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Aug 20, 2023

Impacto de la operación del motor en modo de encendido por compresión controlado por reactividad (RCCI) en un motor diésel alimentado con una mezcla B20 de biodiésel de aceite de cocina usado

Informes científicos volumen 13,

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 4798 (2023) Citar este artículo

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Detalles de métricas

El propósito de este estudio es realizar una evaluación experimental del impacto de RCCI (ignición por compresión regulada por reactividad) en el rendimiento, las emisiones y la combustión de un motor CRDI. Se genera una mezcla de combustible (20% biodiesel, 80% diesel y un catalizador de NaOH). Los atributos de la combinación producida se evalúan utilizando estándares establecidos por la Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales (ASTM). La investigación del motor incluyó tres tipos distintos de inyecciones: 10% Pen RCCI, 20% Pen RCCI y 30% Pen RCCI. El aumento de la presión de inyección aumenta la eficiencia térmica del freno, a menudo conocida como BTE. Las emisiones de NOx aumentaron como consecuencia de mayores presiones de inyección y una mejor combustión. Sin embargo, cuando se aumenta la tasa de inyección, el consumo específico de combustible (SFC) cae. Las emisiones de CO2 e hidrocarburos, así como los valores de opacidad de los humos aumentaron a medida que aumentaba la carga. La mezcla resultante se puede utilizar en un motor CI con encendido premezclado para mejorar el rendimiento general del motor, así como las características de combustión.

La industria del transporte representa una parte importante del consumo mundial de energía y de las emisiones de gases de efecto invernadero1. Como consecuencia, lograr una alta eficiencia energética a través del cumplimiento riguroso de los requisitos de emisión debe estar en el centro de cualquier plan para asegurar un crecimiento económico constante, ambientalmente responsable y socialmente justo2. La demanda de petróleo crudo se está expandiendo a gran velocidad como resultado de la expansión económica mundial. El uso desordenado de diferentes fuentes de combustible ha resultado en un aumento en el número de personas que sufren problemas respiratorios, así como un aumento en el agotamiento de los combustibles fósiles, etc. Estos factores allanaron el camino para el uso de fuentes de energía alternativas[3,4,5,]. Según las simulaciones numéricas, aumentar la temperatura de trabajo de la celda electroquímica disminuye la variación de voltaje de la unidad y reduce el uso de energía del sistema en un 19 %6. Los motores diesel son atractivos para los investigadores debido a su alto CR y excelente eficiencia de combustible7,8. Independientemente, se ha demostrado que los motores diesel generan más partículas y óxidos de nitrógeno9. Debido a sus emisiones reducidas y eficiencia mejorada, el encendido por compresión de carga premezclada, o PCCI, ha generado preocupaciones en los últimos años. Mediante el uso de una mezcla más avanzada de combustible y aire antes del encendido, se pueden reducir las partículas cuando se utiliza el modo de combustión PCCI10. Las emisiones de NOx se redujeron debido al uso de una mezcla de aire y combustible más pobre junto con una tasa de recirculación de gases de escape (EGR) mejorada. Como resultado, se redujo la temperatura de combustión. Debido a que el combustible diesel es más inflamable pero menos volátil que la gasolina, existen algunos obstáculos que superar en el modo de combustión PCCI. Estos desafíos incluyen producir una mezcla homogénea, controlar el encendido, tener una funcionalidad limitada, tener un impacto severo en las paredes de la cámara de combustión11. Se determina que al aumentar el porcentaje de volumen de partículas se mejora la capacidad calorífica y la viscosidad del fluido, sin embargo, la tendencia de las fluctuaciones en la capacidad calorífica depende de los fluidos convencionales12.

Recientemente se inventó el modo de combustión RCCI, una técnica viable y de combustión limpia. Para hacer frente a los desafíos asociados con el modo de combustión PCCI, este sistema utiliza dos tipos únicos de combustibles con diferentes cualidades físicas, así como inyección separada. La frase "gradiente de reactividad" se refiere al otro tipo de reactividad, que puede ser global o local13. Tanto los diferentes tipos de combustible como la cantidad de combustible inyectado en la cámara de combustión se utilizan para controlar la reactividad global. El gradiente de reactividad es distinto del enfoque de inyección de combustible, que incluye la inyección temprana y tardía de combustibles de alto y bajo octanaje, respectivamente. Como resultado, el modo de combustión RCCI puede variar según el método de inyección de combustible y la tasa de inyección14,15. Se utilizó gasolina de mayor octanaje en el colector de admisión, mientras que en la cámara de combustión se utilizó combustible de mayor cetano. Esto se hizo para organizar la reactividad del combustible en una estructura separada, lo que resultó en una combustión estratificada16. Usando polioximetilen dimetil éteres (PODE) como combustible de alta reactividad (HRF) en combinación con metanol como combustible de baja reactividad (LRF) para la combustión RCCI, Duraisamy et al.17 redujeron en gran medida la duración del proceso de combustión y la cantidad de tiempo de retraso. . Pan et al.18 descubrieron que a medida que aumentaba la proporción de combustión premezclada, el IMEP para la combustión RCCI de iso-butanol-diésel, gasolina-diésel aumentaba significativamente. Los motores RCCI de isobutanol y diésel mostraron un mayor IMEP cuando ambos combustibles se premezclaron por igual que el motor RCCI gasolina-diésel. Yang et al.19 observaron que el tiempo de inyección de gasolina y metanol influía en el proceso de combustión en su estudio sobre el motor RCCI. Era factible mejorar el rendimiento ajustando el tiempo de inyección de diésel anterior y el tiempo de inyección de metano posterior. Wang et al.20 informaron que el aumento de la entrada de aire y la disminución de la EGR mejoraron la eficiencia térmica de un motor de gasolina-PODE RCCI. Dilución de aire para mantener constante la presión de entrada y mejorar la eficiencia térmica. Zheng et al.21 demostraron que las cargas bajas y medias redujeron la producción de calor RCCI (HRR). El aumento de la proporción de n-butanol del motor redujo su eficiencia térmica. Charitha et al.22 descubrieron que agregar éster metílico de aceite de algodón reducía las emisiones de NOx. Las emisiones de HC aumentaron cuando la cantidad de éster metílico del aceite de algodón fue baja, pero disminuyeron cuando fue mayor. Isik et al.23 encontraron que un motor RCCI alimentado con etanol con B50 HRF producía una presión máxima más alta que el motor de control. Las curvas HRR del motor RCCI alimentado con etanol subieron en todas las direcciones. Thiyagarajan et al.24 demostraron que el n-pentanol aumentaba el BTE en comparación con el metanol. El modo de combustible dual consumía menos que el biodiésel pero más que el diésel en términos de energía específica de frenado (BSEC). El tiempo de demora aumentó con la tasa de EGR y el contenido de pentanol, según Radheshyam et al.25. Bajo cargas bajas, el 1-pentanol disminuyó la presión del cilindro mientras que la aumentó bajo cargas altas.

