Tải bản đầy đủ

ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIÊN LIỆU SINH HỌC, BIODIESEL, ĐỐI VỚI ĐỘNG CƠ KUBOTA L2000

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIÊN LIỆU SINH HỌC,
BIODIESEL, ĐỐI VỚI ĐỘNG CƠ KUBOTA L2000

Họ và tên sinh viên:
Ngành:
Niên khóa:

NGUYỄN THỊ DIỆU
CƠ KHÍ NÔNG LÂM
2008 – 2012

Tháng 06/2012


ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIÊN LIỆU SINH HỌC, BIODIESEL,
ĐỐI VỚI ĐỘNG CƠ KUBOTA L2000


Tác giả

NGUYỄN THỊ DIỆU

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành
Cơ khí nông lâm

Giáo viên hướng dẫn:
Th.S Nguyễn Huỳnh Trường Gia
KS. Phan Minh Hiếu

Tháng 06 năm 2012
i


CẢM TẠ
Em xin chân thành cảm ơn:
Ban giám hiệu nhà trường cùng quý thầy cô trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố
Hồ Chí Minh.
Ban chủ nhiệm Khoa Cơ Khí – Công nghệ trường ĐH. Nông Lâm TP. HCM.
Quý thầy cô Khoa Cơ Khí – Công Nghệ đã truyền đạt những kiến thức, kinh
nghiệm quý báu cho em trong suốt quá trình học.
Em chân thành cảm ơn:
Thầy Th.S Bùi Công Hạnh.
Thầy Th.S Nguyễn Huỳnh Trường Gia.
Thầy Phan Minh Hiếu.
Thầy Kiều Văn Đức, đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành đề tài.
Cảm ơn cha mẹ và tất cả bạn bè, những người thân đã quan tâm động viên em
trong suốt quá trình thực hiện đề tài.

ii


TÓM TẮT
Được sự đồng ý của ban chủ nhiệm Khoa Cơ Khí – Công Nghệ trường ĐH. Nông
Lâm TP. HCM. Em thực hiện đề tài: “ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIÊN LIỆU
SINH HỌC, BIODIESEL, ĐỐI VỚI ĐỘNG CƠ KUBOTA L2000”.
Mục tiêu đề tài:
Với tình hình cấp bách hiện này là nhiên liệu hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt,


thế giới sắp phải đối mặt với cuộc khủng hoảng nhiên liệu và những ảnh hưởng xấu
của nguồn nhiên liệu này đối với môi trường. Từ đó, việc tìm ra nguồn nhiên liệu sạch
để thay thế cho nguồn nhiên liệu truyền thống là rất cần thiết.
Nội dung đề tài:
Đề tài khảo nghiệm nhằm so sánh và đánh giá về ảnh hưởng của nhiên liệu sinh
học, biodiesel, so với nhiên liệu diesel truyền thống trên động cơ Kubota L2000.
Đánh giá ảnh hưởng của nhiên liệu này đối với môi trường.
Tìm hiểu cách sử dụng thiết bị đo công suất động cơ, P400B và thiết bị đo độ mờ
khói, OP160.
Tìm hiểu và vẽ đường đặc tính động cơ đối với từng loại nhiên liệu.
Kết quả:
Đề tài đã đánh giá được hoạt động của động cơ khi sử dụng nhiên liệu diesel pha
chế thô sơ với dầu thực vật ở các tỷ lệ khác nhau và những ảnh hưởng của nó đối với
môi trường.

iii


MỤC LỤC
Trang
Trang tựa ......................................................................................................................... i 
CẢM TẠ .........................................................................................................................ii 
TÓM TẮT .................................................................................................................... iii 
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iv 
DANH SÁCH CÁC HÌNH ..........................................................................................vii 
DANH SÁCH CÁC BẢNG .......................................................................................... ix 
CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU ................................................................................................. 1 
1.1. Đặt vấn đề ................................................................................................................1 
1.2. Mục đích luận văn ..................................................................................................2 
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN ......................................................................................... 3 
2.1. Tình hình chung về sử dụng nhiên liệu hóa thạch...............................................3 
2.1.1. Tình hình chung về sử dụng nhiên liệu hóa thạch trên thế giới. ...........................3 
2.1.2. Tình hình chung về sử dụng nhiên liệu hóa thạch tại Việt Nam. ..........................8 
2.2. Nhiên liệu sinh học................................................................................................10 
2.3. Lịch sử hình thành và phát triển của biodiesel..................................................10 
2.4. Ưu nhược điểm của nhiên liệu biodiesel .............................................................11 
2.4.1. Ưu điểm: ..............................................................................................................11 
2.4.2. Nhược điểm: ........................................................................................................12 
2.5. Đường đặc tính động cơ. ......................................................................................13 
2.5.1. Các khái niệm ......................................................................................................13 
2.5.2. Đường đặc tính động cơ ......................................................................................15 
2.6. Các phương pháp xác định đường đặc tính ngoài của động cơ. ......................15 
CHƯƠNG 3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU........................... 17 
3.1. Nhiên liệu sử dụng trong khảo nghiệm...............................................................17 
3.1.1. Nhiên liệu gốc......................................................................................................17 
3.1.2. Pha chế.................................................................................................................17 
3.2. Các dụng cụ và phương tiện dùng trong khảo nghiệm .....................................17 
3.3. Phương pháp tra cứu tài liệu. ..............................................................................17 
iv


