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ARTICULO EXPOSICION BIOETANOL (1) JHEISON DUBAN QUUROGA QUINTERO TRADUCCION:

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Estudios experimentales de un motor diesel funcionando con biodiesel nbutanol Mezclas: Abhijeet Killol, Niklesh Reddy, Santosh Paruvada, S. Murugan * Departamento de Ingeniería Mecánica, Instituto Nacional de Tecnología Rourkela, Odisha, 769008, India Información del artículo Historia del artículo: Recibido el 9 de febrero de 2018. Recibido en forma revisada 2 de diciembre de 2018 Aceptado el 4 de diciembre de 2018. Disponible en línea el 5 de diciembre de 2018. Palabras clave:      

Biodiesel n-butanol Motor diesel Actuación Emisión DEE

RESUMEN: En este estudio, inicialmente, n-butanol a bajas proporciones a saber. 5%, 10%, 15% y 20% se mezcla con Karanja éster metílico (KME) proporciones respectivas, y las mezclas se caracterizan. Las mezclas se denotan como KBB5, KBB10, KBB15 y KBB20 donde el valor numérico seguido de KBB indica el porcentaje de nbutanol en las mezclas. Las mezclas se utilizan como combustibles de prueba en un solo cilindro, cuatro tiempos, inyección directa (DI) motor diesel que produce una potencia de 4,4 kW a una velocidad constante de 1500 rpm. Las características de combustión, rendimiento y emisión del motor se evalúan y comparan con el motor diesel. Operación. Además, se agrega un aditivo oxigenado: dietil éter (DEE) en pequeñas cantidades con el Mezcla óptima para examinar la reducción de la emisión de hidrocarburos sin quemar (UHC) del motor cuando Se ejecuta con una mezcla de biodiesel n-butanol. Entre las cuatro mezclas de KME n-butanol examinada en este estudio, KBB15 exhibe buen desempeño y menos emisiones. Los resultados se presentan en este artículo. © 2018 Elsevier Ltd. Todos los derechos reservados.

1. Introducción La utilización de biocombustibles como combustibles alternativos para motores de combustión interna (IC) está ganando impulso en los últimos años para cumplir seguridad energética, reducir las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), y Superar la dependencia de los combustibles fósiles. Se informa por la Agencia Internacional de Energía (AIE) que; Los biocombustibles serían una mejor opción para satisfacer más de un cuarto de la demanda mundial de transporte de combustibles para 2050. Los biocombustibles están casi libres de azufre, Producido continuamente a partir de materia vegetal y tiene baja toxicidad. Actualmente, dos biocombustibles importantes que están enfocados como alternativas potenciales a los combustibles derivados del petróleo son el alcohol y el biodiesel [1]. Global La producción de biocombustibles aumentó un 2,6% en 2016, muy por debajo de los 10 años promedio del 14,1%, pero más rápido que en 2015 (0,4%). Biocombustibles líquidos para El transporte es parte de estrategias importantes para mejorar la seguridad del combustible, mitigar el cambio climático y apoyar el desarrollo rural. Biocombustibles convencionales (también conocidos como biocombustibles de primera generación, generalmente incluyen etanol de maíz, caña de azúcar, etc. y biodiesel de Canola, Jatropha, etc.) se producen globalmente con una corriente Volumen de producción de más de 100 mil millones de litros anuales [2]. En 2015, Brasil y los Estados Unidos produjeron aproximadamente El 70% de la oferta mundial de biocombustibles, que consiste principalmente en etanol a base de azúcar y maíz, respectivamente [3]. Para complementar el Los biocombustibles convencionales, trabajos de investigación se centran en la utilización. De la próxima generación de biocombustibles. El biodiesel es biodegradable, libre de azufre y miscible con Combustible diesel en cualquier proporción. Es un combustible oxigenado que contiene. 10-15% de oxígeno en peso. El contenido energético o valor calorífico neto. El biodiesel es aproximadamente un 12% menos que el combustible diesel en masa. Se puede utilizar como combustible puro o en forma mezclada con combustible diesel. Debido a su menor contenido energético, los motores alimentados con biodiesel consumen Más combustible para la potencia de salida requerida. Se reporta que el 20%. El biodiesel mezclado con 80% de combustible diesel (B20) da un valor comparable Rendimiento y menores emisiones con el del diesel cuando es utilizado en un motor diesel convencional [4]. Propiedades tales como la densidad, La viscosidad, el número de cetano, la temperatura de la llama adiabática pueden alterar el Proceso de combustión del comportamiento del motor diesel. Lo mas alto La densidad del biodiesel puede causar una inyección más temprana del combustible y tiempo de combustión avanzada. Como resultado, mayores presiones de cilindros. y se pueden observar temperaturas que conducen a un aumento de nitrógeno. emisión de óxidos (NOx). Dado que el biodiesel se produce a partir de una diferente La materia prima, la estructura del combustible y su composición también afectan los NOx. formación. Los informes revelan que la estructura molecular de específicos Los combustibles biodiesel también desempeñan un papel en la combustión, el rendimiento y Emisión cuando se usa como combustible sustituto de los motores CI. Si el biodiesel está compuesto de predominantemente insaturado (es decir, que contiene dobles enlaces carbonocarbono) ésteres metílicos de ácidos grasos, el proceso de oxidación libera más energía que de un biodiesel con menos Niveles de insaturación. Mayor contenido de moléculas insaturadas. daría como resultado un aumento de la emisión de NOx y un menor consumo de combustible [5]. Las principales razones para una mayor emisión de NOx con biodiesel. son tiempos de inyección avanzados, pronta formación de NOx, cambios en Composición del combustible que afecta el patrón de rociado o ignición dentro del cámara de combustión [6]. Mientras que la mayoría de los biodiesels exhiben un retardo de encendido más corto y una duración de combustión más larga, algunos biodiésel presentan un retardo de encendido más largo y una fase de combustión de difusión reducida. La emisión de NOx disminuye con el aumento de la mezcla. porcentaje. Se informa que la materia particulada (PM) generada por los motores de combustible biológico es menor que los motores diesel. Cuando se usa biodiesel limpio en los motores CI, puede causar que el cárter Dilución y exceso de desgaste del motor. Control de emisión de NOx. de los motores alimentados con biodiesel es una preocupación importante. Diferente