Cuando se usa en RCCI, la gasolina tiene una desventaja ya que no hay suficiente energía disponible de fuentes fósiles. Además, la gasolina contiene hidrocarburo aromático policíclico, comúnmente conocido como PAH, que es un factor en la generación de hollín26. Los expertos están investigando otras fuentes de combustible en un intento de encontrar una solución a la situación. Debido a su oxidación y repetibilidad para los motores RCCI, los combustibles de alcohol se han convertido gradualmente en combustibles prometedores de baja actividad. Esto les ha permitido evolucionar constantemente hacia un combustible adecuado de baja actividad. Además, las energías de alcohol tienen mayor calor de vaporización en reposo y no incluyen PAH27. Debido a su tremenda eficiencia y bajas emisiones, los motores RCCI (ignición por compresión regulada por reactividad), que emplean las técnicas de alimentación combinada de los motores diésel y de gasolina tradicionales, han recibido mucho de atención14. Estos motores emplean una combinación de técnicas estándar de combustible diésel y gasolina. Estos motores emplean un sistema de abastecimiento de combustible híbrido, que combina métodos de abastecimiento de combustible diésel y gasolina. El RCCI se diseñó primero con la intención de emplear gasolina y diesel como combustibles de alta y baja reactividad para producir la cantidad necesaria de respuesta. Algunos de los investigadores han cambiado su enfoque para determinar si los motores RCCI pueden utilizar fuentes de energía alternativas y renovables. El RCCI fue inicialmente diseñado con la idea de emplear gasolina y diesel como combustibles de baja y alta reactividad, respectivamente. Algunos de los investigadores centraron sus esfuerzos en desarrollar métodos para emplear fuentes de energía alternativas y renovables en motores RCCI. Por ejemplo, en estudios previos se empleaban combustibles de baja reactividad como el gas natural, el metanol y el etanol, aunque se seguían utilizando combustibles de alta reactividad como el diésel28,29.

Chen et al.30 informaron en su estudio que los combustibles mixtos diésel-n-pentanol-metanol tenían una duración de combustión más corta y un retardo de encendido más largo, lo que resultaba en una HRR más alta en comparación con el diésel. Los combustibles mixtos diesel-n-pentanol-metanol tienen menores emisiones de hollín que el diesel, pero generan mayores niveles de emisiones de NOx. Huang et al.31 observaron que la adición de n-pentanol mejoraba la HRR, lo que aceleraba la combustión y disminuía el tiempo que tardaba en producirse. La proporción de combustible utilizada por los frenos creció a medida que aumentaba la tasa de EGR. Tian et al.32 observaron que la mezcla de n-butanol con gasolina reduce la temperatura de los gases de escape del motor en comparación con el uso de gasolina sola. En comparación con la gasolina pura, los combustibles combinados que incluyen n-butanol y gasolina, así como el n-butanol puro, tienen el potencial de mejorar tanto el BTE como la eficiencia volumétrica a velocidades bajas y medias del motor. Es probable que la combinación de n-butanol con gasolina reduzca la cantidad de monóxido de carbono y óxidos de nitrógeno producidos por el motor. El encendido por compresión controlado por reactividad es un concepto de combustión parcialmente premezclada de combustible dual que emplea inyección de combustible en puerto de un combustible de baja reactividad (como gasolina, gas y combustibles alcohólicos) e inyección directa de un combustible de alta reactividad (como diesel y gasolina). biodiésel) con mezcla dentro de la cámara de combustión para aumentar la duración de la combustión y el control de fase33. Hacer funcionar los motores de combustible dual en modo RCCI mejora la eficiencia térmica al tiempo que reduce las emisiones de óxido nitroso y hollín. El hardware suministrado limita la combustión RCCI estable. Las cargas bajas pueden reducir la eficiencia de la combustión, pero las cargas altas pueden provocar que la presión en el cilindro supere el límite de diseño del motor34. Bajo carga alta, la combustión RCCI rápida da como resultado altas presiones máximas en el cilindro y tasas de crecimiento de la presión35.