3.4. Phương pháp khảo nghiệm ..................................................................................18 
3.5. Dụng cụ đo P400B ................................................................................................18 
3.5.1. Cấu tạo máy P400B .............................................................................................20 
3.5.2. Nguyên lý hoạt động của máy P400B .................................................................23 
3.5.3. Những điều cần lưu ý khi sử dụng máy P400B...................................................25 
3.5.4. Lưu lượng kế (M & W Flowmeter) .....................................................................29 
3.5.5. Thiết bị đo nhiên liệu:..........................................................................................31 
3.6. Dụng cụ đo độ mờkhói, OPACIMETER (OP160). ...........................................32 
3.7. Các đặc tính kỹ thuật của máy kéo KUBOTA L2000 .......................................36 
3.8. Đo công suất động cơ. ...........................................................................................37 
3.8.1. Phương pháp thực hiện. .......................................................................................37 
3.8.2. Các bước chuẩn bị. ..............................................................................................37 
3.8.3. Tiến hành đo. .......................................................................................................38 
3.9. Đo độ mờ khói. ......................................................................................................39 
3.9.1. Phương pháp thực hiện. .......................................................................................39 
3.9.2. Tiến hành đo. .......................................................................................................39 
3.10. Phương pháp thí nghiệm và xử lý số liệu. ........................................................40 
3.11. Phương pháp khử sai số .....................................................................................40 
3.11.1. Các loại sai số thô ..............................................................................................40 
3.11.2. Phương pháp khử sai số thô...............................................................................41 
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.............................................................. 42 
4.1. Khảo nghiệm sơ bộ ...............................................................................................42 
4.2. Kết quả khảo nghiệm khi đo công suất động cơ. ...............................................42 
4.2.1. Tính toán và vẽ đường đặc tính của máy kéo Kubota L200 trên các loại nhiên
liệu khác nhau. ...............................................................................................................42 
4.2.2. So sánh, đánh giá kết quả về công suất động cơ, chi phí nhiên liệu riêng giữa
diesel và biodiesel theo biểu đồ. ....................................................................................48 
4.3. Tính toán, đánh giá kết quả đo công suất và chi phí nhiên liệu theo phương
pháp thống kê và xử lý số liệu. ...................................................................................54 
4.4. Nhận xét .................................................................................................................55 
4.5. Kết quả khảo nghiệm khi đo độ mờ khói: ..........................................................55 
v


CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .................................................................. 57 
5.1. Kết luận: ................................................................................................................57 
5.2. Đề nghị ...................................................................................................................57 
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 58 
PHỤ LỤC ................................................................................................................... 659 

vi


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Trang
Hình 2.1 Biểu đồ sản xuất dầu mỏ trên thế giới từ năm 1965, đã chạm đỉnh (peak oil)
vào năm 2006...................................................................................................................4 
Hình 2.2 Biến động giá dầu thế giới và các cuộc khủng hoảng năng lượng ở thế kỷ 20 5 
Hình 2.3 Sự biến động bất thường của giá dầu mỏ trong thời gian gần đây ...................6 
Hình 2.4 Sự thay đổi nhiệt độ trung bình của bề mặt trái đất thống kê từ năm 1850 –
2005 .................................................................................................................................7 
Hình 2.5 Nồng độ khí CO2 trong khí quyển tăng đều hàng năm từ năm 1960 đến nay..8 
Hình 2.6 Mức tiêu thụ dầu diesel tại Việt Nam...............................................................9 
Hình 2.7 Sơ đồ mô tả lực xiết bu lông và lực hãm của động cơ. ..................................13 
Hình 3.1 Mặt trước của máy P400B. .............................................................................19 
Hình 3.2 Mặt sau của máy P400B. ................................................................................20 
Hình 3.3 Sơ đồ truyền động cho bơm bánh răng: .........................................................21 
Hình 3.4 Sơ đồ cấu tạo của bơm thủy lực: ....................................................................21 
Hình 3.5 Cấu tạo van điều khiển áp suất bơm thủy lực. ...............................................22 
Hình 3.6 Sơ đồ cấu tạo ..................................................................................................22 
Hình 3.7 Két nước làm mát. ..........................................................................................23 
Hình 3.8 Sơ đồ hoạt động của máy P400B ...................................................................24 
Hình 3.9 Đồng hồ đo tốc độ. .........................................................................................25 
Hình 3.10 Đồng hồ đo áp suất phanh ............................................................................26 
Hình 3.11 Đồng hồ đo nhiệt độ dầu thủy lực ................................................................27 
Hình 3.12 Sơ đồ lắp lưu lượng kế. ................................................................................30 
Hình 3.13 Sơ đồ lắp thiết bị đo nhiên liệu tiêu thụ........................................................31 
Hình 3.14 Mặt trước của thiết bị OP160. ......................................................................32 
Hình 3.15 Mặt sau của thiết bị OP160. .........................................................................33 
Hình 3.16 Nguyên lý hoạt động của OP160. .................................................................33 
Hình 3.17 Bảng kết quả số liệu đo độ mờ khói. ............................................................35 
Hình 3.18 Biểu đồ đo độ mờ khói dựa trên bảng số liệu...............................................36 
Hình 3.19 Chương trình Diesel Smoke Test khởi động. ...............................................40 
vii