los métodos se utilizan para controlar la emisión de NOx en motores alimentados con biodiesel que adoptan la modificación del combustible o del motor [7, 8]. Emulsificación de Agua con biodiesel, una adición de nanopartículas, mezcla de combustible. con mayor calor latente de vaporización, uso de alcoholes con biodiesel, etc., son algunos de los ejemplos de modificaciones de combustible que tienen ha sido adoptado para controlar la emisión de NOx de diesel alimentado con biodiesel motores [9]. Recirculación de gases de escape (EGR), absorción química, inyección de agua y funcionamiento en modo de combustible dual son algunas de las Ejemplos de reducción de la emisión de NOx del diesel alimentado con biodiesel Motores por modificación de motor. En la India, debido a la seguridad alimentaria, el uso de materias primas de aceites comestibles para No se fomenta la producción de biodiesel. Por lo tanto, el no comestible Las materias primas del petróleo sólo se han centrado en los últimos años. Algunos de Los importantes aceites no comestibles utilizados para la producción de biodiesel en la India. son aceite de Jatropha, aceite de Karanja, aceite de Mahua, aceite de Neem, aceite de ricino, aceite de semilla de algodón y aceite de semilla de caucho [19e26]. Entre estos, el aceite de karanja. Se considera una de las materias primas potenciales para la producción de biodiesel en función de su disponibilidad, contenido de aceite y rendimiento de biodiesel [27]. Trabajos de investigación relacionados con KME como combustible alternativo para CI Los motores han sido documentados por muchos investigadores. Maheswari et al. [28] informaron que cuando un solo cilindro, diésel DI estacionario El motor fue operado con KME puro, emisiones de NOx para Karanja. El biodiesel siempre fue más alto que el diesel en un momento dado de inyección. Avinash et al. [29] investigaron el efecto del biodiesel Karanja y Sus mezclas sobre el rendimiento del motor, las emisiones y la combustión. Características de un cuatro tiempos, cuatro cilindros, refrigerado por agua, directo. Motor diésel de inyección (DI) con velocidades y cargas variables. Con la eficiencia térmica del freno comparable alcanzada, el combustible El consumo de mezclas KOME se encontró que era mayor que el de Operación diesel. También se informa que el 20% de KOME dio mejor. Rendimiento y menores emisiones en comparación con el combustible diesel. operación. Se pueden usar alcoholes como etanol y metanol como aditivos o combustibles mezclados en motor CI. Se informa que los alcoholes simples Mezclado con biodiesel disminuye NOx (óxidos de nitrógeno) y PM. emisiones, mientras que exhibirían resultados mixtos en términos de CO (Monóxido de carbono) y emisiones de UHC (hidrocarburo sin quemar) Dependiendo de la magnitud de la concentración de metanol o etanol [10]. Debido a la menor viscosidad de las mezclas de alcohol y biodiesel, la lubricidad del motor se ve afectada. El contenido energético de las mezclas de alcoholbiodiesel también es menor; De ahí, el consumo específico de combustible. Sería más alto que la operación de combustible diesel. Debido a la baja número de cetano de la mezcla de alcohol y biodiesel, el retardo de encendido es más. Aunque el retraso es más prolongado, el calor latente de vaporización de las mezclas de alcohol y biodiesel reduce la temperatura máxima del cilindro en la fase de combustión premezclada; y por lo tanto, los NOx. Se informa que la emisión es más baja que la operación de diesel. Porque Más oxígeno disponible y buena mezcla, la combustión de difusión. se acorta dando lugar a la reducción de las emisiones de materia particulada. Bajo lubricidad, alto calor de vaporización, alta temperatura de autoignición, El bajo número de cetano y la solubilidad son algunos de los inconvenientes de etanol y metanol. El butanol es un buen combustible alternativo o combustible. Aditivo para uso en motores de CI y ofrece varias ventajas sobre etanol y metanol. Las ventajas incluyen mayor cetano. número, menor calor de vaporización, mayor valor calorífico y mejor Miscibilidad con diesel. Para lograr condiciones favorables para encendido, el butanol requiere menos calor y una menor temperatura del aire de admisión que el etanol o el metanol porque tiene un calor menor Vaporización [11]. Se han realizado algunos estudios sobre la evaluación. de las características de rendimiento, combustión y emisiones de

