Rezumat Doru Baldean

  • View
    67

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of Rezumat Doru Baldean

  • U.T.C.-N. Rezumat tez de doctorat pag. 1

    FACULTATEA DE MECANIC

    Ing. Bldean Doru-Laurean

    TEZ DE DOCTORAT

    STUDII I CERCETRI PRIVIND MODELAREA PROCESULUI DE ARDERE N MOTORUL CU APRINDERE PRIN COMPRIMARE N

    CONDIIILE UTILIZRII BIODIESELULUI PENTRU MBUNTIREA PERFORMANELOR MOTORULUI

    Conductor tiinific:

    Prof. dr. ing. Nicolae BURNETE

  • U.T.C.-N. Rezumat tez de doctorat pag. 2

    1. CIRCUMSCRIEREA ARIEI TEMATICE A TEZEI DE DOCTORAT Teza de doctorat realizeaz o cercetare sistematic a procesului arderii din motorul cu

    aprindere prin comprimare, proces foarte complex i cu influen considerabil asupra performanelor care definesc motorul modern.

    2. STUDIUL CORELRII PERFORMANELOR MAC CU RESURSELE ENERGETICE

    Pn acum s-au derulat o serie de studii i cercetri legate de potenialul de utilizare

    ecologic a combustibililor de origine vegetal, precum i de posibilitile de implementare a lor pe scar larg de ctre marea mas a utilizatorilor de motoare cu aprindere prin comprimare. n mare msur s-a urmrit comportamentul i eficiena n utilizarea biocombustibililor la motoarele existente, de pe anumite autocamioane, autobuze i utilaje agricole. S-au cercetat posibilitile utilizrii combustibililor obinui din uleiuri vegetale de rapi, soia, floarea soarelui etc., precum i utilizarea uleiurilor alimentare i nealimentare uzate.

    Cercetrile experimentale recente efectuate prin utilizarea uleiurilor de soia, bumbac, arahide, cocos, susan, floarea-soarelui, in, rapi, palmier etc., au artat c, la funcionarea motoarelor cu asemenea uleiuri apar o serie de inconveniente. Printre dificultile evideniate, se pot meniona: formarea unor depuneri consistente pe injectoare, uzura pieselor metalice, gelificarea uleiurilor n carter, prezena abundent a fumului, consumuri de combustibil mai ridicate.

    O serie de cercetri specifice n acest domeniu au urmrit efectele utilizrii biodieselului obinut din ulei ars asupra injeciei, arderii i performanelor motorului, evideniind prin rezultatele obinute c puterea i momentul msurate experimental sunt mai mici n condiiile utilizrii amestecurilor pe baz de biocombustibil. ntrzierea la autoaprindere i timpul de propagare a undei de presiune influeneaz semnificativ variaiile presiunii din cilindru i cldurii degajate. Aceleai studii au artat i c creterea duratei de injecie a condus la o presiune mai mic n timpul arderii.

    Alte cercetri au evideniat studiul calitii procesului de ardere prin spectrul emisiilor MAC, n condiiile utilizrii biodieselului, gazului lichefiat (obinut printr-un proces Fischer-Tropsch la temperatur sczut) i a amestecurilor acestora comparativ cu motorina, ncadrndu-se n prescripiile normelor de poluare Euro 4. S-a confirmat astfel c nivelul consumului de combustibil variaz invers proporional cu puterea calorific inferioar a acestuia, precum i faptul c opacitatea fumului i emisiile de particule solide sunt mai mici n cazul utilizrii combustibililor pe baz de biodiesel i gaz lichefiat pentru alimentarea MAC, iar variaia emisiilor de NOx este redus.

    Structura molecular a biocombustibilului (n special a acizilor grai ai monoalchil-esterilor) influeneaz procesul de ardere n MAC, aspect evideniat de formarea NOx i a particulelor solide, precum i de concetraia acestora n gazele de evacuare. Influena structurii moleculare asupra genezei NOx, se manifest pe de o parte prin efectul asupra ntrzierii la autoaprindere dup

  • U.T.C.-N. Rezumat tez de doctorat pag. 3

    momentul n care a avut loc injecia, iar pe de alt parte prin temperatura flcrii la care are loc arderea diferitelor molecule.

    Studiile derulate n direcia modelrii procesului de ardere n MAC care utilizeaz combustibili de origine vegetal sunt mai puine la numr, iar cunotintele referitoare la acest aspect sunt destul de modeste n prezent. Acesta este i motivul pentru care s-a ales tema de cercetare n cadrul programului de doctorat.

    3. ANALIZA PROCESULUI DE ARDERE N MAC Arderea este procesul cel mai complex ce are loc n motorul cu ardere intern. De ea depind,

    cum se tie deja, ntr-o msur deosebit de mare indicii caracteristici ai motorului (energetici, de economicitate i durabilitate).

    Arderea oricrui combustibil folosit, sub influena a diferii factori, poate s fie complet sau incomplet.

    La baza fenomenelor care au loc n timpul formrii amestecului i arderii se deosebesc patru perioade, care constau n: perioada ntrzierii la autoaprindere 1, perioada arderii rapide 2, perioada arderii progresive 3, postarderea sau arderea ntrziat 4.

    Fig. 3. Schematizarea procesului de ardere n cazul unui MAC.

  • U.T.C.-N. Rezumat tez de doctorat pag. 4

    4. MODELAREA ARDERII BIODIESELULUI N MAC Capitolul de fa reprezint un demers de analiz i sintez al problematicii modelrii

    procesului de ardere. Metodologia de modelare a procesului de ardere din interiorul motorului cu aprindere prin comprimare trebuie s in seama i de aspectele prezentate n figura 4.1. Aadar, e necesar parcurgerea unor etape specifice.

    Prin modelarea procesului de ardere se urmresc anumite aspecte specifice: presiunile i temperaturile maxime, determinarea configuraiei frontului de flacr; determinarea vitezelor i acceleraiilor frontului flcrii; determinarea comportamentului motorului n timpul arderii; determinarea nivelului emisiilor poluante etc.

    Principalele avantaje pe care le ofer modelarea proceselor funcionale ale unui motor cu aprindere prin comprimare sunt:

    o definirea cu ajutorul unui aparat matematic riguros a parametrilor cheie care controleaz fenomenul studiat, ceea ce duce la o utilizare eficient i raional a costurilor implicate de testarea experimental a modelului fizic;

    o studierea pe cale analitic i numeric a funcionrii motorului, n condiiile variaiei parametrilor constructivi i funcionali, avnd consecine imediate n ce privete mbuntirea motorului nc din fazele primare ale proiectrii;

    o reducerea timpului de studiu, ncercare, proiectare, concepie, prototip etc. Modelele utilizate la ora actual n cercetarea tiinific a proceselor funcionale ce definesc

    motorul cu ardere intern, sunt clasificate n dou mari categorii: termodinamice, gazodinamice.

    5. CERCETRI EXPERIMENTALE ALE PROCESULUI DE ARDERE A BIODIESELULUI N MAC

    Pentru efectuarea tuturor msurtorilor necesare n cadrul cercetrii experimentale s-a realizat un stand specific care se compune dintr-o serie de elemente componente principale i un ansamblu de elemente subsidiare, dar necesare, fiind format n principal din motorul cu aprindere prin comprimare (Fig. 5.1) i o frn hidraulic, la care se leag sistemele de msurare i achiziie a datelor prezentate n continuare.

    Fig. 5.1. MAC Lombardini 3LD 510 folosit n cadrul cercetrii experimentale.

    1-filtru de aer, 2-carcasa volantei, 3-generator de curent, 4-suport, 5- carter, 6-filtru de ulei, 7-eapament, 8-injector.

  • U.T.C.-N. Rezumat tez de doctorat pag. 5

    n figura 5.2 este prezentat schematic standul de testare folosit n cadrul ncercrilor experimentale.

    Fig. 5.2. Schema standului experimental.

    1-motor monocilindric, 2-frn hidraulic, 3-aparatur de msur i control, 4-aparatur de nregistrare (foto/video), 5-cntar electronic, 6-analizor de gaze, 7-scule de asamblare i reglaj, 8-sistem de achiziie a datelor, 9-dispozitiv de

    ajustare a sarcinii motorului.

    n continuare se prezint cteva imagini cu dezvoltarea depozitelor carbonice evaluate la intervale de timp predefinite de cte zece ore n funcionarea cu doi dintre combustibilii utilizai n cercetarea experimental (motorin i biodiesel).

    Metodologia studiului derulat n vederea analizei depozitelor carbonice prevede un interval de timp (10 ore la sarcini mici, i 10 minute la sarcini i turaii mari) pentru funcionarea motorului cu un tip de combustibil, cu i fr ncrcare la arborele cotit al motorului, legat printr-un cuplaj la frna hidraulic. Dintre multiplele ncercri realizate n vederea determinrii depozitelor carbonice formate pe suprafeele pieselor s-au selectat cteva situaii exemplare viznd piesele principale ale mecanismului motor (pistonul, cilindrul i chiulasa) i sistemului de alimentare (injectorul).

    Pentru aprecierea cantitii depozitelor carbonice formate pe piesele luate n studiu s-au folosit metode masice i micrometrarea pe direciile sau dup dimensiunile principale. Cele mai reduse cantiti de depuneri carbonice ca efect al arderilor deficitare au fost nregistrate pentru situaiile funcionrii motorului cu motorin comercial Euro 5. Aceasta din urm este aditivat nc din faza de producie, n timp ce biodieselul nu a fost aditivat n cazul situaiilor prezentate n tabelul 5.1, n care se observ preponderena depunerilor de tip carbonic pe piese n cazurile funcionrii cu biodiesel, i mai ales n regimuri funcionale la sarcini mici sau nule folosind biodieselul drept combustibil. Una dintre soluiile propuse i implementate n ncercarea de a diminua tendina formrii depozitelor carbonice a fost aditivarea biodieselului, cu rezultate pozitive. Soluia reprezint o combinaie de elemente pro-active ce ofer protecie mpotriva bacteriilor i oxidrii

  • U.T.C.-N. Rezumat tez de doctorat pag. 6

    combustibilului, elimin depunerile din injectoare i camera de ardere, cur ntreg sistemul de alimentare al MAC, atenueaz procesul de formare a parafinei, neutralizeaz apa din condens i previne coroziunea pieselor sistemului de injecie, facilitnd totodat o ardere optim. Din punct de vedere chimic soluia conine: cherosen (din petrol), hidrodesulfurizant i octilnitrat.

    Tabelul 5.1

    Din analiza depozitelor carbonice aprute pe piesele studiate s-a constatat c