VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ - ENERGETICKÝ ÚSTAV ODBOR TERMOMECHANIKY A TECHNIKY PROSTŘEDÍ Ř Í
doc. Ing. Josef ŠTETINA, Ph.D. Předmět 3. ročníku BS
http://ottp.fme.vutbr.cz/sat/
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
říjen 2008
Odpověď na otázku Experimentální metody v technice – předmětt1. ročníku Jaký J ký vliv li na k kroutící tí prostředí í moment, výkon ýkNMS zážehového motoru mají: j
• vyšší teplota snižuje M, P protože motor nasaje méně vzduchu (hmotnostně) • vyšší tlak zvyšuje M, P protože motor nasaje více vzduchu (hmotnostně) • vyšší vlhkost vzduchu zvyšuje M M, P P, protože vodní pára podporuje hoření, teprve vysoká vlhkost nad 90 % snižuje výkon ý •Vyšší nadmořská výška nižší tlak 2 Upravené vydání 2007 2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Důvody nasazení alternativních pohonů ů Kontaktní
Bezkontaktní
Snižování emisí CO, NOx, uhlovodíky • Snižování CO2 • Snižování pevných částic • Snižování S iž á í spotřeby tř b paliv li • Snižování závislosti na ropě •
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Hybridní y p pohony y
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Hybridní pohon
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Typy ypy zapojení p j
Sériový ý
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Paralelní
Používaná realizace (hybridní) ( y )
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Plynná paliva LPG (Liquefied Petroleum Gas) resp. zkapalněný propan-butan, který vzniká jako vedlejší produkt při zpracování ropy, je možné využít též jako palivo pro motorová vozidla. Využívání LPG v motorových vozidlech je z technického hlediska ověřené a bezproblémové. Je možná dodatečná montáž do sériového vozidla, idl u naftových ft ý h motorů t ů je j nutná t á rekonstrukce k t k na plynový l ý zážehový áž h ý motor. t Výfukové plyny motorů poháněných LPG obsahují méně škodlivin, výkon je cca o 5 % nižší a spotřeba o cca 10 % vyšší v porovnání se zážehovými motory. LPG však nepředstavuje dlouhodobé řešení problému automobilového průmyslu. Spalováním LPG vznikají stejné hlavní znečišťující látky jako u benzinu a nafty, třebaže je jich daleko méně. Zejména se však nejedná o obnovitelný zdroj energie. energie
1 … 10 11 12 13 14 15 16 17 18
1 … 10 11 12 13 14 15 16 17 18
CNG (Compressed Natural Gas) – zemní plyn Parametr CH4 Vyšší uhlovodíky CO2 N2 Celková síra Výhřevnost Spalné teplo Hustota Relativní hutnota Spalovací p rychlost, y , max Wobbeho číslo Meze výbušnosti Bod vzplanutí Bod hoření Teplota vznícení Bod tuhnutí Teplota varu Stechiometrický objem vzduchu ke spalování St hi Stechiometrický t i ký objem bj vlhkých lhký h spalin li Teoretické složení spalin Max. % CO2 v suchých spalinách Adi b ti ká spalovací Adiabatická l í teplota t l t Oktanové číslo
1 … 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Rozměr 0 / 0 / 0 / 0 / mg/m3
Hodnota 97,99 1,07 0,11 0,83 0,20
MJ/m3 MJ/m3 kWh/m3
34 091 34,091 37,852 10,514 0,694 0,568 34 53,6 4,4-15 152 650 537-580 pod -182 -162 9,51
kg/m3 cm/s MJ/m3 % °C °C °C C °C °C m3 m3/m / 3 0 / % °C -
10 51 10,51 9,53 CO2 18,95 H2O 71,52 N2 11,75 2 055 130
Sériová vozidla www.cng.cz 1 4i CNG Citroën Berlingo 1,4i Provoz CNG Výkon 48 kW (65 PS) Obsah nádrže 11 4 kg (16 11,4 (16,0 0 m3 ) Komb. spotřeba 6,0 kg (8,4 m3) na 100 km Dojezd 190 km Emise CO2 146 (g/km)
Provoz benzín 55 kW (75 PS) 55 l 7,8 l 700 km 185
1 … 10 11 12 13 14 15 16 17 18
13
Plnicí stanice
1 … 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Předstih zážehu
1 … 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Části plynového Část p y o é o pohonu po o u
1 … 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Bioplyn
V dopravě se bioplynem rozumí palivo vzniklé biologickými procesy z organických hmot, které je pro účely pohonu motorových vozidel zbaveno nežádoucích příměsí příměsí, zejména oxidu uhličitého a sirovodíku sirovodíku, tak aby odpovídalo požadavkům na zemní plyn (obsah methanu vyšší než 95 %, výhřevnost srovnatelná). Hlavní nevýhody používání bioplynu v dopravě jsou: •jeho omezené množství •lokální výroba ý (většinou ( jjsou bioplynové py stanice umístěny y odlišně od místa potřeby – autobusová depa ...) •nákladné čištění na kvalitu zemního plynu.