Mezclas de butanol-diesel en motores CI [12e16]. Sin embargo, sólo dos Se han documentado trabajos de investigación sobre el uso de mezclas de biodieselbutanol como combustibles alternativos en motores de CI. Cualquier biocombustible puede ser considerado adecuado para reemplazar el combustible diesel en base a dos factores, la viabilidad técnica y la disponibilidad de combustible. Actuación, Los parámetros de combustión y emisión del combustible determinan la Viabilidad técnica del combustible. Los trabajos anteriores sobre el Las mezclas de biodiesel-butanol se limitaron al rendimiento y Estudios de emisión de las mezclas. Investigaron los efectos del biodiesel n-butanol Mezcla en los parámetros de rendimiento y emisión de un in-direct motor diesel de inyección (IDI). Las mezclas seleccionadas de biodiesel-butanol. para la investigación fueron B95Bu5, B90Bu10 y B80Bu20. los número seguido después de Bu indica el porcentaje de butanol en el Mezclar en base a volumen mientras que B denota biodiesel. Butanol mezclado Los combustibles produjeron menos CO y mayores emisiones de NOx que el diesel. para bajas concentraciones de butanol (5% y 10%), pero no hubo Cambio significativo en las emisiones de UHC. La mezcla que contiene El 20% de butanol exhibió mayores emisiones de CO y UHC y menores NOx Emisión en comparación con otras mezclas. El consumo de combustible Incremento con el aumento de biodiesel y mezclas de biodiesel-butanol. En otro trabajo de investigación realizado por Naveen y Pali [18], nAbbreviations ASTM Sociedad Americana para Pruebas y Materiales BSEC Consumo de energía específica para frenos. Eficacia térmica del freno BTE Encendido por compresión CI Monóxido de carbono CO CO2 dióxido de carbono DI encendido directo DEE dietileter EGR recirculación de gases de escape IC de combustión interna Agencia Internacional de Energía IEA KBB mezcla de karanja-butanol KBBD Karanja biodiesel butanol dietil éter KME Karanja metil éster NO óxido nítrico Oxidos de NOx del Nitrógeno Partículas PM Encendido por chispa SI SOC Inicio de la combustión SOx óxido de azufre Hidrocarburo sin quemar UHC 688 A. Killol et al. / Energías Renovables 135 (2019) 687e700 butanol al 5%, 10% y 20% se combinó con biodiesel de Jatropha en la base de volumen, y las tres mezclas a saber, 95JME 5B, 90JME 10B, y 80JME 20B se probaron en un motor diesel DI de un solo cilindro. JME significa Jatropha metil éster y B significa Butanol. mientras que el número seguido por JME indica el porcentaje por volumen De butanol en la mezcla. Como resultado de la viscosidad reducida y más oxígeno presente en los combustibles, el rendimiento del motor mejoró y emisiones significativamente reducidas (excepto UHC) con mezclas de nbutanol y JME en comparación con JME puro. En ambos estudios, Se informó que las emisiones de UHC fueron superiores a las del diesel. Operación mientras hubo una reducción de NO, CO y humo. emisiones. El consumo de combustible fue menor para Mezclas de biodiésel-butanol que el funcionamiento del diesel debido a su mejor Y una combustión más completa.

En este estudio, KME se combinó con 5%, 10%, 15% y 20% de butanol en base al volumen y las mezclas se designaron como KBB5, KBB10, KBB15 y KBB20. KBB indica Karanja n-butanol mezcla y el número que sigue denota el porcentaje por volumen de n-butanol en la mezcla. Un solo cilindro, de cuatro tiempos, enfriado por aire, El motor de inyección constante (DI) de velocidad constante fue probado con estos Las mezclas y el comportamiento del motor en términos de combustión, rendimiento y parámetros de emisión fueron evaluados, analizados y analizados. En comparación con las de funcionamiento diésel del mismo motor. los mejor mezcla en términos de menor emisión y mejor rendimiento fue elegido entre estos combustibles de prueba y la mezcla fue mezclada de nuevo con 1%, 3% y 5% de dietil éter (DEE) por volumen para: Mejorar la calidad de ignición de la mezcla elegida. Las mezclas con DEE se denotó como KBBD1, KBBD3 y KBBD5, donde D significa DEE, y el número denota el porcentaje de DEE en la mezcla por base de volumen Los parámetros de emisión del motor de prueba fueron evaluados, comparados con los de operación diesel y presentados en este papel.

2. Materiales y métodos 2.1. Aceite de Karanja (KO) India siendo un país tropical ofrece el clima más adecuado. Para el crecimiento de la planta Karanja. Karanja también conocido como Kanuga, Honge, Pungai, Pongamia pinnata o Pongamia glabra se encuentran en La abundancia en la India rural y especialmente en los bosques del este India y los Ghats occidentales, y se informa que no tienen ningún negativo Efectos sobre la flora y fauna. La presencia de flavonas furano, flavonoles de furano, flavonas de cromeno, flavonas y cetonas de furanodi hace que el aceite no sea comestible y ha motivado aún más su aplicación en el uso de biodiesel [30]. El árbol de Karanja se cultiva en el sureste Asia, el este de Fiji y Australia [31,32]. El aceite de karanja contiene 10-20%. Ácidos saturados (ácido palmítico, esteárico y lignocérico) y 55-90%. Ácidos insaturados (ácido oleico y linoleico). El ácido graso libre. Composición del aceite de Karanja, aceite de Jatropha, aceite de Mahua y semilla de algodón. el aceite [33-35] se proporciona en la Tabla 1. Todos los datos en las Tablas 1-4 se obtienen de las pruebas realizadas por el fabricante de biodiesel según Normas ASTM. 2.2. Karanja metil éster [KME] Para el estudio, Karanja metil éster (KME) se compró a Sra. SVM Agro Processor, Nagpur, India. El proceso de producción de KME se describe en esta sección como se menciona en los informe. El aceite de Karanja se tomó y se filtró con una gasa de doble capa para eliminar las partículas sólidas. El contenido de humedad era Se elimina calentando el aceite en un horno hasta 110 ° C durante 1 h. por En la esterificación, se calentaron 10 g de aceite de Karanja en un matraz de fondo plano. hasta 70 C. La solución de metóxido de sodio se preparó en un Matraz disolviendo 28,5 g de NaOH en 2,0 kg de metanol. Promover, Se añadió una solución de metóxido de sodio al aceite de Karanja calentado. Muestras con agitación continua mediante un agitador magnético. La reacción La mezcla se mantuvo durante 1 hora a 70ºC y luego se dejó reposar durante alrededor de 8 h. Las capas de biodiesel (éster metílico) y glicerol fueron apartado. KME flota en la parte superior mientras que la glicerina más densa se asentó en el fondo del contenedor. KME se lavó por lavado con burbujas Método con la ayuda de solución de ácido fosfórico al 10% en caliente agua. Posteriormente, la muestra se transfirió a un embudo de separación. y se deja reposar durante media hora. KME se separó y almacenado en un recipiente que era entonces mucho más claro en color. los El rendimiento de la KME se encontró que era del 84%. Las propiedades fisicoquímicas de KME en comparación con el aceite de Karanja y el diesel se dan en

Tabla 2.