Los aceites de cocina de desecho, o WCO, son subproductos beneficiosos de la cadena alimentaria que tienen el potencial de ser utilizados como materias primas respetuosas con el medio ambiente en la síntesis de productos químicos. Los aceites de cocina usados ​​también se conocen por su otro nombre, aceite de cocina usado. La asombrosa cantidad de OMA ubicadas en varias regiones del mundo ha causado graves problemas en las áreas del medio ambiente, la economía y la sociedad. Se estima que cada año se generan en todo el mundo más de 15 millones de toneladas de aceites vegetales de desecho, y la Unión Europea (UE) contribuye con más de 1 millón de toneladas al año36,37. Los triglicéridos, monoglicéridos y diglicéridos constituyen la gran mayoría de las WCO. También se encuentran ácidos grasos libres, en cantidades que van desde el 5% en peso hasta el 20% en peso. Los triglicéridos, que se componen principalmente de ácidos grasos saturados e insaturados, se utilizan como productos químicos de plataforma en la fabricación de productos básicos de alto valor en una amplia gama de industrias. Estos compuestos de plataforma tienen una amplia gama de aplicaciones38,39. Después de revisar una variedad de diversas investigaciones bibliográficas, se desarrolló e implementó un plan de acción confiable en la actividad de estudio actual. Debido a su eficiencia en cargas moderadas, el biodiésel generado a partir de aceite de cocina usado es un combustible alternativo preferible para los motores CRDI en comparación con la eficiencia en cargas bajas o altas. El biodiesel, además de ser considerado un combustible alternativo, influye sustancialmente en la cantidad de contaminación que se evita emitir a la atmósfera cuando se quema. Además, da solución al dilema de la demanda de combustibles fósiles. Este campo de investigación proporciona un mecanismo para que los motores CRDI utilicen una variedad de aceites de cocina usados. Además, para ofrecer encendido por compresión controlado por reactividad (RCCI), que garantiza que el motor diésel funcione de la manera más eficiente posible.

La combinación de 80 % de diésel (3 l) y 20 % de biodiésel dio como resultado la creación de una mezcla de aceite B20 de 4 l, que se conoce con más frecuencia como mezcla de combustible de alto rendimiento (1 l de aceite de cocina usado). Durante el proceso de transesterificación utilizamos 1,2 L de aceite que había sido calentado a 60 grados centígrados. Se añadieron 180 ml de metanol y 4,5 g de catalizador de hidróxido de sodio. A continuación, hay un período de relajación durante los siguientes 90 min. Después de eso, el biodiesel se transfiere al embudo de separación para que las capas se puedan separar, y se deja reposar durante dos horas mientras se lleva a cabo este proceso. Después de eso, comenzará a dividirse en dos capas, con la capa de glicerina ubicada en la parte inferior y la capa de biodiesel ubicada en la parte superior. El último proceso implica el lavado del biodiesel. En el que la temperatura del agua se eleva a setenta grados. Posteriormente, durante la última etapa del procesamiento, el biodiesel se cuece a una temperatura constante de 110 grados durante los siguientes 45 min. Para producir el producto final, 1,2 L de aceite de cocina usado se convierten en 1 L de biodiésel, como se muestra en la Fig. 1.

Elaboración de biodiésel.

El objetivo importante de la selección de propiedades es evaluar y contrastar las propiedades físicas y químicas de la mezcla de combustible con las de los valores estándar. Esto se hará comparando la mezcla de combustible con un conjunto de valores estándar. La combinación de combustible que se ha formado se somete a una serie de pruebas utilizando una variedad de equipos científicos para identificar sus cualidades físicas y químicas, y los resultados de estas pruebas se recopilan cuando se han completado.

Hidrómetro, es una pieza de maquinaria que determina la gravedad específica de un material. Tiene una precisión de 0,001 grados. El hidrómetro se utiliza para calcular la densidad de la mezcla de biodiesel. Después de seleccionar un hidrómetro de gravedad específica aceptable, se colocan 250 ml de la mezcla de biodiesel en el vaso de precipitados. Después de ser sumergido en el vaso de precipitados, el hidrómetro fue expuesto al procedimiento de estabilización. El hidrómetro mostró la medida de gravedad específica recibida después de sumergirse.

La viscosidad se mide usando un Viscosímetro Canon-Fenske (Fig. 2). El tubo de viscosidad se limpió con acetona y se secó. 50 ml de biodiesel entraron en el tubo de viscosidad. Se necesitaba succión para elevar la marca del viscosímetro de gasolina. Para calentar la muestra de biodiesel, el viscosímetro se colocó en un baño a 40 °C durante 30 min. Después de que el biodiésel alcanzó el punto más alto, se cortó la fuerza de succión y se registró el tiempo que tardó en alcanzar el objetivo más bajo.

Medida de viscosidad.

El valor del contenido calorífico se calcula con el uso de una bomba calorimétrica. La bomba, la unidad de fuego, el agitador compensado, la válvula de liberación de gas, la camisa de agua, el temporizador, el manómetro, el crisol, el cable de encendido, el termómetro y el recipiente del calorímetro son los componentes que componen el calorímetro. La cantidad de calor producido por la combustión de 10 ml de mezcla de biodiesel en una cámara cerrada se utiliza para calcular el poder calorífico del combustible.

