WYBRANE PROBLEMY ZASILANIA SILNIKA DIESLA.pdf

Inżynieria Rolnicza 9(97)/2007

WYBRANE PROBLEMY ZASILANIA SILNIKA DIESLA

ZUŻYTYM OLEJEM ROŚLINNYM

Grzegorz Dzieniszewski

Instytut Techniki, Uniwersytet Rzeszowski

Streszczenie. Przedstawiono własności posmażalniczego oleju rzepakowego pod kątem sto-

sowania do napędu silników spalinowych. Opracowano koncepcję układu dwustopniowego

podgrzewania oleju oraz jego uzdatniania w aspekcie wymagań aparatury paliwowej silnika

Diesla. Zaprezentowano dotychczasowe wyniki badań w rzeczywistych warunkach pracy

i wyniki badań laboratoryjnych.

Słowa kluczowe: paliwa alternatywne, silniki spalinowe, charakterystyka zewnętrzna,

eksploatacja

Wprowadzenie

Obszerne badania dotyczące możliwości stosowania oleju rzepakowego do napędu sil-

ników tłokowych przeprowadzono między m.in. w Akademii Rolniczej w Lublinie [Pie-

karski 2004] oraz w Politechnice Krakowskiej [Zabłocki, Cisek 1994; Zabłocki, Sowa,

Sędzik 1991].

Znamienną cechą dotychczasowych doświadczeń jest praca silnika wyposażonego

w standardowy układ paliwowy oraz stosowanie czystego oleju rzepakowego. Odmiennym

problemem, chociaż już wstępnie analizowanym przez Rafinerię Trzebinia, są próby zasi-

lania silnika Diesla technologicznym odpadem przemysłu spożywczego jakim jest tzw.

przepalony olej roślinny.

Problematykę tego zagadnienia należy analizować w aspekcie proekologicznym oraz

warunkującym możliwości wdrożenia, aspekcie ekonomicznym. Przesłanki ekologiczne

związane są z faktem, że przepalony olej jest niezdatny do spożycia nawet przez zwierzęta

hodowlane, wylewanie do urządzeń kanalizacyjnych również nie jest możliwe. Jedyną

metodą pozbycia się dużych ilości tego odpadu jest jego utylizacja, która jest bardzo kosz-

towna.

Duży obiekt gastronomiczny wytwarza dziennie około 50 litrów przepalonego oleju

spożywczego. Oznacza to, że miesiąc pracy takiego zakładu daje przeszło 1000 litrów

odpadu, z którym z jednej strony nie bardzo wiadomo co zrobić, a z drugiej jest to przecież

materiał energetyczny o dużej kondensacji energii w jednostce objętości.

Grzegorz Dzieniszewski

Cel i zakres

Celem prezentowanych badań jest empiryczna ocena możliwości zasilania silnika

o zapłonie samoczynnym olejem rzepakowym stanowiącym posmażalniczy odpad.

Nowatorskie ujęcie problemu polega na wdrożeniu koncepcji silnika dwupaliwowego,

którego rozruch następuje na oleju napędowym, a następnie następuje przełączenie na

zasilanie posmażalniczym olejem rzepakowym podgrzewanym w dwustopniowym pod-

grzewaczu.

Metodyka badań

Badaniami laboratoryjnymi objęto silnik S4003 (Ursus C-360). Badaniami w warun-

kach rzeczywistej eksploatacji objęto silnik ZSWVB 7 o mocy 65 kW napędzający gene-

rator elektryczny (rys. 1). Jest to czterocylindrowy, rzędowy silnik wysokoprężny o wtry-

sku bezpośrednim zasilany rzędową pompą wtryskową firmy MotorPAL.

Wpływ temperatury na lepkość kinematyczną

oleju posmażalniczego

Temperatura [st C]

Rys. 1.

Silnik ZSWVB 7 napędzający generator

Rys. 2. Zależność lepkości kinematycznej

od temperatury

Fig. 2. Relationship between kinematic

viscosity and temperature

Fig. 1.