2.3. n-butanol Para este experimento, se compró n-butanol de Hindustan Comerciantes, Rourkela tiene la pureza de más del 99%. n-butanol También conocido como 1-butanol es un alcohol primario con cuatro carbonos. Estructura y teniendo las fórmulas químicas C4H9OH. Tiene la valor calorífico de 32.5 MJ / kg. Tiene un calor de vaporización relativamente bajo y es menos corrosivo que el etanol. Debido a estas características, su Se mejora la utilidad como aditivo y biocombustible [36]. Las propiedades del n-butanol se dan en la Tabla 2. 2.4. Mezclas de KME-butanol En esta investigación, se prepararon KME y sus mezclas de butanol. sobre la base de volumen. La designación y composición de la prueba. Los combustibles se dan en la Tabla 3. Las propiedades fisicoquímicas de los combustibles de prueba fueron probadas como según los métodos de prueba de ASTM, y los valores obtenidos se dan en Tabla 4

3. Experimentación del motor. 3.1. Configuración experimental del motor. En este estudio, los experimentos se llevaron a cabo en un solo cilindro, Motor diesel de inyección directa (DI) de cuatro tiempos refrigerado por aire que Desarrolló la potencia de 4.4 kW a la velocidad nominal de 1500 rpm. los Especificaciones técnicas y diagrama esquemático de la configuración del motor. se muestran en la Tabla 5 y la Fig. 1 respectivamente. El motor estaba acoplado. a un dinamómetro de corrientes parásitas para proporcionar carga de frenos. El combustible era Inyectado en el motor a través del sistema de inyección existente. Combustible El consumo se midió con la ayuda de un solenoide controlado. Bureta automática que estaba conectada entre el combustible del motor. Bomba y depósito de combustible. A una carga determinada, el consumo específico de combustible. se calculó utilizando una hoja de Excel que se utilizó en una computadora. El consumo de combustible, la densidad, el valor calorífico de los combustibles de prueba y los frenos. El poder fue dado como entrada a la hoja de Excel para calcular el Eficiencia térmica de los frenos y consumo de energía específico de los frenos a una carga dada. El consumo de aire se midió por un diferencial. Sensor de presión instalado en la caja de aire. Un tanque de compensación se utilizó para humedecer las pulsaciones producidas por el motor, para asegurar una constante Flujo de aire a través del colector de admisión. Todo el motor instalado. con accesorios fue suministrado por M / s. Hermanos de la Legión, Bangalore, India. Un sensor de tipo sin contacto fue conectado cerca del volante Del motor para medir la velocidad. Un sistema de adquisición de datos (DAS) consistía en un modelo de transductor de presión piezoeléctrico Kistler: 5395A, un amplificador de carga, una computadora y un codificador de ángulo del cigüeñal fue utilizado para la medición de la presión del cilindro del motor en cada 1 ángulo de cigüeñal Se utilizó un codificador de posición del eje óptico para proporcionar una señal en el punto muerto superior (TDC). La señal de presion y la señal de posición TDC fue adquirida por un analógico a digital Convertidor (A / D) instalado en la computadora personal. En general, los motores CI están diseñados para funcionar con combustible diesel. solamente. Por lo tanto, inicialmente, el motor funcionaba con combustible diesel para Obtener los datos de referencia. Parámetros de rendimiento como el freno. Eficiencia térmica, consumo energético específico de los frenos y escape. La temperatura del gas en cada carga se recolectó y almacenó en un Excel. hoja. Las emisiones de escape del motor, como el hidrocarburo (HC), Monóxido de carbono (CO), emisión de óxido nítrico (NO) en cada carga se midieron con la ayuda de un analizador de gases de escape AVL444. Para obtener los parámetros de combustión, la presión del cilindro. y el ángulo del cigüeñal en cada carga se midió y almacenó en el DAS. Las muestras fueron recolectadas durante 20 ciclos continuos. Desde datos promedio de los valores de ángulo de manivela de presión, una ocurrencia de La

presión máxima, la tasa máxima de aumento de la presión y el calor. La tasa de liberación se calculó con la ayuda del software. Para calcular la tasa de liberación de calor, un modelo termodinámico basado en el primer la ley fue utilizada El modelo asume el equilibrio termodinámico. Durante la combustión en el cilindro, pero elimina la temperatura. gradientes, ondas de presión, condiciones de no equilibrio, combustible Vaporización, mezcla, etc. [37]. La primera ley para tal sistema se puede escribir como:

4. Resultados y discusión 4.1. Parámetros de combustión 4.1.1. Diagrama de ángulo de manivela de presión La presión máxima del cilindro de un motor CI depende principalmente de la la cantidad de combustible acumulado en el período de demora y la tasa de combustión en la fase de combustión premezclada [39]. También se ve afectado por la formación de combustible o mezcla durante el período de retardo [40]. los Variación de la presión del cilindro con el ángulo del cigüeñal a plena carga para diesel, KME en el tiempo de inyección retardada (21.5 ºCA bTDC) y cuatro diferentes mezclas KME n-butanol (KBB5, KBB10, KBB15 y KBB20) es representado en la Fig. 2. Se nota una pequeña diferencia en las características de combustión debido a la variación en las propiedades del combustible entre las mezclas de n-butanol diesel, KME y KME. Todos los KME probados Las mezclas de n-butanol y KME siguen un patrón de presión del cilindro similar a la del diesel a plena carga. Se puede observar de la figura que el comienzo de la ignición para KME en 21.5 ºCA (tiempo de inyección retardado) es el más antiguo entre todos los combustibles Probado en el estudio. Esto se atribuye al número de cetano relativamente mayor de KME que la de diesel y otros combustibles probados en este estudio. los el comienzo de la ignición para todas las mezclas KME de n-butanol ocurre Un poco más tarde que el diesel a plena carga. La desviación del inicio. de ignición entre KME y las mezclas de n-butanol KME se encuentra que ser un máximo de 2 o CALIFORNIA. La presión máxima del cilindro de KME en la sincronización de inyección retardada a plena carga es la más baja entre todas las

Fig. 2. Variación de la presión del cilindro de los combustibles de prueba con el ángulo del cigüeñal.