Hình 4.1. Biểu đồ đường đặc tính ngoài của động cơ chạy bằng diesel .......................44 
Hình 4.2 Biểu đồ đường đặc tính ngoài của động cơ chạy bằng B10. ..........................45 
Hình 4.3 Biểu đồ đường đặc tính ngoài của động cơ chạy bằng B15. ..........................46 
Hình 4.4 Biểu đồ đường đặc tính ngoài của động cơ chạy bằng biodiesel B20 ...........47 
Hình 4.5 Biểu đồ so sánh công suất của diesel với B10................................................48 
Hình 4.6 Biểu đồ so sánh công suất của diesel với B15................................................49 
Hình 4.7 Biểu đồ so sánh công suất của diesel với B20................................................49 
Hình 4.8 Biểu đồ so sánh công suất của diesel với 3 tỉ lệ biodiesel..............................50 
Hình 4.9 Biểu đồ so sánh chi phí nhiên liệu của diesel với B10. ..................................51 
Hình 4.10 Biểu đồ so sánh chi phí nhiên liệu của diesel với B15. ................................52 
Hình 4.11 Biểu đồ so sánh chi phí nhiên liệu của diesel với B20. ................................52 
Hình 4.12 Biểu đồ so sánh chi phí nhiên liệu của 3 tỉ lệ biodiesel ...............................53 

viii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2.1 Mức tiêu thụ dầu diesel tại Việt Nam. .............................................................9 
Bảng 3.1 Tỉ số truyền của KUBOTA L2000.................................................................37 
Bảng 3.2 Các bước đo công suất động cơ. ....................................................................37 
Bảng 4.1 Số liệu tính toán (diesel). ...............................................................................43 
Bảng 4.2 Kết quả tính toán. ...........................................................................................43 
Bảng 4.3 Chi phí nhiên liệu. ..........................................................................................54 
Bảng 4.4 Tổng hợp số liệu đo độ mờ khói của các loại nhiên liệu. ..............................55 

ix


CHƯƠNG 1
MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Nguồn năng lượng hóa thạch (than, dầu mỏ và khí thiên nhiên) là nguồn nhiên liệu
cần thiết cho những hoạt động sản xuất, sinh hoạt của con người. Tuy nhiên, nguồn
năng lượng này có trữ lượng nhất định và ngày càng cạn kiệt do việc khai thác, sử
dụng quá mức. Kết quả là, giá thành nhiên liệu như xăng, dầu diesel ngày càng tăng
cao, gây không ít khó khăn cho xã hội, đặc biệt là ở những nước đang phát triển. Hơn
thế nữa, trong quá trình sử dụng, các nhiên liệu này phát sinh ra lượng khí thải
(CO2,NO...) là một trong những nguyên nhân gây hiệu ứng nhà kính và làm biến đổi
khí hậu toàn cầu. Ngoài ra, khí thải từ việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch gây ô nhiễm
môi trường, sinh nhiều bệnh tật nguy hại cho nhiều thế hệ. Chính vì thế, việc tìm kiếm
nguồn năng lượng mới thay thế cho nguồn năng lượng sắp cạn kiệt này đang là vấn đề
quan tâm hàng đầu của nhiều quốc gia trên thế giới. Một giải pháp được đặt ra, hiện
nay, là sử dụng nhiên liệu sinh học, nguồn nhiên liệu có thể sản xuất được. Biodiesel là
loại nhiên liệu sinh học có thể được sản xuất từ các sản phẩm nông nghiệp như dầu
thực vật, dầu cá v.v.v...
Hiện nay, nhiên liệu sinh học bước đầu đã và đang được đưa vào sử dụng ở Việt
Nam. Tuy nhiên, sự tác động của nguồn nhiên liệu mới này đến các loại động cơ
truyền thống vẫn cần phải được nghiên cứu giúp đánh giá chính xác hơn hiệu quả làm
việc của các thiết bị và ảnh hưởng của nhiên liệu đối với môi trường tự nhiên.
Với yêu cầu trên, được sự chấp thuận của Khoa Cơ Khí Công Nghệ Trường Đại
Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh, sự hướng dẫn và giúp đỡ của thầy Th.S
Nguyễn Huỳnh Trường Gia và thầy Phan Minh Hiếu em đã thực hiện đề tài: “ĐÁNH
GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIÊN LIỆU SINH HỌC, BIODIESEL, ĐỐI VỚI ĐỘNG
CƠ KUBOTA L2000”.

1


1.2. Mục đích luận văn
Nhằm đánh giá sự tác động của nhiên liệu sinh học, biodiesel, đối với động cơ, đề
tài xây dựng đường đặc tính động cơ đối với nhiêu liệu diesel truyền thống và
biodiesel, qua đó đánh giá được lợi ích cũng như là hạn chế của biodiesel đối với động
cơ khảo nghiệm và đối với môi trường.
Để đạt được mục tiêu trên, đề tài sẽ tiến hành thực hiện các nội dung sau:
-

Tìm hiểu về nhiên liệu sinh học biodiesel.

-

Tìm hiểu cách sử dụng thiết bị đo momen và công suất động cơ, P400B và thiết
bị đo độ mờ khói, OP160.

-

Phương pháp xây dựng đường đặc tính của động cơ.

