog dizel motora, prethod-no obralenom i pripremljenom za analizu.

Model za analizu sastavljen je od si-stema obicnih nelinearnih diferencijalnih jednacina. Da bi se navedeni sistem mo-gao rešiti neophodno je poznavati pocet-ne uslove, tj. stanje gasa na pocetku procesa sabijanja: pritisak, temperaturu i ko-

eficijent viška vazduha. Sistem se rešava primenom numerickih metoda integraci-je. Za potrebe ovog rada primenjena je Ojlerova metoda prediktor-korektor sa iterativnom obradom podataka.

Ako su poznate vrednosti funkcija na pocetkuj-tog koraka yi(ai) = yi , nalazi se

rešenje na kraju koraka yi(ai +? a) = y ,

tako što se prvo nale gruba vrednost rešenja po tzv. prediktor formuli:

Уј1 =yij +? axf (ai Ух j, y% j,.Ум.)

(1)

Zatim se pronalazi precizno rešenje po tzv. korektor formuli:

y!% =y,j +Y if, (a,-y,.,. У2.,..+

+f {a,^;............У,)) (2)

K - broj iteracije.

Iteracija se dalje nastavlja sve dok se ne dobije apsolutna vrednost razlike dve poslednje iteracije koja je manja od neke unapred zadate vrednosti £{.

?

<e.

(3)

Glavni program za analizu indika-torskih pokazatelja rada dizel motora je ANID, a poziva, po potrebi, odgovaraju-će potprograme i vrši upis izracunatih vrednosti. Potprogrami su:

- TERMO - potprogram za izracu-navanje termodinamickih osobina vazduha i produkata sagorevanja;

- PRETOP - potprogram za prora-cun prelaska toplote u cilindru motora;

428

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 4/2006.

- DICHT - potprogram za izracuna-vanje gubitaka mase usled nehermeticno-sti cilin dra;

- KINEMA - potprogram za izracu-navanje kretanja motornog mehanizma;

- DESNA - potprogram za izracuna-vanje desnih strana diferencijala jednacina;

- PREDIKT - potprogram za nume-ricku integraciju po prediktor formuli;

- KOREKT - potprogram za nume-ricku integraciju po korektor formuli.

Rezultati analize indikatorskog dijagrama dizel motora sa direktnim ubrizgavanjem

Prikazani rezultati analize visoko-pritisnog dela indikatorskog dijagrama odnose se na dizel motor S-44 sa direktnim ubrizgavanjem. Podaci koji se mogu dobiti analizom indikatorskog dijagrama raznovrsni su. Najčešći rezultati analize indikatorskog dijagrama su: određivanje

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 4/2006.

429

toka sagorevanja (diferencijalnog i inte-gralnog), toka srednje temperature gasa (po masi), kao i specifi~nog rada ciklusa. Pri tome je tok sagorevanja potrebno po-znavati kako za analizu sagorevanja kod ispitivanog motora, tako i kao grani~ni uslov za modeliranje stvarnog radnog ciklusa motora. Na djagramima su prika-zani dobijeni rezultati.

Toplotna mo} biodizela RME je ma-nja (36,9 MJ/kg) u odnosu na dizel gorivo D-2 (41,78 MJ/kg). U ispitivanju su kori-{}ene i me{avine dizel goriva D-2 i biodizela RME u odnosima 95% dizel goriva D-2 i 5% biodizela RME, 80% dizel goriva D-2 i 20% biodizela RME i 50% dizel goriva D-2 i 50% biodizela RME.