Combustibles probados en el estudio debido a un mayor número de cetano y más combustible Quemado en la fase de combustión controlada por mezcla. La presión máxima de KME ocurre ligeramente antes que la del diesel debido a la avance de la inyección resultante debido a una mayor densidad y menor demora de encendido causada por un mayor número de cetano de KME [41]. La presión máxima de las mezclas de n-butanol KME ocurre poco después de la de KME por máximo alrededor de 2 o CA desde la de KME a plena carga.

Esto puede deberse al mayor retraso en la ignición del biodiesel-butanol. Se mezcla como resultado de un número reducido de cetano.

4.1.2. Retraso de encendido La Fig. 3 muestra la tendencia del retardo de encendido con la carga del motor para Los combustibles probados en esta investigación. El retardo de encendido es el período de tiempo medido en grados de manivela Ángulo entre el inicio de la inyección y el inicio de la ignición. los la demora de encendido en el motor CI está influenciada por el número de cetano de El combustible, las propiedades del combustible y el tiempo disponible para la formación de la mezcla. [42]. Un mayor número de cetano implica más retardo de encendido antes de la combustión. Se puede observar a partir de la figura que, el encendido. el retraso disminuye con el aumento de la carga del motor como resultado de Aumento de la temperatura del cilindro del motor. En todo el espectro de carga, el retardo de encendido de KME en el momento de inyección retardada es el más bajo Entre todos los combustibles probados en este estudio debido a su mayor contenido de cetano. número. El biodiesel usualmente contiene un pequeño porcentaje de diglicéridos en él que son compuestos de mayor punto de ebullición [43]. los Las reacciones químicas durante la inyección de biodiesel a alta temperatura pueden resultar en la descomposición de los ésteres de alto peso molecular. Estas complejas reacciones químicas pueden resultar en La formación de compuestos gaseosos de bajo peso molecular. Rápido La gasificación de este aceite más ligero en la franja del aerosol podría extenderse. fuera del chorro, y por lo tanto los compuestos combustibles volátiles se encenderían anterior y reducir el período de retraso [44]. Sahoo y Das informan resultados similares [45]. El retraso de encendido de KME a 21.5 o California Se encuentra que es más corto en aproximadamente 2 o CA que la de operación diesel en carga completa. Adición de butanol a KME hasta un máximo del 20% (KBB20) aumenta el período de demora a un máximo de aproximadamente 4 o CA a plena carga que la de diesel. Este aumento puede deberse a la Número reducido de cetano y mayor calor latente de vaporización de Butanol en las mezclas KME n-butanol.

4.1.3. Tasa de liberación de calor La variación de la velocidad de liberación de calor con el ángulo del cigüeñal al máximo La carga para los combustibles probados en este estudio se muestra en la Fig. 4. La tasa máxima de liberación de calor depende del período de retraso, la cantidad de combustible que participa en la combustión premezclada y La formación de la mezcla aire-combustible [49]. Debido a la relativamente corta período de retardo, mayor viscosidad y menor valor calorífico, el La tasa máxima de liberación de calor para KME es más baja que la del diesel en carga completa. Las mezclas de KME n-butanol exhiben un calor máximo más bajo tasas de liberación superiores a las de KME y diesel a plena carga. El calor latente De vaporización y contenido energético de las mezclas dominan el calor. tasa de liberación. Los valores de máxima velocidad de liberación de calor para diesel. La operación y KME a plena carga son 56.5 J / o CA y 54.1 J / o California respectivamente. La tasa de liberación de calor para la operación KBB20 es la más baja entre los combustibles probados, esto puede deberse al aumento del calor latente de vaporización.

4.1.4. Presión pico del cilindro La variación de la presión máxima del cilindro con la carga del motor para Todos los combustibles probados en este estudio se muestran en la Fig. 5. El pico la presión del cilindro de un motor CI depende del período de demora, la preparación de la mezcla de combustible y la cantidad de calor liberado durante La fase de combustión premezclada. Se puede observar desde la figura. eso, la presión pico aumenta con un aumento de carga para todos los combustibles probados. Esta tendencia se debe a una mayor cantidad

de combustible. Inyección y mayor temperatura del cilindro a cargas más altas. Un mas alto Se observa una presión máxima en el cilindro de 83.8 bar para diesel a plena carga. La presión máxima de los cilindros de KME es inferior a la de Diesel a plena carga, lo que se debe a un menor calor liberado. Al agregar butanol hasta un 10%, la presión máxima del cilindro aumenta en comparación con KME en toda la operación del motor. Una mayor la cantidad de calor se libera en la fase de combustión premezclada como una resultado de un aumento en el retraso de la ignición y más oxígeno disponible en la mezcla de combustible. Aumentando aún más el porcentaje de butanol en el La mezcla de n-butanol KME disminuye la presión máxima del cilindro a medida que aumenta la presión. la cantidad de calor se libera en la fase de combustión controlada por mezcla. A plena carga, la presión pico más baja del cilindro Se observa 78.8 bar para KME. Esta tendencia puede deberse a que la combustión se está produciendo lejos del TDC debido al aumento en el Retardo de encendido de las mezclas en una carga particular. El cilindro pico los valores solo muestran diferencias menores en magnitud para diferentes mezclas de nbutanol como también se observa en la Ref. [46]. 4.1.5. Duración de la combustión La variación de la duración de la combustión con la carga del motor para el Los combustibles probados en este estudio se muestran en la Fig. 6. Se puede observar de la figura que, la duración de la combustión aumenta con el aumento de la carga. Esto puede ser debido a la mayor cantidad de combustible

Fig. 3. Variación del retardo de encendido de los combustibles de prueba a diferentes cargas.

Velocidad de liberación de calor [J / ° CA] Fig. 4. Variación de la velocidad de liberación de calor con el ángulo del cigüeñal a plena carga

Fig. 5. Variación de la presión máxima del cilindro a diferentes cargas

inyectado en el cilindro. La duración de la combustión de KME es Más corto que la operación diesel en toda la operación del motor. La duración de la combustión de las mezclas de biodiesel-butanol disminuye a medida que la cantidad de butanol en las mezclas aumenta con un excepción de KBB15 a 50% de carga. Esto puede ser debido a la combinación Efectos de la viscosidad reducida y mayor contenido de oxígeno. El aumento de la cantidad de butanol también aumenta el calor latente de vaporización y volatilidad de la mezcla, formando varias

igniciones. centros dentro de la cámara de combustión que reducirían la Tiempo total de mezcla y reacción seguido de una combustión reducida duración [47]. 4.2. Parámetros de rendimiento 4.2.1. Eficacia térmica del freno (BTE) La eficiencia térmica de los frenos de un motor es la medida de su eficiencia para convertir energía química en trabajo útil. BTE es calculado como la relación entre el trabajo útil y el valor calorífico del combustible [48]. La variación de BTE con carga para diesel, KME y su butanol. Las mezclas se muestran en la Fig. 7. La eficiencia térmica de los frenos de todos los combustibles probados en el estudio. Aumenta con el aumento de carga como se esperaba. El BTE de KME es relativamente más bajo que el funcionamiento diésel en toda la carga espectro. Esto puede deberse a la mayor viscosidad de KME que puede dar lugar a una mala formación de pulverización. Además, el valor calorífico de KME es Más bajo que el del diesel. El efecto combinado de estos dos puede ser La razón para un menor BTE de KME en todo el rango de carga. Por Mezclando butanol con KME en pequeños porcentajes, el freno térmico La eficiencia del motor aumenta. Como el butanol es un combustible oxigenado, puede resultar en una combustión más completa. Baja viscosidad de la Las mezclas de n-butanol de KME desarrollan una mejor formación de pulverización que resulta en Mejor calidad de combustión [49]. Además, la duración más corta de la combustión de las mezclas reduce la pérdida de calor en la cámara de combustión, aumentando el BTE. Esta también puede ser la razón para un BTE más alto para

Fig. 6. Variación de la duración de la combustión a diferentes cargas.

Fig. 7. Variación de BTE a diferentes cargas. El funcionamiento de las mezclas KME n-butanol. A plena carga, el valor de BTE para diesel fue de 28.4%, que es 3.2% más alto que el de KME. BTE de KBB5, KBB10, KBB15 y KBB20 a plena carga son 26.9%, 27.1%, 27.8% y 28.1% respectivamente. El BTE de KBB5, KBB10, KBB15 y KBB20 mejorado en aproximadamente un 1.95%, 2.01%, 2.19% y 2.54% respectivamente en una promedio que KME. 4.2.2. Consumo energético específico del freno (BSEC) El consumo de energía específico del freno mide la cantidad de La energía se consume en 1 h para desarrollar una unidad de salida de potencia [49]. La Fig. 8 representa la variación de BSEC con carga para diesel, KME y su Mezclas de butanol. Cuando dos combustibles diferentes de diferente densidad y valores de calefacción Se mezclan, se utiliza el consumo energético específico del freno (BSEC). En lugar del consumo de combustible específico del freno (BSFC). El BSEC disminuye con el aumento de carga para todos los combustibles probados en este investigación. El aumento en el consumo de combustible puede ser la razón para esta tendencia. También se puede observar a partir de la figura que, el BSEC para KME se encuentra que es más alto que el de diesel y otras mezclas en todo el funcionamiento del motor. Esto se debe a la mayor cantidad de Combustible consumido para desarrollar la potencia requerida. Al mezclar nbutanol, la BSEC disminuye aún más como resultado de una más completa combustión. Los valores de BSEC para diesel y KME a plena carga son 12.5 MJ / kWh y 15.3 MJ / kWh respectivamente. Los valores BSEC para KBB5, KBB10, KBB15 y KBB20 a plena carga son 13.3 MJ / kWh, 12.7 MJ / kWh, 12.4 MJ / kWh y 11.9 MJ / kWh respectivamente 4.2.3. Temperatura del gas de escape (EGT) La utilización del calor se refleja en la medición de la Temperatura del gas de escape del motor. La variación de EGT con la carga del motor se representa en la figura 9. Se puede observar en la figura que, la EGT aumenta a medida que la aumenta la carga. Esto se debe a la mayor cantidad de combustible inyectado a producir la potencia de salida requerida. Para KME, en la inyección.

tiempo de 21.5 o CA bTDC, el EGT es más alto que el de Diesel en todo el funcionamiento del motor. Se quema más combustible cerca del TDC como el combustible se inyecta más tarde que la inyección de combustible diesel. Lo mas alto La viscosidad de KME también puede ser la razón para un mayor gas de escape. Temperatura en todo el espectro de carga. Para la cantidad de combustible dada, la cantidad de calor generado dentro del cilindro es mayor para KME que resulta en mayor EGT. El EGT de mezclas de prueba se encuentra primero disminuir y luego aumentar con la adición de n-butanol. Esto es Debido a la presencia de oxígeno en las mezclas que domina el Efecto del retardo de ignición y por lo tanto EGT aumenta. El EGT de KME es 6.28% superior a la del diesel a plena carga. El valor de los rangos de EGT de 122.16 C a 346.29 C a través del espectro de carga. Debido al menor número de cetano de butanol que el de diesel y KME; el número de cetano de las mezclas de prueba también es más bajo que el diesel y KME.

Fig. 9. Variación de la temperatura de los gases de escape a diferentes cargas. Fig. 8. Variación de BSEC a diferentes cargas.

4.3. Parámetros de emisión 4.3.1. Emisiones de monóxido de carbono (CO)

La figura 10 muestra la variación de la emisión de CO para diesel, KME y Su butanol se mezcla con la carga. La emisión de CO en los motores CI es principalmente Debido a la falta de oxígeno, poca formación de mezcla y menos tiempo disponible para conversión de CO a CO2 [49]. Emisión de CO en un motor CI Es considerablemente más bajo en comparación con el motor SI ya que siempre se opera Con exceso de oxigeno. Se puede observar a partir de la figura que el CO La emisión para la operación diesel es la más alta entre todos los combustibles. Probado en el estudio. Esto se debe a que el diesel está libre de oxígeno. KME La operación exhibe una menor emisión de CO que la del diesel. En todo el espectro de carga. El oxígeno presente en la molécula de combustible complementa la combustión. Butanol añadido a KME en menor tamaño. Las proporciones aún reducen la emisión de CO en cargas parciales y en carga completa. El suministro mejorado de oxígeno debido a la adición de butanol es la razón Por la reducción de las emisiones de CO. Los valores de emisión de CO para diesel, KME, KBB5, KBB10, KBB15. y KBB20 a plena carga se encuentran en 2,12 g / kWh, 1,88 g / kWh, 1.51 g / kWh, 1.10 g / kWh, 0.75 g / kWh y 1.22 g / kWh respectivamente. 4.3.2. Emisiones de hidrocarburos no quemados (UHC) Las emisiones de hidrocarburos no quemados (UHC) del motor CI son menores que los motores SI. La variación de emisión de UHC con carga para diesel, KME y sus mezclas de butanol se muestran en la Fig. 11. Según Árbitro. [46] La emisión de UHC se debe principalmente a los siguientes factores: atrapamiento de combustible en el volumen de la grieta de una cámara de combustión, Cantidad masiva a baja temperatura de reacción de oxidación, localmente sobre Mezclas magras o sobre ricas, choque excesivo de la pared o evaporación incompleta del combustible. La emisión de mezclas de UHC es mayor a cargas bajas y menor a cargas altas. Esto puede ser debido a la ampliación de la región de flameado de pulverización pobre durante el relativamente alto Retardo de encendido que tiene la influencia dominante [15]. Este es el región en la que el combustible ya se ha mezclado más allá del límite magro de combustión, sin que entonces pueda auto-encenderse y sostener una Frente de reacción rápida. El valor UHC para KME en todo el motor. La operación es menor en comparación con la del diesel. Esto puede Ser debido a su mayor contenido de oxígeno en las moléculas que mejora. La calidad de la combustión y menos cantidad de combustible inyectado. Similar los resultados también fueron reportados por la ref. [29]. Sin embargo, la mezcla de nbutanol con KME en pequeñas cantidades incrementa marginalmente el UHC

Emisión en comparación con KME en todo el funcionamiento del motor. Esta Se observa una tendencia para KBB10, KBB15 y KBB20. La razon puede ser el mayor retraso de encendido y la mezcla excesiva de aire y combustible. La UHC La emisión de KBB20 exhibe la mayor emisión de UHC entre todas las Combustibles a una carga del 25%. Sin embargo, es más bajo que el funcionamiento con diesel a plena carga. los valores de emisión UHC para KME, KBB5, KBB10, KBB15 y KBB20 en la carga completa es de 0.0024 g / kWh, 0.0162 g / kWh, 0.0081 g / kWh, 0,0094 g / kWh y 0,0108 g / kWh respectivamente. 4.3.3. Emisión de óxido nítrico (NO) La variación de la emisión de óxido nítrico con la carga del motor para El diésel, KME y sus mezclas de butanol se muestran en la Fig. 12. Los motores CI son más propensos a formar óxidos de nitrógeno más altos (NOx) ya que siempre se operan con un combustible de aire ligeramente magro proporción. La formación de NO depende del coeficiente de exceso de aire, oxígeno Concentración, temperatura en el cilindro y tiempo de residencia [49]. Eso Se puede observar en la figura que la emisión de NO de KME en el El funcionamiento completo del motor es mayor en comparación con el diesel debido a El mayor contenido de oxígeno en KME. La emisión de NO de KME es Se observa que es 10.95% más alto que el diesel a plena carga. Como puede Se observará en la figura, para las mezclas, la emisión de NO. inicialmente aumenta hasta KBB5, mientras que disminuye aún más. los El aumento de la emisión de NO se debe al mayor contenido de oxígeno en el mezclas en comparación con KME. El oxígeno contenido en n-butanol. La molécula conduce a una mezcla de aire y combustible más magra. Por el contrario, el menor contenido de calor y el mayor calor latente de vaporización KBB15 y KBB20 son dominantes y NO emiten para estos Las mezclas disminuyen. Además, un aumento en el retardo de encendido debido a la El aumento del porcentaje de butanol en estas mezclas retrasó el inicio de combustión (SOC), lo que resulta en la combustión que se produce en el Ambiente de temperatura relativamente baja [50,51]. Se observa KBB15 tener menos emisiones de NO en un promedio entre otras mezclas a través el espectro. La emisión de NO de KBB15 es menor en aproximadamente el 11% de la operación de KME a plena carga. 4.4. Efecto del aditivo oxigenado El éter dietílico se utilizó como aditivo oxigenado en este estudio. Las propiedades de DEE se dan en la Tabla 2. De los experimentos. llevado a cabo para varias mezclas, se eligió KBB15 como la mejor mezcla ya que exhibió mejor rendimiento y menor emisión promedio que otras mezclas