ZSWVB 7 engine driving the generator

Metodyka badań obejmuje badania eksploatacyjne w warunkach typowego użytkowa-

nia generatora oraz wykonanie zewnętrznych charakterystyk porównawczych dla silnika

zasilanego olejem napędowym i posmażalniczym olejem rzepakowym

Istota zasilania silnika posmażalniczym olejem rzepakowym

Własności fizykochemiczne posmażalniczego oleju rzepakowego, które są szczególnie

istotne z punktu widzenia stosowania do zasilania silników tłokowych, wskazują na istotne

problemy, które należy uwzględnić podczas modyfikacji układu zasilania (tab. 1).

Wybrane problemy zasilania...

Tabela 1. Wybrane parametry posmażalniczego oleju rzepakowego i oleju napędowego [Piekarski

2006; Szlachta 2002]

Table 1. Selected parameters of rape-seed oil after frying and diesel oil after [Piekarski 2006;

Szlachta 2003]

Posmażalniczy olej

rzepakowy

Parametr

Olej napędowy

Gęstość w temp. 15°C [kg·m -3 ]

(PN-EN ISO 12185:2002)

min. 820-max. 845

(Wg PN-EN 590:2005(U))

924,8

Lepkość kinematyczna [mm 2 ·s -1 ]

(PN-EN ISO 3104:2004)

min. 2,00 – max. 4,50

(Wg PN-EN 590:2005(U))

39,6

Smarność w temp. 60°C [μm]

(PN-EN ISO 12156-1:2001)

max. 460

(Wg PN-EN 590:2005(U))

144

Wartość opałowa [MJ/kg]

42-44

Skład elementarny [%]

12,8

0,2

Zawartość wody [% mas.]

0,1

Liczba cetanowa LC

45-50

Jak wynika z danych zawartych w tabeli 1 istnieje parametr, który szczególnie unie-

możliwia prawidłowe zasilanie silnika olejem rzepakowym. Tym parametrem jest lepkość,

która jest dużo większa dla oleju rzepakowego niż dla oleju napędowego

Tak duża różnica lepkości uniemożliwia rozruch silnika w temperaturze około 5°C oraz

utrudnia prawidłową pracę aparatury wtryskowej w wyższych temperaturach [Zabłocki,

Cisek 2004]. Duża lepkość zwiększa średnice kropel wtryskiwanego paliwa, powoduje

duży zasięg strugi oraz osiadanie paliwa na ściankach cylindra. Nieoptymalne warunki

spalania powoduję wzrost zadymienia spalin oraz przenikanie niespalonego oleju rzepako-

wego do oleju w układzie smarowania.

Olej rzepakowy ma jednak silną zależność lepkości od temperatury (rys. 2). Pomimo że

zależność lepkości od temperatury stanowi podstawę opracowania układu dwupaliwowego

z dwustopniowym podgrzewaniem, który częściowo eliminuje wymienione uprzednio

niekorzystne zjawiska, należy pamiętać, że o procesie spalania w silniku o ZS decyduje

jeszcze szereg innych czynników. Stąd prezentowane wyniki należy traktować jako wstęp-

ne, pamiętając o tym, że całe spektrum parametrów fizycznych i chemicznych paliwa oraz

nastaw aparatury wtryskowej ma wpływ na proces spalania w silniku o ZS.

Ze względu na to, że olej przepalony jest bardzo gęsty (w temperaturze 10°C ma konsy-

stencję smaru stałego) konieczne było zbudowanie wysokowydajnego wymiennika ciepła

miedzy wodą z układu chłodzenia silnika a podgrzewanym paliwem.

Podgrzewanie odbywa się dwustopniowo. Wymiennik pierwszego stopnia stanowi sta-

lowa beczka, wewnątrz której jest wbudowany element grzejny (rys. 3). Do elementu

grzejnego wymiennika pierwszego stopnia jest dostarczana woda z układu chłodzenia sil-

nika. Beczka jest wypełniona przepalonym olejem jadalnym, który wstępnie nagrzewa się

od elementu grzejnego do około 40°C, przy temperaturze wody w układzie chłodzenia

Grzegorz Dzieniszewski

około 70°C. Do poprawnej pracy silnika olej o temperaturze 40°C jest nadal zbyt gęsty.