Para la investigación experimental se emplea un motor diesel de un solo cilindro y cuatro tiempos. Este dinamómetro emplea corrientes de Foucault para cargar el motor y está conectado a él para hacerlo. Viene preequipado con el equipo necesario para detectar cosas como el ángulo del cigüeñal y la presión de combustión, y se puede utilizar de inmediato. Se desarrolló e instaló en el motor un dispositivo de recopilación de datos compuesto por un sensor de presión piezoeléctrico y un indicador del ángulo del cigüeñal para ayudar en el control de las características de combustión del motor. Para determinar la presión del cilindro, la tasa de liberación de calor y el retardo de encendido, el sistema de recopilación de datos debe promediar la señal de salida de un transductor de presión conectado al sistema de adquisición de datos durante un período de cincuenta ciclos. Esto es necesario para obtener una medición precisa de la presión del cilindro, la tasa de liberación de calor y el retardo de encendido. La Figura 3 muestra el equipo de prueba, así como un diseño esquemático de alto nivel que ofrece una descripción general de alto nivel de todo el sistema. Antes de que se puedan obtener mediciones de estado estable, primero se debe arrancar el motor sin carga y luego darle tiempo suficiente para que se caliente a su velocidad nominal de 1500 revoluciones por minuto (rpm). Cuando el motor ha alcanzado su velocidad nominal de 1500 revoluciones por minuto, se pueden obtener mediciones de estado estable. Como resultado de esta investigación, será posible monitorear y analizar los efectos de la eficiencia térmica de los frenos y otros parámetros de emisión, como los óxidos de nitrógeno, la temperatura y composición del gas etano, la concentración y composición de monóxido de carbono, la opacidad del humo y la presión de vapor del humo. , sobre el rendimiento del motor y los niveles de emisión. Incluye un analizador de tamaño de partículas además de un medidor de humo. Los medidores de opacidad que detectan y miden la cantidad de luz que se obstruye en una muestra de humo emitida por los motores diesel se conocen como medidores de humo de escape diesel. El medidor de humo indicará la densidad del humo, que proporcionará una indicación de la tasa de eficiencia de la combustión. Una unidad de control eléctrico separada está alojada en un cabezal de medición separado dentro del cabezal de medición del medidor de humo. Además, el cabezal de medición tiene una unidad óptica. Los analizadores de gas funcionan con la idea de que el gas que se está probando absorberá la luz para proporcionar una lectura precisa. El analizador simplemente tiene que disparar un haz de luz a través de la cámara sin calentar, y luego se mide la cantidad de la longitud de onda particular que fue detectada por la muestra. El analizador está hecho de un filtro óptico que bloquea toda la luz fuera de la longitud de onda que la molécula de gas en particular puede detectar. Otras moléculas de gas no tienen la capacidad de absorber luz en esta longitud de onda específica, y ni siquiera tienen un impacto en la cantidad de luz que recibe el detector.

Banco de pruebas de motores.

Después de arrancar el motor diésel con estos parámetros, se le dieron los combustibles de prueba generados para que funcionara, de modo que pudiera evaluarse de acuerdo con la Tabla 1. El motor se expuso a una serie de cargas mientras se probaba y se recogieron datos de rendimiento a una temperatura determinada. velocidad constante de 1500 revoluciones por minuto (rpm).

La incertidumbre y la inexactitud pueden ser causadas por una variedad de factores, como la selección del equipo de prueba y qué tan bien está calibrado, así como las condiciones en constante cambio que están presentes en el entorno. La mayoría de los resultados poco claros pueden atribuirse a errores premeditados o errores inesperados. En una discusión anterior, discutimos el problema de la repetibilidad; en la segunda discusión, hablamos del problema del análisis40. En la probabilidad posterior de las 2 distribuciones guassianas, la varianza de la incertidumbre en el estadístico de prueba, que se denota con el eje X, se evalúa utilizando la ecuación. (1). El 95% de los números computados caen dentro de un límite de dos centavos, que es el promedio.

Xi representa la media experimental y la desviación estándar. Estas declaraciones afirman que se ha realizado una evaluación de las incertidumbres de medición41.

En la ecuación, la letra 'R' representa la función de X1, X2, Xn, etc. (2). Se determinó que era el número total de mediciones, indicado por Xn. El valor de 'R' se determina tomando la raíz cuadrada de la desviación estándar que está vinculada con las expectativas definitorias.

Para comprender mejor las características de combustión del motor, se emplearon métricas de combustión como IMEP y COV, que demostraron tanto la eficiencia térmica como la eficiencia de ignición, así como una mayor temperatura en el cilindro, tasa de presión y MFB. Según las conclusiones de este estudio, el IMEP se calculó de la siguiente manera tanto en la fase de compresión como en la de expansión:

El volumen del desplazamiento, denotado por Vd, se puede calcular integrando una función que comienza al comienzo de la carrera de compresión (180 grados CA) y continúa hasta la conclusión de la carrera de expansión (180 grados CA). El COV se formuló de esta manera:

El proceso de transesterificación se utiliza para mejorar y evaluar la síntesis de biodiesel. El proceso de transesterificación duró alrededor de 90 min a 60-65 °C. Se empleó exceso de metanol en una proporción de metanol a aceite de 6:1 para aumentar la producción de biodiesel. Se utilizó KOH como catalizador, lo que resultó en un rendimiento máximo del 96 %. Cuando se consideraron varias pruebas de propiedades de combustible de alto rendimiento, biodiésel y diésel, se descubrió que la prueba de corrosión del cobre arrojó los mismos hallazgos para todos los tipos de combustibles discutidos. . El punto de enturbiamiento para diésel convencional, biodiésel y mezcla de combustible de alto rendimiento es −1 °C. El poder calorífico es particularmente importante a lo largo del proceso de combustión; son preferibles valores caloríficos mayores. La figura 4 muestra que los valores caloríficos varían relativamente poco (es decir, diesel-9235,23 Cal/g, biodiesel-7445,65 Cal/g y mezcla de combustible de alto rendimiento-8818,116 Cal/g). Asimismo, todos los atributos eran comparables a los del diesel convencional. La gasolina y el biodiésel de alto rendimiento tienen un punto de congelación extremadamente alto, lo que significa que pueden utilizarse a temperaturas tan bajas como -8 °C. Esta es una característica de combustible muy deseada ya que muchas naciones, incluidos Estados Unidos, Rusia, China y Canadá, tienen temperaturas bajo cero grados centígrados.

Rompe la eficiencia térmica frente a la carga.

Se observó que existe una gran diferencia en BTE para cada carga de máquina, hasta cuatro puntos para ciertos pesos. Estos son los impactos de alterar la relación premezclada del motor CRDI en función de la carga en un BMEP42 particular. En todas las circunstancias de combustibles mixtos, el aumento de la carga aumenta la eficiencia térmica del freno. La pérdida de calor disminuirá a medida que aumente la carga. Según el gráfico, B20–30 % Pen RCCI tiene el mayor BTE, seguido de B20–20 % Pen RCCI, B20–10 % Pen RCCI diésel y B20 normal. La carga premezclada al 30 % obviamente tiene el mayor BTE durante la inyección en comparación con B20–20 % Pen RCCI, B20–10 % Pen RCCI, B20 y Diesel.

La relación entre la cantidad de aire perfumado por la máquina y la cantidad de aire barrido por el pistón es el rendimiento volumétrico de la máquina. En la carrera de expansión, el pistón viaja al punto muerto inferior, pero el volumen que succiona desde el exterior no es el mismo que el volumen que barrió al expandirse. El gráfico muestra que el diésel tiene la máxima eficiencia volumétrica, sin embargo, al aumentar la carga, la eficiencia volumétrica disminuye en diferentes situaciones. La Figura 5 muestra que B20–10% Pen RCCI tiene la mejor eficiencia volumétrica con la carga máxima.

Eficiencia volumétrica versus carga.

Un medidor de temperatura de los gases de escape es un dispositivo que mide la temperatura de los gases de escape de un motor de combustión interna. Dependiendo de la energía, la temperatura de los gases de escape sube o baja. Como se demuestra en la Fig. 6, la temperatura de los gases de escape aumenta a medida que aumenta la carga; a carga máxima, el RB20 tiene la mayor temperatura de gases de escape en comparación con otros combustibles. RB20-PM30% tiene la temperatura de escape más baja a carga máxima.

Temperatura de los gases de escape en función de la carga.

Es la cantidad de combustible que consume un vehículo por cada unidad de potencia producida. El consumo de combustible específico de un motor es la cantidad de combustible utilizada para crear una unidad de empuje. Compara la eficiencia de los motores CRDI. La Figura 7 representa el consumo de combustible particular con varias cargas. A medida que aumenta la carga, también lo hace el consumo específico de combustible. En comparación con B20–10 % Pen RCCI, B20–20 % Pen RCCI, diesel y B20, B20–30 % Pen RCCI tiene el uso de combustible específico más bajo.

Consumo específico de combustible en función de la carga.

En un motor RCCI, el monóxido de carbono se produce como subproducto de la combustión incompleta. Es creado por la oxidación parcial de compuestos a base de carbono. Después de la combustión, a menudo se produce dióxido de carbono (CO2). La Figura 8 demuestra que el diésel tiene la emisión de CO más baja, mientras que el B20 tiene casi lo mismo. Con ciertas cargas, la emisión de CO es B30–30% Pen RCCI, pero más allá de eso, es tan baja como el diésel.

Monóxido de carbono versus carga.

Los átomos de carbono e hidrógeno se encuentran en la gasolina. El dióxido de carbono se produce durante la combustión cuando el carbono (C) del combustible interactúa con el oxígeno (O2) del aire (CO2). En esta Fig. 9, B20–30% Pen RCCI tiene la emisión más baja en la carga más grande, y B20 tiene la emisión más alta en la carga más baja, pero la mayoría de los combustibles son casi iguales en la conclusión.

Dióxido de carbono versus carga.

Los motores CRDI funcionan a mayores temperaturas y presiones que los motores de gasolina. Los gases NOx se producen como resultado de estas situaciones. Los óxidos de nitrógeno son gases muy tóxicos y altamente reactivos. Estos gases se producen cuando se quema combustible a alta temperatura. Los automóviles, camiones y otros vehículos que no son de carretera generan contaminación por NOx (por ejemplo, equipos de construcción, embarcaciones). Parece ser un gas marrón. En esta Fig. 10, el diésel tiene las emisiones de NOX más bajas tanto con las cargas más bajas como con las más grandes. En comparación con B20, diésel, B20–20 % Pen RCCI y B20–10 % Pen RCCI, B20–30 % Pen RCCI tiene la emisión más alta.

Óxido de nitrógeno versus carga.

Es causado principalmente por una combustión incompleta del combustible en la cámara de combustión. Es solo gasolina sin quemar que se vierte directamente en el sistema de escape. La compresión se reduce cuando hay un problema de encendido o una avería interna del motor. Una cantidad sustancial de HC se liberará al medio ambiente como resultado de una ignición inadecuada del combustible. La Figura 11 muestra el mayor valor de emisión de HC a la carga máxima para el B20–30% Pen RCCI. DIESEL emite la menor cantidad de contaminación tanto en cargas máximas como mínimas.

Emisión de hidrocarburos versus carga.

En esta forma de emisión, las partículas que se producen son las provocadas por el depósito de combustible en la pared del cilindro. La cantidad de luz que bloquea el humo se conoce como su opacidad, y juega un papel en la medición de la cantidad de humo que produce un motor CRDI como resultado de la gasolina que queda en las paredes del cilindro. La opacidad de B20 es mayor tanto con la carga máxima como con la más baja, y B20-30%. La Figura 12 muestra que el Pen RCCI tiene la opacidad más baja incluso cuando está cargado a su máxima capacidad.