Sa gorivima i njihovim me{avinama izvrseno je snimanje brzinske karakteristi-ke. Brzinske karakteristike nisu potpune, jer pri snimanju nisu radili mera~i speci-fi~ne potro{nje goriva (sepeleri). I pored toga, može se uo~iti da najve}u snagu Pe i moment Me dizel motor S-44 postiže ko-

ri{}enjem dizel goriva D-2. To se moglo i o~ekivati, jer ovo gorivo ima i najve}u to-plotnu mo}. Biodizel RME ima ne{to niži procenat ugljenika (77%) i vodonika (12,1) u odnosu na dizel gorivo D-2 (87% ugljenika i 13% vodonika) [4] i pove}anu koli~inu kiseonika (10,4%) (nema ga u dizel gorivu D-2) i fosfora (nema ga u dizel gorivu D-2), a ne sadrži sumpor (u dizel gorivu D-2 sumpora može biti i do 5%). To mu je prednost po pitanjima korodiv-nog dejstva na delove motora i negativnog uticaja na životnu okolinu.

Na slici 2 vidi se da mešavina sa 95% dizel goriva D-2 i 5% biodizela RME daje sli~ne rezultate kao i dizel gorivo D-2 kada je u pitanju snaga Pe i moment Me. Maksi-malna snaga motora sa ovim gorivom je manja za 0,6%, dok je moment manji za 0,8%, što su vrednosti koje bitno ne uti~u na eksploataciju motora. Razlika između rada motora sa dizel gorivom D-2 i biodi-zelom RME je nešto ve}a. Snaga je manja za 8,1%, a moment za 4,9%.

430

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 4/2006.

50-

Pe [kW] 48

....l......

“•r-'-t---

X

Sl. 3 — Dijagram smanjenja snage dizel motora S -44 sa porastom procenta biodizela RME u mešavini sa dizel gorivom D-2

.....4-

46

44

42 —

40"

38 — 0

t"

.i...

.........i........

.........L---------

-----Pe pri n=200Cf/min

—Pe pri r^=160Cf>min - - Pe pri п=14Шп

20 40 60 80 Procenat RME u mesavini sa D-2 [%]

100

Dijagram na slici 3 prikazuje sma-njenje snage motora Pe u odnosu na povećanje procenata biodizela RME u me{avini sa dizel gorivom D-2 na razli-citim brojevima obrtaja kolenastog vra-tila. Krive koje pokazuju smanjenje snage približno su linearne. Pri poveća-nju procenta biodizela RME u gorivu snaga motora opada: pri n = 2000°/min

snaga opadne za 2,2 kW, pri n = 1600 °/min za 1,55 kW, a pri n = 1400 °/min za 1,54 kW.

Da bi se zapocela analiza indikator-skog dijagrama potrebno je „ispeglati“ vrednosti pritiska dobijene merenjem. Na slici 4 prikazan je „ispeglan“ integralni tok pritiska za sve vrste goriva koje su kori{ćene.

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 4/2006.

431

1.0

X

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0-

[ SMT 1 1 1

Pe=43,8 kW ne=1600 /min p=1 bar 0 T=22 C p/! i i i i * ’' St' 1 [ 1

e=16,1 >jp ! ! I

_ D=101 mm H: \ 1 1

H=127 mm f I j Jf ; i i

! 1

i я j mešavina sa 5% RME

i 4 [ " "" mešavina sa 20% RME"

J 4

- - i J 1 - . -. Biodizel RME

120

180

240

a[°KV]

300

Sl. 5 — Integralni tok sagorevanja goriva u cilindru dizel motora S-44

Integralni tok sagorevanja za anali-zirana goriva (slika 5) prikazuje tok do kraja sagorevanja. Prime}uje se da je potpuno sagorelo dizel gorivo D-2, a ostale primenjene vrste goriva nisu u pot-

punosti sagorele. Sa najmanjim procen-tom sagorelog goriva od 92% prikazan je biodizel RME, dok je dizel D-2 sagoreo u cilindru sa 99,9%. Ostale me{avine goriva sagorevale su: me{avina u kojoj je

2200 Tz [C]

2000

1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400

60 90 120 150 180 210 240 270 3 00 330

a [KV]

■ Dizel D-2

Tz=2131,9 C pri a=203,7 0KV

mešavina sa 5% RME Tz=2109,9 °C pri a=202,02 ° KV, - mesavina sa 20% RME .