4.4.1. Parámetros de emisión 4.4.1.1. NO hay emisión. La figura 13 representa la variación de la emisión de NO. con carga para diesel, KBB15, KBBD1, KBBD3 y KBBD5. Puede ser observó que la emisión de NO se reduce con un aumento en el Porcentaje de DEE en el combustible. La operación diesel exhibe la más alta NO hay emisión en toda la gama de funcionamiento del motor, cuando En comparación con los otros combustibles probados en este estudio, como resultado de una mayor Calor liberado en la fase de combustión premezclada. La emisión de NO de KBB15 a 21.5 o CA se reduce en un 11%. En comparación con el funcionamiento del diesel a plena carga. Esto puede ser debido a la inyección retardada de combustible y el menor valor calorífico de KBB15 que la del diesel. Añadiendo pequeñas cantidades de DEE, el encendido. el retardo podría reducirse y causar una menor cantidad de combustible inyectado [52]. Además, el mayor calor latente de vaporización de DEE reduce la La temperatura dentro del cilindro causando una menor emisión de NO para KBBD1, KBBD3 y KBBD5 en toda la operación del motor. KBBD5 exhibe la menor emisión de NO entre todos los combustibles probados en este estudio que es inferior en aproximadamente un 10% que el de KBB15 a plena carga. 4.4.1.2. Emision de CO. La Fig. 14 representa la tendencia de la emisión de CO con Carga del motor para diesel, KBB15 con y sin operaciones DEE. Generalmente, la emisión de CO del motor diesel es considerablemente baja.

Las características del rociado de combustible, el contenido de oxígeno, la tasa de oxidación, La temperatura en el cilindro y la formación del centro de ignición son cambiado debido al efecto de los alcoholes y aditivos oxigenados [53]. La emisión de CO resulta del suministro de oxígeno inadecuado para el proceso de combustión También se ve afectado por la formación de la mezcla aire-combustible. y duración de la combustión. Como KBB15 tiene más moléculas de oxígeno. y menor duración de la combustión, la emisión de CO se encuentra que es Menor que el del combustible diesel en todo el espectro de carga. Adición de DEE aumenta el contenido de oxígeno de KBBD1, KBBD3 y KBBD5. Como resultado, se encuentra que la emisión de CO se reduce aún más en toda la funcionamiento del motor. Sin embargo, los valores de KBBD3 y KBBD5 tienen una diferencia marginal a plena carga. 4.4.1.3. Emisiones UHC. La variación de emisión UHC con motor. la carga para diesel, KBB15 con y sin operaciones DEE se muestra en la Fig. 15. Se puede observar a partir de la figura que, la emisión de UHC para KBB15 es menor que la operación de diesel al 50%, 75% y 100% carga mientras que es más que la de diesel al 25% de carga. UHC superior la emisión a una carga del 25% se debe al ensanchamiento de la región de ignición por pulverización pobre durante el relativamente alto retardo de encendido que tiene influencia dominante [15]. También se puede observar que la UHC aumentos de emisiones para los combustibles mezclados DEE a cargas bajas y parciales La adición de DEE en una pequeña cantidad puede causar un efecto de enfriamiento debido a El aumento del calor latente de vaporización [54]. Otra posible La razón puede ser la mezcla excesiva de aire con combustible.

5. Conclusiones En esta investigación, se realizó un análisis para evaluar las características de combustión, emisión y rendimiento de las mezclas de nbutanol KME en un solo cilindro, cuatro tiempos, refrigerado por aire, DI Motor diesel para evaluar la combustión, el rendimiento y la emisión. Parámetros del motor. Cuatro mezclas de KME n-butanol a saber KBB5, KBB10, KBB15 y KBB20 se probaron en el motor de prueba. Sobre la base de los resultados, se eligió KBB15 como la mezcla de combustible óptima. Además, se agregó DEE en pequeñas cantidades a KBB15 y tres mezclas a saber KBBD1, KBBD3 y KBBD5 se probaron en el mismo Motor de prueba para evaluar la reducción de emisiones. El seguimiento Son hallazgos importantes de la investigación: - A plena carga, se encuentra que el retardo de encendido de KME a 21.5 CA es más corto en aproximadamente 2 CA que el de la operación diesel mientras que el La adición de butanol al diesel aumenta el período de demora en El máximo de 4 CA a plena carga. - Se observa la presión pico máxima del cilindro de 83.3 bar. El diesel y la presión máxima más baja de 78 bar se encuentran para KME a plena carga. Esto es debido al menor calor liberado durante La combustión en caso de KME. - La duración de la combustión aumenta al aumentar la carga. Al completo carga la duración de la combustión disminuyó como el porcentaje de Butanol en la mezcla aumentó. - En promedio, se observó que el BTE aumentó a medida que el El porcentaje de butanol en la mezcla aumentó. El BTE del diesel. y se observó que KBB20 es 3.2% y 2.9% más alto que el BTE de KME a plena carga. Se observó una tendencia opuesta para el BSEC.

- La presencia de oxígeno en el butanol dominó el efecto de retardo de encendido en EGT como el porcentaje de butanol en la mezcla aumenta Por lo tanto, a medida que aumenta la cantidad de butanol en la mezcla el EGT primero disminuyó y luego aumentó en cualquier particular carga. - En promedio, la emisión de CO se redujo como la proporción de butanol en La mezcla aumentó como resultado del suministro de oxígeno mejorado debido A la adición de butanol. Adición de DEE a la KBB15 adicional Reducida la emisión de CO. - Con el aumento de la carga, la emisión UHC de las mezclas disminuyó. En comparación con el diesel. Esta tendencia se debe a la ampliación de La región de ignición por aspersión durante el retardo de encendido. La adición de DEE a KBB15 aumentó la emisión de UHC. sin embargo, el Se agregó la diferencia entre la emisión UHC de KBB15 y DEE. mezclas (KBBD1, KBBD3 y KBBD5) reducidas con el aumento carga. - La emisión de NO de las mezclas primero aumenta y luego Disminuye con el aumento del porcentaje de butanol en la mezcla. El aumento en la emisión de NO se debe al mayor oxígeno. contenido de las mezclas que está dominada por el efecto de menor Contenido de calor y mayor calor latente de vaporización. Añadiendo DEE a KBB15 disminuye aún más la emisión de NO.