Opacidad del humo versus carga.

las Figuras 13, 14, 15, 16 y 17 representan el ángulo del cigüeñal y la presión cilíndrica; podemos observar que la presión cilíndrica es mayor en diesel y B20–30% Pen RCCI tiene el CP más bajo con cargas más bajas. Cuando aumenta el ángulo del cigüeñal, aumenta el CP para B20–30% Pen RCCI. DIESEL tiene la mayor cantidad de CP con una carga del 0 % y B20–30 % Pen RCCI tiene la CP más baja. Con una carga del 25 %, Pen RCCI tiene el CP más bajo y Diesel tiene el CP más alto. Diesel tiene el CP más alto al 50 % de carga, seguido por B20 y B20–30 % Pen RCCI tiene el CP más bajo. Con una carga del 75 %, B20–30 % Pen RCCI tiene el CP más alto, seguido de B20–20 % Pen RCCI y B20 tiene el más bajo. Con carga máxima (100% de carga), B20–30% Pen RCCI tiene el mayor CP mientras que el diésel tiene el menor CP. Como resultado, un aumento en el ángulo del cigüeñal es inversamente proporcional a un aumento en la presión del cilindro.

Presión cilíndrica al 0% de carga.

Presión cilíndrica al 25% de carga.

Presión cilíndrica al 50% de carga.

Presión cilíndrica al 75% de carga.

Presión cilíndrica al 100% de carga.

El ángulo de la manivela tiene un efecto sobre la cantidad total de calor que se libera. Según los datos mostrados en las Figs. El diesel 18, 19, 20, 21 y 22 tiene la liberación neta de calor más alta con una carga del 0 %, seguido por B20–10 % Pen RCCI y B20 tiene la más baja. Al aumentar la carga al 25 %, podemos investigar las oscilaciones que se producen en el diésel en varios ángulos del cigüeñal. El B20 está sujeto a variaciones más extremas que el diésel. La emisión neta de calor del B20 es la más alta, mientras que la liberación neta de calor del diesel es la más baja. El diesel tiene la mayor variabilidad en todas las cargas, como se ve por el hecho de que tiene la liberación neta de calor más alta al 50 % de carga, seguido por B20–20 % Pen RCCI y luego el diesel, que tiene la liberación neta de calor más baja. Con una carga del 75 %, la emisión neta de calor que produce B20–20 % Pen RCCI es la mayor, seguida por la que produce DIESEL y B20–20 % Pen RCCI. Con cargas particulares, B20–30 % Pen RCCI tiene la liberación neta de calor más baja; sin embargo, con una carga del 100 %, B20–30 % Pen RCCI tiene la mayor liberación neta de calor, seguido de B20–20 % Pen RCCI.

Liberación neta de calor al 0% de carga.

Liberación neta de calor al 25% de carga.

liberación neta de calor al 50% de la carga.

Liberación neta de calor al 75% de la carga.

Liberación neta de calor al 100% de la carga.

Este estudio de investigación propone una solución para que los motores CRDI utilicen una variedad de aceites de cocina usados. Además, para ofrecer encendido por compresión controlado por reactividad (RCCI), que garantiza que el motor diésel funcione de la manera más eficiente posible. Se preparó con éxito aceite de cocina usado cumpliendo con los estándares para la fabricación de biodiesel.

Luego de la creación de la mezcla de alto desempeño, se evaluaron sus propiedades físicas y químicas. La mezcla de combustible de alto rendimiento se prueba utilizando un rango de cargas bajo una variedad de cargas. Se observó que la eficiencia térmica de los frenos era bastante alta para el B20–30% Pen RCCI. Se encontró que la eficiencia volumétrica de B20–10% Pen RCCI era relativamente buena, pero la del diésel era baja. El B20–30% Pen RCCI ha mostrado características de emisión mejoradas, incluida una disminución en las emisiones de monóxido de carbono y dióxido de carbono en una amplia gama de circunstancias de carga. El diesel tiene las emisiones de NOx más bajas imaginables, seguido por B20–30% Pen RCCI. La cantidad de emisión de hidrocarburos fue mayor en el caso de RB20–30%.

Los autores afirman que todos los datos necesarios para replicar sus hallazgos se pueden encontrar dentro del contenido de la investigación.

CSO, Estadísticas de energía 2019 (número vigésimo sexto), 2019, en línea, disponible.

Chapman, L. Transporte y cambio climático: una revisión. J.Transp. Geogr. 15(5), 354–367 (2007).

Artículo Google Académico

Shahid, A. et al. Análisis numérico de la energía de activación en el flujo de nanofluidos MHD con viscosidad exponencial dependiente de la temperatura a través de una placa porosa. J. Therm. Anal. Calorías. 143, 2585–2596 (2020).

Artículo Google Académico

Arain, M., Bhatti, M., Zeeshan, A., Saeed, T. y Hobiny, A. Análisis de la cinética de Arrhenius en flujo multifásico entre un par de placas circulares giratorias. Matemáticas. Problema Ing., (2020).

Bhatti, MM & Abdelsalam, SI Entropía termodinámica de un movimiento de partículas-fluido de Ree-Eyring magnetizado con proceso de irreversibilidad: un paradigma matemático. ZAMM‐J. aplicación Matemáticas. mecánico (2020), Artículo e202000186.

Wei, H. et al. Síntesis simultánea de H2, O2 y N2 a través de un sistema de energía innovador en tiempos de pandemia de coronavirus: diseño, evaluación tecnoeconómica y enfoques de optimización. En t. J. Hydrogen Energy 47(62), 226038–226052 (2022).

Artículo Google Académico

Razzaq, L. et al. Rendimiento del motor y características de emisión de mezclas de biodiesel de palma con nanoplaquetas de óxido de grafeno y aditivos de carbonato de dimetilo. J. Medio Ambiente. Administrar 282, 111917 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Akkoli, K. et al. Efecto de los parámetros de inyección y del gas productor derivado del tallo de redgram sobre el rendimiento y las características de emisión de un motor diésel. Alex. Ing. J. 60, 3133–3142 (2021).

Artículo Google Académico

Soudagar, MEM et al. Estudio de las características de los motores diésel mediante la adición de aditivos de óxido de zinc y éter dietílico de tamaño nanométrico en la mezcla de combustible diésel y biodiésel de Mahua. ciencia Rep. 10, 1–17 (2020).

Artículo Google Académico

Asadi, A. et al. Estudio numérico sobre la aplicación de biodiesel y bioetanol en un motor diesel de inyección múltiple. Renovar. Energía 150, 1019–1029 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Shadloo, MS, Poultangari, R., Abdollahzadeh Jamalabadi, MY y Rashidi, MM Un mecanismo nuevo y eficiente para motores de encendido por chispa. Convertidores de energía. Administrar 96, 418–429 (2015).

Artículo Google Académico

Rashidi, MM et al. Propiedades termofísicas de los nanofluidos híbridos y los modelos propuestos: un estudio exhaustivo actualizado. Nanomateriales (Basilea). 11(11), 3084 (2021).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Zheng, Y. et al. Predicción de la viscosidad de mezclas de biodiesel usando varios modelos artificiales y comparación con correlaciones empíricas. Renovar. Energía 153, 1296–1306 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Li, J., Yang, WM, Goh, TN, An, H. & Maghbouli, A. Estudio sobre motor RCCI (ignición por compresión controlada por reactividad) mediante diseño experimental estadístico. Energía 78, 777–787 (2014).

Artículo CAS Google Académico

Harari, P. et al. Estudios experimentales de rendimiento y características de emisión de motores de encendido por compresión controlados por reactividad (RCCI) operados con gasolina y biodiesel Thevetia Peruana. Renovar. Energía 160, 865–875 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Li, Y. et al. Estudio paramétrico y optimización de un motor RCCI (ignición por compresión controlada por reactividad) alimentado con metanol y diesel. Energía 65, 319–332 (2014).

Artículo CAS Google Académico

Duraisamy, G., Rangasamy, M. & Govindan, N. Un estudio comparativo sobre metanol/diesel y metanol/combustión RCCI de combustible dual PODE en un motor diesel automotriz. Renovar. Energía 145, 542–556 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Pan, S. et al. Estudio experimental de las características de combustión y emisión de isobutanol/diésel y gasolina/diésel RCCI en un motor pesado con cargas bajas. Combustible 261, 116434 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Yang, B., Duan, Q., Liu, B. & Zeng, K. Investigación paramétrica de inyección directa de combustible dual a baja presión sobre el rendimiento de combustión y las características de emisiones en un motor RCCI alimentado con diésel y CH4. Combustible 260, 116408 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Wang, H. et al. Mejora de la eficiencia térmica de la operación de alta carga RCCI de combustible dual PODE/Gasolina con EGR y dilución de aire. aplicación Termia. Ing. 159, 113763 (2019).

Artículo CAS Google Académico

Zheng, Z. et al. Estudio experimental sobre la combustión y las emisiones de n-butanol/biodiésel tanto en modo de combustible combinado como en modo RCCI de combustible dual. Combustible 226, 240–251 (2018).

Artículo CAS Google Académico

Charitha, V., Thirumalini, S., Prasad, M. y Srihari, S. Investigación sobre el rendimiento y las emisiones de la combustión de combustible dual RCCI en diésel-biodiésel en un motor ligero. Renovar. Energía 134, 1081–1088 (2019).

Artículo CAS Google Académico

Işık, MZ & Aydın, H. Análisis de la aplicación de RCCI de etanol con mezclas de biodiésel de cártamo en un generador de energía diésel de alta carga. Combustible 184, 248–260 (2016).

Artículo Google Académico

Thiyagarajan, S. et al. Efecto de la inyección múltiple de metanol/n-pentanol en un motor CI alimentado con biodiésel de cártamo. Combustible 261, 116378 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Santhosh, K. & Kumar, G. Efecto de la adición de 1-pentanol y EGR en las características de combustión, rendimiento y emisión de un motor diésel CRDI. Renovar. Energía 145, 925–936 (2020).

Artículo Google Académico

Li, J., Yang, WM, An, H. y Zhao, D. Efectos de la proporción de combustible y el tiempo de inyección en motores RCCI alimentados con gasolina/biodiésel: un estudio de modelado. aplicación Energía 155, 59–67 (2015).

Artículo CAS Google Académico

Nieman, DE, Dempsey, AB y Reitz, RD Operación RCCI de servicio pesado que utiliza gas natural y diésel. Internacional SAE. J. Motor 5, 270–285 (2012).

Artículo Google Académico

Han, W. et al. Estudio sobre los factores que influyen en las emisiones de partículas de un motor RCCI con variación de la relación de premezclado y la energía total del ciclo. Energía 202, 117707 (2020).

Artículo Google Académico

Curran, SJ, Hanson, RM & Wagner, RM Combustión de ignición por compresión controlada por reactividad en un motor diesel de trabajo ligero de varios cilindros. En t. J. Motor Res. 13(3), 216–225 (2012).