Tz=2037,8 C pri a=203,46 0 KV

mesavina sa 50% RME Tz=1987,5 tC pri c=200,86 °KV Biodizel RME

Tz=1888,1 C pri a=202,86 0 KV.

Я*

3

VJ

■ -У-

■ 4 у!

Vi*1

XI.C"

Л'Л

v

;*Ч—

ч?;у

../v'

Pe=43,8 kW ne= 1600 o/min p0=1 bar T0= 22c e=16,1 D=101 mm H=127 mm

: v;.V

SMT

Sl. 6- Tok temperature u visokopritisnom delu ciklusa

432

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 4/2006.

---2200

Hi,

18001600 -1400 -1200 -1000-

2200

a

1800

1600

1400

1200

1000

800-

600

400

Tz

800- I

600.

400-

-----Dizel D-2

Tz=2131,9 0C pric=203,7 KV ■ - Biodizel RME Tz 1

I

"7"

""!.......

....!.....L

....I.....

"'i'-.....[“

pric=202,86 XV

- xr: _ j j.

“T1“"

j ' 7- ’• j j-

* i

i SMT

Pe=43,8 kW ne=1600 7min~ p=1 bar " T = 22C [

16,1 _

I__D=101 mm _

I..H=127mm, [

. i -i.......s=

; ч= !

■ K V

,;:|-

90 120 150 180 210 240 270 300 330

a [KV]

60 90 120 150 180 210 240 270 300 330

a [KV]

a) Dizel gorivo D-2 i mešavina sa 5% biodizela RME b) Dizel gorivo D-2 i Biodizel RME Sl. 7 — Uporedni tok temperature u dizel motoru S-44

60

5% biodizela RME sa 98,1%, mešavina sa 20% biodizela RME 95,6%, a mešavi-na sa 50% biodizela RME 94,2%. Može se konstatovati da bi procenat sagorelog goriva bio veći da je za sve vrste analizi-ranih goriva korigovan regulator kolicine goriva na pumpi visokog pritiska, u zavi-snosti od energetske vrednosti goriva.

Slike 6 i 7 prikazuju tok temperature gasa u cilindru dizel motora S-44 za ana-lizirana goriva.

Najvišu temperaturu u cilindru dizel motora razvilo je dizel gorivo D-2 od 2131,9°C, dok najnižu razvijenu temperaturu daje biodizel RME od 1888,1°C. Ostala primenjena goriva razvijaju sledeće temperature: mešavina u kojoj je 5% biodizela RME - 2109°C, mešavina sa 20% biodizela RME - 2037,8°C, a mešavina sa 50% biodizela RME - 1987,5°C. Ocekiva-lo se da će dizel gorivo D-2 razviti najvišu temperaturu, jer ima i najvišu toplotnu moć. Biodizel RME je razvio najnižu temperaturu, jer ima i najnižu donju toplotnu moć. Sto se tice mešavine sa 5% biodizela

RME, ona daje nešto manju temperaturu gasa u cilindru od temperature koju je sa-gorevajući razvilo dizel gorivo D-2.

Zakljucak

Fizicko-hemijske karakteristike biodizela RME prikazuju ovo gorivo sa ni-žim procentom ugljenika i vodonika u od-nosu na dizel gorivo D-2 i povećanom ko-licinom kiseonika i fosfora (nema ih u dizel gorivu D-2). U biodizelu RME nema sumpora, a u dizel gorivu D-2 može ga bi-ti i do 5%. Prednost biodizela RME je što nema korodivno dejstvo na delove motora i ne utice negativno na živi svet. Gustina i kinematska viskoznost biodizela RME je veća od istih karakteristika dizel goriva D-2, što otežava upotrebu ovog goriva u zimskim uslovima eksploatacije.

Najveću snagu Pe i moment Me dizel motor S-44 postiže korišćenjem dizel goriva D-2, jer ono ima i najveću toplotnu moć (veću od biodizela RME za 4,88 MJ/kg ili 11,6% po [9] i [7]). Mešavina sa

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 4/2006.

433

95% dizel goriva D-2 i 5% biodizela RME daje rezultate koji mogu zadovoljiti uslove eksploatacije dizel motora S-44. Cist biodizel RME u dizel motoru ne mo-že da se primeni, jer je snaga Pe manja za 8,1% i moment za 4,9% u odnosu na rad motora sa dizel gorivom D-2. To se vidi pri padu snage motora pri povećanju pro-centa biodizela RME u mešavini sa dizel gorivom D-2. Ovaj pad snage je skoro li-nearan na svim merenim brojevima.

Tokovi dobijenih temperatura u ci-lindru dizel motora S-44 prikazuju da je najvišu temperaturu razvilo dizel gorivo D-2, a najnižu biodizel RME. Uvođe-njem ove vrste goriva, bilo da se radi o mešavini ili cistom gorivu, neće dodatno termicki opterećivati delove motora.

Tokovi sagorevanja kod primenje-nih goriva su slicni, ali procenat nesago-relog goriva raste sa porastom procenta biodizela RME u mešavini. Kako se nije ispitivao „životni vek motora“ upotre-bom biodizela RME, ne može se sa si-gurnošću govoriti o problemima koji bi nastali zbog nepolpunog sagorevanja smeše u cflindru, kolicinama stvorene smole, koksovanja brizgaljki i drugih štetnih pojava.

Uticaj biodizela RME i mešavina na gumene delove i boje nije se ispitivao, što može direktno da utice na opravda-nost primene. Verovatno bi ispitivanja bila povoljnija da je „Prva iskra“ Namen-ska a. d. imala aditive za poboljšanje ka-rakteristika biodizel RME (u radu je ko-rišćen biodizel RME cija je cistoća >98% metil estra, što zahtevaju uvoznici iz Evropske unije).

Literatura:

[1] Bakić, M. i dr.: Koišćenje sirovih biljnih ulja kao goriva u poljoprivredi, Biodizel, mcnografija, Poljoprivredni fakul-

tet, Novi Sad, 1995.

[2] Furman, T. i dr.: Tecna fosilna goriva i alternativa, Biodi-zel, monografija, Pdjoprivredni fakultet, Novi Sad, 1995.

[3] Nikolić, R. i dr.: Proizvodnja i potrošnja goriva za dizel motore, Biodizel, monografija, Pdjoprivredni fakultet, Novi Sad, 1995.

[4] Zivković, M.: Motori sa unutrašnjim sagorevanjem, I deo, Mašinski fakultet, Beograd, 1988.

[5] Zivković, M. i Trifunović, R.: Ispitivanje motora sa unutra-

šnjim sqgorevanjem, Madnski fakultet, Beograd, 1987.

[6] Jankov, R.: Matematicko modeliranje strujnc-termcd]ina-mickih procesa i pogonskih karakteristika dizel motora, Naucna knjiga, Beograd, 1984.

[7] McAulay K. J., Wu Tang, Schen Simon K., Borman G. L., Myers P. S., Uyehara O. A.: Development and evalution of the simulation of the compres sion-ingnition engine, SAE Preprints, s. a. Nr. 650451.

[8] Jankov, R.: Opšti metod proracuna i analize stvarnog rad-nog ciklusa motora SUS sa konstantnim pritiscima u usi-snom i izduvnom kolektoru pomoću digitalnog racunara, Tehmka-Mašinstvo, 1979.

[9] Verešbaranji, I.: Fizicke i hemijske karakteristike metilestra biljnih ulja kao goriva za dizel motore, Biodizel, monogra-fija, Poljoprivredni fakultet, Novi Sad, 1995.

434

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 4/2006.