1 … 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Kapalná paliva Etanol - je zřejmé, zřejmé že etanol nemůže nahradit úplně klasická paliva, paliva může však přispět k nahrazení části ropy a ozdravění životního prostředí hlavně ve městech. Etanol je možné použít bud'jako palivo pro speciálně upravené motory nebo jako přísadu do benzinů ů v rozsahu 3 až 15 %. Etyl-terc.-butyl etr (ETBE) jsou žádanou komponentou automobilových benzinů. Jejich výhodou je větší výhřevnost, menší tlak par, vysoké oktanové číslo a ve srovnání s alkoholy se s benzinem lépe mísí a vzniklá směs je stabilní. Výrobu éterů lze provést podobným způsobem, a to reakcí příslušného alkoholu, metanolu t l nebo b etanolu, t l s nenasyceným ý plynným l ý uhlovodíkem hl dík i b t isobutenem (i (isoC4H8) v přítomnosti kyselého katalyzátoru.
1 … 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Etanol Vlastnosti paliva
Etanol
ETBE
Benzin
46
102
111
109 / 92
118 / 105
96 / 85
11
-
8
Tlak par podle Reida (kPa)
16,5
28,0
75,0
Hustota 15°C 15 C (g/cm3)
0,80
0,74
0,75
Výhřevnost (MJ/kg)
26,4
36,0
41,3
Výhřevnost (MJ/l)
21,2
26,7
31,0
Stechiometrický poměr vzduch/palivo (hm.) Bod varu (°C)
9,0
-
14,7
78
72
30 - 190
Zápalná teplota (°C)
425
Bod vzplanutí (°C)
12
-19
-35
3 5 / 15 3,5
12/9 1,2 9,1 1
13/7 1,3 7,6 6
Rel. molekulová hmotnost (g/mol) Oktanové číslo RON / MON Cetanové číslo
M Meze výbušnosti ýb š ti D / H (% v/v) / ) 1 … 10 11 12 13 14 15 16 17 18
>280
Metanol Vozidla jezdící na metanol se z hlediska výkonu a dojezdu podobají vozidlům na benzín nebo naftu. Vlastnosti paliva
Metanol
MTBE
Benzin
Rel. molekulová hmotnost (g/mol)
32
88
111
Oktanové číslo ((RON))
110
116
97
Oktanové číslo (MON)
92
100
86
Cetanové číslo
5
-
8
Tl k par podle Tlak dl Reida R id (kPa) (kP )
31 7 31,7
57 0 57,0
75 0 75,0
Hustota 15°C (g/cm3)
0,79
0,74
0,75
Výhřevnost (MJ/kg)
19,8
35,2
41,3
Výhřevnost (MJ/l)
15,6
26,0
31,0
Stechiometrický poměr vzduch/palivo (hm.)
6,5
-
14,7
Bod varu ((°C) C)
65
55 3 55,3
30 190 30-190
1 … 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Bionafta
http://www.biodiesel.cz p
Vlastnosti paliva
Bionafta (MERO)
Motorová nafta
Rel. molekulová hmotnost (g/mol)
~300
170-200
Cetanové číslo
~54
51
Hustota při 15°C (g/cm3)
0,88
0,84
Výhřevnost (MJ/kg)
37,3
42,7
ý (MJ/l) ( ) Výhřevnost
32,0 ,
35,7 ,
Stechiometrický poměr vzduch/palivo (hm.)
12,3
14,53
Obsah kyslíku (% hm.)
9-11
<0,6
Kinematická viskozita při 20°C 20 C (mm2/s)
7,4
4,0
91-135
77
Bod vzplanutí (°C)
1 … 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Vodík • Spalování vodíku • Zdroj elektrické energie
1 … 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Elektromobil – pohon vodíkem – palivový li ý článek člá k
1 … 10 11 12 13 14 15 16 17 18
1 … 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Elektromobily
1 … 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Scénář rozvoje alternativních paliv li d do roku k 2020 Rok
Biopaliva (%)
Zemní plyn (%)
Vodík
(%) Celkem
2005
2
2010
6
2
2015
(7)
5
2
14
2020
(8)
10
5
(23)
2
1 … 10 11 12 13 14 15 16 17 18
8
(%)
Zvyšování yšo á úč účinnosti os
1 … 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Zvyšování účinnosti DIESOTTO
1 … 10 11 12 13 14 15 16 17 18