Artículo CAS Google Académico

Chen, H., Su, X., He, J. y Xie, B. Investigación sobre las características de combustión y emisión de un motor diésel common rail alimentado con mezclas de diésel/n-pentanol/metanol. Energía 167, 297–311 (2019).

Artículo CAS Google Académico

Huang, H. et al. Evaluación del aditivo de n-pentanol y los efectos de las tasas de EGR en las características de pulverización, la distribución de energía y el rendimiento del motor. Convertidores de energía. Administrar 202, 112210 (2019).

Artículo Google Académico

Tian, ​​Z., Zhen, X., Wang, Y., Liu, D. & Li, X. Características de combustión y emisión de mezclas de n-butanol-gasolina en motores de gasolina de inyección directa SI. Renovar. Energía 146, 267–279 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Paykani, A., Kakaee, A.-H., Rahnama, P. & Reitz, RD Avances y tendencias recientes en motores de encendido por compresión controlados por reactividad. En t. J. Motor Res. 7, 481–524 (2015).

Google Académico

Nantha Gopal, K. et al. Investigación de las emisiones y las características de combustión de un motor de combustión interna alimentado con éster metílico de aceite de cocina usado y mezclas de diésel. Alex. Ing. J. 53(2), 281–287 (2014).

Artículo Google Académico

Omidvarborna, H., Kumar, A. y Kim, D.-S. Caracterización del material particulado emitido por autobuses de tránsito alimentados con B20 en modo inactivo. J. Medio Ambiente. química Ing. 2(4), 2335–2342 (2014).

Artículo CAS Google Académico

Gui, MM, Lee, KT y Bhatia, S. Viabilidad del aceite comestible frente al aceite no comestible frente al aceite comestible de desecho como materia prima de biodiésel. Energía 33(11), 1646–1653 (2008).

Artículo CAS Google Académico

Lin, CSK et al. Los residuos alimentarios como recurso valioso para la producción de productos químicos, materiales y combustibles. Situación actual y perspectiva global. Entorno Energético. ciencia 6(2), 426–464 (2013).

Artículo CAS Google Académico

Ortner, ME et al. Evaluación ambiental de tres vías de utilización diferentes de aceite de cocina usado de los hogares. recurso Conservar reciclar 106, 59–67 (2016).

Artículo Google Académico

Namoco, CS et al. Desarrollo de una cosechadora mecánica de maíz seco. J. Ing. aplicación ciencia 12(2), 409–413 (2017).

Google Académico

Meng, YL, Tian, ​​SJ, Li, SF, Wang, BY y Zhang, MH Transesterificación de aceite de colza para la producción de biodiésel en reactores de lecho percolador llenos de catalizador alcalino basado en óxido compuesto heterogéneo de Ca/Al. Biores. Tecnología 136, 730–734 (2013).

Artículo CAS Google Académico

Salinas, D., Araya, P. & Guerrero, S. Estudio de catalizadores de TiO2 soportados en potasio para la producción de biodiesel. aplicación Catal. Entorno B. 117, 260–267 (2012).

Artículo Google Académico

Jiaqiang, E. et al. Efectos de la proporción de ésteres metílicos de ácidos grasos en las características de combustión y emisión de un motor diésel alimentado con biodiésel. Convertidores de energía. Administrar 117, 410–419 (2016).

Artículo Google Académico

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Este trabajo fue apoyado por el Instituto Sathyabama de Ciencia y Tecnología y la Escuela de Ingeniería Saveetha. Los autores desean agradecer al Centro de Investigación por el patrocinio. Los autores agradecen al Researchers Supporting Project número (RSP2023R407), King Saud University, Riyadh, Arabia Saudita, por el apoyo.

Escuela de Ingeniería Mecánica, Instituto Sathyabama de Ciencia y Tecnología, Jeppiar Nagar, Chennai, India

M. Anish, J. Jayaprabakar, Nivin Joy y V. Jayaprakash

Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, SRM Valliammai Engineering College, Chennai, India

P.Bency

Departamento de Ingeniería Mecánica, Profesor Asistente, Instituto de Tecnología CMR, Bengaluru, India

K. Arunkumar

Departamento de Energía e Ingeniería Ambiental, Escuela de Ingeniería Saveetha, SIMATS, Chennai, 602105, India

J. Aravind Kumar

Departamento de Tecnología de la Construcción, Universidad de Wollega, Nekemte, Etiopía

TR Praveenkumar

Departamento de Química, Facultad de Ciencias, Universidad King Saud, PO Box 2455, Riyadh, 11451, Arabia Saudita

Ayman A. Ghfar

Departamento de Ingeniería Química, Universidad de Annamalai, Annamalai Nagar, Chidambaram, Tamilnadu, India

M. Rajasimman

Departamento de Ingeniería y Energía Ambiental, Universidad de Kyonggi, Yeongtong-gu, Suwon, Gyeonggi-do, 16227, República de Corea

Balasubramani Ravindran

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MA: Borrador original; JJ: recursos; PB: financiación de proyectos; NJ: análisis; VJ: entrada experimental; KA: redacción de resultados; JAK: refinamiento general; correspondencia TRP; AAG: refinamiento de imágenes; MR: corrección de lenguaje; BR: redacción de revisión.

Correspondencia a J. Aravind Kumar o TR Praveenkumar.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Anish, M., Jayaprabakar, J., Bency, P. et al. Impacto de la operación del motor en modo de encendido por compresión controlado por reactividad (RCCI) en un motor diesel alimentado con una mezcla B20 de biodiesel de aceite de cocina usado. Informe científico 13, 4798 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-31044-6

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Recibido: 05 enero 2023

Aceptado: 06 marzo 2023

Publicado: 23 de marzo de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-31044-6

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