2


CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN
2.1. Tình hình chung về sử dụng nhiên liệu hóa thạch.
2.1.1. Tình hình chung về sử dụng nhiên liệu hóa thạch trên thế giới.
Nguồn cung năng lượng trên toàn thế giới ngày càng giảm trong khi nhu cầu càng
ngày càng cao. Một hiện tượng cho ta thấy rõ nhất là dân số thế giới ngày càng tăng
nhanh, nhiều nước đang trên đà hội nhập kinh tế với quy mô lớn. Có thể thấy được
rằng giá xăng dầu ngày càng tăng nhanh đến mức báo động (theo cập nhật ngày
20/04/2012, giá xăng A92 là 23.800 đồng/lít ở Việt Nam so với giá xăng trên toàn thế
giới đã tăng lên 26.000 đồng đến 27.000 đồng/lít. Tổng dự trữ năng lượng hóa thạch
đã xác minh trên thế giới hiện nay là 778 Gtoe (Giga tonne of oil equivalent), trong đó
dầu mỏ 143 Gtoe, khí thiên nhiên 138 Gtoe, than 566 Gtoe (theo đánh giá của Liên
Hiệp Quốc trong World Energy Assessment Overview (2004 Update)1). Thế nhưng,
nếu mức khai thác và sử dụng hàng năm là dầu mỏ 3,51 Gtoe/năm; khí thiên nhiên
2,16 Gtoe/năm; than 2,26 Gtoe/năm (năm 2001) thì nguồn tài nguyên hóa thạch đã tìm
thấy chỉ đủ dùng trong vòng 41 năm đối với dầu mỏ, 64 năm đối với khí thiên nhiên và
251 năm đối với than (nguồn: Năng Lượng Cho Thế Kỷ 21 – Hồ Sĩ Thoảng, Trần
Mạnh Trí) . Từ thực tế này cho ta thấy trong một ngày không xa toàn nhân loại sắp
phải đối mặt với cuộc sống không còn nhiên liệu hóa thạch nữa. Đây là một thách thức
mang tính sống còn của nhân loại trong thế kỷ này.
Theo báo cáo ngày 22/10/2007 của Văn Phòng Tổ Chức Kiểm Soát Năng Lượng
Anh (EWG) trên biểu đồ ta thấy được sản lượng dầu mỏ thế giới đạt đến mức sản xuất
cao nhất là vào năm 2006 với sản lượng khoảng 82 triệu thùng/ngày. Sau thời điểm
này sản lượng dầu thế giới nói chung sẽ bắt đầu giảm dần, khoảng 7% mỗi năm và sẽ
ngưng hẳn trong vòng 20-30 năm sau đó (nguồn: Năng Lượng Thế Kỷ 21 – Hồ Sĩ
Thoảng, Trần mạnh Trí).

1

World Energy Assessment Overview: 2004 Update – [http://www.undp.undp.org/energy].

3


Hình 2.1 Biểu đồ sản xuất dầu mỏ trên thế giới từ năm 1965, đã chạm đỉnh (peak oil)
vào năm 20062
Nếu như năm 1700, toàn thế giới đã sử dụng năng lượng chỉ có 3 Mtoe/năm, năm
1800 là 11 Mtoe (Mega tonne of oil equivalent), năm 1900 là 534 Mtoe, thì đến năm
2000 đã tăng vọt lên đến 9020,6 Mtoe, và năm 2003 là 10.523,8 Mtoe. Theo đánh giá
mới nhất của Cơ quan Năng Lượng Thế Giới (IEA) (nguồn: Năng Lượng Thế Kỷ 21 –
Hồ Sĩ Thoảng, Trần Mạnh Trí) thì nguy cơ cho sự khủng hoảng về nhiên liệu khó có
thể tránh khỏi.
Trong lịch sử phát triển dầu khí đã có đến 2 cuộc khủng hoảng dầu xảy ra là vì các
cuộc chiến tranh xung đột tranh giành dầu mỏ giữa các nước Châu Âu. Trong thế kỷ
này với xu hướng hiện tại của xã hội nếu không có một con đường mới ta sẽ phải tiếp
tục đối mặt với một cuộc khủng hoảng dầu mỏ thứ 3 với nguyên nhân chính là thiên
nhiên không còn đủ khả năng cung cấp dầu mỏ cho nhu cầu của con người.

2

The Peak Oil Crisis [www.peak-oil-crisis.com].

4


Hình 2.2 Biến động giá dầu thế giới và các cuộc khủng hoảng năng lượng ở thế kỷ 203
Biểu đồ thể hiện sự biến động giá dầu trên thế giới cho ta thấy mức cao kỷ lục của
giá dầu đạt đến mức 140 USD/thùng năm 2008 đây chính là bước đầu cho cuộc khủng
hoảng dầu mỏ lần thứ ba.
Khi con người đối mặt với thực tế là không còn năng lượng để cung cấp cho các
hoạt động thì họ sẽ phải từ bỏ tất cả các phương tiện giao thông chạy bằng nhiên liệu
hóa thạch và họ phải trở lại thời đại trước với những phương tiện đi lại thô sơ. Nền
kinh tế vô cùng hiện đại của toàn nhân loại ta hiện nay sẽ như thế nào? Tất cả những
nổ lực mà con người đã tạo ra một thế giới hiện đại như ngày nay sẽ xem như là “Dã
Tràng xe cát biển Đông”. Có lẽ chỉ có một thuận lợi lớn là môi trường sẽ trở lại trong
sạch đảm bảo cho sức khỏe con người.

3

The Peak Oil Crisis [www.peak-oil-crisis.com].

5


Hình 2.3 Sự biến động bất thường của giá dầu mỏ trong thời gian gần đây4
Trên biểu đồ hình 2.3 thể hiện rõ hơn những biến động bất thường của giá dầu
trong những năm 2011 – 2012: giá dầu cao nhất là vào khoảng cuối tháng 1 năm 2011
lên tới 114 USD/thùng và hạ từ từ xuống khoảng 97 USD/thùng và đến mức thấp nhất
là 76 USD/thùng tháng 3 năm 2011 và tiếp tục quay lại giá gần bằng cuối tháng 1 năm
2011.
Và khi đề cập đến vấn đề môi trường, tỷ lệ thuận với nhu cầu sử dụng nhiên liệu
hóa thạch ngày càng tăng mạnh con người sẽ phải đối mặt với một lượng phát thải
CO2, metan(CH4), hơi nước, nitrogen oxide (NOX) từ nguồn nhiên liệu này. Trong đó,
CO2 chiếm một lượng khá lớn. Đây chính là thủ phạm gây ra hiệu ứng nhà kính làm
biến đổi khí hậu.
Hậu quả ta thấy trước mắt đó là trái đất ngày một nóng lên.

4

Crude Oil Futures Prices – NYMEX [www.wtrg.com/daily/crudeoilprice.htm].

6


Hình 2.4 Sự thay đổi nhiệt độ trung bình của bề mặt trái đất thống kê từ năm 1850 –
20055
Theo biểu đồ năm 1880 nhiệt độ trung bình hàng năm (đường màu đen) bề mặt trái
đất chỉ khoảng -30C nhưng tăng dần theo năm cho đến năm 2000 là trên 60C có xu
hướng tiếp tục tăng cao trong những năm sắp tới. Đường màu đỏ biểu thị cho nhiệt độ
trung bình 5 năm liên tục tăng, giảm không đáng kể.
Từ việc trái đất nóng dần lên đã gây ra những hậu quả vô cùng nghiêm trọng ngày
càng có nhiều những thiên tai với tần suất tăng lên theo từng giờ: lũ lụt, hạn hán, băng
tan lục địa mất dần ... ảnh hưởng đến chất lượng sống và tính mạng con người. Cụ thể
là mùa hè năm 2002, ở Bắc Cực, vùng Greenland khoảng 655.000 km2 băng đã tan
chảy. Cũng vào mùa hè năm 2002, một khối băng khoảng 3,5 triệu tấn tan chảy ra gây
lũ băng từ dãy núi Mali trên đỉnh Caucase (Nga). Tháng 3/2003, một khối băng
khoảng 500 tỷ tấn ở Nam Cực đã tan thành ngàn mảnh....(nguồn: Năng Lượng Cho
Thế Kỷ 21 – Hồ Sĩ Thoảng, Trần Mạnh Trí).
Lượng phát thải khí CO2 không ngừng từ nguồn nhiên liệu hóa thạch trong khi đó
ngưỡng biến đổi khí hậu nguy hiểm là tăng thêm 20C tương đương phải duy trì nồng
độ khí nhà kính ở mức khoảng 450 ppmv CO2 (ppmv: part per millionth volume).
5

Global Warming [http://en.wikipedia.org].

7


Năm 1960 là khoảng 315 ppm (parts per million) nhưng tới năm 1970 thì lên đến 325
ppm tăng 10 ppm trong vòng 10 năm.

Hình 2.5 Nồng độ khí CO2 trong khí quyển tăng đều hàng năm từ năm 1960 đến nay6
Từ những hiện trạng ngày ngày đang diễn ra, một thách thức cấp bách được đặt ra
cho các quốc gia nói riêng và cho cả thế giới nói chung là phải tìm ra một nguồn nhiên
liệu thay thế cho nguồn nhiên liệu hóa thạch. Một giải pháp đang được toàn thế giới
quan tâm đó là nhiên liệu sạch, nhiên liệu sinh học.
2.1.2. Tình hình chung về sử dụng nhiên liệu hóa thạch tại Việt Nam.
Ở nước ta, theo kết quả nghiên cứu của chương trình khoa học công nghệ cấp
Nhà nước, giai đoạn 1996 – 2000, theo chiến lược chính sách phát triển nhiên liệu, trữ
lượng than khoảng 3,6 tỷ tấn nhưng trữ lượng kinh tế khoảng 1 tỷ tấn chỉ đảm bảo sản
lượng khai thác 20 triệu tấn/năm trong vòng 20 – 25 năm; dầu mỏ khoảng 1,9 tỷ tấn
quy đổi, khí thiên nhiên khoảng 1,8 tỷ m3, những trữ lượng khai thác kinh tế chỉ ở mức
35 %. Với trữ lượng dầu khí như trên cũng chỉ đảm bảo khai thác 30 triệu tấn/năm
trong giai đoạn 2015 – 2016, sau đó sẽ giảm nhanh, nếu không tìm ra các mỏ mới.
Theo báo cáo của nhiều chuyên gia, trong thời gian tới nếu Việt Nam không phát hiện
thêm các mỏ dầu mới có trữ lượng lớn thì với sản lượng khai thác hiện tại, dự báo đến
2025 Việt Nam về cơ bản cạn kiệt tài nguyên dầu khí. Việt Nam từ chỗ xuất khẩu năng
lượng (dầu thô, than), trong vòng 15 năm tới sẽ phải nhập năng lượng, trong đó xăng
dầu dùng cho giao thông vận tải chiếm khoảng 30 % tổng nhu cầu năng lượng của Việt
Nam.
6

Global Warming [http://en.wikipedia.org].

8


Khi nhà máy lọc dầu Dung Quất hoạt động hết công suất, Việt Nam cũng mới
tự cung cấp được khoảng 5,3 triệu tấn xăng dầu dùng cho giao thông vận tải trong tổng
nhu cầu 15,5 – 16 triệu tấn xăng dầu. Do vậy Việt Nam hiện tại vẫn phải nhập khẩu ít
nhất 2/3 nhu cầu xăng dầu từ nước ngoài để phục vụ nhu cầu trong nước.
Bảng 2.1 Mức tiêu thụ dầu diesel tại Việt Nam.
Năm
Sản lượng
(nghìn tấn)
Tỷ lệ (%)

1996 1997 1998 1999 2000 2005 2010 2015

2020

2795 3000 3200 3371 3506 4822 7168 9993 12320
45,7

45,9

44,6

43,6

44,3

42,3

40

-

-

Nguồn: Trần Kim Phụng – 2010.
Bảng 2.1 cho thấy mức tiêu thụ diesel ở Việt Nam rất cao. Trong vòng 24 năm
từ năm 1996 đến năm 2020 mức tiêu thụ đã tăng lên khoảng 9000 tấn dầu. Và càng về
sau những năm 2000 thì mức tiêu thụ tăng nhanh rõ rệt. Một phần đó là do xã hội Việt
Nam ngày càng phát triển, nền kinh tế sản xuất với quy mô lớn. Để cung ứng đủ nhu
cầu trong nước cũng như đưa nền kinh tế dầu mỏ Việt Nam ngày một đi lên việc tìm
kiếm một nguồn năng lượng mới, biodiesel, để thay thế là một điều cần phải thúc đẩy
và nhanh chóng tiến hành.

Hình 2.6 Mức tiêu thụ dầu diesel tại Việt Nam


2.2. Nhiên liệu sinh học
Nhiên liệu sinh học, biodiesel là một loại nhiên liệu có tính chất giống với dầu
diesel nhưng không phải được sản xuất từ dầu mỏ mà từ dầu thực vật hay mỡ động
vật. Biodiesel, là một loại năng lượng sạch có khả năng thay thế dầu diesel truyền
thống, sử dụng rộng rãi cho các phương tiện có động cơ chạy bằng diesel. Mặt khác
chúng không độc và dễ phân hủy trong tự nhiên.
2.3. Lịch sử hình thành và phát triển của biodiesel
Nhiên liệu diesel sinh học đã có lịch sử hơn 100 năm. Dầu lạc là dạng đầu tiên của
nhiên liệu này được Rudolf Diesel sử dụng để chạy động cơ diesel đầu tiên do ông chế
tạo vào năm 1895.
Vào những năm 1930 và 1940, dầu thực vật được sử dụng như là nhiên liệu diesel
nhưng chỉ được sử dụng trong tình trạng khẩn cấp.
Năm 1970, cuộc khủng hoảng dầu mỏ xảy ra với mức độ nghiêm trọng, khi đó
người ta mới quan tâm nhiều đến nhiên liệu có nguồn gốc sinh học.
Bắt đầu từ năm 1980, có nhiều cuộc tranh cãi lớn về việc sử dụng dầu thực vật làm
một nhiên liệu.Và cũng vào năm này, Caterpilla Brazil đã sử dụng hỗn hợp 10% dầu
thực vật cho động cơ diesel mà không có sự thay đổi cũng như thay thế gì. Tại thời
điểm này, chưa có một thực hành nào sử dụng 100% dầu thực vật để thay thế cho
nhiên liệu diesel, nhưng hỗn hợp pha trộn 20% dầu thực vật và 80% dầu diesel đã
mang lại thành công rực rỡ. Một thời gian ngắn sau đó, người ta tiến hành thử nghiệm
đến tỷ lệ 50/50.
Tháng 8 năm 1982, hội nghị đầu tiên của thế giới về việc sử dụng dầu thực vật như
là nhiên liệu được diễn ra tại Fargo, phía nam Dakota. Năm 1982 là năm đáng được
ghi nhận vì đây cũng chính là năm bắt đầu sử dụng dầu ăn phế thải, cũng là thời điểm
Viện hóa hữu cơ của Graz (Áo) đầu tiên sử dụng ester của dầu hạt cải.
Năm 1985, thí nghiệm đầu tiên trên thế giới sản xuất methyl ester dầu hạt cải được
thực hiện tại trường Nông Nghiệp Silberberg, Styria (Áo).
Năm 1987, thử nghiệm trên động cơ đo hàm lượng khói thải của methyl ester dầu
ăn phế thải được tiến hành tại AVL List Gmble, Graz.
Trong những năm 1989 – 1990, dự án đầu tư của chính phủ Áo về “sản xuất
biodiesel chất lượng cao từ dầu ăn phế thải” được thực hiện.
10


Năm 1991, viện Standardisation của Úc đưa ra những tiêu chuẩn đầu tiên
ONC1190 về nhiên liệu biodiesel từ dầu hạt cải.
Năm 1992, bộ năng lượng Hoa Kỳ cho phép sử dụng biodiesel như là một nguồn
năng lượng thay thế.
Năm 1994, biodiesel từ dầu ăn phế thải được bắt đầu đưa vào sản xuất công
nghiệp tại Mureck, Áo.
Năm 1995, thành công trong việc sản xuất methyl ester với hiệu suất 100% đã
được công bố.
Tháng 7 năm 1997: ONC1190 được thay thế bằng ONC1191 trên methyl ester.
Năm 1997, Đức đưa ra tiêu chuẩn DIN E 51606 cho methyl ester.
Năm 1998, dự án sản xuất biodiesel từ nguồn nguyên liệu mỡ động vật chứa 20%
hàm lượng acid béo được thành lập.
Ngày 30/04/2001, Mỹ tiếp tục sử dụng biodiesel để nhằm vào mục đích cải thiện
môi trường và đa dạng hóa trong các nguồn năng lượng đang sử dụng.
Đến năm 2003, có 4 quy trình tiên tiến cho việc sản xuất biodiesel từ dầu thực vật
và dầu ăn phế thải đã được công bố.
2.4. Ưu nhược điểm của nhiên liệu biodiesel
Biodiesel có những tính chất tương tự như diesel do đó nó là một sự thay thế đầy
tiềm năng cho năng lượng diesel. Ngoài ra, biodiesel có những tính chất vượt trội hơn
hẳn diesel cả về mặt môi trường lẫn kinh tế.
2.4.1. Ưu điểm:
a. Về môi trường:
Giảm thiểu các loại khí thải gây ra hiệu ứng nhà kính và ô nhiễm môi trường: CO2;
SOx...
So với nhiên liệu hóa thạch thì lượng khói thải như: CO, SOx, hidrocacbon (HC)
chưa cháy trong biodiesel giảm đáng kể nên tác hại đến môi trường sẽ giảm đáng kể và
giảm gây ra độc hại cho sức khỏe con người.
Như ta biết hidrocacbon (HC) thơm trong diesel là chất góp phần gây ra những căn
bệnh ung thư, nhưng trong biodiesel thì hoàn toàn không chứa chất này.

11


Vì CO2 phát thải từ biodiesel là từ thực vật nên được phân hủy và hấp thụ rất
nhanh nhờ vào quá trình quang hợp của cây nên không độc (phân hủy nhanh hơn
diesel 4 lần, phân hủy từ 85 % đến 88 % trong nước sau 28 ngày).
Giảm ô nhiễm môi trường nước và đất.
Giảm sự tiêu dùng các sản phẩm dầu mỏ.
b. Về mặt kỹ thuật:
Có chỉ số cetan cao hơn diesel.
Biodiesel rất linh động có thể trộn với diesel theo bất kỳ tỉ lệ nào.
Biodiesel có điểm chớp cháy cao hơn diesel, đốt cháy hoàn toàn, an toàn trong bồn
chứa và sử dụng.
Biodiesel có tính bôi trơn tốt. Ngày nay để hạn chế lượng SOx thải ra không khí,
người ta hạn chế tối đa lượng S trong dầu diesel. Nhưng chính những hợp chất lưu
huỳnh lại là tác nhân giảm ma sát của dầu diesel. Do vậy dầu diesel có tính bôi trơn
không tốt và đòi hỏi việc sử dụng thêm các chất phụ gia để tăng tính bôi trơn. Trong
khi đó, thành phần của biodiesel có chứa oxi. Cũng như lưu huỳnh, oxi có tác dụng
giảm ma sát. Cho nên biodiesel có tính bôi trơn tốt.
Do có tính năng tương tự diesel nên nhìn chung khi sử dụng không cải thiện bất kỳ
chi tiết nào của động cơ
c. Về mặt kinh tế:
Tận dụng lượng dầu thực vật, thúc đẩy sự phát triển nông nghiệp.
Giảm thiểu việc nhập khẩu nhiên liệu hóa thạch từ các nước khác, tiết kiệm ngân
sách Quốc gia.
2.4.2. Nhược điểm:
Về kinh tế trở ngại lớn nhất đó là hiện nay dầu thực vật giá cả còn cao hơn diesel
nhưng với xu hướng sự leo thang rất nhanh của giá dầu diesel thì điều này sẽ không
còn là rào cản nữa.
Về mặt sản xuất biodiesel hiện tại còn gặp rất nhiều khó khăn do đòi hỏi công
nghệ và thiết bị hiện đại nên vốn đầu tư phải rất lớn. Sản phẩm tạo ra hiện nay chỉ là
sản xuất theo mẻ đáp ứng thí nghiệm nếu muốn phát triển phải có cả một quy mô sản
xuất hàng loạt.

12


Thêm một trở ngại cho ngành nông nghiệp là khi tận dụng quá nhiều các loại cây
lương thực này để tạo nhiên liệu sinh học thì nguồn lương thực sẽ bị ảnh hưởng, trong
khi diện tích đất ngày càng thu hẹp và dân số thì tăng lên.
2.5. Đường đặc tính động cơ.
2.5.1. Các khái niệm
a. Lực hãm (lực quay, brake torque)
Momen còn được gọi là lực quay, dùng để quay một cánh tay đòn có độ dài nhất
định. Ví dụ, momen xoắn xiết chặt, cần để xiết một con bulông với một cái cờ lê thì
lực này phụ thuộc vào vị trí đặt lực ở điểm cuối cờ lê. Nếu cờ lê có độ dài ngắn thì ta
cần phải tác dụng một lực lớn để xiết, nếu cùng một lực này nhưng ta sử dụng một cái
cờ lê có độ dài lớn hơn thì momen xoắn sẽ tăng lên.

R2

F2

M2

r

R1

f
M1

F1

Hình 2.7 Sơ đồ mô tả lực xiết bu lông và lực hãm của động cơ.
Vì vậy, ta có thể biểu diễn lực hãm bằng công thức sau:
Lực hãm (lực quay) = lực tác dụng x cánh tay đòn.
Đối với động cơ lực tác dụng là áp suất khí nổ sinh ra ở buồng đốt và tác dụng lên
đỉnh của piston, cánh tay đòn chính là bán kính của trục khuỷu.
Vậy, lực hãm (lực quay) của động cơ là lực làm quay trục khuỷu, trục phát động.
Đơn vị của lực hãm là kg.m (kilogram meter).
b. Công suất trục (shaft horsepower).
Khi một vật cố định được di chuyển trên một đoạn đường xác định bởi một lực thì
sẽ tạo ra công. Công được định nghĩa theo công thức:
13


Công = lực tác dụng x đoạn đường di chuyển của vật.
Khi đề cập đến khoảng thời gian để thực hiện công này thì ta sẽ thể hiện được một
đơn vị gọi là công suất. Vậy, công suất chỉ cho ta biết ta phải mất bao nhiêu lâu để
thực hiện một công hoặc là công suất động cơ là bao nhiêu trong một khoảng thời gian
xác định.
Đơn vị của công suất là HP.
1 HP là lực cần để dịch chuyển một vật khối lượng 75 kg đi một đoạn đường là 1
m và trong vòng 1 giây.
1 HP = 75 kg.m/s
Từ đây, ta có công thức liên hệ giữa 3 đại lượng momen, công suất và công:
M = F.R  F = M/R (1).
A = F.l (2).
Theo ví dụ ta nêu ở trên nếu cờ lê quay n vòng thì ta sẽ có:
l = 2Rn  A = F.2Rn (3).
công thức liên hệ công và momen:
A = M.2n (4).
Công có thể được chuyển đổi sang công suất bằng một công thức nhưng ta phải
chuyển đổi các đơn vị:
1 HP = 75 kg.m/s
1 vg/ph = 1 vg/60s.
Từ đây, ta có công thức công suất:



M.2n M.n

(HP) (5).
60.75 716,2

Trong đó:
M: momen (N.m).

A: công (kg.m).

F: lực tác dụng (N).

N: công suất (HP).

R: cánh tay đòn (m).

n: số vòng quay (vg/ph).

Theo thứ tự nếu n và M trong công thức (5) là số vòng quay và momen của động
cơ thì công suất trục sẽ là công suất của động cơ.

14


Từ công thức công suất ta thấy công suất động cơ sẽ tỷ lệ thuận với số vòng quay
động cơ nếu momen là cố định. Có nghĩa là công suất động cơ sẽ tăng lên gấp đôi nếu
số vòng quay động cơ tăng lên gấp đôi.
c. Chi phí nhiên liệu riêng
Lượng nhiên liệu tiêu thụ cho hoạt động của một động cơ phụ thuộc vào kích cỡ
của động cơ đó và số giờ hoạt động.Tuy nhiên lượng nhiên liệu tiêu thụ trên một mã
lực trong một giờ được sử dụng làm tiêu chuẩn để so sánh giữa các động cơ với nhau.
Đơn vị của chi phí nhiên liệu riêng là g/HP.h (gram/horsepower.hour).
2.5.2. Đường đặc tính động cơ
Đường đặc tính của động cơ là đồ thị chỉ sự phụ thuộc của công suất kéo Ne,
momen xoắn có ích Me, tiêu hao nhiên liệu giờ GT và công suất tiêu hao nhiên liệu
riêng ge theo số vòng quay n hoặc theo tốc độ góc  của trục khuỷu.
Có hai đường đặc tính tốc độ của động cơ:
-

Đường đặc tính tốc độ cục bộ.

-

Đường đặc tính tốc độ, gọi tắt là đường đặc tính ngoài của động cơ khi khảo
nghiệm động cơ trên băng phanh, cho động cơ làm việc chế độ cung cấp nhiên
liệu cực đại (tay ga ở vị trí cố định) và thay đổi số vòng quay bằng cách gia tải
cho động cơ bằng băng phanh. Khi ấy chúng ta sẽ có được đường đặc tính
ngoài động cơ. Nếu cung cấp nhiên liệu ở các chế độ trung gian ta sẽ nhận
được các đường đặc tính cục bộ của động cơ.

2.6. Các phương pháp xác định đường đặc tính ngoài của động cơ.
-

Phương pháp sử dụng công thức thực nghiệm S.R.Đecman.
2
3
 n
 ne 
 ne  
e
N e  N max a.  b.   c.  
 n N
 nN 
 n N  

Trong đó:
Ne, ne công suất hữu ích của động cơ và số vòng quay của trục khuỷu ứng với một
điểm của đồ thị đặc tính ngoài.
Nmax, nN công suất có ích cực đại và số vòng quay ứng với công suất nói trên.
a, b, c các hệ số thực nghiệm chon theo loại động cơ như sau:
Đối với động cơ xăng a = b = c = 1.
Đối với động cơ diesel 2 kì a = 0,87; b = 1,13; c = 1.
15


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×