Możliwe jest już co prawda zassanie oleju przez pompę zasilającą ale niemożliwe jest jego

filtrowanie ze względu na blokowanie filtrów paliwa.

Rozwiązaniem tego problemu jest dalsze podgrzewanie oleju spożywczego, tak aby

wzrost jego temperatury spowodował obniżenie jego lepkości. Realizacja tego zadania

odbywa się w wymienniku drugiego stopnia (rys. 4).

Rys. 3.

Agregat prądotwórczy z widocznym

pierwszym stopniem wymiennika ciepła

Rys. 4.

Wymiennik drugiego stopnia

Fig. 4.

Second stage exchanger

Fig. 3.

Power generator with visible heat

exchanger first stage

Wymiennik ten jest także wymiennikiem typu woda-olej ale o zoptymalizowanej kon-

strukcji wężownicy, którą przepływa paliwo. Długość rurek wężownicy oraz ich średnica

muszą być zoptymalizowane pod kątem takiego dobrania przepływu paliwa, aby z jednej

strony zapewnić jego odpowiednią temperaturę, a z drugiej strony odpowiedni wydatek

umożliwiający prawidłową pracę aparatury wtryskowej.

Omówiony układ zasilający współpracuje z generatorem firmy ZSE PRAHA o mocy

energetycznej 40 KW. Ogólny widok generatora z zabudowanym układem podgrzewają-

cym przedstawia rys. 5.

Proces przygotowania zużytego oleju roślinnego pobieranego z urządzenia do smażenia

(rys. 6) polega na jego przefiltrowaniu przez filtr tkaninowy i przelaniu do zbiornika pod-

grzewacza.

Wybrane problemy zasilania...

Rys. 5.

Kompletny widok generatora

Rys. 6.

Wygląd „paliwa” do zasilania generatora

Fig. 5.

Complete view of the generator

Fig. 6.

View of “fuel” supplied to the generator

Charakterystyka silnika zasilanego posmażalniczym olejem rzepakowym

Porównując zestawienie charakterystyk silnika zasilanego przepalonym olejem rzepa-

kowym oraz olejem napędowym (rys. 7) można zauważyć 5% spadek mocy oraz 20%

wzrost jednostkowego zużycia paliwa w przypadku zasilania silnika posmażalniczym ole-

jem rzepakowym. Temperatura spalin utrzymuje się na porównywalnym poziomie, podob-

nie jak (nieuwzględnione na wykresie) zadymienie spalin.

Wyniki analizy i dyskusja

Przedstawione wstępne wyniki badań dowodzą korzystnych czynników proekologicz-

nych i ekonomicznych. Wykorzystując, będący odpadem, posmażalniczy olej do zasilania

silnika spalinowego napędzającego generator energii elektrycznej z jednej strony

w darmowy sposób utylizuje się duże ilości oleju przepalonego, a z drugiej strony produ-

kuje znaczne ilości energii elektrycznej możliwej do wykorzystania we własnym zakładzie

lub odsprzedawanej do krajowej sieci energetycznej.

W omawianym przypadku energia elektryczna jest wykorzystywana całkowicie

w zakładzie gastronomicznym. Pracujący kilka godzin dziennie generator zasila różnego

rodzaju urządzenia gastronomiczne o dużym poborze mocy, np. kotły elektryczne.

Wstępne badania prowadzone standardowym dymomierzem diagnostycznym dowodzą,

że zadymienie podczas pracy na oleju rzepakowym utrzymuje się na poziomie zbliżonym

do osiąganego na oleju napędowym. Także aparatura paliwowa zachowuje się prawidłowo.

Odrębną kwestią jest trwałość aparatury paliwowej oraz układu TPC o której trudno wnio-

skować ze względu na wąski zakres badań prowadzonych na stanowisku doświadczalnym.

Ponadto pewną niedogodnością może być specyficzny zapach spalin, co jednak nie ma

znaczenia z punktu widzenia toksyczności spalin, gdyż spaliny z biopaliwa zawierają

mniejsze (w porównaniu ze spalinami ze spalania paliw węglowodorowych) ilości związ-

ków kancerogennych, takich jak chociażby bardzo silnie rakotwórcza akroleina.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: