Μελζτθ λειτουργικών χαρακτθριςτικών κινθτιρα εςωτερικισ καφςθσ τροφοδοτοφμενου με αζριο αεριοποίθςθσ βιομάηασ

ΑΡΙΣΟΣΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΘΜΙΟ ΘΕΑΛΟΝΙΚΘ ΠΟΛΤΣΕΧΝΙΚΘ ΧΟΛΘ ΣΜΘΜΑ ΜΘΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΘΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΘΡΙΟ ΕΦΑΡΜΟΜΕΝΘ ΘΕΡΜΟΔΤΝΑΜΙΚΘ ΔΙΠΛΩΜΑΣΙΚΘ ΕΡΓΑΙΑ Μελζτθ λειτουργικών χαρακτθριςτικών κινθτιρα εςωτερικισ καφςθσ τροφοδοτοφμενου με αζριο αεριοποίθςθσ βιομάηασ ΗΘΙΜΟ Κ. ΣΟΤΜΑΑΣΟ ΑΕΜ.: 5094 ΤΠΕΤΘΤΝΟ ΚΑΘΘΓΘΣΘ: ΑΜΑΡΑ ΗΘΘ ΑΡΜΟΔΙΟ ΠΑΡΑΚΟΛΟΤΘΘΘ: ΣΙΑΚΜΑΚΘ ΣΕΦΑΝΟ ΘΕΑΛΟΝΙΚΘ ΙΟΤΝΙΟ 2014

ε λ ί δ α 2 150

1 ΑΡΙΣΟΣΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΘΜΙΟ ΘΕΑΛΟΝΙΚΘ 5. Τπεφκυνοσ: Κακ. αμαράσ Ηιςθσ 7. Σίτλοσ εργαςίασ: 2. ΣΜΘΜΑ ΜΘΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΘΧΑΝΙΚΩΝ 3. ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟ ΣΟΜΕΑ 4. 6. Αρμόδιοσ Παρακολοφκθςθσ: Σςιακμάκθσ τζφανοσ ΕΡΓΑΣΘΡΙΟ ΕΦΑΡΜΟΜΕΝΘ ΘΕΡΜΟΔΤΝΑΜΙΚΘ Μελζτθ λειτουργικϊν χαρακτθριςτικϊν κινθτιρα εςωτερικισ καφςθσ τροφοδοτοφμενου με αζριο αεριοποίθςθσ βιομάηασ 8. Ονοματεπϊνυμο φοιτθτι : ΣΟΤΜΑΑΣΟ ΗΘΙΜΟ 10.Θεματικι περιοχι: Παραγωγι και χριςθ ενζργειασ 11. Θμερομθνία ζναρξθσ: Δεκζμβριοσ 2012 9. Αρικμόσ μθτρϊου: 5094 12. Θμερομθνία παράδοςθσ: Ιοφνιοσ 2014 13. Αρικμόσ εργαςίασ: 14.DI.0062.V1 14. Περίλθψθ: Οι παγκόςμιεσ γεωπολιτικζσ εξελίξεισ που διαταράςςουν τθν ενεργειακι αςφάλεια ςε ςυνδυαςμό με τθν ολοζνα και αυξανόμενθ τιμι των ςυμβατικϊν καυςίμων οδθγοφν ςτθν αναγκαιότθτα λιψθσ αποφάςεων που κα κωρακίςουν τθν ενεργειακι ςτακερότθτα και κα προάγουν τθν χριςθ εναλλακτικϊν και ανανεϊςιμου χαρακτιρα καυςίμων. το παραπάνω πλαίςιο θ Ευρωπαϊκι Ζνωςθ χρθματοδοτεί ερευνθτικι δραςτθριότθτα ςε κζματα ενεργειακισ αξιοποίθςθσ βιομάηασ. Ανάμεςα ςε αυτά είναι και το SMARt-CHP που χρθματοδοτικθκε από το πρόγραμμα LIFE+. τα πλαίςια του προγράμματοσ διερευνικθκε θ δυνατότθτα αξιοποίθςθσ βιομάηασ με τθν τεχνολογία τθσ αεριοποίθςθσ. Θ μονάδα SMARt-CHP είναι πρακτικά ζνασ αντιδραςτιρασ αεριοποίθςθσ ρευςτοποιθμζνθσ κλίνθσ όπου τα προϊόντα τθσ αεριοποίθςθσ τροφοδοτοφνται ςε κινθτιρα εςωτερικισ καφςθσ. τα διάφορα πειράματα που ζγιναν ςτα πλαίςια του προγράμματοσ ςε αυτι τθν πειραματικι διάταξθ, ιταν και μελζτθ των λειτουργικϊν χαρακτθριςτικϊν του κινθτιρα εςωτερικισ καφςθσ όταν αυτόσ τροφοδοτείται με αζριο αεριοποίθςθσ βιομάηασ, που είναι και το κζμα τθσ παροφςασ διπλωματικισ. Σρία είδθ βιοκαυςίμων χρθςιμοποιικθκαν, πυρινεσ από ελιά, ροδάκινο και ςταφφλι Για αυτό τον λόγο πραγματοποιικθκε λιψθ πίεςθσ ανά γωνία ςτροφάλου όταν ο κινθτιρασ τροφοδοτοφνταν από αζριο αεριοποίθςθσ. Από τα δεδομζνα πίεςθσ υπολογίςτθκε θ ζκλυςθ κερμότθτασ, το ενδεικνφμενθ μζςθ πίεςθ (imep) και άλλα μεγζκθ. τθν παροφςα διπλωματικι εργαςία παρουςιάηεται μια πειραματικι μελζτθ, με ςτόχο τθν διερεφνθςθ τθσ καφςθσ και τθσ λειτουργικισ ςυμπεριφοράσ κινθτιρα επιβαλλομζνθσ ανάφλεξθσ, ο οποίοσ τροφοδοτείται με αζριο αεριοποίθςθσ προερχόμενο από τρία ειδι βιομάηασ. Ο μονοκφλινδροσ κινθτιρασ ςυηεφχκθκε ςε ζνα αεριοποιθτι ρευςτοποιθμζνθ κλίνθσ προσ παραγωγι κερμότθτασ και θλεκτριςμοφ (γνωςτι και ωσ ςυμπαραγωγι ι CHP) μικρισ κλίμακασ. Σρία πρωτογενι καφςιμα βιομάηασ, πυρινεσ από ελιά, ροδάκινο και ςταφφλι, χρθςιμοποιικθκαν για τθν παραγωγι του αερίου αεριοποίθςθσ. Ο κινθτιρασ, που αρχικά ςχεδιάςτθκε να λειτουργεί με προπάνιο, τροφοδοτικθκε με μίγματα αερίου αεριοποίθςθσ και προπανίου ςε διάφορεσ ςτροφζσ λειτουργίασ τθσ μθχανισ και αναλογίεσ ανάμιξθσ. 15. τοιχεία εργαςίασ: Αρ. ελίδων: 144 Αρ. Εικόνων: 84 Αρ. Διαγραμμάτων:18 Αρ. Πινάκων: 19 Αρ. Παραρτθμάτων: 2 Αρ. Παραπομπϊν: 82 16. Λζξεισ κλειδιά: υμπαραγωγι Αεριοποίθςθ βιομάηασ Δυναμοδεικτικό Ζκλυςθ κερμότθτασ Διεργαςία διπλοφ καυςίμου Εργαςτιριο Εφαρμοςμζνθσ Θερμοδυναμικισ (ΕΕΘ). 17. χόλια: 18. υμπλθρωματικζσ παρατθριςεισ: 19. Βακμόσ: ε λ ί δ α 3 150

ε λ ί δ α 4 150

Πρόλογοσ Θ παροφςα διπλωματικι εργαςία μελετά τθν ςυμπεριφορά κινθτιρα εςωτερικισ καφςθσ ςε λειτουργία με καφςιμο αζριο από αεριοποίθςθ βιομάηασ. Ο αεριοποιθτισ τροφοδοτείται με βιομάηα παράγοντασ αζριο αεριοποίθςθσ όπου παρζχεται ςτθν ςυνζχεια ωσ καφςιμο μαηί με προπάνιο ςε μονοκφλινδρο κινθτιρα εςωτερικισ καφςθσ. Μελετάται θ απόδοςθ και τα λειτουργικά χαρακτθριςτικά του κινθτιρα ςε λειτουργία με αζριο αεριοποίθςθσ προερχόμενο από διαφορετικά είδθ βιομάηασ κάκε φορά. Θ μελζτθ αυτι ζγινε ςτα πλαίςια του προγράμματοσ SMARt CHP: Επιδεικτικι Λειτουργία Μικρισ Κλίμακασ Κινθτισ Μονάδασ Αεριοποίθςθσ Αγροτικϊν Τπολειμμάτων για τθν Αποκεντρωμζνθ υμπαραγωγι Θερμότθτασ και Θλεκτριςμοφ. Σο πρόγραμμα χρθματοδοτικθκε από το LIFE+, το όργανο τθσ Ευρωπαϊκισ Ζνωςθσ για τθ ςτιριξθ περιβαλλοντικϊν και ςυςχετιηόμενων με τθν προςταςία του περιβάλλοντοσ ζργα. τόχοσ ιταν ο ςχεδιαςμόσ και θ καταςκευι μιασ κινθτισ μονάδασ αεριοποίθςθσ για τθν παραγωγι αερίου, από γεωργικά και δαςικά υπολείμματα, το οποίο κα χρθςιμοποιθκεί ςε θλεκτροπαραγωγό ηεφγοσ για τθν παραγωγι κερμότθτασ και θλεκτριςμοφ. Αρχικά κα ικελα να ευχαριςτιςω των κακ. κ. Ηιςθ αμαρά, Διευκυντι του Εργαςτθρίου Εφαρμοςμζνθσ Θερμοδυναμικισ και υπεφκυνο τθσ παροφςασ διπλωματικισ για τθν εμπιςτοςφνθ που μου ζδειξε, δίνοντασ τθν δυνατότθτα να εφαρμόςω τθν κεωρία ςτθν πράξθ αλλά και να εμβακφνω ςε ζνα πολφ ενδιαφζροντα τομζα. Ζνα μεγάλο ευχαριςτϊ ςτον υποψιφιο διδάκτορα τζφανο Σςιακμάκθ για τθν άψογθ ςυνεργαςία μασ και κυρίωσ τθν πολφτιμθ κακοδιγθςι του. Δεν μπορϊ να μθν ευχαριςτιςω επίςθσ του διδάκτορεσ Δθμιτρθ Μερτηι και Θανάςθ Δθμάρατο για τθ πολφτιμθ παροχι βοικειασ και τθν μετάδοςθ εμπειριϊν και γνϊςεων πάνω ςτο αντικείμενο. Σζλοσ οφείλω να ευχαριςτιςω όλουσ τουσ υποψιφιουσ διδάκτορεσ του Εργαςτθρίου Εφαρμοςμζνθσ Θερμοδυναμικισ και το προςωπικό του εργαςτθρίου για τθν άμεςθ υποςτιριξθ, κακϊσ επίςθσ και τον ςυμφοιτθτι μου Σςαβλίδθ Ιωάννθ για τθν βοικειά του. Εφχομαι θ παροφςα διπλωματικι εργαςία να αποτελζςει το ζναυςμα για επιπλζον ζρευνα πάνω ςτθν διεργαςία ςυμπαραγωγισ με αεριοποίθςθ βιομάηασ του SMARt CHP. ΗΘΙΜΟ Κ. ΣΟΤΜΑΑΣΟ Θεςςαλονίκθ Ιοφνιοσ 2014 ε λ ί δ α 5 150

ε λ ί δ α 6 150

Στουσ γονείσ μου Ευτυχία και Κοςμά Ελλάδα Αιώνια γαλινθ ανάμεςα ςε κάκε δίνθ Γαλάηιο κι ουρανόσ ςε ςχιμα γαμπρικό Ο γζροσ και ο νιόσ ςτον ίδιο τον χορό Η αυκεντία τθσ ηωισ ςτον ομφαλό τθσ Γισ. Ποιθτικι ςυλλογι από τθν Κω Τουμαςάτοσ Ζιςιμοσ ε λ ί δ α 7 150

ε λ ί δ α 8 150

Περιεχόμενα Πρόλογοσ... 5 1. Ειςαγωγι... 15 2. Παρόμοια Ζρευνα... 17 2.1 Επιςκόπθςθ και ανάλυςθ αποτελεςμάτων χριςθσ αερίου αεριοποίθςθσ ςε ΜΕΚ... 17 2.1.1 Είδοσ καυςίμου αεριοποίθςθσ και τεχνικζσ ειςαγωγισ... 17 2.2.2 Επίδραςθ χαρακτθριςτικϊν απόδοςθσ τθσ ΜΕΚ... 18 2.2 Γενικά ςυμπεράςματα... 25 3. Πειραματικι Διάταξθ... 27 3.1 Παρουςίαςθ τθσ μονάδασ SMARt-CHP... 27 3.2 Παρουςίαςθ μετρθτικϊν οργάνων... 34 3.3 Καφςιμα... 38 4.Θεωρθτικό Τπόβακρο... 42 4.1 Διαδικαςία υπολογιςμοφ λόγου αζρα καυςίμου και κερμογόνου δφναμθσ... 42 4.2. Μζτρθςθ δυναμοδεικτικοφ διαγράμματοσ... 47 4.3 Ανάλυςθ μζςω ζκλυςθσ κερμότθτασ... 49 4.3.1 Μθχανικό ζργο... 54 4.3.2 Μοντζλο μετάδοςθσ κερμότθτασ ςτον κφλινδρο... 56 4.4 Διαδικαςία υπολογιςμοφ τθσ IMEP... 63 4.5 Διαδικαςία υπολογιςμοφ του θλεκτρικοφ βακμοφ απόδοςθσ... 63 4.6 Διαδικαςία υπολογιςμοφ τθσ ειδικισ κατανάλωςθσ καυςίμου bsfc... 64 5.Μεκοδολογία Μετριςεων και Επεξεργαςία Δεδομζνων... 65 6.Παρουςίαςθ Αποτελεςμάτων... 67 6.1. Επίδραςθ τθσ κερμοκραςίασ αεριοποίθςθσ ςτθν ςφςταςθ και ποιότθτα του παραγόμενου αερίου... 67 6.2 Επίδραςθ του αερίου αεριοποίθςθσ ςτθ λειτουργία και απόδοςθ του κινθτιρα... 72 6.2.1 Επίδραςθ του πρωτογενοφσ καυςίμου βιομάηασ... 72 6.2.2 Επίδραςθ του κλάςματοσ μάηασ αερίου αεριοποίθςθσ ςτο καφςιμο μίγμα... 81 7.υμπεράςματα... 90 8.Βιβλιογραφία... 91 9 Παράρτθμα... 98 9.1 Διαδικαςία υπολογιςμοφ τθσ κερμογόνου δφναμθσ. των καυςίμων... 98 ε λ ί δ α 9 150

9.2 Οδθγίεσ χριςθσ μονάδασ SMARt-CHP... 108 1 Περιγραφι μονάδασ SMARt-CHP... 115 2 φντομοσ οδθγόσ εκκίνθςθσ... 121 3 Αναλυτικζσ οδθγίεσ χριςθσ... 122 3.1 Προκζρμανςθ... 122 3.1.1 Ζλεγχοι... 122 3.1.2 Ενζργειεσ... 124 3.2 Ζναυςθ Εκκίνθςθ... 128 3.3 Προκζρμανςθ ΘΗ... 131 3.4 Αεριοποίθςθ κατά τθν θλεκτροπαραγωγι... 136 3.5 Λειτουργία ΘΗ με αζριο αεριοποίθςθσ... 138 3.6 υντιρθςθ ςυςτιματοσ... 140 3.6.1 Κακαριςμόσ κυκλωνίου... 140 3.6.2 Καφςθ εξανκρακϊματοσ... 141 3.6.3 Κακαριςμόσ παγίδασ... 142 3.6.4 Αλλαγι νεροφ ςτο βαρζλι 1... 143 3.6.5 Αναγόμωςθ ςιλό καυςίμου... 143 3.6.6 Αλλαγι φιάλθσ προπανίου ςτο ΘΗ... 144 3.7 Σερματιςμόσ λειτουργίασ... 144 4 Επίλυςθ προβλθμάτων... 146 ΠΑΡΑΡΣΘΜΑ Α... 149 ΤΠΟΔΕΙΓΜΑ ΑΡΧΕΙΟΤ ΠΡΩΣΟΚΟΛΛΟΤ... 149 ε λ ί δ α 10 150

Ευρετιριο Εικόνων Εικόνα 1 Οριςμόσ των διαφορετικϊν διεργαςιϊν καφςθσ ςε κινθτιρεσ αερίου (9)... 18 Εικόνα 2 Πειραματικι διάταξθ μελζτθσ ςυμπεριφοράσ κινθτιρα με προςομοιωμζνο αζριο αεριοποίθςθσ (10)... 20 Εικόνα 3 Παρουςίαςθ ςυςτιματοσ ανάφλεξθσ με ζγχυςθ πετρελαίου (34) (35)... 24 Εικόνα 4 Ροθικι διάταξθ υποςυςτθμάτων τθσ μονάδασ... 28 Εικόνα 5 Πρόοψθ (πάνω) και κάτοψθ (κάτω) τθσ μονάδασ SMARt-CHP... 30 Εικόνα 6 Πρόγραμμα παρακολοφκθςθσ και ελζγχου του κινθτιρα (πάνω: γενικά δεδομζνα λειτουργίασ κινθτιρα, κάτω: δεδομζνα ςχετικά με το θλεκτροπαράγωγο ηεφγοσ)... 32 Εικόνα 7: Διάταξθ ειςαγωγισ αερίου αεριοποίθςθσ ςτον κινθτιρα. Πάνω δεξιά φαίνεται θ τροποποίθςθ τθσ ειςαγωγισ αζρα ϊςτε να τροφοδοτείται ο κινθτιρασ και με αζριο αεριοποίθςθσ.... 33 Εικόνα 8 χθματικό διάγραμμα τθσ διάταξθσ ανάμειξθσ αερίου.... 34 Εικόνα 9 Μετρθτισ κατανάλωςθσ προπανίου... 34 Εικόνα 10 Οι δφο τφποι χρωματογράφων που χρθςιμοποιικθκαν ςτο πείραμα... 35 Εικόνα 11 Πιεηοκρφςταλλοσ (αριςτερά) και ενιςχυτισ (δεξιά) που χρθςιμοποιικθκαν ςτο πείραμα... 36 Εικόνα 12 Κάρτα καταγραφισ δεδομζνων (αριςτερά) και παλμογράφοσ (δεξιά)... 36 Εικόνα 13 υνολικι διάταξθ ελζγχου και λιψθσ δυναμοδεικτικϊν του κινθτιρα... 37 Εικόνα 14: Σα τρία πρωτογενι καφςιμα βιομάηασ που λθφκικαν υπόψθ. Απο αριςτερά πρόσ δεξιά ζχουμε πυρινεσ απο ροδάκινο, ςταφφλι και ελιά.... 39 Εικόνα 15 Δομι πιεηοκρυςτάλλου για διαμικεσ (αριςτερά) και εγκάρςιο (δεξιά) τρόπο μζτρθςθσ (53) (54)... 47 Εικόνα 16 Μζκοδοσ ελζγχου τθσ γωνίασ ςτροφάλου (18)... 48 Εικόνα 17 Συπικό διάγραμμα πίεςθσ ςυναρτιςει τθσ γωνίασ ςτροφάλου (18)... 49 Εικόνα 18 Θάλαμοσ καφςθσ με διακριτά τα όρια του ςυςτιματοσ (64)... 50 Εικόνα 19 χθματικι παράςταςθ του μθχανιςμοφ ςτροφάλου-διωςτιρα- εμβόλου (64)... 55 Εικόνα 20χθματικι παράςταςθ του μθχανιςμοφ ςτροφάλου - διωςτιρα - εμβόλου... 55 Εικόνα 21 Ειδικό λογιςμικό επίβλεψθσ και καταγραφισ δεδομζνων πίεςθσ και κερμοκραςίασ του αντιδραςτιρα... 66 Εικόνα 22 Πρόγραμμα επεξεργαςίασ ςιματοσ πιεηοκρυςτάλλου... 67 Εικόνα 23 Σομι κερμιδομζτρου τφπου βόμβασ Parr... 98 Εικόνα 24 Ηυγόσ Precisa 40SM-200A... 99 Εικόνα 25 Ηυγόσ sartirius... 100 Εικόνα 26 Φορθτό κερμόμετρο OMEGA HH 42... 101 Εικόνα 27 Αναμενόμενθ αφξθςθ τθσ κερμοκραςίασ του νεροφ ςε ςυνάρτθςθ με τθ μάηα του καυςίμου ςτθν οβίδα και παράμετρο τθ κερμογόνο δφναμθ του καυςίμου (82)... 107 Εικόνα 1: Σο ςφςτθμα τροφοδοςίασ... 115 Εικόνα 2: Κάτω μζροσ αντιδραςτιρα... 116 Εικόνα 3: Γραμμζσ αερίου... 117 Εικόνα 4: φςτθμα προςταςίασ κινθτιρα... 118 Εικόνα 5: χεδιάγραμμα διάταξθσ... 120 ε λ ί δ α 11 150

Εικόνα 6: Σο ςφςτθμα διανομισ αζρα ςτον αντιδραςτιρα... 123 Εικόνα 7: Πτϊςθ πίεςθσ κλίνθσ κατά τθ δοκιμι ψυχρισ ρευςτοαιϊρθςθσ... 124 Εικόνα 8: Πάνελ ρφκμιςθσ θλ. φοφρνου... 125 Εικόνα 9: Σροφοδοςία βοθκθτικϊν κερμάνςεων... 126 Εικόνα 10: Βοθκθτικόσ θλεκτρολογικόσ πίνακασ... 127 Εικόνα 11: Θλεκτρολογικόσ πίνακασ ελζγχου φοφρνου παγίδασ... 128 Εικόνα 12: Θερμοκραςία κλίνθσ κατά τθ διάρκεια εκκίνθςθσ... 129 Εικόνα 13: ιλό τροφοδοςίασ Α... 130 Εικόνα 14: Διανεμθτισ προπανίου ΘΗ... 132 Εικόνα 15: Περιβάλλον Λογιςμικοφ Ecoserv... 133 Εικόνα 16: Περιβάλλον Λογιςμικοφ Ecoserv... 133 Εικόνα 17: Απενεργοποίθςθ Demo κατάςταςθσ... 134 Εικόνα 18: SpyWindowRecorder... 134 Εικόνα 19: Μετρθτισ κατανάλωςθσ προπανίου... 135 Εικόνα 20: Θλεκτροπαραγωγό ηζυγοσ... 135 Εικόνα 21: Αυτόματο θμείο Λειτουργίασ... 136 Εικόνα 22: Μεταβαλλόμενο θμείο Λειτουργίασ... 136 Εικόνα 23: φςτθμα υδροδότθςθσ μονάδασ... 137 Εικόνα 24: Βαλβίδεσ ροομζτρου... 139 Εικόνα 25: Ροόμετρο... 139 Εικόνα 26: Διανεμθτισ παροχισ αηϊτου... 143 Εικόνα 27: Θερμοκραςίεσ κατά τθ διάρκεια λειτουργίασ και τερματιςμοφ... 145 Εικόνα 28: φάλματα ΘΗ... 147 Εικόνα 29: Error reset... 147 Εικόνα 30: Βαλβίδα Εξαζρωςθσ... 148 ε λ ί δ α 12 150

Ευρετιριο Πινάκων Πίνακασ 1 Χαρακτθριςτικζσ ιδιότθτεσ των μιγμάτων... 20 Πίνακασ 2 υςτατικά και Θερμογόνοσ δφναμθ του αερίου αεριοποίθςθσ... 21 Πίνακασ 3 Διαφορζσ μεταξφ κινθτιρων με διαφορετικι ζναυςθ (35)... 26 Πίνακασ 4 Βαςικά χαρακτθριςτικά τθσ μονάδασ SMARt-CHP... 27 Πίνακασ 5 Σεχνικά χαρακτθριςτικά μονάδασ Mini-CHP και κινθτιρα... 29 Πίνακασ 6 Επιμζρουσ τμιματα τθσ μονάδασ... 31 Πίνακασ 7 Χθμικι ςφςταςθ ςτάχτθσ για τα διαφορετικά είδθ πρωτογενοφσ καυςίμου βιομάηασ που χρθςιμοποιικθκαν... 39 Πίνακασ 8 Χθμικά χαρακτθριςτικά των τριϊν πρωτογενϊν καυςίμων βιομάηασ... 41 Πίνακασ 9 φςταςθ αερίου αεριοποίθςθσ για τα τρία διαφορετικά είδθ βιομάηασ ςτισ επιλεγμζνεσ κερμοκραςίεσ αεριοποίθςθσ... 71 Πίνακασ 10 Δεδομζνα λειτουργίασ ςτισ 2800rpm με 55% αζριο αεριοποίθςθσ ςτο καφςιμο μίγμα... 74 Πίνακασ 11 τατιςτικά ςτοιχεία τθσ μζγιςτθσ πίεςθσ κυλίνδρου και ενδεικνφμενθσ μζςθσ πραγματικισ πίεςθσ... 76 Πίνακασ 12 τοιχεία για διάφορα ςθμεία λειτουργίασ και αναλογίεσ ανάμιξθσ για αζριο αεριοποίθςθσ προερχόμενο από ελιά... 82 Πίνακασ 13 τοιχεία για διάφορα ςθμεία λειτουργίασ και αναλογίεσ ανάμιξθσ για αζριο αεριοποίθςθσ προερχόμενο από ροδάκινο... 82 Πίνακασ 14 τοιχεία για διάφορα ςθμεία λειτουργίασ και αναλογίεσ ανάμιξθσ για αζριο αεριοποίθςθσ προερχόμενο από ςταφφλι... 83 Πίνακασ 15 Εξαρτιματα του κερμιδομζτρου... 99 Πίνακασ 16 Πρότυπεσ μετριςεισ... 103 Πίνακασ 17 Μεγζκθ απαιτοφμενα για τον υπολογιςμό τθσ κερμογόνου δφναμθσ και ακρίβεια με τθν οποία είναι γνωςτά... 105 Πίνακασ 18 Εκλυόμενθ ενζργεια ςε *J+ κατά τθν καφςθ ςφρματοσ ζναυςθσ... 106 Πίνακασ 19 Επιμζρουσ τμιματα τθσ μονάδασ... 119 ε λ ί δ α 13 150

ε λ ί δ α 14 150

1. Ειςαγωγι Αξιοςθμείωτθ πρόοδοσ ζχει ςθμειωκεί τα τελευταία χρόνια ςτθν διερεφνθςθ τθσ χριςθσ αερίου αεριοποίθςθσ ςε κινθτιρεσ εςωτερικισ καφςθσ (MEK) για ςυνδυαςμζνθ παραγωγι θλεκτρικισ και κερμικισ ενζργειασ (CHP) (1). Θ αφξθςθ τθσ τιμισ των ορυκτϊν καυςίμων, ςε ςυνδυαςμό με τισ προςπάκειεσ μείωςθσ των εκπομπϊν CO 2, δθμιουργοφν τθν ανάγκθ για αξιοποίθςθ και χριςθ εναλλακτικϊν καυςίμων, τόςο ςε κινθτιρεσ ζναυςθσ με ςυμπίεςθ (Diesel) όςο και ςε κινθτιρεσ ζναυςθσ με ςπινκιρα (2). τθν περίπτωςθ των κινθτιρων ανάφλεξθσ με ςπινκιρα, το αζριο αεριοποίθςθσ (ι αζριο ςφνκεςθσ) είναι ζνα ευρζωσ χρθςιμοποιοφμενο βιοκαφςιμο που μπορεί να αντικακιςτά εν μζρει βενηίνθ, πετρζλαιο ι άλλα ςυμβατικά καφςιμα (π.χ. προπάνιο). Τπολειμματικι βιομάηα από γεωργικζσ δραςτθριότθτεσ μπορεί να χρθςιμεφςει ωσ πρϊτθ φλθ για τθν παραγωγι τζτοιων καυςίμων, με αεριοποίθςθ, όπου με τον τρόπο αυτό παράγεται καφςιμο, που είναι ζνα αζριο μίγμα από Θ 2, CO, CH 4 και άλλα αδρανι ςυςτατικά (όπωσ Ν 2 και CO 2 ). Θ επίδραςθ του αερίου αεριοποίθςθσ, το οποίο χαρακτθρίηεται ωσ φτωχό καφςιμο από άποψθ κερμογόνου δφναμθσ, ςτθ λειτουργία του κινθτιρα εςωτερικισ καφςθσ (είτε αυτόσ είναι ζναυςθσ με ςπινκιρα είτε ςυμπίεςθσ) ζχει ερευνθκεί εντατικά κατά τθ διάρκεια των τελευταίων χρόνων. Μερικά αξιοςθμείωτα ςχόλια ζχουν δθμοςιευκεί πρόςφατα, όπωσ αυτά του Martinez et al, και Sahoo et al (3) (4), τα οποία παρζχουν μια ολοκλθρωμζνθ παρουςίαςθ των τελευταίων εξελίξεων ςε αυτό το πεδίο. θμαντικι πρόοδοσ ζχει αναφερκεί πρόςφατα ςτθν αξιοποίθςθ του αερίου αεριοποίθςθσ ςε ΜΕΚ, αν και οριςμζνα ςθμαντικά εμπόδια εξακολουκοφν να υφίςτανται. φμφωνα με τον Maniatis (5), θ χρθςιμοποίθςθ αερίου αεριοποίθςθσ ςε ΜΕΚ παρουςιάηει υψθλό επενδυτικό ενδιαφζρον με ςχετικι αξιοπιςτία τθσ τεχνολογίασ. Ζνα από τα κφρια κζματα προσ εξζταςθ είναι θ αποτελεςματικι απομάκρυνςθ τθσ πίςςασ από το αζριο, θ οποία αποτελεί προχπόκεςθ για τθ χριςθ του ςε μια μθχανι. Εκτόσ αυτοφ, κα ιταν εξαιρετικά αντιοικονομικό για τουσ καταςκευαςτζσ να ςχεδιάςουν και να καταςκευάςουν πιο ιςχυροφσ κινθτιρεσ, οι οποίοι μποροφν να ανεχτοφν υψθλότερθ ςυγκζντρωςθ πίςςασ ςτο αζριο αεριοποίθςθσ. Αναφορικά με τον χειριςμό τθσ πίςςασ, δφο διαφορετικζσ προςεγγίςεισ ακολουκοφνται (5). τθν πρϊτθ, θ οποία χρθςιμοποιείται περιςςότερο ςτισ αναπτυςςόμενεσ οικονομίεσ, όπου θ ηιτθςθ για ενζργεια είναι υψθλι, οι μθχανζσ λειτουργοφν με αζριο ςχετικά αυξθμζνο ςε πίςςα και λοιπϊν ρφπων, με αποτζλεςμα να κακαρίηονται τακτικά και να ςυντθροφνται, ζτςι ϊςτε να αποφευχκεί θ βλάβθ του κινθτιρα. Μια παρενζργεια αυτισ τθσ μεκόδου είναι θ ςυςςϊρευςθ ςθμαντικϊν ποςοτιτων ςυμπυκνωμάτων που προκαλοφν κίνδυνο για το περιβάλλον (6). Θ δεφτερθ προςζγγιςθ είναι να διατθρείται θ κερμοκραςία του παραγόμενου αερίου αεριοποίθςθσ ςυνεχϊσ πάνω από το ςθμείο δρόςου του, θ οποία είναι ςυνικωσ περίπου 75 ο C (5), ζωσ ότου παρζχεται ςτον κινθτιρα. Θ προςζγγιςθ αυτι είναι περιςςότερο κατάλλθλθ για καφςθ υψθλισ ταχφτθτασ με λόγο αζρα καυςίμου μεγαλφτερο του ςτοιχειoμετρικοφ, κυρίωσ ςε υπερπλθροφμενουσ κινθτιρεσ υψθλισ απόδοςθσ, όπου θ θλεκτρικι απόδοςθ μπορεί να φτάςει ακόμθ και το 40 %. ε λ ί δ α 15 150

Θ παροφςα διπλωματικι εργαςία παρουςιάηει τα αποτελζςματα από τθ χριςθ του αερίου αεριοποίθςθσ ςε μονάδα αεριοποίθςθσ (ρευςτοποιθμζνθσ κλίνθσ) ςυνδυαςμζνθ με κινθτιρα ΜΕΚ. Θ παραπάνω περιγραφείςα μονάδα γνωςτι ωσ SMARt-CHP (7) (8) είναι μια μικρι ςε μζγεκοσ μονάδα θ οποία ςτοχεφει ςτο να προςφζρει μια πρακτικι λφςθ ςτο πρόβλθμα διαχείριςθσ τθσ βιομάηασ, όπωσ θ μεταφορά τθσ προσ κεντρικζσ εγκαταςτάςεισ, θ αποκικευςι τθσ και θ προςταςία από μεταβολζσ των καιρικϊν ςυνκθκϊν. Θ ζναυςθ του κινθτιρα γίνεται με ςπινκιρα (SI) και ο κινθτιρασ ιταν αρχικά ςχεδιαςμζνοσ να λειτουργεί με προπάνιο (C 3 H 8 ). Παρακάτω κα γίνει εκτενι αναφορά ςτθν παρουςίαςθ τθσ μονάδασ. τα πειράματα που ζλαβαν μζροσ χρθςιμοποιικθκαν διαφορετικά μίγματα προπανίουαερίου αεριοποίθςθσ. Ο κφριοσ ςτόχοσ των πειραμάτων ιταν να διερευνθκεί θ επίδραςθ τθσ μερικισ υποκατάςταςθσ του προπανίου με αζριο αεριοποίθςθσ ςτθν καφςθ και θ μελζτθ των αλλαγϊν των λειτουργικϊν χαρακτθριςτικϊν του κινθτιρα. Σρεισ τφποι βιομάηασ χρθςιμοποιικθκαν ςτθν διάταξθ του αεριοποιθτι προσ παραγωγι αερίου αεριοποίθςθσ. Αυτοί είναι: πυρινεσ ελιάσ, πυρινεσ ροδάκινου και πυρινεσ ςταφυλιϊν. Θ αποκλειςτικι λειτουργία με προπάνιο αποτζλεςε το βαςικό κριτιριο ςυγκριτικισ αξιολόγθςθσ των λειτουργικϊν χαρακτθριςτικϊν του κινθτιρα ςτα διάφορα πειράματα. ε λ ί δ α 16 150

2. Παρόμοια Ζρευνα 2.1 Επιςκόπθςθ και ανάλυςθ αποτελεςμάτων χριςθσ αερίου αεριοποίθςθσ ςε ΜΕΚ το κομμάτι αυτό γίνεται εκτενισ ανάλυςθ των αποτελεςμάτων που ζχουν δθμοςιευκεί ςε ςχζςθ με τθν αλλαγι ςυμπεριφοράσ των λειτουργικϊν χαρακτθριςτικϊν ενόσ κινθτιρα (ειδικι κατανάλωςθ, ιςχφσ, IMEP κ.α.) που υφίςταται με τθ χριςθ αερίου αεριοποίθςθσ ωσ κφριο καφςιμο ι μζροσ καυςίμου μίγματοσ. Θ ανάλυςθ διαμορφϊνεται με οδθγό τθν κεϊρθςθ του κινθτιρα ωσ ζναν όγκο ελζγχου όπου μελετϊνται ςτοιχεία ειςόδου και εξόδου. Θ ανάλυςθ ξεκινά με τθν μελζτθ του καφςιμου μίγματοσ που ειςζρχεται ςτον κινθτιρα, λαμβάνοντασ υπόψθ είτε τα είδθ πρωτογενοφσ βιομάηασ από το οποίο προιλκε το αζριο καφςιμο είτε τα χαρακτθριςτικά των εργαςτθριακά παραςκευαςμζνων μιγμάτων προςομοιωμζνου αερίου αεριοποίθςθσ, αλλά και τισ εναλλακτικζσ τεχνικζσ ειςαγωγισ του αερίου. τθν ςυνζχεια παρουςιάηεται θ επίδραςθ του αερίου, ςτθ λειτουργία και ςτθν απόδοςθ του κινθτιρα που αποτελεί και το αντικείμενο με το μεγαλφτερο ενδιαφζρον. Σζλοσ γίνεται μία ςφντομθ αναφορά ςτθν αναμενόμενθ μεταβολι των εκλυόμενων εκπομπϊν ρφπων. 2.1.1 Είδοσ καυςίμου αεριοποίθςθσ και τεχνικζσ ειςαγωγισ Από τθν μζχρι τϊρα ανάλυςθ προκφπτει ότι το αζριο αεριοποίθςθσ μπορεί να ειςαχκεί ςτον κινθτιρα με δφο διαφορετικοφσ τρόπουσ: 1. Ωσ κφριο καφςιμο ι ωσ μζροσ καυςίμου μίγματοσ με φυςικό αζριο ι μεκάνιο ακόμα και βιοκαυςίμων ςε κινθτιρα ζναυςθσ με ςπινκιρα. 2. Ωσ καφςιμο ςε κινθτιρα ζναυςθσ με ςυμπίεςθ, όπου θ ζναυςθ γίνεται με ζγχυςθ ποςότθτασ καυςίμου Diesel. Σο αζριο ειςζρχεται ςτο κάλαμο καφςθσ μζςα από τθ βαλβίδα ειςαγωγισ μαηί με τον ατμοςφαιρικό αζρα. Μια μικρι ποςότθτα καυςίμου Diesel (pilot fuel) εγχζεται ςτον κφλινδρο κοντά ςτο άνω νεκρό ςθμείο (ΑΝ) για τθν εκκίνθςθ τθσ ανάφλεξθσ του καυςίμου μίγματοσ. ε αυτι τθν περίπτωςθ μπορεί το αζριο αεριοποίθςθσ να είναι μζροσ μίγματοσ με άλλα καφςιμα όπωσ αναφζρκθκε και παραπάνω. Γενικά τα ςυςτιματα καφςθσ που χρθςιμοποιοφνται ςε κινθτιρεσ με αζριο καφςιμο κατθγοριοποιοφνται ανάλογα με τον τρόπο προετοιμαςίασ του μίγματοσ αζρα/καυςίμου και τον μθχανιςμό ζναυςθσ. Ο γενικά αποδεκτόσ οριςμόσ των ςυςτθμάτων καφςθσ επιτρζπει μια διαίρεςθ ςε ανάφλεξθ με ςπινκιρα (SI), κινθτιρα διπλοφ καυςίμου (dual fuel, DF) και κινθτιρα ντίηελ αερίου (DG) (Εικόνα 1). Οι κινθτιρεσ ζναυςθσ με ςπινκιρα (SI) και διπλοφ καυςίμου (DF) αμφότεροι λειτουργοφν με τθν λογικι του ςυςτιματοσ διαχείριςθσ καυςίμου/ανάφλεξθσ του κινθτιρα βενηίνθσ, μόνο το είδοσ ανάφλεξθσ διαφζρει. Ωςτόςο, το ετερογενζσ μίγμα ςε μθχανζσ αερίου με ε λ ί δ α 17 150

ντίηελ αναφλζγεται από αυτόματθ ανάφλεξθ του καυςίμου αερίου με τθ βοικεια μιασ μικρισ ποςότθτασ ντίηελ (πιλοτικό καφςιμο) και ζτςι αντιςτοιχεί με τθν λογικι του ςυςτιματοσ διαχείριςθσ καυςίμου/ανάφλεξθσ του κινθτιρα ντίηελ. Εικόνα 1 Οριςμόσ των διαφορετικϊν διεργαςιϊν καφςθσ ςε κινθτιρεσ αερίου (9) Πολλζσ ζρευνεσ μελετοφν τθν αλλαγι ςυμπεριφοράσ του κινθτιρα με χριςθ προςομοιωμζνων αερίων αεριοποίθςθσ (αποτζλεςμα εργαςτθριακισ ςφνκεςθσ) (10) (11) (12), όπωσ αναφζρκθκε και ςτθν ειςαγωγι και λιγότερεσ με πραγματικό αζριο αεριοποίθςθσ (3) (13), που προζρχεται κυρίωσ από αεριοποιθτζσ ςτακερισ κλίνθσ κακοδικισ ροισ (14). Θ μελζτθ και ςυγκριτικι αξιολόγθςθ των διαφορετικϊν τεχνολογιϊν που παρουςιάηονται από τισ διάφορεσ ζρευνεσ αναφορικά με τα λειτουργικά χαρακτθριςτικά του κινθτιρα είναι μια δφςκολι διαδικαςία. Αναλυτικότερα μια ςειρά από παράγοντεσ όπωσ θ πρϊτθ φλθ τθσ βιομάηασ, οι τεχνολογίεσ παραγωγισ του αζριου αεριοποίθςθσ (αεριοποιθτζσ ςτακερισ, ρευςτοποιθμζνθσ κλίνθσ κ.α.), οι τεχνικζσ κακαριςμοφ του παραγόμενου αερίου κακϊσ και το μζγεκοσ, τα λειτουργικά χαρακτθριςτικά και ο τφποσ του κινθτιρα, ςυνκζτουν ζνα μεγάλο αρικμό παραμζτρων που κακιςτά δφςκολθ τθν ςφγκριςθ των διαφόρων μονάδων. 2.2.2 Επίδραςθ χαρακτθριςτικών απόδοςθσ τθσ ΜΕΚ Σα ςχόλια που δθμοςιεφονται από τισ ςυνοπτικζσ αναλφςεισ πάνω ςε χριςθ αερίου αεριοποίθςθσ ςε κινθτιρα εςωτερικισ καφςθσ των Martinez et al. (3), και Sahoo et al. (4) τονίηουν τισ επιπτϊςεισ τθσ χρθςιμοποίθςθσ του παραγόμενου αερίου αεριοποίθςθσ ςτθν απόδοςθ και τισ εκπομπζσ ρφπων των κινθτιρων τόςο ζναυςθσ με ςπινκιρα όςο και ςυμπίεςθσ. φμφωνα με Martinez et al. (3), το φτωχό ενεργειακό περιεχόμενο του αερίου αεριοποίθςθσ κακϊσ και θ χαμθλι ογκομετρικι απόδοςθ του κινθτιρα είναι οι κφριεσ αιτίεσ για τθ αξιοςθμείωτθ πτϊςθ ιςχφοσ. Λόγω τθσ ςχετικά υψθλισ ταχφτθτασ φλόγασ του μίγματοσ αερίου αεριοποίθςθσ / αζρα, που προκαλείται από τθν παρουςία υδρογόνου (Θ 2 ), ο χρονιςμόσ ζναυςθσ κα πρζπει να επιβραδυνκεί, προκειμζνου να αποφευχκεί θ ανάπτυξθ ε λ ί δ α 18 150

υπερβολικϊν πιζςεων ςτον κφλινδρο και να επιτευχκεί υψθλότερθ απόδοςθ. Θ παρουςία αηϊτου (N 2 ) ωςτόςο, ςε ςυγκεντρϊςεισ ζωσ και 50%, επιδρά αναςταλτικά ςτθν εμφάνιςθ κρουςτικισ καφςθσ, γεγονόσ που επιτρζπει τθν αφξθςθ τθσ ςχζςθσ ςυμπίεςθσ, ςε ςυνδυαςμό με τθν επιβράδυνςθ του χρονιςμοφ ζναυςθσ, ϊςτε να επιτευχκεί θ μζγιςτθ ροπι πζδθςθσ (ΜΒΣ) (15). Ο Sahoo et al (4) αξιολόγθςε μόνο τθ διεργαςία διπλοφ καυςίμου ςε κινθτιρα ζναυςθσ με ςυμπίεςθ (Diesel) αναφορικά με τισ επιδόςεισ και τισ εκπομπζσ. Ο όροσ διεργαςία διπλοφ καυςίμου αναφζρεται ςε κινθτιρεσ που λειτουργοφν με ζγχυςθ δφο ι περιςςοτζρων καυςίμων όπου ζνα από τα εγχεόμενα καφςιμα ζχει τον ρόλο τθσ ζναυςθσ (καφςιμο ζναυςθσ) των υπολοίπων καυςίμων. τθν προκειμζνθ περίπτωςθ, το καφςιμο ζναυςθσ είναι το πετρζλαιο και το κφριο καφςιμο το αζριο αεριοποίθςθσ (ενϊ μελετϊνται επίςθσ μεκάνιο κακϊσ και φυςικό αζριο). Ο ερευνθτισ καταλιγει ςτθν αναφορά του ότι χρειάηεται περαιτζρω διερεφνθςθ ςχετικά με τα χαρακτθριςτικά ζναυςθσ του αερίου αεριοποίθςθσ προκειμζνου να καταςτεί εφικτι θ μακροχρόνια αξιοποίθςι του. Επίςθσ χριςθ αερίου αεριοποίθςθσ, ςυνοδεφεται από μειωμζνθ ιςχφσ εξόδου και τθν αφξθςθ τθσ ειδικισ κατανάλωςθσ καυςίμου πζδθςθσ (BSFC) (16). Όπωσ αναφζρκθκε και παραπάνω θ περιςςότερθ ζρευνα περί επίδραςθσ του αερίου αεριοποίθςθσ ςε κινθτιρεσ ΜΕΚ ζχει επικεντρωκεί ςτθ χριςθ ςυνκετικϊν καυςίμων. Σα ςυςτατικά αποκθκεφονται ςε φιάλεσ και θ ςφνκεςθ αυτϊν παράγει αζριο καφςιμο που προςομοιϊνει το αζριο αεριοποίθςθσ (10) (11) (12). Αναλυτικότερα οι Murari Mohon Roy et al (10) υπζβαλαν ςε δοκιμζσ ΜΕΚ διπλοφ καυςίμου με διαφορετικζσ ςυςτάςεισ προςομοιωμζνου αζριου αεριοποίθςθσ. Θ ςυγκεκριμζνθ μελζτθ αποτελεί ζνα αντιπροςωπευτικό δείγμα τθσ παραπάνω τεχνικισ ςε κινθτιρεσ εςωτερικισ καφςθσ. υγκεκριμζνα αζριο (syngas) με ςυγκεκριμζνεσ αναλογίεσ H 2 και CO χρθςιμοποιικθκε για να παρκοφν δεδομζνα πίεςθσ μζςα ςτον κφλινδρο, ζκλυςθσ κερμότθτασ, ρφπων και γενικά εξετάςτθκε θ ςυνολικι ςυμπεριφορά του κινθτιρα. Επίςθσ ζγινε ςφγκριςθ ςτθ διαφορά των επιδόςεων ςε ςχζςθ με ςυμβατικά καφςιμα. Θ πειραματικι διάταξθ ςτθ ςυγκεκριμζνθ μελζτθ αποτελείται από ζναν υπερπλθροφμενο τετράχρονο μονοκφλινδρο κινθτιρα Diesel. Ο κινθτιρασ λειτουργεί με χριςθ δφο καυςίμων όπου το πρϊτο (καφςιμο Diesel) ενεργοποιεί τθν καφςθ για το δεφτερο (προςομοιωμζνο αζριο αεριοποίθςθσ) που είναι και το κφριο καφςιμο. Παρακάτω παρουςιάηεται θ πειραματικι διάταξθ και τα χαρακτθριςτικά του κινθτιρα (Εικόνα 2). Σο ομογενοποιθμζνο καφςιμο μίγμα (syngas) και αζρα, υπερπλθρωμζνο ςτα 200 kpa ειςζρχεται ςτον κινθτιρα όπου και αναφλζγεται από τθν φςτερθ ειςαγωγι του πιλοτικοφ καυςίμου Diesel. Θ ζγχυςθ του Diesel γίνεται με ςφςτθμα κοινοφ αυλοφ (common rail) με πίεςθ 80 MPa και ςυχνότθτα 3mg ανά κφκλο. Κάτω από αυτζσ τισ ςυνκικεσ θ διάρκεια τθσ ζγχυςθσ υπολογίηεται ςτισ 3,5 ο γωνία ςτροφάλου. Θ ταχφτθτα περιςτροφισ του κινθτιρα διατθρείται ςτακερι ςτα 1000 rpm με τθν κερμοκραςία του ψυκτικοφ ςτουσ 80 ο C. Θ επίδοςθ του κινθτιρα αξιολογικθκε με βάςθ τθν μζςθ ενδεικνφμενθ πίεςθ (IMEP) που είναι το κακαρό ζργο που παράγει το εργαηόμενο μζςο ανά μονάδα όγκου εμβολιςμοφ ςτθ διάρκεια ςυμπίεςθσ και εκτόνωςθσ. τθν αξιολόγθςθ ςυμπεριλιφκθκε και ο ενδεικνφμενοσ ε λ ί δ α 19 150

βακμόσ απόδοςθσ του κινθτιρα. Επίςθσ μετρικθκε ο ςυντελεςτισ τθσ μεταβολισ τθσ IMEP από κφκλο ςε κφκλο. Επίςθσ μετρικθκαν οι εκπομπζσ ρφπων κακϊσ και θ κερμοκραςία και οι ςυγκεντρϊςεισ O 2 και CO 2. τθν πειραματικι διάταξθ χρθςιμοποιικθκαν τζςςερισ διαφορετικοί τφποι καυςίμου των οποίων οι ςυςτάςεισ φαίνονται ςτον παρακάτω πίνακα. Κάκε καφςιμο υποβλικθκε ςε καφςθ με διαφορετικζσ αναλογίεσ ιςοδυναμίασ φ και χρονιςμοφ ζναυςθσ για βζλτιςτθ λειτουργία. Πίνακασ 1 Χαρακτθριςτικζσ ιδιότθτεσ των μιγμάτων H 2 (%) CO (%) CH 4 (%) CO 2 (%) N 2 (%) LCV (Mj/Nm 3 ) Αζριο με 13.7% ςε 13.7 22.3 1.9 16.8 45.3 5 H 2 Αζριο με 20% ςε H 2 20 22.3 1.9 16.8 39 5.65 Αζριο 56.8 5.9 29.5 2.2 5.6 17.45 οπτανκρακοποίθςθσ Κακαρό Θ 2 100 0 0 0 0 10.8 Εικόνα 2 Πειραματικι διάταξθ μελζτθσ ςυμπεριφοράσ κινθτιρα με προςομοιωμζνο αζριο αεριοποίθςθσ (10) Όςον αφορά τισ λίγεσ περιπτϊςεισ όπου μελετάται θ παραγωγι αερίου αεριοποίθςθσ και θ χριςθ αυτοφ ωσ καφςιμο μίγμα ςε ΜΕΚ αυτι γίνεται ςε αεριοποιθτζσ ςτακερισ κλίνθσ (3) ε λ ί δ α 20 150

(13), αντίκετα με τθν τεχνολογία αεριοποίθςθσ ρευςτοποιθμζνθσ κλίνθσ όπωσ αυτι που εξετάηεται ςτθν παροφςα διπλωματικι. υγκεκριμζνα οι Pisarn Sombatwong, Prachasanti Thaiyasuit και Kulachate Pianthong (17) υπζβαλαν ςε δοκιμζσ κινθτιρα ζναυςθσ με ςυμπίεςθ ςε λειτουργία διπλοφ καυςίμου. Σο αζριο αεριοποίθςθσ προιλκε από αεριοποιθτι ςτακερισ κλίνθσ κακοδικισ ροισ με αρχικό καφςιμο άνκρακα. Θ παραπάνω ζρευνα αποτελεί μια χαρακτθριςτικι ανάλυςθ για χριςθ αερίου αεριοποίθςθσ ςε κινθτιρα εςωτερικισ καφςθσ. Θ ζρευνα επικεντρϊκθκε ςτθν ανάλυςθ των χαρακτθριςτικϊν καφςθσ, τθσ απόδοςθσ του κινθτιρα και των εκπομπϊν ρφπων. Ιδιαίτερθ βάςθ δόκθκε ςτθν ανάλυςθ τθσ βζλτιςτθσ παροχισ πιλοτικοφ καυςίμου ϊςτε να υπάρχει μεγαλφτερθ απόδοςθ ιςχφοσ από τον κινθτιρα ςε διεργαςία διπλοφ καυςίμου. Ο κινθτιρασ είναι μονοκφλινδροσ Diesel ςυηευγμζνοσ με δυναμόμετρο. Κατά τθν διεξαγωγι των πειραμάτων πάρκθκαν μετριςεισ πίεςθσ για 100 κφκλουσ λειτουργίασ με διακριτοποίθςθ ανά 0.2 ο γωνία ςτροφάλου ϊςτε να διαςφαλιςκεί ακρίβεια ςτον χρονιςμό ζναυςθσ και ςτθν απεικόνιςθ τθσ καμπφλθσ ζκλυςθσ κερμότθτασ. Όλα τα πειράματα πραγματοποιθκικαν με τον κινθτιρα αρχικά να λειτουργεί αμιγϊσ με ςυμβατικό καφςιμο Diesel. Για τα πειράματα με διεργαςία διπλοφ καυςίμου υπιρχε μια αναμονι 30 λεπτϊν από τθν ςτιγμι που ιταν ςε λειτουργία ο αεριοποιθτισ ϊςτε να επιτευχκοφν ςτακερζσ ςυνκικεσ. Ο κινθτιρασ λειτουργοφςε για ςτακερζσ ςτροφζσ λειτουργίασ (1500 rpm) για διαφορετικά φορτία λειτουργίασ. Σρείσ παροχζσ πιλοτικοφ καυςίμου Diesel δοκιμάςτθκαν ςτον κινθτιρα. Θ κερμοκραςία του νεροφ ψφξθσ ρυκμίςτθκε ςτουσ 80 ο C. Θ ζκλυςθ κερμότθτασ υπολογίςτθκε εφαρμόηοντασ το πρϊτο κερμοδυναμικό αξίωμα (Heywood) (18) με βάςει τθν παρακάτω εξίςωςθ: dqn dv 1 dp p V dt 1 dt 1 dt Όπου dqn / dt είναι θ κακαρι ζκλυςθ κερμότθτασ και γ θ ςτακερά του αερίου Πίνακασ 2 υςτατικά και Θερμογόνοσ δφναμθ του αερίου αεριοποίθςθσ υςτατικό αζριο υγκζντρωςθ CO 27-32.3% H 2 3.2-4.2% CH 4 0% O 2 0.04% N 2 57-62% Θερμογόνοσ δφναμθ 4.2-4.6 MJ/Nm 3 Σα ςυμπεράςματα των ερευνθτϊν είναι ότι ςε διεργαςία διπλοφ καυςίμου παρουςιάηεται μεγαλφτερθ κακυςτζρθςθ ζναυςθσ ςε ςχζςθ με τθν καφςθ αμιγϊσ Diesel. Επίςθσ ποςοςτό του καυςίμου Diesel που εξοικονομείται από τθν χριςθ αεριοφ αεριοποίθςθσ για μεγάλα φορτία λειτουργίασ ξεπερνάει το 40%. Αφξθςθ του ποςοςτοφ πιλοτικοφ καυςίμου Diesel βελτιϊνει τον βακμό απόδοςθσ και μειϊνει παράλλθλα τισ εκπομπζσ CO 2. ε λ ί δ α 21 150

Από τθν ςυνολικι ανάλυςθ προκφπτει ότι υπάρχει μια πτϊςθ τθσ ιςχφοσ τθσ τάξθσ του 40% (19) (20) ενϊ ςε οριςμζνεσ περιπτϊςεισ αυτι μπορεί να αγγίξει το 70% (21) (22) (23). Αυτό αιτιολογείται από το φτωχό ενεργειακό περιεχόμενο του αερίου αεριοποίθςθσ που δεν ξεπερνά τα 6-7 MJ/m 3 (24). Για τον ίδιο λόγο παρατθρείται πτϊςθ του ςυνολικοφ βακμοφ απόδοςθσ ο οποίοσ δείχνει να βελτιϊνεται ςε υψθλά φορτία λειτουργίασ (11) (25). Επίςθσ ο βακμόσ απόδοςθσ μειϊνεται με τθν αφξθςθ τθσ περιεκτικότθτασ του καυςίμου μίγματοσ ςε αζριο αεριοποίθςθσ (26) (27). Ζνα άλλο λειτουργικό χαρακτθριςτικό που μελετάται είναι αυτό τθσ κυκλικισ διαςποράσ (cyclic variability) τθσ καφςθσ που παρατθρείται κυρίωσ ςε κινθτιρεσ ζναυςθσ με ςπινκιρα. Αυτι ορίηεται ωσ ο λόγοσ τυπικισ απόκλιςθσ προσ τθν μζςθ τιμι τθσ μζγιςτθσ πίεςθσ καφςθσ του κυλίνδρου ι τθσ μζςθσ ενδεικνφμενθσ πίεςθσ (IMEP) δθλαδι (18): COVIMEP imep x100 imep Όπου IMEP είναι θ ενδεικνφμενθ μζςθ πίεςθ και ορίηεται ωσ (18): Όπου ε λ ί δ α 22 150 3 Pn 10 R imep [ kpa ] VN d n R : αρικμόσ των περιςτροφϊν του ςτροφάλου ςε κάκε απόδοςθ ζργου ςε κάκε κφλινδρο και παίρνει τθν τιμι 2 για τετράχρονεσ μθχανζσ και 1 για δίχρονεσ. Ο όροσ 10 3 υπάρχει για να προκφπτει θ IMEP ςε kpa. P : ιςχφσ εκφραςμζνθ ςε [kw] V d : όγκοσ εμβολιςμοφ ςε [dm 3 ] N : αρικμόσ ςτροφϊν ςε *rev/sec] Όπωσ αναφζρεται ςε ςχετικι βιβλιογραφία (18), ςυντελεςτισ COV IMEP μεγαλφτεροσ του 10% προκαλεί προβλιματα αςτάκειασ τθσ εξερχόμενθσ ιςχφοσ και αςτοχίασ τθσ ζναυςθσ. Θ ςτακερότθτα λειτουργίασ του κινθτιρα, κακϊσ και θ εμφάνιςθ χτυπιματοσ κατά τθν διάρκεια χριςθσ αερίου αεριοποίθςθσ ζχουν μελετθκεί, χρθςιμοποιϊντασ το παραπάνω ςυντελεςτι (COV) τθσ ενδεικνφμενθσ μζςθσ πραγματικισ πιζςεωσ (13) (28) (29). Οι Szwaja et al. (13) μελζτθςαν μια μθχανι ζναυςθσ με ςπινκιρα που λειτουργεί με αζριο αεριοποίθςθσ παραγόμενο από κακαριςμό ιλφοσ και αναμιγνφεται με μεκάνιο ςε διάφορεσ αναλογίεσ. Κατά τθ διάρκεια των πειραμάτων, ο ςυντελεςτισ κυκλικισ διαςποράσ τθσ IMEP (COV IMEP ) ιταν μεγαλφτεροσ από 5%, το οποίο κεωρείται απαράδεκτο για μθχανζσ παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ. Παρόμοια επίςθσ αποτελζςματα αναφζρκθκαν και από τουσ Orbaiz et al. (29) οι οποίοι χρθςιμοποίθςαν τζςςερα διαφορετικά καφςιμα (υδρογόνο, δφο ςυνκετικά αζρια και φυςικό αζριο) ςε μια μθχανι ζναυςθσ με ςπινκιρα. Διαπιςτϊκθκε ότι θ επίδραςθ είναι πιο ζντονθ ςε χαμθλά φορτία και φτωχά ςε ενεργειακό περιεχόμενο μίγματα. ε πολλζσ περιπτϊςεισ ο ςυντελεςτισ κυκλικισ διαςποράσ ιταν υψθλότεροσ από 10%, που μειϊνονταν ςε ςτοιχειομετρικζσ ςυνκικεσ καφςθσ. Από τα πειράματα και όπωσ

αναφζρεται από τθν βιβλιογραφία (18) ζνασ ςυντελεςτισ κυκλικισ διαςποράσ τθσ ενδεικνφμενθσ μζςθσ πραγματικισ πίεςθσ με μεγαλφτερθ τιμι από 10% οδθγεί ςε φαινόμενα αςτάκειασ τθσ καφςθσ και αςτοχίασ ζναυςθσ. ε πολλζσ περιπτϊςεισ μελετικθκε θ πίεςθ και θ καμπφλθ ζκλυςθσ κερμότθτασ ςυναρτιςει τθσ γωνίασ ςτροφάλου. Οι περιςςότεροι ερευνθτζσ χρθςιμοποίθςαν δεδομζνα πίεςθσ για 100 (17) (28) με 120 κφκλουσ λειτουργίασ, ενϊ θ διακριτοποίθςθ φτάνει ζωσ και 0.2 με 0.1 τθσ μοίρασ (17) (30) για τθν εξαγωγι των αποτελεςμάτων. Αυτό που παρατθρείται από τθν ανάλυςθ των αποτελεςμάτων πίεςθσ είναι ότι θ μζγιςτθ πίεςθ μειϊνεται με τθν αφξθςθ του ποςοςτοφ του αερίου αεριοποίθςθσ (θ του προςομοιωμζνου αερίου αεριοποίθςθσ) (31). Επίςθσ μελετικθκε το ποςοςτό του καμζνου μίγματοσ ανά γωνία ςτροφάλου (29). τισ περιςςότερεσ δθμοςιεφςεισ γίνεται μια προςπάκεια ανάλυςθσ των αποτελεςμάτων πίεςθσ και κερμοκραςίασ με βάςθ τθ ςφςταςθ του αερίου αεριοποίθςθσ που ειςάγεται ςτον κινθτιρα. Αντικείμενο ζρευνασ είναι και θ ενδεικνφμενθ μζςθ πραγματικι πίεςθ (IMEP) θ οποία είναι μια ζκφραςθ τθσ εξερχόμενθσ ιςχφοσ και μελετικθκε για καφςιμα μίγματα με διαφορετικι ςφςταςθ και λόγο ιςοδυναμίασ. Οι Roy et al. (10) μελζτθςαν τθν επίδραςθ του αερίου αεριοποίθςθσ ςτθ εξερχόμενθ ιςχφ ενόσ υπερπλθροφμενου μονοκφλινδρου κινθτιρα ζναυςθσ με ςυμπίεςθ. Από τα αποτελζςματα προκφπτει ότι για καφςιμα μίγματα με περιςςότερθ αναλογία ςε αζριο αεριοποίθςθσ προκφπτει πτϊςθ τθσ IMEP. Αυτό εξθγείται από το γεγονόσ τθσ ςυςχζτιςθσ τθσ IMEP με τον βακμό απόδοςθσ. ε άλλεσ δθμοςιεφκθκε θ μεταβολι χρονιςμοφ ζναυςθσ ςε ςχζςθ με τθν IMEP με παράμετρο τον λόγο ιςοδυναμίασ φ. Σα αποτελζςματα ζδειξαν πωσ για ςτακερό λόγο ιςοδυναμίασ θ IMEP αυξάνεται με αφξθςθ του χρονιςμοφ ζναυςθσ (10). Αυτό που ερευνικθκε ςε κινθτιρεσ ζναυςθσ με ςπινκιρα είναι θ μεταβολι του βακμοφ απόδοςθσ ςε ςχζςθ με τον λόγο αζρα καυςίμου (λ) ι με τον λόγο ιςοδυναμίασ (φ). Σα αποτελζςματα ζδειξαν ότι για λόγουσ αζρα καυςίμου πζρα από το ςτοιχειομετρικό ζχουμε απότομθ πτϊςθ τθσ ιςχφοσ και ςυνεπϊσ και του βακμοφ απόδοςθσ (32) (13) (10). Επίςθσ με παράμετρο το λόγο αζρα καυςίμου και το αζριο αεριοποίθςθσ προερχόμενο από διαφορετικισ φφςθσ πρωτογενι βιομάηα (ι ςυνκετικό καφςιμο) μελετικθκε και θ μεταβολι τθσ ταχφτθτασ τθσ φλόγασ κατά τθν διάρκεια τθσ καφςθσ. Από τα αποτελζςματα προκφπτει ότι θ ταχφτθτασ τθσ φλόγασ μειϊνεται με τθν προςκικθ αζριου αεριοποίθςθσ λόγο τθσ υψθλισ ςυγκζντρωςθσ ςε αδρανι αζρια (Ν 2 και CO 2 ) (29). Θ ειδικι κατανάλωςθ ςτισ περιςςότερεσ δθμοςιεφςεισ γίνεται επίςθσ αντικείμενο μελζτθσ (32) (28). το ςφνολο των δθμοςιεφςεων που αναλφουν τθν ειδικι κατανάλωςθ τθν ςυςχετίηουν με τον βακμό απόδοςθσ. Επίςθσ παράμετροι όπωσ τα διαφορετικά φορτία λειτουργίασ ι ςυχνότθτα ζναυςθσ ςυνυπολογίηονται για τθν μελζτθ τθσ ειδικισ κατανάλωςθσ. Από τθν μζχρι τϊρα ζρευνα προκφπτει ότι ςε χαμθλά φορτία λειτουργίασ ζχουμε αυξθμζνθ ειδικι κατανάλωςθ για καφςιμα μίγματα με αζριο αεριοποίθςθσ ςε ςχζςθ με καφςθ ςυμβατικοφ καυςίμου πετρελαίου (Diesel) ι βενηίνθσ (28). Θ ειδικι κατανάλωςθ βελτιϊνεται (μειϊνεται) με τθν αφξθςθ του φορτίου λειτουργίασ αλλά πάντα είναι μεγαλφτερθ τθσ ςυμβατικισ λειτουργίασ. Σα φορτία λειτουργία ςτισ περιςςότερεσ ε λ ί δ α 23 150

περιπτϊςεισ ορίηεται ωσ BMEP ενϊ υπάρχουν και περιπτϊςεισ που αναφζρεται απλά ωσ ςτροφζσ λειτουργίασ. Για κινθτιρεσ ζναυςθσ με ςυμπίεςθ όπου θ ζναυςθ του αερίου αεριοποίθςθσ γίνεται με ζγχυςθ ποςότθτασ Diesel (πιλοτικοφ καυςίμου όπωσ αναφζρεται), υπολογίηεται το ποςοςτό υποκατάςταςθσ του ςυμβατικοφ καυςίμου (Diesel) από το αζριο αεριοποίθςθσ (33). Εικόνα 3 Παρουςίαςθ ςυςτιματοσ ανάφλεξθσ με ζγχυςθ πετρελαίου (34) (35) Θ υποκατάςταςθ καυςίμου Diesel από αζριο αεριοποίθςθσ ζχει φτάςει ζωσ και 70% από μερικοφσ ερευνθτζσ (30) (34) (11). Γενικά θ χριςθ αερίου αεριοποίθςθσ ςε κινθτιρεσ ζναυςθσ με ςυμπίεςθ είναι καλφτερθ από άποψθ πτϊςθσ ιςχφοσ αφοφ το ποςοςτό πτϊςθσ ιςχφοσ κυμαίνεται ςτο 20% με 30% ενϊ για κινθτιρεσ ζναυςθσ με ςπινκιρα είναι μεγαλφτερο του 30% (32) πράγμα που αιτιολογείται και από τισ υψθλότερεσ ςχζςεισ ςυμπίεςθσ που πετυχαίνουν οι κινθτιρεσ ζναυςθσ με ςυμπίεςθ (20) (19). Εν κατακλείδι, θ πτϊςθ ιςχφοσ ςτον κινθτιρα δεν οφείλεται μόνο ςτο φτωχό ενεργειακό περιεχόμενο του αερίου αεριοποίθςθσ αλλά και λόγω τθσ χαμθλότερθσ ταχφτθτασ φλόγασ που παρουςιάηει το ειςαγόμενο καφςιμο μίγμα (32) αν και ςε άλλεσ μελζτεσ ζχει αναφερκεί ότι θ παρουςία του υδρογόνου ςε ςθμαντικζσ ποςότθτεσ (ςυγκζντρωςθ περίπου 20%) ςτο αζριο αεριοποίθςθσ αυξάνει τθν ταχφτθτα τθσ φλόγασ (15). τουσ κινθτιρεσ ζναυςθσ με ςυμπίεςθ γίνεται επιπρόςκετοσ προςδιοριςμόσ τθσ κακυςτζρθςθσ ζναυςθσ με χριςθ εξιςϊςεων που προζκυψαν από πειράματα (30) (34) (33) και ςφγκριςθσ με τα πειραματικά δεδομζνα. Αυτό που προκφπτει είναι ότι προςκικθ αζριου αεριοποίθςθσ προςομοιωμζνου ι μθ τείνει να μειϊςει τθν κακυςτζρθςθ ζναυςθσ και περιορίηει τθν διάρκεια τθσ καφςθσ κατά τθν διεργαςία διπλοφ καυςίμου (30). ε λ ί δ α 24 150

Επιπρόςκετα παρατθρικθκε ότι αφξθςθ τθσ περιεκτικότθτασ του αερίου αεριοποίθςθσ ςε CO 2 μειϊνει τθν κερμοκραςία ςτο κφλινδρο λόγω τθσ κερμοχωρθτικότθτασ του CO 2 (31). Σζλοσ αναφορικά με τισ εκπομπζσ ρφπων, από τθν μζχρι τϊρα ζρευνα προκφπτει ότι θ αφξθςθ του ποςοςτοφ Θ 2 ςτο αζριο αεριοποίθςθσ αυξάνει τθν κερμοκραςία καφςθσ με ςυνζπεια τθν αφξθςθ των εκπομπϊν NO Χ (30) (36). Επιπρόςκετα αφξθςθ του αερίου αεριοποίθςθσ ςτο καφςιμο οδθγεί ςε αφξθςθ των αζριων υδρογονανκράκων (ΣΘC) και CO με παράλλθλα μείωςθ των NO Χ (31). Επιπλζον, οι διεργαςίεσ διπλοφ καυςίμου με καφςιμο ζναυςθσ (pilot fuel) Diesel (αναφζρεται διαφορετικά και ωσ «gas Diesel engine») είναι ζνασ αποτελεςματικόσ τρόποσ για τoν ταυτόχρονο ζλεγχο των NOx και των εκπομπϊν αικάλθσ (4) (37). Ωςτόςο, τα επίπεδα των εκπομπϊν CO και HC είναι ςθμαντικά υψθλότερα (16) 2.2 Γενικά ςυμπεράςματα Από τθν ανάλυςθ των παραπάνω δθμοςιεφςεων αλλά και από επιπρόςκετθ ζρευνα μποροφμε να καταλιξουμε ςτα εξισ ςυνοπτικά ςυμπεράςματα: Μεγάλοσ όγκοσ ερευνϊν ζχει γίνει ςε χριςθ προςομοιωμζνου αερίου αεριοποίθςθσ και λιγότερθ ζρευνα ζχει γίνει ςε πραγματικι ςφηευξθ αεριοποιθτι και κινθτιρα. τισ περιςςότερεσ περιπτϊςεισ που μελετάται ςφηευξθ κινθτιρα αεριοποιθτι, ο αεριοποιθτισ είναι ςτακερισ κλίνθσ. Μικρι είναι επίςθσ θ ζρευνα ςε διαφορετικά καφςιμα βιομάηασ πζρα από άνκρακα ι ξφλο. Θ περιςςότερθ ζρευνα μετατοπίηεται ςε χριςθ κινθτιρων ζναυςθσ με ςυμπίεςθ (με πετρζλαιο ωσ καφςιμο ζναυςθσ). Ελάχιςτθ είναι θ ζρευνα ςε μελζτθ κινθτιρα ζναυςθσ με ςπινκιρα με διπλι ζγχυςθ καυςίμου (προπάνιο αζριο αεριοποίθςθσ). Βαςιηόμενοι ςτα τελευταία ςυμπεράςματα και λαμβάνοντασ υπόψθ ότι ςτθν πλειοψθφία των ερευνϊν κυριαρχεί θ μελζτθ κινθτιρων ζναυςθ με ςυμπίεςθσ, παρουςιάηεται ζνασ πίνακασ ςυγκριτικϊν χαρακτθριςτικϊν που παρουςιάηουν αυτοί οι κινθτιρεσ ςε διεργαςία ζναυςθσ με πετρζλαιο (πετρελαίου-αερίου) ι τροποποιθμζνοι ςε ζναυςθ με ςπινκιρα ςε λειτουργία με αζριο αεριοποίθςθσ. ε λ ί δ α 25 150

Πίνακασ 3 Διαφορζσ μεταξφ κινθτιρων με διαφορετικι ζναυςθ (35) Κινθτιρα ζναυςθ με ςυμπίεςθ (CI) Κινθτιρα ζναυςθ με ςπινκιρα (SI) Δυνατότθτα διατιρθςθσ υπάρχουςασ χζςθ ςυμπίεςθσ πρζπει να μειωκεί ςε ςχζςθ ςυμπίεςθσ 11 με 8 για αποφυγι κτυπιματοσ Πτϊςθ ιςχφοσ 20% με 30% Πτϊςθ ιςχφοσ ζωσ 30% Χριςθ μικρισ ποςότθτασ καυςίμου Diesel Δυνατότθτα χριςθσ πολλϊν για τθν ζναυςθ του μίγματοσ ςυμβατικϊν καυςίμων Θ αντλία ζγχυςθσ πρζπει να τροποποιθκεί Σοποκζτθςθ ςπινκθριςτι ςτθ κζςθ του ϊςτε να ανταποκρίνεται ςτθ μεταβλθτι εγχυτιρα μπορεί να μθν είναι ποςότθτα εγχεόμενου καυςίμου. κατάλλθλθ κζςθ Αφξθςθ τθσ προπορείασ ζγχυςθσ είναι Αφξθςθ τθσ προπορείασ ζναυςθσ λόγω απαραίτθτθ με αζριο αεριοποίθςθσ. ε διεργαςία διπλοφ καυςίμου με αζριο αεριοποίθςθσ εμφάνιςθ κρουςτικισ καφςθσ είναι ελάχιςτθ τθσ χαμθλότερθσ ταχφτθτασ καφςθσ Φαινόμενα κρουςτικισ καφςθσ είναι ςυνικωσ λίγα αλλά αζρια αεριοποίθςθσ με υψθλό ποςοςτό ςε Θ 2 και υψθλότερθ ςχζςθ ςυμπίεςθσ προκαλοφν αυξθμζνα προβλιματα εμφάνιςθσ κτυπιματοσ ε λ ί δ α 26 150

3. Πειραματικι Διάταξθ 3.1 Παρουςίαςθ τθσ μονάδασ SMARt-CHP Μζχρι τϊρα ζχουν γίνει αρκετζσ προςπάκειεσ ϊςτε να εκμεταλλευκεί εμπορικά θ ςυμπαραγωγι με αεριοποίθςθ βιομάηασ. Μια πρόςφατθ ζρευνα για ςυμπαραγωγι ενζργειασ από βιομάηα με τθν τεχνολογία τθσ αεριοποίθςθσ ζγινε από το Αριςτοτζλειο Πανεπιςτιμιο Θεςςαλονίκθσ (ΑΠΘ) από το Εργαςτιριο Εφαρμοςμζνθσ Θερμοδυναμικισ (ΕΕΘ) του τμιματοσ Μθχανολόγων Μθχανικϊν, ςε ςυνεργαςία με το Εργαςτιριο Σεχνολογίασ Χθμικϊν Εγκαταςτάςεων (ΕΣΧΕ) του τμιματοσ Χθμικϊν Μθχανικϊν. Θ ςυγκεκριμζνθ ζρευνα ζγινε ςτα πλαίςια ερευνθτικοφ προγράμματοσ ςυγχρθματοδοτοφμενο από το Ευρωπαϊκό πρόγραμμα LIFE+, όπου ςτόχοσ αυτοφ ιταν θ ζρευνα και θ ανάπτυξθ πιλοτικισ μονάδασ μικρισ κλίμακασ και θ οικονομικι αξιολόγθςθ για εμπορικι αξιοποίθςθ τθσ τεχνολογίασ αεριοποίθςθσ για τθν ενεργειακι χριςθ αγροτικϊν υπολειμμάτων βιομάηασ. τθν μονάδα θ οποία αναπτφχκθκε ςτα πλαίςια του προγράμματοσ αυτοφ γίνεται αεριοποίθςθ βιομάηασ και κακαριςμόσ δφο ςταδίων του παρεχόμενου αερίου, το οποίο χρθςιμοποιείται ωσ καφςιμο ςε μθχανι εςωτερικισ καφςθσ. Με τθν μζχρι τϊρα πειραματικι λειτουργία τθσ εν λόγο μονάδασ ζχει επιτευχκεί θ παραγωγι θλεκτρικισ ιςχφοσ 5kw και κερμικισ 12kw. Παρακάτω παρατίκεται o Πίνακασ 4 ςτον οποίο παρουςιάηονται ςυνοπτικά τα κφρια χαρακτθρίςτθκα τθσ μονάδασ, ενϊ ςτθν Εικόνα 4 παρουςιάηεται το διάγραμμα λειτουργίασ τθσ μονάδασ. Πίνακασ 4 Βαςικά χαρακτθριςτικά τθσ μονάδασ SMARt-CHP Βαζηθά δεδνκέλα Ηιεθηξηθή ηζρύο 4.7 kw Θεξκηθή ηζρύο 12.5 kw Ηιεθηξηθή απόδνζε 19 % Οιηθόο βαζκόο απόδνζεο 89 % Εηήζηα δηαζεζηκόηεηα 7000 hr/yr Εηήζηα θαηαλάιωζε βηνκάδαο 35 tn/yr Σπλνιηθή παξαρζείζα ειεθηξηθή ελέξγεηα 33 MWh/yr Σπλνιηθή παξαρζείζα ζεξκηθή ελέξγεηα 86 MWh/yr Τερλνινγία αεξηνπνηεηή Ρεσστοποιεμένες κλίνες Υιηθό θιίλεο Ολιβίνε Ομεηδωηηθό Ατμοσυαιρικός αέρας Αξρηθή ζέξκαλζε αεξηνπνηεηή Ηλεκτρική αντίστασε Θεξκνθξαζία αεξηνπνίεζεο 700-900 ο C Τξνθνδνζία θαπζίκνπ Βιομάδα Καηαλάιωζε βηνκάδαο Μέγιστο 5kg/h ε λ ί δ α 27 150

Εικόνα 4 Ροθικι διάταξθ υποςυςτθμάτων τθσ μονάδασ Σο μζροσ τθσ μονάδασ όπου πραγματοποιείται θ ςυμπαραγωγι γίνεται από ςφςτθμα μικρισ κλίμακασ (mini-chp), ςχεδιαςμζνο για οικιακι χριςθ, το οποίο εμπορικά διανζμεται με το όνομα EcoPower και χρθςιμοποιεί μονοκφλινδρο κινθτιρα τθσ εταιρίασ Marathon Systems Engine. Σο ςυγκεκριμζνο ςφςτθμα επιλζχκθκε για τθν αξιοποίθςθ του αερίου αεριοποίθςθσ με βαςικό κριτιριο το μικρό μζγεκόσ του και τθν ευκολία ελζγχου των εξόδων παροχισ κερμότθτασ και θλεκτρικισ τροφοδοςίασ. Ο αναγνϊςτθσ μπορεί να βρει ςχετικζσ αναφορζσ ςχετικά με τισ επιδόςεισ του ςυγκεκριμζνου κινθτιρα (38). Ο κινθτιρασ είναι ζναυςθσ με ςπινκιρα και κανονικά είναι ςχεδιαςμζνοσ να λειτουργεί με καφςιμο προπάνιο (C 3 H 8 ). Ο κινθτιρασ, κινεί μια γεννιτρια για τθν παραγωγι θλεκτρικισ ενζργειασ ενϊ ταυτοχρόνωσ, θ απορριπτόμενθ κερμότθτα που παράγεται (από τα καυςαζρια του κινθτιρα, το λιπαντικό και το ψυκτικό) χρθςιμοποιείται για τθ κζρμανςθ του νεροφ. τον Πίνακασ 5 είναι καταχωρθμζνα τα κφρια χαρακτθριςτικά του κινθτιρα τθσ μονάδασ. ε λ ί δ α 28 150

Πίνακασ 5 Σεχνικά χαρακτθριςτικά μονάδασ Mini-CHP και κινθτιρα Σεχνικά χαρακτθριςτικά τθσ μονάδασ mini-chp υνολικι παραγόμενθ θλεκτρικι ιςχφσ 1.3-4.7 kw υνολικι παραγόμενθ κερμικι ιςχφσ 4-12.5 kw Κατανάλωςθ προπανίου 0.59-1.9 m 3 /h υνολικόσ βακμόσ απόδοςθσ >90% Μετεπεξεργαςία καυςαερίου Σριοδικόσ καταλφτθσ Χαρακτθριςτικά κινθτιρα Κινθτιρασ Μονο-κφλινδροσ, τετράχρονοσ, ζναυςθσ με ςπινκιρα, υδρόψυκτοσ Κυβιςμόσ 272 cm 3 Πεδίο ςτροφϊν λειτουργίασ 1200-3400 rpm Διάμετροσ εμβόλου 71.9 mm Μικοσ διωςτιρα 65.5 mm χζςθ ςυμπίεςθσ 10:1 Θλεκτροκινθτιρασ και μεταςχθματιςτισ Θλεκτροκινθτιρασ Θλεκτροκινθτιρασ μόνιμου μαγνιτθ άνευ ψυκτιρων ςε απευκείασ ςφνδεςθ με τον κινθτιρα και εςωτερικό ςφςτθμα ψφξθσ Μεταςχθματιςτισ Σριφαςικόσ μεταςχθματιςτισ με ενςωματωμζνο ςφςτθμα ελζγχου Χαρακτθριςτικά εξόδου θλεκτρικοφ ρεφματοσ Σάςθ 3x400V/230V υχνότθτα 50Hz cosφ 0.98-1 φςτθμα παροχισ Θερμότθτασ Θερμοκραςία παροχισ ηεςτοφ νεροφ Min 35 o C, Max 60 o C Θερμοκραςία επιςτροφισ Max 75 o C Σο μζροσ τθσ μονάδασ όπου πραγματοποιείται θ αεριοποίθςθ γίνεται ςε ζναν αντιδραςτιρα (αεριοποιθτι) αναβράηουςασ ρευςτοποιθμζνθσ. Ζνα από τα κφρια χαρακτθριςτικά του αεριοποιθτι ρευςτοποιθμζνθ κλίνθσ είναι θ χαμθλότερθ κερμοκραςία (700 ο C με 900 ο C) που χρειάηεται για τθν διεργαςία αεριοποίθςθσ ςε ςχζςθ με τουσ αεριοποιθτζσ ςτακερισ κλίνθσ (39). Επιπλζον ο ςυγκεκριμζνοσ αεριοποιθτισ είναι ιδιαίτερα ςυμπαγισ ςε ςφγκριςθ με άλλουσ αντιδραςτιρεσ ίδιασ ιςχφοσ, ενϊ το παραγόμενο αζριο ζχει ςυγκριτικά χαμθλι ςυγκζντρωςθ ςε πίςςα τυπικά κάτω από <1 3 g/nm 3 (40) (41). ε λ ί δ α 29 150

ε λ ί δ α 30 150 Εικόνα 5 Πρόοψθ (πάνω) και κάτοψθ (κάτω) τθσ μονάδασ SMARt-CHP

υνοπτικά τα πλεονεκτιματα του αεριοποιθτι ρευςτοποιθμζνθσ κλίνθσ είναι τα εξισ: Τψθλόσ βακμόσ ελζγχου τθσ παραγωγισ του αερίου αεριοποίθςθσ. Μικρζσ εκπομπζσ ΝΟ X και SO X κακϊσ και πίςςασ ςτο αζριο αεριοποίθςθσ. Δυνατότθτα χριςθσ ευρείασ γκάμασ πρωτογενϊν καυςίμων με χαμθλι κερμογόνο δφναμθ που ςε ςυμβατικι χριςθ δεν κα μποροφςαν να χρθςιμοποιθκοφν. υμπαγισ τεχνολογία και χαμθλζσ κερμοκραςίεσ λειτουργίασ του αντιδραςτιρα. Κατά ςυνζπεια ο ιδιαίτερα ςυμπαγισ τρόποσ διάταξθσ τθσ μονάδασ με ςυνολικό μικοσ 5m και πλάτοσ 2.5m πραγματοποιικθκε ϊςτε να επιτευχκεί αυξθμζνθ κινθτικότθτα ςτον τόπο παραγωγισ του πρωτογενοφσ καυςίμου βιομάηασ. τθν παρακάτω εικόνα (Εικόνα 5) παρουςιάηονται θ πρόςοψθ και θ κάτοψθ τθσ μονάδασ, ενϊ ςτον Πίνακασ 6 παρουςιάηονται τα επι μζρουσ υποςυςτιματα τθσ μονάδασ αεριοποίθςθσ. Πίνακασ 6 Επιμζρουσ τμιματα τθσ μονάδασ 1 Αρχικό ςιλό τοποκζτθςθσ βιομάηασ 13 Gas impinger μεγάλθσ χωρθτικότθτασ 2 ιλό τροφοδοςίασ 14 Καταιωνιςτιρασ 3 Θλθκτροκινθτιρασ 15 Εναλλάκτθσ 4 Ροταρικι βαλβίδα 16 Μονάδα Mini-CHP 5 Κοχλιωτόσ ςωλινασ 17 Ζξοδοσ καυςαερίων 6,7 Διάταξθ αεριοποιθτι 18 Κεντρικόσ πίνακασ ελζγχου 8 Θλεκτρικόσ φοφρνοσ 19 Μετρθτισ παραγόμενων kwh 9 Κυκλϊνιο 20 Πίνακασ μετρθτικϊν οργάνων 10 υλλζκτθσ τζφρασ 21 Δεξαμενι N 2 11 Γραμμι by-pass (δικλείδα αςφαλείασ) 22 Δεξαμενι C 3 H 8 12 Παγίδα κατακράτθςθσ ςωματιδίων 23 Εξαναγκαςμζνθ καφςθ αερίου αεριοποίθςθσ (by-pass λειτουργία) Όλα τα δεδομζνα ελζγχου που ςχετίηονται με το ςφςτθμα ςυμπαραγωγισ εμφανίηονται ςε πραγματικό χρόνο μζςω ειδικοφ λογιςμικοφ που διακζτει ο ςυγκεκριμζνοσ κινθτιρασ. Σο ςυγκεκριμζνο πρόγραμμα μασ δίνει τθν δυνατότθτα χειραγϊγθςθσ και ελζγχου τθσ παραγόμενθσ θλεκτρικισ ιςχφοσ και κερμικισ ιςχφοσ μζςω των ςτροφϊν του κινθτιρα. Παρακάτω (Εικόνα 6) παρουςιάηεται το λογιςμικό παρακολοφκθςθσ του κινθτιρα και τθσ θλεκτρικισ εξερχόμενθσ ιςχφοσ. Θ δυνατότθτα ελζγχου τθσ παροχισ του αερίου αεριοποίθςθσ γίνεται χειροκίνθτα μζςω τθσ παρακολοφκθςθσ του ροόμετρου που αναγράφει ςε λίτρα ανά λεπτό και ςτθ ςυνζχεια ρφκμιςθσ των βαλβίδων (Εικόνα 7). ε λ ί δ α 31 150

Εικόνα 6 Πρόγραμμα παρακολοφκθςθσ και ελζγχου του κινθτιρα (πάνω: γενικά δεδομζνα λειτουργίασ κινθτιρα, κάτω: δεδομζνα ςχετικά με το θλεκτροπαράγωγο ηεφγοσ) ε λ ί δ α 32 150

Εικόνα 7: Διάταξθ ειςαγωγισ αερίου αεριοποίθςθσ ςτον κινθτιρα. Πάνω δεξιά φαίνεται θ τροποποίθςθ τθσ ειςαγωγισ αζρα ϊςτε να τροφοδοτείται ο κινθτιρασ και με αζριο αεριοποίθςθσ. Για να λειτουργιςει ο κινθτιρασ με αζριο αεριοποίθςθσ, ζγινε τροποποίθςθ ςτθ διαδρομι του αζρα ειςαγωγισ ανάντθ τθσ ζγχυςθσ προπανίου. Πιο ςυγκεκριμζνα, διανοίχκθκε μια οπι ςτον αγωγό αζρα διαςτάςεων 6mm ςε πλάτοσ και ο ςωλινασ ςυνδζκθκε με Teflon ϊςτε να καταςτεί δυνατι θ ανάμιξθ αζρα με το ειςερχόμενο αζριο αεριοποίθςθσ. Σο προπάνιο παρζμεινε το κφριο καφςιμο του κινθτιρα και θ κατανάλωςι του ελζγχονταν ζμμεςα από τθν παροχι αζριοφ αεριοποίθςθσ. Μερικι ποςότθτα προπανίου πρζπει πάντα να ρζει ςτον κφλινδρο του κινθτιρα μζςω τθσ γραμμισ καυςίμου, από τθν ςτιγμι που θ μονάδα ελζγχου υπολογίηει τθν πίεςθ ςτθν γραμμι προπανίου ςυνεχϊσ. Ο κινθτιρασ λειτουργεί ςε ςτοιχειομετρικι αναλογία αζρα-καυςίμου (λ = 1), θ οποία ελζγχεται μζςω ενόσ αιςκθτιρα O 2 κλειςτοφ βρόχου. Με τθν παροχι επιπλζον καφςιμου (παραγόμενο αζριο αεριοποίθςθσ) ςτον κινθτιρα, ο ςχετικόσ λόγο αζρα καυςίμου μεταβάλλεται από ςτοιχειομετρικό προσ πλοφςιο. Προκειμζνου λοιπόν να διατθρθκεί θ ςτοιχειομετρικι αναλογία ςτο μίγμα, θ ροι προπανίου μειϊνεται αυτόματα. Ωσ εκ τοφτου, θ ροι μάηασ του αερίου αεριοποίθςθσ ςτον κινθτιρα αυξάνεται ςταδιακά, ενϊ θ ροι προπανίου μειϊνεται. Σο ελάχιςτο όριο τθσ πρόςλθψθσ προπανίου κακορίηεται από τθν κερμογόνο δφναμθ του αερίου αεριοποίθςθσ που ειςάγεται ςτον κινθτιρα. Τψθλότερθ κερμογόνοσ δφναμθ του αερίου αεριοποίθςθσ, οδθγεί ςε χαμθλότερθ κατανάλωςθ προπανίου. Θ παραπάνω διαδικαςία ελζγχου παρουςιάηεται ςτο επόμενο διάγραμμα (Εικόνα 8). ε λ ί δ α 33 150

Εικόνα 8 χθματικό διάγραμμα τθσ διάταξθσ ανάμειξθσ αερίου. 3.2 Παρουςίαςθ μετρθτικών οργάνων Ο ζλεγχοσ τθσ κατανάλωςθσ προπανίου γίνεται με ροόμετρο διαφράγματοσ, ελάχιςτθσ και μζγιςτθσ παροχισ 40 dm 3 /h και 6 m 3 /h αντίςτοιχα. Σο ςφάλμα μζτρθςθσ ςφμφωνα με τθν αναφορά του καταςκευαςτι είναι μικρότερο του 2% βάςει διεκνϊν και ευρωπαϊκϊν προδιαγραφϊν (42). ε λ ί δ α 34 150 Εικόνα 9 Μετρθτισ κατανάλωςθσ προπανίου Κατά τθν ανάλυςθ του αερίου αεριοποίθςθσ δφο αναλυτζσ αερίου χρθςιμοποιικθκαν. Αρχικά χρθςιμοποιικθκε ζνασ χρωματογράφοσ αερίων (GC) τφπου 6890N Agilent (43) για τθν λεπτομερι ανάλυςθ των ςυςτατικϊν του αερίου αεριοποίθςθσ (H 2, CO, CO 2, O 2, CH 4, C 2 H 6, C 2 H 4 ). Ο χρωματογράφοσ είναι εξοπλιςμζνοσ με δφο τριχοειδείσ ςτιλεσ, ζναν ανιχνευτι ιονιςμοφ φλόγασ (FID) και ζναν ανιχνευτι κερμικισ αγωγιμότθτασ (TCD). Σο

αζριο δείγμα αφοφ παρκεί από ειδικι διαμόρφωςθ ςτθν διάταξθ του αεριοποιθτι, αποκθκεφεται προςωρινά ςε ςακοφλεσ δειγματολθψίασ αερίων προτοφ χρθςιμοποιθκεί ςτον χρωματογράφο για ανάλυςθ. Οι αναλφςεισ αερίου ςτο χρωματογράφο πραγματοποιικθκαν ςτο Εργαςτιριο Σεχνολογίασ Χθμικϊν Εγκαταςτάςεων του τμιματοσ Χθμικϊν Μθχανικϊν. Παράλλθλα χρθςιμοποιικθκε φορθτι ςυςκευι ανάλυςθσ αερίων GC για απευκείασ ανάλυςθ εγκατεςτθμζνθ μζςα ςτθν μονάδα αεριοποίθςθσ και βοικθςε ςτθν άμεςθ ανάλυςθ των ςθμαντικότερων αερίων (H 2, N 2, O 2, CH 2, CO 2 ) ςε μετριςεισ που αυτό κρίκθκε ωσ απαραίτθτο. Αυτόσ ο φορθτόσ χρωματογράφοσ είναι τφπου Varian CP4900 (44), επίςθσ εξοπλιςμζνοσ με δφο τριχοειδείσ ςτιλεσ. Αργοφ (Ar) και Θλίου (He) που χρθςιμοποιοφνται ωσ αζρια-φορείσ, ενϊ θ περιεκτικότθτα ςε CO ςτο αζριο αεριοποίθςθσ υπολογίηεται (45). Εικόνα 10 Οι δφο τφποι χρωματογράφων που χρθςιμοποιικθκαν ςτο πείραμα Μζτρθςθ τθσ πίεςθσ του κυλίνδρου για τθν εξαγωγι των δυναμοδεικτικϊν πραγματοποιείται με τθ χριςθ ειδικοφ μπουηί τφπου Kistler-6113B (46), με ενςωματωμζνο πιεηοκρφςταλλο. Σο παραπάνω μπουηί μζτρθςθσ αντικατζςτθςε το αρχικό μπουηί χωρίσ τροποποιιςεισ ςτον κινθτιρα. Ο ςυγκεκριμζνοσ πιεηοκρφςταλλοσ μπορεί να λειτουργιςει ςε πιζςεισ ζωσ και 200 bar. τθν ςυνζχεια το ςιμα από τον αιςκθτι πίεςθσ τροφοδοτείται ςε ζναν ενιςχυτι φορτίου τφπου Kistler-5011B (47). Από τθ μζτρθςθ τθσ πίεςθσ με τον εν λόγω εξοπλιςμό γίνεται μζτρθςθ τθσ ςχετικισ και όχι τθσ απόλυτθσ πίεςθσ. Θ αναγωγι τθσ πίεςθσ επιτεφχκθκε λαμβάνοντασ υπόψθ το γεγονόσ ότι ο κινθτιρασ λειτουργεί ςυνεχϊσ με τελείωσ ανοικτι πεταλοφδα (WOT), όπωσ υποδεικνφεται από το λογιςμικό ελζγχου τθσ εγκατάςταςθσ και τα δεδομζνα του καταςκευαςτι και, κατά ςυνζπεια, θ πίεςθ αναφοράσ κεωρείται πωσ είναι 0.9 bar. ε λ ί δ α 35 150

Εικόνα 11 Πιεηοκρφςταλλοσ (αριςτερά) και ενιςχυτισ (δεξιά) που χρθςιμοποιικθκαν ςτο πείραμα Για το χρόνο αναφοράσ, χρθςιμοποιικθκε το υφιςτάμενο ςιμα από το αιςκθτι κζςθσ του εκκεντροφόρου του κινθτιρα. Σα δφο ςιματα, πίεςθσ του κυλίνδρου και κζςθσ του εκκεντροφόρου, εμφανίηονται ςυνεχϊσ ςε ζνα παλμογράφο Owon PDS7102T (48), επιτρζποντασ τθν άμεςθ επικεϊρθςθ τθσ πίεςθσ κυλίνδρου και τθν επιβεβαίωςθ τθσ κανονικισ λειτουργία του κινθτιρα. Για τθν καταγραφι των δεδομζνων, χρθςιμοποιείται κάρτα επεξεργαςίασ ψθφιακϊν δεδομζνων National Instruments τφπου NI USB 6341 (49) θ οποία ελζγχεται μζςω λογιςμικοφ το οποίο αναπτφχκθκε ςε περιβάλλον LabView. Εικόνα 12 Κάρτα καταγραφισ δεδομζνων (αριςτερά) και παλμογράφοσ (δεξιά) ε λ ί δ α 36 150

Εικόνα 13 υνολικι διάταξθ ελζγχου και λιψθσ δυναμοδεικτικϊν του κινθτιρα ε λ ί δ α 37 150

3.3 Καφςιμα τθν παροφςα διπλωματικι εργαςία, το αζριο αεριοποίθςθσ προϊόν υπολειμματικισ βιομάηασ από αγροτικζσ καλλιζργειεσ χρθςιμοποιείται ωσ καφςιμο ςε κινθτιρα εςωτερικισ καφςθσ ζναυςθσ με ςπινκιρα όπωσ αναφζρκθκε. Σρία διαφορετικά γεωργικά υπολείμματα χρθςιμοποιικθκαν ωσ πρωτογενι καφςιμα βιομάηασ: πυρινεσ από ελιά, ροδάκινο και ςταφφλι, και ελζγχκθκαν όςον αφορά τθ ςφνκεςθ του αερίου αεριοποίθςθσ και τθ ςυνδυαςμζνθ παραγωγι θλεκτριςμοφ και κερμότθτασ. Πυρινασ ελιάσ είναι το τελικό ςτερεό υπόλειμμα που προκφπτει από τθ εξαγωγι ελαίων (ελαιόλαδο) από βιομθχανίεσ. Οι ελιζσ μετά τθν ςυγκομιδι τουσ από τα δζντρα υπόκεινται ςε ςφνκλιψθ ϊςτε να εξαχκεί το λάδι. Μετά τθν πρϊτθ ξιρανςθ του υπολείμματοσ, το υπολειμματικό ζλαιο απομακρφνεται με εκχφλιςθ εξανίου (50). Με τθν μζκοδο αυτι προκφπτει ζνα υπολειμματικό ςτερεό προϊόν με περιεκτικότθτα ςε υγραςία περίπου 10-12wt.%, αποκαλοφμενο και ωσ πυρινασ ελιάσ. υνικωσ βιομάηα προερχόμενθ από πυρινεσ ελιάσ χρθςιμοποιείται ωσ καφςιμο για καφςθ ςε λζβθτεσ λόγω τθσ ςθμαντικισ κερμογόνου δφναμισ τουσ (HHV ~ 21 MJ / kg). Ο μοριακόσ τφποσ του πυρινα τθσ ελιάσ είναι CH 1,41 O 0,68 και υπολογίηεται από τθν τελικι ανάλυςθ ςε εργαςτθριακι κλίμακα (51). Πυρινεσ από ελιά παράγουν αζριο αεριοποίθςθσ χαμθλισ περιεκτικότθτασ ςε κείο (S) και άηωτο (Ν), εξαλείφοντασ τθν πικανότθτα ςχθματιςμοφ SOx και NOx, τα οποία οξείδια διαβρϊνουν μεταλλικζσ επιφάνειεσ, όπωσ αυτι του αεριοποιθτι. Ο πυρινασ ροδάκινου είναι ζνα υποπροϊόν τθσ επεξεργαςίασ κομπόςτασ φροφτων ςε αγροτικζσ βιομθχανίεσ. Αποτελείται από δφο μζρθ, το εξωτερικό κζλυφοσ το οποίο είναι ξυλϊδεσ υλικό και τον πυρινα που μοιάηει οπτικά ςαν πυρινασ από αμφγδαλο. Θ πρϊτθ φλθ ζχει μζςο μζγεκοσ τθσ τάξθσ των 30mm περίπου που ςτθν ουςία είναι ο καρπόσ του φροφτου. Σο αυξθμζνο μζγεκοσ επιβάλει να ςυνκλίβονται ςε λεπτότερα ςωματίδια πριν από τθ χρθςιμοποίθςθ ςε αεριοποιθτι. τθν παροφςα διπλωματικι εργαςία πρωτογενισ βιομάηα από πυρινεσ ροδάκινου προζκυψε από κονιορτοποίθςθ των αρχικϊν πυρινων ςε μφλο με μετζπειτα χριςθ κόςκινου που ζχει ωσ αποτζλεςμα κόκκουσ βιομάηασ με διάμετρο εφρουσ από 1mm εωσ 4 mm. Παρουςιάηουν υψθλι κερμογόνο δφναμθ λόγω τθσ χαμθλισ περιεκτικότθτασ ςε τζφρα και του περιεχομζνου ςε ζλαιο που υπάρχει ςτον πυρινα. Ο μοριακόσ τφποσ του πυρινα ροδάκινου, όπωσ εκτιμάται από τθν τελικι ανάλυςθ είναι CH 1.32 O 0.59. Όπωσ και οι πυρινεσ από ελιά ζτςι και από ροδάκινο παρουςιάηουν χαμθλι περιεκτικότθτα ςε κείο (S) και το άηωτο (Ν), αλλά και μια μθ αμελθτζα ποςότθτα χλωρίου (Cl), το οποίο είναι ζνα φυςικό ςτοιχείο κρεπτικϊν ουςιϊν ςτα φυτά. Σο χλϊριο αλλθλεπιδρά με αλκαλικά μζταλλα που παραμζνουν ςτθν τζφρα και ςχθματίηουν διαβρωτικά χλωρίδια (KCl, NaCl) που προκαλοφν βλάβθ ςε μεταλλικά μζρθ (52). Κουκοφτςια ςταφυλιοφ ι ςτζμφυλα είναι τα άμεςα υποπροϊόντα τθσ παραγωγισ κραςιοφ. Αποτελοφνται από πυρινεσ ςταφυλιοφ, μαηί με υπολείμματα των πρζμνων και φλοιϊν ςταφυλιοφ. Μετά από ολιγοιμερθ ξιρανςθ το υπολειμματικό προϊόν κοςκινίηεται ϊςτε να διαχωριςτοφν οι πυρινεσ ςταφυλιοφ. Αυτό γίνεται για να διαχωριςτοφν τα ςτζμφυλα που ε λ ί δ α 38 150

ζχουν τθν τάςθ να ςυςςωματϊνονται όταν ξεραίνονται. Οι πυρινεσ ςταφυλιϊν ζχουν υψθλι κερμογόνο δφναμθ παρά το ςχετικά υψθλό περιεχόμενό τουσ ςε τζφρα. Αυτό το καφςιμο δεν περιζχει ςθμαντικζσ ποςότθτεσ ςε Cl ι S και κατά ςυνζπεια δεν υπάρχουν κζματα διάβρωςθσ. Ο μοριακόσ τφποσ του πυρινα ςταφυλιοφ υπολογίηεται από τθν τελικι ανάλυςθ ωσ CH 1.22 O 0.38. Εικόνα 14: Σα τρία πρωτογενι καφςιμα βιομάηασ που λθφκικαν υπόψθ. Απο αριςτερά πρόσ δεξιά ζχουμε πυρινεσ απο ροδάκινο, ςταφφλι και ελιά. Παρακάτω παρουςιάηονται τα αποτελζςματα τθσ χθμικισ ςφςταςθσ τθσ ςτάχτθσ για τα τρία είδθ πρωτογενοφσ βιομάηασ που χρθςιμοποιικθκαν. Πίνακασ 7 Χθμικι ςφςταςθ ςτάχτθσ για τα διαφορετικά είδθ πρωτογενοφσ καυςίμου βιομάηασ που χρθςιμοποιικθκαν Ελιά Ροδάκινο ταφφλι SiO2 6.50 6.20 21.50 Al2O3 0.85 0.83 2.08 Fe2O3 1.06 0.87 2.07 CaO 11.70 12.40 17.10 MgO 3.50 6.50 7.80 K2O 35.10 31.20 22.10 Na2O 2.42 1.28 1.08 SO3 1.15 1.31 1.90 P2O5 5.85 10.65 3.38 Cl - 1.13 - Θ καταλλθλότθτα για το κακζνα από τα τρία πρωτογενι καφςιμα βιομάηασ για κερμοχθμικι μετατροπι απεικονίηεται ςτο διάγραμμα Tanner ςτο επόμενο ςχιμα. Θ κάτω δεξιά γωνία του τριγωνικοφ διαγράμματοσ δθλϊνει ςτερεά υλικά που παρουςιάηουν επαρκι χαρακτθριςτικά ευφλεξιμότθτασ. Από τα τρία επιλεγμζνα καφςιμα, οι πυρινεσ από ροδάκινο παρουςιάηουν τον υψθλότερο βακμό ευφλεκτότθτασ, ενϊ ακολουκοφν ο ελαιοπυρινασ και τζλοσ οι πυρινεσ από ςταφφλι. ε λ ί δ α 39 150

Σα τρία προαναφερκζντα καφςιμα χρθςιμοποιοφνται ςτο παρόν πείραμα, όπου γίνεται μια προκαταρτικι μελζτθ με ανάλυςθ κερμογόνου δφναμθσ (ανϊτερθ), ποςοςτό ςε τζφρα και υγραςία. Ο υπολογιςμόσ τθσ τζφρασ ζγινε ςε κλίβανο ςε υψθλι κερμοκραςία για 3 ϊρεσ ενϊ ο υπολογιςμόσ υγραςίασ υπολογίςτθκε ηυγίηοντασ τθν βιομάηα πριν και μετά τθν τοποκζτθςι τθσ ςε φοφρνο ςτουσ 110 ο C για 6 ϊρεσ. Διάγραμμα 1 Διάγραμμα Tanner για τα τρία πρωτογενι καφςιμα βιομάηασ Ο υπολογιςμόσ τθσ κερμογόνου δφναμθσ ζγινε πραγματοποιϊντασ τρία επαναλθπτικά πειράματα ςε κάκε καφςιμο, επιβεβαιϊνοντασ τθν ακρίβεια των υπολογιςμϊν. Λαμβάνοντασ υπόψθ τθν μεκοδολογία και το αναφερκζν κεωρθτικό υπόβακρο που αναπτφςςεται ςτο παράρτθμα, καταλιγουμε ςτον παρακάτω πίνακα χθμικϊν ιδιοτιτων των τριϊν πρωτογενϊν καυςίμων βιομάηασ. το τζλοσ δίνονται τα αποτελζςματα τθσ ςυνολικισ ανάλυςθσ ςε πίνακα (Πίνακασ 7). ε λ ί δ α 40 150

Πίνακασ 8 Χθμικά χαρακτθριςτικά των τριϊν πρωτογενϊν καυςίμων βιομάηασ Ελιά Ροδάκινο ταφφλι Ανάλυςθ (% κατά βάροσ, υγρισ βάςθσ) Τγραςία 4.2 8.99 9.13 Σζφρα 2.7 0.43 9.37 Πτθτικά 74.7 67.52 59.67 Άνκρακασ 18.5 23.8 21.83 HHV [MJ/kg] (ξθρι βάςθ) 20.46 21.88 21.21 Ανάλυςθ (% κατά βάροσ, ξθρισ βάςθσ) C 48.59 51.95 52.88 H 5.73 5.76 5.42 N 1.57 0.8 4.46 S n.d. 0.01 n.d. CL n.d. 0.53 0.02 O 44.11 41.49 37.24 ε λ ί δ α 41 150

Ps [mbar] 4.Θεωρθτικό Τπόβακρο 4.1 Διαδικαςία υπολογιςμοφ λόγου αζρα καυςίμου και κερμογόνου δφναμθσ Αρχικά υπολογίηεται θ ςφςταςθ του αερίου αεριοποίθςθσ ςε ξθρι βάςθ (χωρίσ υπολογιςμό νεροφ) με τθν βοικεια των ειδικϊν χρωματογράφων που γίνεται αναφορά και παραπάνω. τθ ςυνζχεια υπολογίηεται το ποςοςτό υγραςίασ και θ τελικι ςφςταςθ του αερίου αεριοποίθςθσ λαμβάνοντασ υπόψθ και το νερό, με βάςθ τθν οποία γίνεται ο υπολογιςμόσ του λόγου αζρα καυςίμου και τθσ κερμογόνου δφναμθσ. Παρακάτω παρουςιάηεται θ μεκοδολογία υπολογιςμοφ τθσ υγραςίασ. Αρχικά βρίςκουμε τθν ςχετικι υγραςία από τον τφπο p p D s Όπου ps θ πίεςθ κορεςμοφ που εκφράηεται ςυναρτιςει τθσ κερμοκραςίασ του χϊρου όπωσ φαίνεται ςτο παρακάτω γράφθμα. Διαφορετικά υπολογίηεται από πίνακεσ κερμοδυναμικϊν ιδιοτιτων όπωσ ζγινε και ςε αυτόν τον υπολογιςμό. 1200 1000 800 600 400 200 0 0 20 40 60 80 100 Θερμοκραςία t [oc] Γράφθμα 1 Πίεςθ κορεςμοφ ςυναρτιςει κερμοκραςίασ χϊρου ε λ ί δ α 42 150

Θεωρϊντασ τον αζρα ιδανικό αζριο και εφαρμόηοντασ τθν καταςτατικι εξίςωςθ των ιδανικϊν αερίων για τον υδρατμό (D) και για τον ξθρό αζρα (L) προκφπτει: Οι τιμζσ των ςτακερϊν R L και p V m R T p m R p V m R T p m R L L L L L L D D D D D D R D παρουςιάηονται ςτον επόμενο πίνακα. Θ 2 Ο 2 Ν 2 C S Mr 1.00797 15.9994 14.0067 12.01115 32.064 τακερά 461.51 [J/ kgk] υδρατμοφ τακερά αζρα 287.2 [J/ kgk] τακερά Ο 2 259.83 [J/ kgk] Επίςθσ ςτθν παραπάνω ςχζςθ, ο λόγοσ m / m ορίηεται ωσ θ απόλυτθ υγραςία x [kgd/ kgl]. το μίγμα του αζρα ιςχφει: L Θ παραπάνω ςχζςθ παίρνει τθ μορφι: D patm pl pd p atm ps 1 RL RL ps xl p x R R p p s L R R atm s L Θ απόλυτθ υγραςία κατ όγκο μπορεί να υπολογιςκεί ωσ x kmol D / kmoll L L L MB MB φμφωνα λοιπόν με τα παραπάνω, αφοφ ζχουμε υπολογίςει τθν ςφςταςθ του αζριου αεριοποίθςθσ ςε ξθρι βάςθ υπολογίηουμε για ςχετικι υγραςία 100% και κερμοκραςία αερίου αεριοποίθςθσ 30 ο C με p s =0.04241 bar τθν ςφςταςθ του αερίου αεριοποίθςθσ με νερό. Αναλυτικότερα ζχουμε: x L RD RL 461.51 J / kgk 287.2 J / kgk RL ps 287.2 0.4241 xl 0.027192[kg D / kg L] R p p 461.511.013 0.4241 D atm s Ενϊ θ απόλυτθ υγραςία κατ όγκο προκφπτει: MB 28.85033 x 0.027192 0.043546 L L L L MBHO 18.01534 2 HO 2 kmol D / kmoll ε λ ί δ α 43 150

Εφόςον βρικαμε τθν ςχετικι υγραςία μποροφμε να βροφμε τθν ςφςταςθ του αερίου αεριοποίθςθσ ςε υγρι βάςθ όπου θ νζα ςφςταςθ πλζον είναι θ αρχικι προσ τθν ςυνολικι ςφςταςθ προςαυξθμζνθ με τθν απόλυτθ υγραςία. τθν ςυνζχεια από τθν κατ όγκο ςφςταςθ υγρισ βάςθσ μποροφμε να βροφμε τθν κατϊτερθ κερμογόνο δφναμθ του αερίου αεριοποίθςθσ για τισ δεδομζνεσ κερμοκραςίεσ αεριοποιθτι. Για παράδειγμα για αζριο αεριοποίθςθσ προερχόμενο από ςταφφλι με κερμοκραςία αεριοποιθτι ςτουσ 800 ο C προκφπτει κατ όγκο ςφςταςθ ξθρισ βάςθσ από τον χρωματογράφο: % v/v H 2 18.63 CO 16.94 CH 4 2.02 CO 2 6.02 N 2 54.45 Θ οποία λαμβάνοντασ υπόψθ τα παραπάνω για τον υπολογιςμό τθσ κατ όγκο ςφςταςθσ υγρισ βάςθσ προκφπτει: % v/v w.b. H 2 18.19 CO 16.54 CH 4 1.98 CO 2 5.87 N 2 53.16 H 2 O 4.35 τθν ςυνζχεια από τθν παραπάνω κατ όγκο ςφςταςθ υγρισ βάςθσ και λαμβάνοντασ υπόψθ τθν κατϊτερθ κερμογόνο δφναμθ ςε kj/kmol των επιμζρουσ ςυςτατικϊν του αερίου αεριοποίθςθσ που φαίνεται ςτον παρακάτω πίνακα προκφπτει κατϊτερθ κερμογόνοσ δφναμθ του μίγματοσ ςε kj/kmol. Αναλυτικότερα ζχουμε: ε λ ί δ α 44 150 LHV [kj/kmol] CO 283000 CO 2 - CH 4 802000 C 2 H 4 1323000 C 2 H 6 1428000 H 2 241800 N 2 - C 3 H 8 2044000

16.54 1.98 18.19 LHV 283000 802000 241800 LHV 106656 [ kj / kmol] 100 100 100 Ενϊ θ κατϊτερθ κερμογόνοσ δφναμθ του αερίου αεριοποίθςθσ ςε *kj/kg] προκφπτει λαμβάνοντασ υπόψθ το μοριακό βάροσ του κάκε ςυςτατικοφ του αερίου αεριοποίθςθσ. Κατά ςυνζπεια ζχουμε: Mr [kg/kmol] CO CO 2 CH 4 C 2 H 4 C 2 H 6 H 2 N 2 C 3 H 8 O 2 28.01055 44.00995 16.04303 28.05418 30.07012 2.01594 28.0134 44.09721 31.9988 16.54 1.98 18.19 Mrtotal 28.01055 16.04303 2.01594 100 100 100 54.45 31.9988 4.35 28.0134 2.01594 Mrtotal 23.5792 kg / kmol 100 2 100 Όποτε LHV 106656 / 23.5792 LHV 4523 [kj/ kg] Σοιουτοτρόπωσ προκφπτουν για όλεσ τισ ςυςτάςεισ του αερίου αεριοποίθςθσ, για διαφορετικζσ κερμοκραςίεσ αεριοποιθτι, τα αντίςτοιχα αποτελζςματα, τα οποία παρουςιάηονται ςτθν ενότθτα παρουςίαςθσ των αποτελεςμάτων. Για τον υπολογιςμό του ςτοιχειoμετρικοφ λόγου αζρα καυςίμου τθσ καφςθσ του αερίου ςτον κινθτιρα εςωτερικισ καφςθσ ακολουκείτε θ παρακάτω μεκοδολογία. Θ αναγκαία κεωρθτικι ποςότθτα οξυγόνου Ο min ςε m 3 ανά ζνα m 3 καυςίμου για αζρια καφςιμα προκφπτει από τισ εξιςϊςεισ καφςεωσ CO, H 2 και των υδρογονανκράκων που περιζχονται ςτο αζριο καφςιμο. 1 3 1 3 3 1. CO O CO 1m CO m O 1m CO 2 2 2 2 2 2 1 r m CO r m O r m CO 2 3 3 3 co co 2 co 2 1 3 1 3 3 2. H2 O2 H2O 1m H2 m O2 1m H2O 2 2 3 1 3 3 rh m H 2 2 rh m O 2 2 rh m H 2 2O 2 3 3 3 3 3. CH 2O CO 2H O 1m CH 2m O 1m CO 2m H O 4 2 2 2 4 2 2 2 ε λ ί δ α 45 150

r m CH 2r m O r m CO 2r m H O 3 3 3 3 CH4 4 CH4 2 CH4 2 CH4 2 4. C H 3O CO 2H O 1m C H 3m O 2m CO 2m H O 3 3 3 3 2 4 2 2 2 2 4 2 2 2 r m C H 3r m O 2r m CO 2r m H O 3 3 3 3 C2H4 2 4 C2H4 2 C2H4 2 C2H4 2 n n CmHn m O2 mco2 H2O 4 2 5. 3 n 3 3 n 3 1m CmHn m m O2 mm CO2 m H 2O 4 2 3 n 3 3 n 3 rc mh m C n mh n m rc mh m O n 2 mrc mh m CO n 2 rc mh m H n 2O 4 2 Ακροίηοντασ τισ απαιτοφμενεσ ποςότθτεσ οξυγόνου των εξιςϊςεων 1 ζωσ και 5 ζχουμε: 1 1 n min m n 2 2 4 3 3 rh r 2 CO 2rCH 3 r [m / ] 4 C2H4 m rc H ro m fuel 2 Με δεδομζνο ότι θ κατ όγκο ςφςταςθ του ατμοςφαιρικοφ αζρα είναι 21% Ο 2 και 79% Ν 2, και επειδι θ αναλογία όγκων ςτα αζρια αποτελεί και αναλογία kmol, θ ςτοιχειομετρικά απαιτοφμενθ ποςότθτα αζρα είναι: Omin Lmin 0.21 1 1 1 n m n 0.21 2 2 4 3 3 rh r 2 CO 2rCH 3 r [m / ] 4 C2H4 m rc H ro m fuel 2 Αντίςτοιχα λαμβάνοντασ υπόψθ τθν παραπάνω κατ όγκο ςφςταςθ καυςαερίου ςε υγρι βάςθ προκφπτει ότι: 1 18.19 1 16.54 1.98 2 2 100 2 100 100 3 3 AFRstoic Lmin 1.02 m / m 0.21 Επίςθσ μποροφμε να βροφμε πλζον και τον λόγο αζρα καυςίμου ςε kg air /kg fuel πολλαπλαςιάηοντασ με τα αντίςτοιχα μοριακά βάρθ. Δθλαδι: 28.85 AFRstoic 1.02 AFRstoic 1.24 kg / kg 23.5792 Όπου 23.572 το μοριακό βάροσ του αερίου αεριοποίθςθσ με τθν ςυγκεκριμζνθ ςφςταςθ και 28.85 το μοριακό βάροσ του αζρα. Σοιουτοτρόπωσ και λαμβάνοντασ υπόψθ τισ διαφορετικζσ αναλογίεσ ςυςτατικϊν αερίων ςε κάκε κερμοκραςία για το αζριο αεριοποίθςθσ ακολουκοφμε τθν παραπάνω διαδικαςία και εξάγουμε τα ςυνολικά αποτελζςματα για τουσ λόγουσ αζρα καυςίμου. Σα ςυγκεντρωτικά αποτελζςματα παρατίκενται ςτο επόμενο κεφάλαιο. ε λ ί δ α 46 150

4.2. Μζτρθςθ δυναμοδεικτικοφ διαγράμματοσ Για τθν μζτρθςθ τθσ πίεςθσ ςυναρτιςει του όγκου του κυλίνδρου (γνωςτό ωσ λιψθ δυναμοδεικτικοφ διαγράμματοσ) ζχουν χρθςιμοποιθκεί πολλζσ τεχνικζσ. τθν παροφςα διπλωματικι εργαςία θ μζτρθςθ τθσ πίεςθσ όπωσ αναφζραμε και παραπάνω ζγινε με πιεηοθλεκτρικοφσ αιςκθτιρεσ, μια μζκοδοσ που ακολουκοφν πλζον τα περιςςότερα ςφγχρονα εργαςτιρια. τθν ςυνζχεια αναφζρεται θ βαςικι κεωρία περί πιεηοκρυςτάλλων και ςτθν ςυνζχεια παρουςιάηεται θ κεωρία που λιφκθκε υπόψθ κατά το πείραμα. Σο πιεηοθλεκτρικό φαινόμενο ςυνίςταται ςτθ δθμιουργία θλεκτρικοφ φορτίου ςε ζνα ςτερεό με μεταβολι τθσ πίεςθσ. Θεωρείται ζνα ςτακερό αντικείμενο το οποίο φορτίηεται με κετικά και αρνθτικά ιόντα κατανεμθμζνα ςε δομθμζνο κρυςταλλικό πλζγμα. Ανιςοκατανομι του φορτίου οδθγεί ςε αςυμμετρία του κρυςταλλικοφ πλζγματοσ, οπότε και θ πίεςθ του κρυςτάλλου αλλάηει τθν κρυςταλλικι δομι και εκτοπίηει τα κετικά φορτία ςε ςχζςθ με τα αρνθτικά. Μια επιφάνεια που ιταν θλεκτρικά ουδζτερθ, μπορεί να γίνει κετικά θ αρνθτικά φορτιςμζνθ. ε ουςίεσ όπωσ το χλωριοφχο νάτριο (NaCl) που ζχουν ςυμμετρικι κατανομι φορτίων ςτο κρυςταλλικό πλζγμα ι άςκθςθ πίεςθσ δεν παράγει πιεηοθλεκτριςμό. Τπάρχουν δφο κφρια πιεηοθλεκτρικά φαινόμενα: 1. Σο εγκάρςιο φαινόμενο κατά το οποίο φορτία ςτο x-επίπεδο του κρυςτάλλου προκφπτουν από δυνάμεισ που δρουν ςτο y-επίπεδο. 2. Σο διαμικεσ φαινόμενο κατά το οποίο φορτία ςτο x-επίπεδο του κρυςτάλλου προκφπτουν από δυνάμεισ που αναπτφςςονται ςτο x-επίπεδο. Εικόνα 15 Δομι πιεηοκρυςτάλλου για διαμικεσ (αριςτερά) και εγκάρςιο (δεξιά) τρόπο μζτρθςθσ (53) (54) ε λ ί δ α 47 150

Πολλοί πιεηοθλεκτρικοί αιςκθτζσ διακζτουν εςωτερικά ψυκτικά κανάλια και <<αντιςτάκμιςθ κερμοκραςίασ>>. Αυτό είναι απαραίτθτο γιατί με αφξθςθ τθσ κερμοκραςίασ προκαλείται διαςτολι του μεταλλικοφ περιβλιματοσ και κατά ςυνζπεια εκτόνωςθ του φορτίου των προεντεταμζνων κρυςτάλλων. Κάποιοι πιεηοθλεκτρικοί αιςκθτζσ είναι εφοδιαςμζνοι με αςπίδεσ φλόγασ για τθν αποφυγι προβλθμάτων λόγο πρόςκρουςθσ τθσ φλόγασ. Σζτοια προβλιματα μποροφν επίςθσ να αποφευχκοφν με επικάλυψθ του διαφράγματοσ με ζνα λαςτιχάκι ςιλικόνθσ που δρα ωσ αςπίδα κερμότθτασ. Θ χριςθ των πιεηοθλεκτρικϊν αιςκθτιρων για ποςοτικζσ μετριςεισ πίεςθσ αν και ιδιαιτζρωσ επίπονθ διαδικαςία εχει περιγραφεί λεπτομερϊσ κατά καιροφσ (55) (56) (57). Μια τυπικι διάταξθ λιψθσ δυναμοδεικτικοφ διαγράμματοσ παριςτάνεται ςτθν παρακάτω εικόνα. Για τον προςδιοριςμό τθσ κζςθσ του άνω νεκροφ ςθμείο και τθν κωδικοποίθςθ τθσ γωνίασ ςτροφάλου χρθςιμοποιείται οπτικό ςφςτθμα γωνιομζτρου όπωσ φαίνεται ςτο ςχιμα. τθν παροφςα εργαςία επειδι δεν υπιρχε θ παραπάνω δυνατότθτα για τον προςδιοριςμό του άνω νεκροφ ςθμείου τζκθκε ο κινθτιρασ ςε κατάςταςθ ρυμοφλκθςθσ (motoring) με βγαλμζνο τον ςπινκθριςτι και πειραματικά, με αντιςτοίχιςθ του ςθμείου μζγιςτθσ πίεςθσ με το ςιμα του εκκεντροφόρου ςτο ίδιο ςθμείο, βρζκθκε θ γωνία ςτροφάλου ςτο ςθμείο μζγιςτθσ πίεςθσ. Αναφζρεται, πωσ θ ςυγκεκριμζνθ προςζγγιςθ και θ υπόκεςθ τθσ αντιςτοίχιςθσ του ςθμείου μζγιςτθσ πίεςθσ με το άνω νεκρό ςθμείο, εμπεριζχει ςφάλμα, το οποίο για τουσ ςκοποφσ τθσ ςυγκεκριμζνθσ εργαςίασ κεωρείται αμελθτζο. Εικόνα 16 Μζκοδοσ ελζγχου τθσ γωνίασ ςτροφάλου (18) το εμπόριο υπάρχει διακζςιμοσ εξοπλιςμόσ (hardware & software) τόςο για τθν ανάκτθςθ όςο και για τθν επεξεργαςία των δεδομζνων τθσ μζτρθςθσ. Ο εργαςτθριακόσ εξοπλιςμόσ (hardware) αποτελείται από ςυςτιματα A/D υψθλισ ταχφτθτασ ανάκτθςθσ δεδομζνων και ψθφιακοφσ επεξεργαςτζσ ςθμάτων. Σο λογιςμικό (Software) κάνει ςτατιςτικι και κερμοδυναμικι ανάλυςθ των δεδομζνων πίεςθσ ςε πραγματικό χρόνο. Για τθν μελζτθ των φαινομζνων μεταβλθτότθτασ από κφκλο ςε κφκλο, θ ανάλυςθ μπορεί να γίνει είτε ςε μεμονωμζνουσ κφκλουσ είτε λαμβάνοντασ κατάλλθλουσ μζςουσ όρουσ (το ςθμείο αυτό αναφζρεται αναλυτικότερα ςτο επόμενο κεφάλαιο). Οι μετριςεισ τθσ πίεςθσ του κυλίνδρου μποροφν να χρθςιμοποιθκοφν για τθν εφρεςθ τθσ ςτιγμιαίασ ζκλυςθσ κερμότθτασ, του ε λ ί δ α 48 150

ρυκμοφ καφςθσ και τθσ κερμοκραςίασ του αερίου. τθν βιβλιογραφία υπάρχει εκτεταμζνθ ζρευνα για τθν ανάλυςθ δεδομζνων πίεςθσ με διαφορετικά μοντζλα (58). Ζνα αντιπροςωπευτικό δυναμοδεικτικό διάγραμμα πίεςθσ ςυναρτιςει τθσ γωνίασ ςτροφάλου είναι αυτό που φαίνεται ςτθν επόμενθ εικόνα. Χρθςιμοποιϊντασ τθ γνωςτι γεωμετρία του μθχανιςμοφ ςτροφάλου-διωςτιρα, τα δεδομζνα πίεςθσ μποροφν να παραςτακοφν ωσ ςυνάρτθςθ του όγκου του κυλίνδρου και ςτθν μορφι logp ωσ προσ logv. Οι διεργαςίεσ του χρόνου ςυμπίεςθσ και εκτόνωςθσ χωρίσ αντίδραςθ, μποροφν να n προςεγγιςτοφν ωσ πολυτροπικζσ διεργαςίεσ όπου PV const. Ο πολυτροπικόσ εκκζτθσ n μπορεί να βρεκεί από τθν κλίςθ τθσ καμπφλθσ ςτο γράφθμα logp-logv. Σα φαινόμενα άντλθςθσ ςτισ φάςεισ τθσ ειςαγωγισ και εξαγωγισ κακϊσ και οι αυξομειϊςεισ του ςιματοσ τθσ πίεςθσ είναι πιο εμφανι όταν χρθςιμοποιοφνται λογαρικμικζσ ςυντεταγμζνεσ. Εικόνα 17 Συπικό διάγραμμα πίεςθσ ςυναρτιςει τθσ γωνίασ ςτροφάλου (18) 4.3 Ανάλυςθ μζςω ζκλυςθσ κερμότθτασ Για κινθτιρεσ απευκείασ ζγχυςθσ το περιεχόμενο του κυλίνδρου μελετάται ωσ ζνα ανοιχτό ςφςτθμα. Θ μόνθ ροι που ειςζρχεται μζςα ςτο ςφςτθμα (τθ ςτιγμι που είναι κλειςτζσ οι βαλβίδεσ ειςαγωγισ και εξαγωγισ) είναι το καφςιμο και θ ροι ςτο διάκενο. Επειδι οι παράπλευρεσ απϊλειεσ (Blowby) κακϊσ και θ ενκαλπία εξάτμιςθσ ςτουσ κινθτιρεσ ζναυςθσ με ςπινκθριςμό (όπωσ ςτθν παροφςα περίπτωςθ) είναι αμελθτζεσ θ παρακάτω εξίςωςθ παίρνει τθν μορφι: dqch du s dqht dw dm dm i dqch du s dqht dw hi hf dt dt dt dt dt dt dt dt dt dt f ε λ ί δ α 49 150

Από τθν παραπάνω εξίςωςθ, όπου U και h f είναι θ αιςκθτι εςωτερικι ενζργεια τθσ γόμωςθσ και θ αιςκθτι ενκαλπία του εγχεόμενου καυςίμου αντίςτοιχα 1,ο όροσ dq/dt παρουςιάηει τθ διαφορά μεταξφ τθσ χθμικισ ενζργειασ ι κερμότθτασ που απελευκερϊνεται από τθν καφςθ του καυςίμου (μια κετικι ποςότθτα) και θ μετάδοςθ κερμότθτασ από το ςφςτθμα (ςε κινθτιρεσ, θ μετάδοςθ κερμότθτασ από το ςφςτθμα και από τθ κερμοδυναμικι ςφμβαςθ είναι μια αρνθτικι ποςότθτα). Λαμβάνοντασ επίςθσ υπόψθ ότι h τότε θ παραπάνω εξίςωςθ μεταςχθματίηεται ςε: s, f 0 dq dq dq dw du dt dt dt dt dt n ch ht s Ο φαινομενικά κακαρόσ ρυκμόσ ζκλυςθσ κερμότθτασ, dqn / dt, το οποίο είναι θ διαφορά μεταξφ του ρυκμοφ τθσ ςυνολικισ εκλθκείςασ κερμότθτασ dqch / dt και του ρυκμοφ μετάδοςθσ κερμότθτασ ςτα τοιχϊματα, ιςοφται με το ρυκμό με τον οποίο αποδίδεται το ζργο ςτο ζμβολο ςυν τον ρυκμό μεταβολισ τθσ αιςκθτισ εςωτερικισ ενζργειασ τθσ γόμωςθσ. Αν επιπλζον υποκζςουμε ότι θ γόμωςθ του κυλίνδρου ςυμπεριφζρεται ωσ ιδανικό αζριο τότε θ παραπάνω εξίςωςθ μετατρζπεται ςε: Από το νόμο των ιδανικϊν αερίων, pv dq n dw mc dt v dt dt dt mrt, με R από υπόκεςθ ςτακερι, προκφπτει ότι: 1 Ιζτύει όηι U U U T U 298K και h h h T h K s Εικόνα 18 Θάλαμοσ καφςθσ με διακριτά τα όρια του ςυςτιματοσ (64) f s f f f, 298 ε λ ί δ α 50 150

dp dv dt p V T Λαμβάνοντασ υπόψθ τισ δφο παραπάνω εξιςϊςεισ μποροφμε να εξαλείψουμε τθν κερμοκραςία Σ και ζτςι ζχουμε: dq n cv dv cv dp 1 p V dt R dt R dt Γνωρίηουμε ότι cp / cv και cp cv R και προκφπτει: dqn dv 1 dp p V dt 1 dt 1 dt Ο λόγοσ κερμοχωρθτικοτιτων γ, τόςο για το άκαυςτο μίγμα όςο και για τα καυςαζρια, μειϊνεται με τθν αφξθςθ τθσ κερμοκραςίασ και ποικίλει ανάλογα με τθ ςφςταςθ του καυςίμου όπωσ φαίνεται και ςτο Διάγραμμα 2. Διάγραμμα 2 Μεταβολι του λόγου κερμοχωρθτικοτιτων ςυναρτιςει κερμοκραςίασ ςε διαφορετικοφσ λόγουσ αζρα/καυςίμου για καμζνο (αριςτερά) και άκαυςτο (δεξιά) μίγμα (59) Λαμβάνοντασ υπόψθ ότι θ μζςθ κερμοκραςία του αερίου μζςα ςτον κφλινδρο αυξάνει κατά τθν φάςθ τθσ ςυμπίεςθσ και μειϊνεται ςτθν φάςθ τθσ εκτόνωςθσ ο λόγοσ κερμοχωρθτικοτιτων γ μεταβάλλεται ςτθν διάρκεια τθσ διεργαςίασ. Κατά ςυνζπεια είναι αναγκαία θ χριςθ ενόσ μοντζλου που να προςεγγίηει όςο το δυνατόν καλφτερα αυτι τθν μεταβολι. τθν παροφςα διπλωματικι εργαςία χρθςιμοποιικθκε το μοντζλο του Egnell (60) (59). υγκεκριμζνα ο λόγοσ κερμοχωρθτικοτιτων ιςοδυναμεί με: ε λ ί δ α 51 150

k1exp k2 / T Όπου είναι μια τιμι αναφοράσ και ορίηεται ίςθ με 1.38 T θ μζςθ κερμοκραςία του αερίου k1, k 2 ςτακερζσ που παίρνουν τιμζσ 0.2 και 900 αντίςτοιχα. Από τθν παραπάνω ςχζςθ μποροφμε πλζον να προςδιορίςουμε τθν ζκλυςθ κερμότθτασ. Ο λόγοσ κερμοχωρθτικοτιτων προςδιορίηεται μζςω του μοντζλου του Egnell, που αναφζρκθκε παραπάνω, ενϊ ο οι όροι dp/dt και dv/dt βρίςκονται από πειραματικά δεδομζνα και από υπολογιςμό του γεωμετρικοφ μοντζλου του κινθτιρα αντίςτοιχα. Σο ποςοςτό ςυναγωγισ μεταφοράσ κερμότθτασ ςτα τοιχϊματα του καλάμου καφςθσ μπορεί να υπολογιςτεί από τθ ςχζςθ: dq dt ht c Ah T T w όπου το Α είναι θ ζκταςθ επιφανείασ του καλάμου, το Σ είναι θ μζςθ κερμοκραςία του αερίου, Σ W είναι θ μζςθ κερμοκραςία τοιχϊματοσ, και h c είναι ο ςυντελεςτισ μεταφοράσ κερμότθτασ (κατά μζςο όρο πάνω από τθν επιφάνεια του καλάμου). Ο ςυντελεςτισ μεταφοράσ κερμότθτασ, h c, μπορεί να εκτιμθκεί από τισ ςυςχετίςεισ μεταφοράσ κερμότθτασ του κινθτιρα. τθν παροφςα διπλωματικι εργαςία χρθςιμοποιικθκε το μοντζλο του Hohenberg (61) που παρουςιάηεται παρακάτω. το παρακάτω γράφθμα φαίνεται θ ολοκλθρωμζνθ ζκλυςθ κερμότθτασ ςυναρτιςει τθσ γωνίασ ςτροφάλου. Θ χαμθλότερθ καμπφλθ δείχνει τθν κακαρι ζκλυςθ κερμότθτασ. Θ προςκικθ τθσ μεταφοράσ κερμότθτασ και του μοντζλου των διακζνων δίνει τθν απελευκζρωςθ χθμικισ ενζργειασ. Θ καμπφλθ ςτθν κορυφι του γραφιματοσ είναι θ μάηα του καυςίμου εντόσ του καλάμου καφςεωσ πολλαπλαςιαςμζνθ με τθν κερμογόνο δφναμθ του καυςίμου. Παρατθρείται επίςθσ μία πτϊςθ που ςυναντάται κοντά ςτο ςθμείο μζγιςτθσ πίεςθσ (p max ) και οφείλεται ςτο λόγο εκβαλλόμενθσ ροισ προσ τα διάκενα. Θ διαφορά που παρατθρείται μεταξφ τθσ τελικισ τιμισ τισ Q ch, και του γινομζνου m f Q LHV κα πρζπει να ιςοφται με τθν αναποτελεςματικότθτα τθσ καφςθσ (το οποίο είναι ζνα μικρό ποςοςτό του m f Q LHV ). Θ αναποτελεςματικότθτα τθσ καφςθσ μπορεί να κακορίηεται από τθ ςφνκεςθ των καυςαερίων και ορίηεται ωσ: i xq i HV 1n i c m / m m Q f a f HVf Όπου X i είναι ποςοςτά μάηασ των CO, H 2, HC και ςωματιδίων ενϊ το Q HVi είναι ι κατϊτερθ κερμογόνοσ δφναμθ των παραπάνω ςτοιχείων. Επίςθσ οι δείκτεσ a και f αναφζρονται ςτον αζρα και ςτο καφςιμο αντίςτοιχα. Οι ανακρίβειεσ ςτα δεδομζνα πίεςθσ του κυλίνδρου ςυμβάλλουν επίςθσ ςε αυτι τθν διαφορά. ε λ ί δ α 52 150

Ζνα ςθμαντικό πλεονζκτθμα τθσ ανάλυςθσ μζςω ζκλυςθσ κερμότθτασ θ οποία υπολογίηεται από τισ αλλαγζσ πίεςθσ εντόσ του κυλίνδρου είναι ότι το προαναφερκζν ςφάλμα μπορεί να προςδιοριςτεί. τθν τελικι ανάλυςθ θ αναποτελεςματικότθτα τθσ καφςθσ είναι μικρότερθ του 2%. Διάγραμμα 3 Απεικόνιςθ τθσ αποτελεςματικότθτασ καφςθσ ςυναρτιςει γωνίασ ςτροφάλου Ωσ ανεξάρτθτεσ μεταβλθτζσ χρθςιμοποιοφνται θ γωνία ςτροφάλου φ ι ο χρόνοσ t. Θ ςχζςθ που ςυνδζει τθν γωνία ςτροφάλου με τον χρόνο είναι: Όπου: t : χρόνοσ ςε *sec+ : θ γωνία ςτροφάλου ςε [rad] : θ ςυχνότθτα περιςτροφισ ςε [rad/sec] t d dt Επίςθσ για τθν επίλυςθ των εξιςϊςεων απαιτείται θ χριςθ τθσ καταςτατικισ εξίςωςθσ Όπου: P : πίεςθ *Pa+ V : όγκοσ *m 3 ] n : γραμμομοριακι μάηα *mol+ PV nrt R : παγκόςμια ςτακερά των αερίων *J/(kmol K)+ T : κερμοκραςία *Κ+. ε λ ί δ α 53 150

Θ μεταβολι του όγκου του κυλίνδρου υπολογίηεται από το μοντζλο του μθχανιςμοφ διωςτιρα ςτροφάλου. Παρακάτω εξθγοφνται τα επιμζρουσ υπο-μοντζλα. 4.3.1 Μθχανικό ζργο Θ ιςχφσ που αποδίδεται ςτο ζμβολο dw/dt μπορεί να υπολογιςτεί από τθν πίεςθ ςτον κφλινδρο και από το ρυκμό μεταβολισ του όγκου: όπου: W το ζργο ογκομεταβολισ ςε *J+. dw dv dv p p dt dt d Από τθν παρακάτω Εικόνα 19 παριςτάνεται ο μθχανιςμόσ ςτροφάλου-διωςτιρα-εμβόλου. Από τα γεωμετρικά χαρακτθριςτικά του ςυςτιματοσ προκφπτει: e e sin arcsin r l r l c1 e r sin 2 2 2 c r l e Από τα παραπάνω προκφπτει θ διαδρομι του εμβόλου: s c3 c2 r cos Είναι εφκολα φανερό πωσ για τθ γεωμετρία του κινθτιρα ιςχφουν τα παρακάτω: Θ διαδρομι του εμβόλου: s r l l r r 2 2 2 ( ) sin ( ) cos( ) ε λ ί δ α 54 150

Εικόνα 19 20χθματικι παράςταςθ του μθχανιςμοφ ςτροφάλου-διωςτιρα- - εμβόλου - (64) Ο όγκοσ: V( ) VK. AZ. s( ),όπου: AZ. 2 D Παραγωγίηοντασ προκφπτει: dv d 4 ds r e r sin cos c1 cos rsin( ) r sin d 2 2 l e r sin C 2 Z. ds d dv dt dv d Θ ςυνολικι διαδρομι και ο όγκοσ εμβολιςμοφ υπολογίηονται ωσ: s Max[ s( )] Min[ s( )] Hub V ( 1) Hub AZ. shub VK. ε λ ί δ α 55 150

, όπου: VK. ο νεκρόσ όγκοσ του κυλίνδρου ςε *m3+ D θ διάμετροσ του εμβόλου ςε *m+ r θ ακτίνα του ςτροφάλου ςε *m+ l το μικοσ του διωςτιρα ςε *m+ θ ςυχνότθτα περιςτροφισ, όπου n ςε *Hz+. Ενϊ για τθν οριακι περίπτωςθ e=0 ιςχφει:, όπου: r/ l s 2 2 2 sin cos s r l l r r 1 2 2 r 1 cos 1 1 S sin S ds s sin(2 ) r sin( ) d 2 2 2 1 s sin ( ) 4.3.2 Μοντζλο μετάδοςθσ κερμότθτασ ςτον κφλινδρο Θ περιγραφι τθσ μετάδοςθσ κερμότθτασ είναι ιδιαίτερα κρίςιμθ για τθ ςωςτι μοντελοποίθςθ του κινθτιρα, κακϊσ επθρεάηει τισ ςυνκικεσ ςτο εςωτερικό του κυλίνδρου και ςυνεπϊσ τθν απόδοςι του. Σαυτόχρονα, τα φαινόμενα και οι αντίςτοιχοι υπολογιςμοί είναι δφςκολο να προγραφοφν μακθματικά και κατά ςυνζπεια καταφεφγει κανείσ ςυνικωσ ςε θμιεμπειρικζσ ςχζςεισ. τθ γενικι περίπτωςθ, ο ρυκμόσ μετάδοςθσ κερμότθτασ αποτελείται από ζναν όρο ςυναγωγισ και ζναν όρο ακτινοβολίασ:, όπου: dqht dqa dq dt dt dt dq ht dt dq a dt ρυκμόσ μετάδοςθσ κερμότθτασ ςε *W+ ρυκμόσ μετάδοςθσ κερμότθτασ με ςυναγωγι ςε *W+ dq ρυκμόσ μετάδοςθσ κερμότθτασ με ακτινοβολία ςε *W+. dt ε λ ί δ α 56 150

υνικωσ, ο όροσ τθσ ακτινοβολίασ ενςωματϊνεται για λόγουσ απλοποίθςθσ ςτον όρο τθσ ςυναγωγισ. Από το νόμο τθσ ςυναγωγισ, ιςχφει ότι: dq dt ht i a A ( T T ) (1.3.2) i i W, i Gas Εδϊ, χωρίηεται ςυνικωσ ο κάλαμοσ καφςθσ ςε τρεισ περιοχζσ: Ζμβολο Κυλινδροκεφαλι Σο μζροσ του χιτωνίου που αφινει εκτεκειμζνο το ζμβολο. Οι βαλβίδεσ ςυνυπολογίηονται ςυνικωσ ςτθν κυλινδροκεφαλι. ε πιο λεπτομερείσ υπολογιςμοφσ μποροφν να υπολογιςτοφν και χωριςτά. Για τθν εκτεκειμζνθ επιφάνεια χιτωνίου ιςχφει:, αποτελείται δθλαδι από τρεισ όρουσ: AB. AF. AK. Ds( ) (1.3.3) Επιφάνεια του χιτωνίου που είναι εκτεκειμζνθ ςτο ΑΝ (ΑF.) Επιφάνεια του χιτωνίου μεταξφ τθσ επιφάνειασ του εμβόλου και του δακτυλίου ςυμπίεςθσ (ΑK.) Επιφάνεια του χιτωνίου που εκτίκεται λόγω τθσ κίνθςθσ του εμβόλου. Ο υπολογιςμόσ τθσ μετάδοςθσ κερμότθτασ προχποκζτει τόςο τθ γνϊςθ των κερμοκραςιϊν τθσ αζριασ φάςθσ, όςο και των τοιχωμάτων. Για τθν αζρια φάςθ χρθςιμοποιείται μια μζςθ κερμοκραςία, που προκφπτει από τθν καταςτατικι εξίςωςθ, κάνοντασ χριςθ τθσ υπόκεςθσ του δοχείου ιδανικισ ανάμιξθσ. Για τισ εκάςτοτε κερμοκραςίεσ τοιχϊματοσ χρθςιμοποιοφνται ουςιαςτικά μζςεσ τιμζσ ςτθ διάρκεια ενόσ κφκλου λειτουργίασ. Για το ζμβολο και τθν κυλινδροκεφαλι κεωρείται ςυνικωσ ότι θ κερμοκραςία είναι χωρικά ομοιόμορφθ. Για το χιτϊνιο, θ κερμοκραςία τοιχϊματοσ εξαρτάται από το είδοσ του κινθτιρα και από το αν το χιτϊνιο βρζχεται πλιρωσ ι μερικϊσ από το ψυκτικό μζςο. Για να χειριςτοφν αυτζσ οι περιπτϊςεισ, το χιτϊνιο χωρίηεται ςε επιμζρουσ περιοχζσ με διαφορετικι κερμοκραςία ι χρθςιμοποιοφνται κατάλλθλα κερμοκραςιακά προφίλ ςυναρτιςει του μικουσ του χιτωνίου. Οι κερμοκραςίεσ αυτζσ μποροφν να προκφψουν από μετριςεισ. Για μόνιμεσ ςυνκικεσ λειτουργίασ, μποροφν όμωσ να υπολογιςτοφν και με μια απλι επαναλθπτικι διαδικαςία. Για τθ μεταβατικι λειτουργία απαιτοφνται όμωσ μοντζλα που λαμβάνουν υπόψθ τθ μεταβατικι αγωγι ςτα τοιχϊματα. Οι ςυντελεςτζσ μετάδοςθσ κερμότθτασ δίνονται ςυνικωσ με τθ μορφι θμιεμπειρικϊν ςχζςεων που προκφπτουν από αντίςτοιχα πειραματικά δεδομζνα. Οι πιο γνωςτζσ ςυςχετίςεισ είναι αυτζσ του Woschni (62) του Bargende (63) κακϊσ και του Hohenberg (61) που χρθςιμοποιικθκε ςτθν παροφςα ε λ ί δ α 57 150

ανάλυςθ. Πριν παρουςιάςουμε το μοντζλο ςυςχζτιςθσ του Hohenberg κα κάνουμε μια ςφντομθ αναφορά ςε αυτό του Woschni από το οποίο προιλκε το παραπάνω. Μετάδοςθ κερμότθτασ κατά Woschni Σο μοντζλο του Woschni ξεκινά από τθν υπόκεςθ μόνιμθσ και πλιρωσ τυρβϊδουσ ροισ ςε αγωγό (62). Από τθ διαςτατικι ανάλυςθ προκφπτει ότι ο αρικμόσ Nusselt μπορεί να εκφραςτεί ςυναρτιςει του Re και Pr με μία ςχζςθ τθσ μορφισ: 0.8 0.4 Nu C Re Pr (1.3.1.1), όπου ad wd C p Nu,Re Pr Θεωρϊντασ το αζριο ςτο κάλαμο καφςθσ ιδανικό: RT και προκφπτει αμζςωσ: ad P wd RT 0.8 0.4 Pr και για το ςυντελεςτι ςυναγωγισ: a CD p w 0.2 0.8 0.8 0.4 Pr 0.8 ( RT) Για τισ ςτακερζσ φλθσ μποροφμε να κεωριςουμε: T Pr=0.74 ; ; To x y και με τθν υπόκεςθ ότι θ χαρακτθριςτικι ταχφτθτα w είναι θ μζςθ ταχφτθτα του εμβόλου w c m,παίρνουμε: r a C D p c T r 0.8(1 y) x. * 0.2 0.8 0.8 m υγκρίνοντασ τα αποτελζςματα τθσ παραπάνω ςχζςθσ με πειραματικά αποτελζςματα, προζκυψε για τον εκκζτθ r τθσ κερμοκραςιακισ εξάρτθςθσ θ τιμι r = 0.53 και για τθ ςτακερά C*=127.93. τθν περίπτωςθ που ζχουμε και καφςθ, για να λθφκεί υπόψθ θ επίδραςθ τθσ καφςθσ ςτθ μετάδοςθ κερμότθτασ μεταβάλλεται θ χαρακτθριςτικι ταχφτθτα. Ζτςι ζχουμε: ε λ ί δ α 58 150

a 127,93D p v T Με W mk 0.2 0.8 0.8 0.53 2 VT v C c C ( p p ) h 1 1 m 2 0 pv 1 1 ό ύ Οι τιμζσ p1, T1, V1 αναφζρονται ςτθν ζναρξθ τθσ ςυμπίεςθσ (κλείςιμο βαλβίδασ ειςαγωγισ). Επίςθσ ο όροσ p 0 αναφζρεται ςε ςυνκικεσ ρυμοφλκθςθσ (motoring) του κινθτιρα. Για τισ ςτακερζσ C1 και C2 μζςω πειραματικϊν επαλθκεφςεων προζκυψαν οι παρακάτω τιμζσ: Για το C1: c Εναλλαγι μίγματοσ: C1 6.18 0.417 u cm c υμπίεςθ / Εκτόνωςθ: C1 2.28 0.308 u cm Για το C2: Κινθτιρασ με προκάλαμο: C2 6.22*10 m sk 3 Κινθτιρασ απευκείασ ζγχυςθσ: C2 3.24*10 m sk 3 Ο λόγοσ ςτροβιλιςμοφ ειςαγωγισ cu/cm παίρνει τιμζσ μεταξφ 0 και 3. Ο ςτροβιλιςμόσ μπορεί να μετρθκεί με κατάλλθλθ πειραματικι διάταξθ (κατά Tipelmann). Σοποκετείται μια πτερωτι διαμζτρου d = 0.7D ςε απόςταςθ 100 mm κάτω από τθν κυλινδροκεφαλι και μζςα ςτο χιτϊνιο. Επιβάλλεται μια ροι μζςα από τθ βαλβίδα ειςαγωγισ ϊςτε θ αξονικι ταχφτθτα ςτθν πτερωτι να είναι ίςθ με τθ μζςθ ταχφτθτα του εμβόλου cm. Μετρϊντασ τισ ςτροφζσ τθσ πτερωτισ nd υπολογίηεται εφκολα θ περιφερειακι ταχφτθτα c u D n d και ςυνεπϊσ ο λόγοσ ςτροβιλιςμοφ. Όπωσ φαίνεται από τισ εξιςϊςεισ για τα C1 και C2 κάποιοι όροι ςτισ ςχζςεισ μετάδοςθσ κερμότθτασ εξαρτϊνται από τθν εκάςτοτε φάςθ του κφκλου λειτουργίασ (ςυμπίεςθ, εκτόνωςθ κλπ). Επίςθσ ο όροσ που περιλαμβάνει τθ ςτακερά C2 εφαρμόηεται μόνο ςτθ φάςθ τθσ καφςθσ. Ο όροσ (p-p0) δθλϊνει τθ διαφορά μεταξφ τθσ πίεςθσ ςτον κφλινδρο με καφςθ και τθσ αντίςτοιχθσ πίεςθσ χωρίσ καφςθ (λειτουργία ρυμοφλκθςθσ). Θ πίεςθ p0 μπορεί να υπολογιςτεί από τον όγκο του κυλίνδρου με χριςθ του πολυτροπικοφ εκκζτθ. Ο υπολογιςμόσ του πολυτροπικοφ εκκζτθ γίνεται λίγο πριν τθν ζναρξθ τθσ καφςθσ, ε λ ί δ α 59 150

προςδιορίηοντασ τον εκκζτθ για παράδειγμα τισ τελευταίεσ το p0 υπολογίηεται ωσ εξισ: 0 10 CA πριν τθν καφςθ. Σότε p V v. comb. 0 ( ) pv. comb. Vcycl. ( ) ~ n Διάγραμμα 4 Μετάδοςθ κερμότθτασ υπερπλθροφμενο κινθτιρα Diesel, ζναρξθ τθσ καφςθσ 3350 CA (αριςτερά) και 268 0 CA (δεξιά) (64) τθν παραπάνω εικόνα φαίνεται ζνα παράδειγμα ροισ κερμότθτασ ενόσ υπερπλθροφμενου κινθτιρα Diesel που λειτουργεί ςτισ 2000rpm και πίεςθ 2 bar με φορτίο 0.2 kj / l. το κάτω μζροσ του διαγράμματοσ παριςτάνονται οι κερμορροζσ προσ το ζμβολο, τθν κυλινδροκεφαλι και το χιτϊνιο, κακϊσ και τθν ςυνολικι κερμορροι. το μεςαίο διάγραμμα παριςτάνεται ο ςυντελεςτισ μετάδοςθσ κερμότθτασ και Woschni, ενϊ ςτο πάνω διάγραμμα παριςτάνεται θ μζςθ κερμοκραςία τθσ γόμωςθσ και θ πίεςθ ςτον κφλινδρο. Από τθν ςφγκριςθ των δφο καταςτάςεων είναι προφανζσ ότι ςτθν περίπτωςθ κακυςτερθμζνθσ ζναρξθσ τθσ καφςθσ, ο ςυντελεςτισ μετάδοςθσ κερμότθτασ (που εξαρτάται από τθν κερμοκραςία και τθν πίεςθ) είναι μικρότεροσ. Μετάδοςη Θερμότητασ κατά Hohenberg Ο Hohenberg (1979) βελτίωςε το παραπάνω μοντζλο μετάδοςθσ κερμότθτασ (Woschni) με τθν διαρκι μζτρθςθ του όγκου και του εκκζτθ τθσ κερμοκραςίασ ςε κάκε ςτιγμι (61). Αυτι ε λ ί δ α 60 150

θ προςζγγιςθ δίνει μια εκτίμθςθ του ςυντελεςτι μετάδοςθσ κερμότθτασ τθσ μζςθσ επιφάνειασ λαμβάνοντασ υπόψθ τθν κερμοκραςία του αερίου μζςα ςτον κφλινδρο και τθν ςυνολικι κερμορροι (65) (66). Ωςτόςο, θ προςζγγιςθ αυτι δεν μπορεί να δϊςει το είδοσ των πλθροφοριϊν που είναι απαραίτθτεσ για το ςχεδιαςμό ςφγχρονων κινθτιρων. Οι εμπειρικζσ ςυςχετίςεισ υποτιμοφν, ςε διαφορετικό βακμό κάκε μια, τθ μεταφορά κερμότθτασ κατά τθν καφςθ. το μοντζλο του Hohenberg ο ςυντελεςτισ μετάδοςθσ κερμότθτασ ορίηεται ωσ εξισ: h c u 0.8 p 0.8 130Pcyl 1.4 V T 0.06 0.4 inst cyl Όπου h c ςυντελεςτισ μετάδοςθσ κερμότθτασ ςε *W/(m 2 K)] u p ταχφτθτα εμβόλου ςε *m/sec] V inst όγκοσ εμβολιςμοφ ςε κάκε ςτιγμι ςε *m 3 ] cyl κερμοκραςία τθσ γόμωςθσ του κυλίνδρου ςε *K] Ο μζςοσ ςυντελεςτισ μεταφοράσ κερμότθτασ κάκε κφκλου των μεμονωμζνων επιφανειϊν μπορεί να χρθςιμοποιθκεί ςτο δίκτυο των αντιςτάςεων για να εξαχκοφν επαναλθπτικά διαφορετικζσ κερμοκραςίεσ επιφανείασ του καλάμου καφςθσ που επιτρζπουν τθν ακριβι εκτίμθςθ τθσ ςτιγμιαίασ μεταφοράσ κερμότθτασ (67). Όπου A s ςτιγμιαία επιφάνεια ςε *m 2 ] T w κερμοκραςία τοιχϊματοσ ςε *K] dqht 1 hc As Tcyl Tw d 6N N ςτροφζσ λειτουργίασ τθσ μθχανισ ςε [rpm] Μεταφορά κερμότθτασ προσ τα τοιχώματα Θ μζςθ κερμοκραςία των τοιχωμάτων του κυλίνδρου κατά τθ διάρκεια του κφκλου, επθρεάηει τισ απϊλειεσ κερμότθτασ κατά τον κφκλο υψθλισ πίεςθσ και ζτςι τθν απόδοςθ του κινθτιρα. Κατά τθ διάρκεια εναλλαγισ μίγματοσ, θ μεταφορά κερμότθτασ από τα τοιχϊματα του κυλίνδρου ηεςταίνει το φρζςκο μίγμα και ζτςι χαμθλϊνει τθν ογκομετρικι ε λ ί δ α 61 150

απόδοςι του. Σο ιςοηφγιο ενζργειασ μεταξφ ροισ κερμότθτασ από το εργαηόμενο ρευςτό ςτον κφλινδρο προσ το ψυκτικό μζςο κακορίηει τισ κερμοκραςίεσ τοιχωμάτων. Για προςομοιϊςεισ μθ ςτακεροφ ςθμείου, το ιςοηφγιο αυτό υπολογίηεται για τθν κυλινδροκεφαλι, το χιτϊνιο και το ζμβολο. Επιπλζον, μπορεί να κεωρθκεί και το ιςοηφγιο ενζργειασ των τοιχωμάτων των αυλϊν. Θ μονοδιάςτατθ εξίςωςθ αγωγισ κερμότθτασ (heat conduction) λφνεται μζςω τθσ μζςθσ ροισ κερμότθτασ κατά τθ διάρκεια ενόσ κφκλου ςαν μια οριακι ςυνκικθ και τθ μεταφορά κερμότθτασ ςτο ψυκτικό μζςο ωσ τθ δεφτερθ. Τπό αυτζσ τισ υποκζςεισ θ εξίςωςθ μετάδοςθσ κερμότθτασ: dt dt c dx 2 d T 2, όπου: T θ κερμοκραςία τοιχωμάτων ςε *Κ+ θ αγωγιμότθτα του υλικοφ των τοιχωμάτων ςε *W/(m K)+ θ πυκνότθτα του υλικοφ των τοιχωμάτων ςε *kg/m3+ c θ ειδικι κερμοχωρθτικότθτα του υλικοφ των τοιχωμάτων ςε *kj/(m3 K)], μπορεί να λυκεί. Θ μακθματικι ζκφραςθ των οριακϊν ςυνκθκϊν είναι: q in dt dx, όπου: qin θ μζςθ ροι κερμότθτασ ςτο τοίχωμα του χϊρου καφςθσ ςε *W/m2+ q a T T out CM WO CM, όπου: qout θ ροι κερμότθτασ ςτο ψυκτικό μζςο ςε *W/m2+ acm ο ςυντελεςτισ μετάδοςθσ κερμότθτασ προσ το εξωτερικό μζροσ των τοιχωμάτων ςε *W/(m2 Κ)+ TWO θ κερμοκραςία τοιχωμάτων του χϊρου καφςθσ ςτο εξωτερικό τουσ μζροσ ςε *Κ+ TCM θ κερμοκραςία ψυκτικοφ μζςου ςε *Κ+. ε λ ί δ α 62 150

Για το ζμβολο, λαμβάνεται υπόψιν ζνασ επιπλζον όροσ τθσ ροισ κερμότθτασ προσ το χιτϊνιο. 4.4 Διαδικαςία υπολογιςμοφ τθσ IMEP Όπωσ αναφζρκθκε και ςτθν ειςαγωγι θ IMEP είναι ζνασ τρόποσ ζκφραςθσ τθσ εξερχόμενθσ ιςχφοσ και ορίηεται ωσ εξισ : Όπου V d όγκοσ εμβολιςμοφ ςε *m 3 ] Wi το ενδεικνφμενο ζργο W pdv i IMEP V d V d Με υπολογιςμζνθ τθν IMEP για το ςφνολο των κφκλων ςε κάκε μζτρθςθ μποροφμε να βροφμε τθν κυκλικι διαςπορά τθσ ενδεικνφμενθσ πίεςθ (COV IMEP ) ωσ εξισ: Όπου COV IMEP IMEP IMEP IMEP θ τυπικι απόκλιςθ των IMEP για το ςφνολο των μετριςεων IMEP θ μζςθ τιμι των υπολογιςμζνων τιμϊν IMEP του ςυνόλου των μετριςεων 4.5 Διαδικαςία υπολογιςμοφ του θλεκτρικοφ βακμοφ απόδοςθσ Ο θλεκτρικόσ βακμόσ απόδοςθσ υπολογίηεται για όλα τα ςθμεία λειτουργίασ που λιφκθκαν υπόψθ ςτο πείραμα για τα τρία διαφορετικά πρωτογενι καφςιμα βιομάηασ (Πίνακασ 12 ζωσ Πίνακασ 14). Ο θλεκτρικόσ βακμόσ απόδοςθσ υπολογίηεται ωσ ο λόγοσ τθσ θλεκτρικισ εξερχόμενθσ ιςχφοσ προσ τθν αποδιδόμενθ κερμικι ιςχφσ του καυςίμου μίγματοσ. Θ θλεκτρικι εξερχόμενθ ιςχφσ καταχωρείται ςτα δεδομζνα καταγραφισ του κινθτιρα από τθν κεντρικι μονάδα ελζγχου, όταν ζχουν επιτευχκεί ςτακερζσ ςυνκικεσ λειτουργίασ. Θ αποδιδόμενθ κερμικι ιςχφσ του καυςίμου μίγματοσ είναι ουςιαςτικά το άκροιςμα τθσ κερμογόνου δφναμθσ του αερίου αεριοποίθςθσ επί τθν κατανάλωςθ του αερίου και θ κερμογόνοσ δφναμθ του προπανίου επί τθν κατανάλωςι του. Ορίηεται ωσ: ε λ ί δ α 63 150

n el 2 i1 P el LHV m i i Όπου: i ο δείκτθσ i=1 αναφζρεται ςτο προπάνιο και i=2 ςτο εκάςτοτε αζριο αεριοποίθςθσ προερχόμενο από βιομάηα είτε απο ελιά, ροδάκινο είτε ςταφφλι. P el θ εξερχόμενθ θλεκτρικι ιςχφσ ςε *kw] LHVi θ κατϊτερθ κερμογόνοσ δφναμθ ςε *kj/kg] m i θ παροχι του των δφο καυςίμων (προπάνιο και αζριο αεριοποίθςθσ) ςε [kg/sec] 4.6 Διαδικαςία υπολογιςμοφ τθσ ειδικισ κατανάλωςθσ καυςίμου bsfc Τπολογίηεται ωσ ο λόγοσ τθσ κατανάλωςθσ καυςίμου προσ τθν αποδιδόμενθ ιςχφ του κινθτιρα και ορίηεται ωσ Όπου: m f θ κατανάλωςθ καυςίμου ςε *kg/h] bsfc P θ αποδιδόμενθ ιςχφσ του κινθτιρα ςε *kw] Bsfc ορίηεται ςε *kg/kwh] m f P ε λ ί δ α 64 150

5.Μεκοδολογία Μετριςεων και Επεξεργαςία Δεδομζνων Όπωσ ιδθ ζχει αναφερκεί, ςε πρϊτο επίπεδο ζγινε ανάλυςθ του αερίου αεριοποίθςθσ λαμβάνοντασ δείγματα αερίου για μετζπειτα ανάλυςθ ςε χρωματογράφο. Θ ανάλυςθ αερίων ςε εφαρμογζσ αεριοποίθςθσ μπορεί να είναι δφςκολθ λόγω τθσ υψθλισ ςυγκζντρωςθσ ςε H 2, CO, CH 4 άλλα και ςε ελαφροφσ υδρογονάνκρακεσ, κακϊσ επίςθσ λόγω του υψθλοφ φορτίου ςωματιδίων και πίςςασ ςτο αζριο αεριοποίθςθσ που μπορεί να προκαλζςει βλάβθ ςτουσ αναλυτζσ αερίων. Θ πίςςα κακϊσ επίςθσ και θ ποςότθτα ςωματιδίων ςτο αζριο αεριοποίθςθσ κα πρζπει να ζχουν αφαιρεκεί κατά το δυνατόν - πλιρωσ πριν από τθν ανάλυςθ. Επιπλζον, οι προδιαγραφζσ του αναλυτι πρζπει να ςυμμορφϊνονται με τθν ανάλυςθ των εξαιρετικά εφφλεκτων αερίων ςε υψθλζσ ςυγκεντρϊςεισ (H 2, CH 4 ). Θ χριςθ του αερίου αεριοποίθςθσ ςε κινθτιρα εςωτερικισ καφςθσ είναι αντίςτοιχα μια διαδικαςία που χρειάηεται ιδιαίτερθ προςοχι προκειμζνου να αποφευχκεί θ βλάβθ του κινθτιρα ι θ απρόςμενθ αςτοχία ζναυςθσ με παφςθ τθσ λειτουργίασ. Σο αζριο αεριοποίθςθσ αφοφ κακαριςκεί εφόςον ζχει ςτακεροποιθκεί θ ροι μάηασ και ςφνκεςι του (θ οποία εξαρτάται από τθν κερμοκραςία του αεριοποιθτι), ειςάγεται εντόσ του κινθτιρα. Ο κινθτιρασ λειτουργεί με ςκζτο προπάνιο για μικρό χρονικό διάςτθμα, μικρότερο των 30 min, προκειμζνου να κερμανκεί. Σο πείραμα διεξάγεται αφοφ θ μθχανι ζχει πλιρωσ ηεςτακεί, όταν θ κερμοκραςία του ψυκτικοφ ζχει φτάςει τουσ 75 0 C και θ κερμοκραςία του αντιδραςτιρα ζχει ςτακεροποιθκεί ςτθν επικυμθτι τιμι (μεταξφ 700 0 C και 800 0 C), ανάλογα με τισ ςυνκικεσ αεριοποίθςθσ. Κατά τθ διάρκεια των πειραμάτων, θ κερμοκραςία του ψυκτικοφ μζςου ςτον κινθτιρα διατθρείται περίπου ςτουσ 75-80 0 C. Θ ταχφτθτα του κινθτιρα ρυκμίηεται μζςω του λογιςμικοφ ελζγχου που αναλφκθκε παραπάνω (βλζπε Εικόνα 6), το οποίο επιτρζπει επίςθσ τθν καταγραφι των λειτουργικϊν δεδομζνων τθσ εγκατάςταςθσ (θλεκτρικι και κερμικι ιςχφσ, τιμζσ ςχετικζσ με τισ παροχζσ προπανίου-αζρα, κερμοκραςία του κινθτιρα και των καυςαερίων, τιμζσ του αιςκθτιρα Ο 2 και ταχφτθτα περιςτροφισ του κινθτιρα). Οι δοκιμζσ πραγματοποιοφνται ςτο εφροσ των ςτροφϊν του κινθτιρα από 2400rpm ζωσ 3400rpm ςε διαςτιματα 200rpm. Για να διερευνθκεί θ απόδοςθ του κινθτιρα κάτω από διαφορετικζσ αναλογίεσ ανάμειξθσ του αερίου αεριοποίθςθσ με το προπάνιο, το κλάςμα όγκου αερίου αεριοποίθςθσ ςτο καφςιμο μίγμα βακμιαία αυξικθκε από 10l/min εϊσ το μζγιςτο δυνατό για ςτακερι λειτουργία ςε κάκε ςθμείο, δθλαδι ςτακερζσ ςτροφζσ λειτουργίασ τθσ μθχανισ, το οποίο ςθμείο κακορίηεται από τθν ταχφτθτα του κινθτιρα και τα χαρακτθριςτικά του παραγόμενου αερίου αεριοποίθςθσ (κερμογόνοσ δφναμθ). Θ αφξθςθ τθσ ροισ του αερίου αεριοποίθςθσ ςτο μίγμα επιτυγχάνεται χειροκίνθτα μζςω μιασ ςφαιρικισ βαλβίδασ και ενόσ βολβοειδοφσ μετρθτι ροισ (Εικόνα 7). Όταν θ λειτουργία του κινθτιρα ςτακεροποιείται ςε επικυμθτζσ ςυνκικεσ, τα δεδομζνα πίεςθσ καταγράφονται για 100 διαδοχικοφσ κφκλουσ. Σαυτόχρονα, θ παροχι προπανίου προςδιορίηεται χρθςιμοποιϊντασ μετρθτι κατανάλωςθσ προπανίου. ε λ ί δ α 65 150

Εικόνα 21 Ειδικό λογιςμικό επίβλεψθσ και καταγραφισ δεδομζνων πίεςθσ και κερμοκραςίασ του αντιδραςτιρα Σα δεδομζνα λειτουργίασ τθσ εγκατάςταςθσ καταγράφονται ςε τακτά χρονικά διαςτιματα (10 λεπτά), μζςω ειδικοφ λογιςμικοφ (Εικόνα 21), και οργανϊνονται ανάλογα με τθν πρϊτθ φλθ τθσ βιομάηασ που χρθςιμοποιείται και τισ παραμζτρουσ αεριοποίθςθσ (κερμοκραςία, ςχετικι αναλογία αζρα-καυςίμου ςτον αεριοποιθτι). Σα δεδομζνα πίεςθσ του κυλίνδρου, που καταγράφονται με δειγματολθπτικι ςυχνότθτα που ιςοδυναμεί με βιμα 0,5 μοίρα γωνίασ ςτροφάλου, υποβάλλονται ςε επεξεργαςία προκειμζνου να λθφκοφν τα αντίςτοιχα προφίλ ρυκμοφ ζκλυςθσ κερμότθτασ. Θ μετατροπι του ςιματοσ τθσ πίεςθσ ςε bar γίνεται με βάςθ τθν παρακάτω εξίςωςθ: P av b Όπου P είναι θ υπολογιηόμενθ πίεςθ ςε bar και V είναι θ μετροφμενθ τάςθ ςε Volt. Σα α δθλϊνει τθν αναλογία bar/volt, ορίηεται από τον χρθςιμοποιοφμενο ενιςχυτι και ςτθν περίπτωςθ που εξετάηουμε ιςοφται με 10,05 bar/volt. Θ ςτακερά b λαμβάνεται από τθν παρακάτω εξίςωςθ: b P av min Οπου Pmin είναι θ ελάχιςτθ πίεςθ που περιμζνουμε να μετρθκεί ανάλογα με τον υπό εξζταςθ κινθτιρα και Vmin θ ελάχιςτθ τάςθ που μετράται. τθν επεξεργαςία των δυναμοδεικτικϊν του κινθτιρα επιλζχκθκε Pmin ίςθ με 0.9 bar, ςφμφωνα με τθν υπόκεςθ πλιρουσ ανοιχτισ πεταλοφδασ και τθ χρθςιμοποιοφμενθ διάταξθ ειςαγωγισ. Θ όλθ διαδικαςία λιψθσ των δεδομζνων τάςθσ του πιεηοκρυςτάλλου ζγινε με τθν βοικεια του λογιςμικοφ Labview (Εικόνα 22). min ε λ ί δ α 66 150

Εικόνα 22 Πρόγραμμα επεξεργαςίασ ςιματοσ πιεηοκρυςτάλλου 6.Παρουςίαςθ Αποτελεςμάτων ε αυτι τθν ενότθτα, παρουςιάηονται τα αποτελζςματα τθσ παροφςθσ εργαςίασ, χωριςμζνα δε δφο κφρια μζρθ. το πρϊτο μζροσ μελετάται θ επίδραςθ τθσ κερμοκραςίασ του αντιδραςτιρα (αεριοποιθτισ) ςτθν ποιότθτα και ςφςταςθ του παραγόμενου αερίου αεριοποίθςθσ. το δεφτερο μζροσ μελετάται θ επίδραςθ του αερίου αεριοποίθςθσ, ωσ καφςιμο, ςτθ λειτουργικι ςυμπεριφορά και απόδοςθ του κινθτιρα. 6.1. Επίδραςθ τθσ κερμοκραςίασ αεριοποίθςθσ ςτθν ςφςταςθ και ποιότθτα του παραγόμενου αερίου Για να εξεταςτεί θ επίδραςθ του παραγόμενου αερίου αεριοποίθςθσ ςτθν απόδοςθ και λειτουργία του κινθτιρα, κα πρζπει πρϊτα να εξεταςκεί θ ποιότθτα του αερίου αεριοποίθςθσ από άποψθ κερμογόνου δφναμθσ, θ οποία εξαρτάται από τθν κερμοκραςία του αεριοποιθτι. Για αυτό τον λόγο μια ςειρά από πειράματα διεξιχκθςαν. Σρία διαφορετικά είδθ βιομάηασ χρθςιμοποιικθκαν (πυρινεσ από ελιά, ροδάκινο και ςταφφλι) ωσ πρωτογενζσ καφςιμο ςτον αεριοποιθτι, ςε τρείσ διαφορετικζσ κερμοκραςιακζσ ςυνκικεσ αεριοποίθςθσ, ςτουσ 700 ο C, 750 ο C και 800 ο C, και υπό ςτακερι αναλογία αζρα-καυςίμου ίςθ με 0,3 2. το Διάγραμμα 5 παρουςιάηονται τα αποτελζςματα που αφοροφν τθ κατϊτερθ κερμογόνο δφναμθ (LHV) και τθ ςτοιχειομετρικι αναλογία αζρα- 2 Ο λόγοσ αζρα καυςίμου (A/F) αναφζρεται ςτισ ςυνκικεσ του αεριοποιθτι. ε λ ί δ α 67 150

AFR - vol. [-] LHV [kj/kg] καυςίμου (AFRst, υπολογίηεται ςε ογκομετρικι βάςθ) του παραγόμενου αερίου αεριοποίθςθσ ςε κάκε κερμοκραςία αντιδραςτιρα για τουσ τρεισ τφπουσ βιομάηασ. Ελιά-LHV Ροδάκινο-LHV ταφφλι-lhv Ελιά-AFR Ροδάκινο-AFR ταφφλι-afr 8000 4.5 7000 4.0 6000 3.5 5000 3.0 4000 2.5 3000 2.0 2000 1.5 1000 1.0 0 0.5 700 710 720 730 740 750 760 770 780 790 800 Θερμοκραςία Αεριοποιθτι[oC] Διάγραμμα 5 Κατϊτερθ κερμογόνοσ δφναμθ και ςτοιχειομετρικι αναλογία αζρα καυςίμου του παραγόμενου αερίου αεριοποίθςθσ για διαφορετικζσ κερμοκραςίεσ αντιδραςτιρα αεριοποιθτι Παρατθρείται ότι το αζριο αεριοποίθςθσ που παράγεται από τουσ πυρινεσ ροδάκινων ζχει τθν υψθλότερθ τιμι κερμογόνου δφναμθσ και ςτοιχειομετρικι αναλογία αζρα-καυςίμου για κάκε κερμοκραςία του αντιδραςτιρα αεριοποιθτι, το οποίο αποδίδεται ςτθν υψθλι ςυγκζντρωςθ μεκανίου (CH 4 ) εν ςυγκρίςει με τα άλλα δφο καφςιμα. Από τθν άλλθ πλευρά, πυρινεσ ςταφυλιοφ οδθγοφν ςε αζριο αεριοποίθςθσ με χαμθλότερθ τιμι κερμογόνου δφναμθσ και ςτοιχειομετρικι αναλογία αζρα-καυςίμου, λόγω τθσ υψθλότερθσ ςυγκζντρωςθσ αδρανϊν αερίων (Ν 2 και CO 2 ), ςε ςυνδυαςμό με τθ χαμθλότερθ ςυγκζντρωςθ CH 4 και CO. Θ αναλυτικι ςφςταςθ των παραγόμενων αερίων για τα τρία είδθ πρωτογενοφσ βιομάηασ και τισ διαφορετικζσ κερμοκραςίεσ αεριοποίθςθσ δίνεται ςτα παρακάτω διαγράμματα. ε λ ί δ α 68 150

φςταςθ [% v/v] LHV [kj/kg] φςταςθ [% v/v] LHV [kj/kg] Ελιά 70 5420 60 50 40 30 20 10 H2 CO CH4 CO2 N2 LHV 5320 5220 5120 5020 4920 4820 4720 0 4620 700 710 720 730 740 750 760 770 780 790 800 Θερμοκραςία Αεριοποιθτι [oc] Ροδάκινο 60 7000 50 6900 6800 40 H2 CO 6700 30 CH4 CO2 6600 20 N2 LHV 6500 6400 10 6300 0 6200 700 710 720 730 740 750 760 770 780 790 800 Θερμοκραςία Αεριοποιθτι [oc] Διάγραμμα 6 Ογκομετρικι ςφνκεςθ και κατϊτερθ κερμογόνο δφναμθ αερίου αεριοποίθςθσ για κάκε βιομάηα ςε διαφορετικζσ κερμοκραςίεσ αεριοποιθτι ε λ ί δ α 69 150

φςταςθ [% v/v] LHV [kj/kg] ταφφλι 60 4550 50 4500 40 H2 CH4 CO CO2 4450 30 N2 LHV 4400 4350 20 4300 10 4250 0 4200 700 710 720 730 740 750 760 770 780 790 800 Θερμοκραςία Αεριοποιθτι [oc] Διάγραμμα 7 Ογκομετρικι ςφνκεςθ και κατϊτερθ κερμογόνο δφναμθ αερίου αεριοποίθςθσ για κάκε βιομάηα ςε διαφορετικζσ κερμοκραςίεσ αεριοποιθτι Όπωσ φαίνεται ςτο Διάγραμμα 5 ζωσ και Διάγραμμα 7, θ κερμογόνοσ δφναμθ παρουςιάηει μια αυξανόμενθ τάςθ με τθ κερμοκραςία λειτουργίασ αντιδραςτιρα αεριοποιθτι για τουσ πυρινεσ ελιάσ και ςταφυλιοφ ενϊ υπάρχει μείωςθ για τουσ πυρινεσ ροδάκινου. τθν περίπτωςθ των πυρινων ελιάσ, είναι θ δραςτικι αφξθςθ τθσ περιεκτικότθτασ ςε CO (υπερδιπλαςιάςτθκαν από 700 ο C ζωσ 800 ο C) και θ προκφπτουςα μείωςθ τθσ ςυγκζντρωςθσ των αδρανϊν αερίων (Ν 2 και CO 2 ) θ οποία προκαλεί τθν αφξθςθ τθσ κερμογόνου δφναμθσ κατά 15% από 700 ο C ζωσ 800 ο C. Όςον αφορά το αζριο αεριοποίθςθσ που παράγεται από πυρινεσ ςταφυλιϊν, παρατθρείται μζτρια αφξθςθ τθσ τιμισ τθσ κερμογόνου δφναμθσ κατά 6 % από 700 ο C ζωσ 800 ο C και μπορεί να αποδοκεί ςτθν ελαφρά αφξθςθ του Θ 2 και CO, ςε ςυνδυαςμό με τθ ςτακερι ςυγκζντρωςθ CH 4 (το άλλο εφφλεκτο ςυςτατικό). Από τθν άλλθ πλευρά, ςτθν περίπτωςθ των πυρινων ροδάκινου, μειϊνεται θ ςυγκζντρωςθ CH 4 και θ ςυγκζντρωςθ H 2 αυξάνει με τθ κερμοκραςία αντιδραςτιρα του αεριοποιθτι, ενϊ θ ςυγκζντρωςθ CO παραμζνει πρακτικά ςτακερι, ζνασ ςυνδυαςμόσ που οδθγεί ςε χαμθλότερθ τιμι κερμογόνου δφναμθσ κατά 10 % από 700 ο C ζωσ 800 ο C. Από πρακτικι άποψθ, προκειμζνου να εξεταςτεί θ επίδραςθ του αζριου αεριοποίθςθσ για τθν απόδοςθ του κινθτιρα, θ απόδοςθ τθσ διαδικαςίασ αεριοποίθςθσ κα πρζπει να διατθρείται ςτακερι από άποψθ ςυνκθκϊν διεργαςίασ, ςφνκεςθσ και ποιότθτασ αερίου αεριοποίθςθσ, ακόμθ και αν αυτό αλλάηει με τισ διακυμάνςεισ τθσ κερμοκραςίασ του αντιδραςτιρα και τθν πίεςθ ςτισ διάφορεσ φάςεισ λειτουργίασ. Αυτό επιτυγχάνεται με τον ε λ ί δ α 70 150

ςχεδιαςμό του ςυςτιματοσ ψφξθσ και κακαριςμοφ του αερίου αεριοποίθςθσ που λειτουργεί και ϊσ δεξαμενι αποκικευςθσ (buffer) παρζχοντασ αζριο αεριοποίθςθσ με ςτακερά χαρακτθριςτικά (ροι, ςφνκεςθ) και ςυνεπϊσ ςτακερι κερμικι ιςχφσ ςτον κινθτιρα. Σα αποτελζςματα που παρουςιάηονται ςτα Διάγραμμα 5 εϊσ Διάγραμμα 7 αντιςτοιχοφν ςε ςτακερζσ τιμζσ (μζςεσ τιμζσ) του αερίου αεριοποίθςθσ πριν αυτό ειςαχκεί ςτον κινθτιρα. Για κάκε πρωτογενζσ καφςιμο βιομάηασ, επιλζγεται ζνα ςθμείο λειτουργίασ του αντιδραςτιρα, δθλαδι γίνεται μελζτθ λειτουργίασ του κινθτιρα ςτο εκάςτοτε επιλεχκζν ςθμείο. Θ επιλογι γίνεται με βάςθ τθν τιμι τθσ κερμογόνου δφναμθσ του αερίου αεριοποίθςθσ (πρακτικά το ςθμείο με υψθλότερο LHV για κάκε πρωτογενζσ καφςιμο βιομάηασ είναι αυτό που κα επιλεχκεί), που είναι μία πρϊτθ ζνδειξθ καλφτερθσ απόδοςθσ του κινθτιρα. Ζτςι, για τουσ πυρινεσ τθσ ελιάσ και ςταφυλιοφ θ επιλεγμζνθ κερμοκραςία του αντιδραςτιρα είναι 800 ο C, ενϊ για τουσ πυρινεσ ροδάκινων το αντίςτοιχο ςθμείο λειτουργίασ είναι 700 ο C. Πίνακασ 9 φςταςθ αερίου αεριοποίθςθσ για τα τρία διαφορετικά είδθ βιομάηασ ςτισ επιλεγμζνεσ κερμοκραςίεσ αεριοποίθςθσ Επιλεγένηες ζυζηάζεις Ελιά Ροδάκινο Σηαθύλι H2 [% v/v] 16.58 12.14 18.63 CO [% v/v] 23.06 19.96 16.94 CH4 [% v/v] 3.41 10.72 2.02 CO2 [% v/v] 4.66 5.27 6.02 N2 [% v/v] 52.29 51.91 56.39 LHV [MJ/kg] 5.40 6.96 4.52 AFR st [ - ] 1.23 1.74 1.02 Ο Πίνακασ 9 παρουςιάηει τθ ςφνκεςθ αερίου αεριοποίθςθσ που παράγεται κάτω από τισ επιλεγμζνεσ ςυνκικεσ κερμοκραςίασ του αεριοποιθτι. φμφωνα με τθν υπόκεςθ τθσ ςτακερισ ογκομετρικισ απόδοςθσ του κινθτιρα, υψθλότερεσ τιμζσ του AFRst ζχουν μια αρνθτικι επίδραςθ ςτθν απόδοςθ του κινθτιρα, μειϊνοντασ το υφιςτάμενο μζςα ςτον κφλινδρο <<ελεφκερο>> όγκο του αζρα για τθν ςτοιχειομετρικι καφςθ του προπανίου, δθλαδι λιγότερο προπάνιο τροφοδοτείται ςτον κινθτιρα (υπενκυμίηεται ότι αζριο αεριοποίθςθσ τροφοδοτείται ωσ μίγμα με προπάνιο ςτον κινθτιρα). ε λ ί δ α 71 150

6.2 Επίδραςθ του αερίου αεριοποίθςθσ ςτθ λειτουργία και απόδοςθ του κινθτιρα Θ απόδοςθ του κινθτιρα επθρεάηεται άμεςα τόςο από το είδοσ του πρωτογενοφσ καυςίμου βιομάηασ που χρθςιμοποιείται για τθν παραγωγι του αερίου αεριοποίθςθσ όςο και από το κλάςμα μάηασ του αερίου αεριοποίθςθσ που ςυμμετζχει ςτο ςυνολικό καφςιμο μίγμα. Αυτζσ οι δφο παράμετροι λαμβάνονται υπόψθ ςε αυτι τθν υπό-ενότθτα για τθν μελζτθ τθσ επίδραςισ τουσ ςτθ λειτουργία του κινθτιρα. Αυτό που εξετάηεται είναι θ πίεςθ κυλίνδρου και θ ζκλυςθ κερμότθτασ κατά τθν καφςθ. θμειϊνεται ότι κάκε καμπφλθ πίεςθσ κυλίνδρου που παρουςιάηεται εδϊ είναι ο μζςοσ όροσ 100 διαδοχικϊν κφκλων κινθτιρα, που ζχουν ελαφρϊσ εξομαλυνκεί (68). Όπωσ αναλφκθκε και ςτο κεωρθτικό υπόβακρο ο ρυκμόσ ζκλυςθσ κερμότθτασ προςδιορίηεται χρθςιμοποιϊντασ τον πρϊτο νόμο τθσ κερμοδυναμικισ (18) (69), ςε ςυνδυαςμό με το μοντζλο ςυςχζτιςισ τθσ μεταφοράσ κερμότθτασ του Hohenberg (61) (59), υποκζτοντασ μζςεσ τιμζσ ςυνκθκϊν ανάμιξθσ που βαςίηονται ςτθν προςζγγιςθ ενιαίασ ηϊνθσ. Για το υπολογιςμό του λόγου κερμοχωρθτικοτιτων όπωσ αναφζραμε και παραπάνω λιφκθκε υπόψθ ο ςυςχετιςμόσ των Egnell et al (59) (60). 6.2.1 Επίδραςθ του πρωτογενοφσ καυςίμου βιομάηασ Θ μθχανι λειτοφργθςε ςε μία ευρεία περιοχι ςτροφϊν λειτουργίασ χρθςιμοποιϊντασ διαφορετικά κλάςματα μάηασ αερίου αεριοποίθςθσ ςτο καφςιμο μίγμα (με προπάνιο) για τα τρία πρωτογενι καφςιμα βιομάηασ, ενϊ θ λειτουργία ςε κακαρό προπάνιο αποτζλεςε το κριτιριο ςυγκριτικισ αξιολόγθςθσ τθσ ςυμπεριφοράσ για τισ υπόλοιπεσ μετριςεισ. Σο ςθμείο λειτουργίασ ςτο οποίο ζγινε θ ςφγκριςθ ορίςτθκε ςτισ 2800rpm ςτροφζσ λειτουργίασ του κινθτιρα και το κλάςμα μάηασ του αερίου αεριοποίθςθσ ςτο μίγμα να ιςοφται με 55 %. τα παρακάτω διαγράμματα (Διάγραμμα 8) παρουςιάηονται θ πίεςθ του κυλίνδρου και ο αντίςτοιχοσ ρυκμόσ ζκλυςθσ κερμότθτασ ςυναρτιςει τθσ γωνίασ ςτροφάλου για τα τρία διαφορετικά είδθ βιομάηασ. ε λ ί δ α 72 150

Ρυκμόσ Ζκλυςθσ Θερμότθτασ [J/deg.] Πίεςθ κυλίνδρου [bar] 35 30 25 Ελιά Ροδάκινο ταφφλι Προπάνιο 20 15 10 5 0 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 Γωνία τροφάλου [deg.] 18 16 14 12 10 Ελιά Ροδάκινο ταφφλι Προπάνιο 8 6 4 2 0 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540-2 Γωνιά τροφάλου [deg.] Διάγραμμα 8: Πίεςθ κυλίνδρου ςυναρτιςει γωνίασ ςτροφάλου και ςυνολικόσ ρυκμόσ ζκλυςθσ κερμότθτασ ςυναρτιςει γωνίασ ςτροφάλου ςτο ςθμείο λειτουργίασ 2800 rpm και 55% κλάςμα μάηασ αερίου αεριοποίθςθσ ε λ ί δ α 73 150

Όπωσ φαίνεται ςτα παρακάτω διαγράμματα, θ ειςαγωγι αερίου αεριοποίθςθσ ςτο καφςιμο μίγμα και εν ςυνεχεία θ αντικατάςταςθ μζρουσ του ειςαγόμενου προπανίου, οδθγεί ςε χαμθλότερθ πίεςθ ςτον κφλινδρο, κακϊσ επίςθσ και ςε χαμθλότερθ ζκλυςθ κερμότθτασ. Σο παραπάνω οφείλεται ςτθ χαμθλι, ςυγκριτικά με το αντικακιςτάμενο προπάνιο, κερμογόνο δφναμθ του αερίου αεριοποίθςθσ, όπωσ ιδθ αναφζρκθκε ςτον παραπάνω πίνακα (Πίνακασ 9) για τα τρία πρωτογενι καφςιμα βιομάηασ. Σα αποτελζςματα που προκφπτουν ςχετικά με τθ κερμογόνο δφναμθ των μιγμάτων αερίου αεριοποίθςθσ προπανίου φαίνονται ςτον παρακάτω πίνακα (Πίνακασ 10). Είναι εμφανζσ ότι και τα τρία μίγματα ζχουν παρόμοιεσ τιμζσ κερμογόνου δφναμθσ, και περίπου το ιμιςυ αυτισ του προπανίου. θμειϊνεται πωσ ενϊ το παραγόμενο από πυρινεσ ροδάκινου αζριο ζχει τθν υψθλότερθ κερμογόνο δφναμθ, το αντίςτοιχο μίγμα με προπάνιο ζχει τθν χαμθλότερθ κερμογόνο δφναμθ, γεγονόσ που οφείλεται ςτον υψθλό λόγο αζρα καυςίμου του ςυγκεκριμζνου αερίου (Πίνακασ 9). Πίνακασ 10 Δεδομζνα λειτουργίασ ςτισ 2800rpm με 55% αζριο αεριοποίθςθσ ςτο καφςιμο μίγμα Προπάνιο Ελιά Ροδάκινο ταφφλι LHV αερίου (MJ/kg) - 5.4 6.96 4.52 LHV μίγματοσ (MJ/kg) 46.3 24.43 23.73 24.19 Εξερχομζνθ θλεκτρικι 3.9 3.55 3.68 3.56 ενζργεια (kw el ) IMEP (bar) 7.61 7.01 7.3 7.04 Θλεκτρικόσ βακμόσ 23% 23.2% 26.2% 23.4% απόδοςθσ BSFC (g/kwh) 290.73 546.64 498.28 546.61 Ο Πίνακασ 10 δείχνει επίςθσ τθν πτϊςθ ιςχφοσ του κινθτιρα, όταν αζριο αεριοποίθςθσ παρζχεται ςτον κινθτιρα, ςε ςφγκριςθ με τθ ςυμβατικι λειτουργία με καφςθ προπανίου, όπωσ υποδεικνφεται τόςο από τθν εξερχόμενθ θλεκτρικι ιςχφ όςο και από τθν IMEP του κινθτιρα. Θ πτϊςθ τθσ ιςχφοσ είναι 9% για το αζριο αεριοποίθςθσ τθσ ελιάσ και πυρινων από ςταφφλι ενϊ κυμαίνεται ςτο 6% για το αζριο αεριοποίθςθσ από πυρινεσ ροδάκινου. Οι τιμζσ αυτζσ είναι ςφμφωνεσ με αυτζσ που βρζκθκαν ςτθ βιβλιογραφία (70), αν και υψθλότερεσ απϊλειεσ ιςχφοσ με κακαρό αζριο αεριοποίθςθσ ζχουν καταγραφεί (23) (71). Ωςτόςο, πρζπει να ςθμειωκεί ότι ςτθν παροφςα εργαςία, το αζριο αεριοποίθςθσ αναμιγνφεται με προπάνιο, ζτςι μετριάηεται θ πτϊςθ θλεκτρικι ενζργειασ. Οι χαμθλότερεσ πιζςεισ κυλίνδρου και ζκλυςθσ κερμότθτασ (Διάγραμμα 8) είναι ο λόγοσ για τθν εμφάνιςθ πτϊςθσ ιςχφοσ κακϊσ και μειωμζνθσ παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ. Επιπλζον, ςτον προθγοφμενο πίνακα (Πίνακασ 10), θ ςυνολικι θλεκτρικι απόδοςθ (που ορίηεται ωσ θ θλεκτρικι ενζργεια που παράγεται διαιρεμζνθ προσ τθν ςυνολικι ενζργεια ειςόδου ςτον κινθτιρα δθλαδι τθν κερμογόνο δφναμθ επί τθν μάηα του μίγματοσ) του ηεφγουσ κινθτιραγεννιτρια είναι δεδομζνθ, όπου μια αξιοςθμείωτθ διαφορά παρατθρείται μόνο για τθν περίπτωςθ χριςθσ αερίου αεριοποίθςθσ από πυρινεσ ροδάκινου. Φαίνεται ότι θ ε λ ί δ α 74 150

υψθλότερθ ςυγκζντρωςθ ςε μεκάνιο (CH 4 ) (Πίνακασ 9), ενιςχφει τθν εκμετάλλευςθ τθσ χθμικισ ενζργειασ του καυςίμου. Παρόμοια ςυμπεριφορά ζχει παρατθρθκεί, όπωσ ζχει αναφερκεί και ςτθν ειςαγωγι, ςε κινθτιρεσ ζναυςθσ με ςπινκιρα και ςυμπίεςθσ που τροφοδοτείται με βιοαζριο με μεταβλθτι περιεκτικότθτα ςε μεκάνιο (72), αν και μια άμεςθ ποςοτικι ςφγκριςθ δεν είναι δυνατι. Σζλοσ, θ ειδικι κατανάλωςθ καυςίμου πζδθςθσ (BSFC) του κινθτιρα παρζχεται ςτον Πίνακασ 10 για ευρφτερθ επιςκόπθςθ τθσ ςυμπεριφοράσ του κινθτιρα. Αυτό που αναμζνεται και φυςικά παρατθροφμε εν τζλει είναι ότι θ ειδικι κατανάλωςθ καυςίμου (BSFC) είναι ςαφϊσ μεγαλφτερθ ςε διεργαςία με αζριο αεριοποίθςθσ ςε ςχζςθ με ςκζτο προπάνιο. Αυτό ζχει να κάνει με τθν ςαφϊσ χαμθλότερθ κερμογόνο δφναμθ του μίγματοσ ςε ςχζςθ με ςκζτο προπάνιο. υγκρίνοντασ τα τρία είδθ αερίου αεριοποίθςθσ, από τα παραπάνω διαγράμματα (Διάγραμμα 8) φαίνεται ότι το αζριο αεριοποίθςθσ που λαμβάνεται από τουσ πυρινεσ ροδάκινου δίνει τισ υψθλότερεσ τιμζσ πίεςθσ κυλίνδρου και ζκλυςθ κερμότθτασ. Από τθν άλλθ πλευρά και τα τρία είδθ αερίου αεριοποίθςθσ οδθγοφν ςε παρατεταμζνθ διάρκεια καφςθσ ςε ςφγκριςθ με το κακαρό προπάνιο, όπωσ μπορεί να ςυναχκεί από τα διαγράμματα ρυκμοφ ζκλυςθσ κερμότθτασ ςτο Διάγραμμα 8. Αυτό δείχνει βραδφτερθ διάδοςθ φλόγασ ςτο κάλαμο καφςθσ, αν και θ παρουςία του υδρογόνου ςε ςθμαντικζσ ποςότθτεσ, ειδικά ςτθν περίπτωςθ του αερίου αεριοποίθςθσ προερχόμενο από πυρινεσ ςταφυλιϊν (Πίνακασ 9), κα ζπρεπε να αυξιςει τθν ταχφτθτα τθσ φλόγασ (73) (74). Ωςτόςο, θ υψθλι ςυγκζντρωςθ αδρανϊν αερίων (Ν 2 και CO 2 ) ςτα παραγόμενο αζριο αεριοποίθςθσ από τα τρία είδθ βιομάηασ λειτουργεί εξιςορροπθτικά με αποτζλεςμα τθν πιο αργι οξείδωςθ του καυςίμου. ε οποιαδιποτε περίπτωςθ, κα πρζπει να επιςθμανκεί ότι ο χρονιςμόσ ανάφλεξθσ ακολοφκθςε τθν εργοςταςιακι βακμονόμθςθ του κινθτιρα, θ οποία ζχει βελτιςτοποιθκεί για λειτουργία προπάνιο. Μεταβολι του χρονιςμοφ ανάφλεξθσ κα μποροφςε να περιορίςει τισ επιπτϊςεισ τθσ αργισ (ςε ςφγκριςθ με ςκζτο προπάνιο) οξείδωςθσ του αερίου αεριοποίθςθσ και να περιορίςει τθ πτϊςθ τθσ ιςχφοσ του κινθτιρα. Ζνασ άλλοσ τρόποσ για να αντιςτακμιςτεί θ απϊλεια ιςχφοσ είναι να αυξθκεί θ ςχζςθ ςυμπίεςθσ του κινθτιρα (15), θ οποία είναι εφικτι λόγω του υψθλοφ αρικμοφ οκτανίων του αερίου αεριοποίθςθσ (75) (76), που είναι πολφ υψθλότερθ από εκείνθ του προπανίου. Ζνα άλλο ηιτθμα που ςυνικωσ διερευνάται ςε κινθτιρεσ με αζριο αεριοποίθςθσ είναι θ ςτακερότθτα κατά τθν λειτουργία του κινθτιρα, θ οποία ζχει μελετθκεί μζςω τθσ μεταβολισ από κφκλο ςε κφκλο (διαφορετικά ορίηεται ωσ «κυκλικι διαςπορά») των ςθμαντικϊν λειτουργικϊν παραμζτρων του. ε λ ί δ α 75 150

Θλεκτρικόσ βακμόσ απόδοςθσ [-] LHV [MJ/kg] & Παραγόμενθ θλεκτρικι ιςχφσ [kwel] 2800 RPM - 55% Αζριο ςεριοποίθςθσ LHV αερίου Θλεκτρικόσ βακμόσ απόδοςθσ 100.0% LHV μίγματοσ Θλεκτρικι εξερχόμενθ ιςχφσ (μζςθ τιμι) 25 90.0% 80.0% 70.0% 60.0% 50.0% 40.0% 30.0% 20.0% 10.0% 20 15 10 5 0.0% Ελιά Ροδάκινο ταφφλι 0 Διάγραμμα 9 Βακμόσ απόδοςθσ, κερμογόνοσ δφναμθ και εξερχόμενθ θλεκτρικι ιςχφσ για τρία διαφορετικά είδθ πρωτογενοφσ καυςίμου τθν παροφςα διπλωματικι εργαςία, θ μζγιςτθ πίεςθ ςτον κφλινδρο και θ ενδεικνφμενθ μζςθ πραγματικι πίεςθ (IMEP) επιλζγονται ωσ παράμετροι αναφοράσ. Από το Διάγραμμα 10 ζωσ Διάγραμμα 13 παρουςιάηονται, θ πίεςθ του κυλίνδρου και θ IMEP για τουσ διαδοχικοφσ κφκλουσ, αντίςτοιχα. Μια ςτατιςτικι ανάλυςθ παρζχονται ςτον Πίνακασ 11 χρθςιμοποιϊντασ τυπικι απόκλιςθ, μζςθ τιμι και ςυμμεταβλθτότθτα (ςυντελεςτισ μεταβλθτότθτασ), που ορίηεται ωσ το πθλίκο των δφο προθγοφμενων (77). Πίνακασ 11 τατιςτικά ςτοιχεία τθσ μζγιςτθσ πίεςθσ κυλίνδρου και ενδεικνφμενθσ μζςθσ πραγματικισ πίεςθσ Προπάνιο Ελιά Ροδάκινο ταφφλι Μζγιςτθ πίεςθ ςτον κφλινδρο Μζςθ τιμι *bar] 31.61 27.96 29.04 28.76 Συπικι απόκλιςθ *bar] 2.92 3.2 3.18 3.17 υμμεταβλθτότθτα 0.0924 0.1145 0.1096 0.1102 Ενδεικνφμενθ μζςθ πραγματικι πίεςθ Μζςθ τιμι *bar] 7.61 7.01 7.31 7.14 Συπικι απόκλιςθ *bar] 0.32 0.28 0.28 0.34 υμμεταβλθτότθτα 0.0426 0.0399 0.0383 0.0480 ε λ ί δ α 76 150

Προπάνιο 40 35 Πίεςθ κυλίνδρου [bar] 30 25 20 15 10 5 0 270 300 330 360 390 420 450 480 510 450 480 510 Γωνία τροφάλου [deg.] Ελιά 40 35 Πίεςθ Κυλίνδρου [bar] 30 25 20 15 10 5 0 270 300 330 360 390 420 Γωνία τροφάλου [deg.] Διάγραμμα 10 Μεταβολισ από κφκλο ςε κφκλο τθσ πίεςθσ του κυλίνδρου ςτο ςθμείο λειτουργίασ 2800rpm.με 55% αερίου αεριοποίθςθσ ςτο ςφνολο μάηασ μίγματοσ, θ μζςθ πίεςθ του κυλίνδρου με κόκκινθ γραμμι (από τθν κορυφι: προπάνιο, αζριο αεριοποίθςθσ από ελιά). ε λ ί δ α 77 150

Ροδάκινο 40 35 Πίεςθ Κυλίνδρου *bar] 30 25 20 15 10 5 0 270 300 330 360 390 420 450 480 510 450 480 510 Γωνία τροφάλου [deg.] ταφφλι 40 35 Πίεςθ κυλίνδρου [bar] 30 25 20 15 10 5 0 270 300 330 360 390 420 Γωνία τροφάλου [deg.] Διάγραμμα 11 Μεταβολισ από κφκλο ςε κφκλο τθσ πίεςθσ του κυλίνδρου ςτο ςθμείο λειτουργίασ 2800rpm.με 55% αερίου αεριοποίθςθσ ςτο ςφνολο μάηασ μίγματοσ, θ μζςθ πίεςθ του κυλίνδρου με κόκκινθ γραμμι (από τθν κορυφι: αζριο αεριοποίθςθσ από ροδάκινο, αζριο αεριοποίθςθσ από ςταφφλι). ε λ ί δ α 78 150

Κφκλοι [-] Κφκλοι [-] Προπάνιο 100.0 90.0 80.0 70.0 60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 Imep [bar] 100.0 90.0 80.0 70.0 Ελιά 60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 Imep [bar] Διάγραμμα 12 Μεταβολι τθσ ενδεικνυόμενθσ μζςθσ πραγματικισ πίεςθσ από κφκλο ςε κφκλο ςτο ςθμείο λειτουργίασ των 2800rpm και 55% κλάςμα μάηασ αερίου αεριοποίθςθσ (από τθν κορυφι: προπάνιο, αζριο αεριοποίθςθσ από ελιά). ε λ ί δ α 79 150

Κφκλοι [-] Κφκλοι [-] Ροδάκινο 100.0 90.0 80.0 70.0 60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 Imep [bar] 100.0 90.0 80.0 70.0 ταφφλι 60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 Imep [bar] Διάγραμμα 13 Μεταβολι τθσ ενδεικνυόμενθσ μζςθσ πραγματικισ πίεςθσ από κφκλο ςε κφκλο ςτο ςθμείο λειτουργίασ των 2800rpm και 55% κλάςμα μάηασ αερίου αεριοποίθςθσ (από τθν κορυφι: αζριο αεριοποίθςθσ από ροδάκινο, αζριο αεριοποίθςθσ από ςταφφλι). ε λ ί δ α 80 150

Όπωσ φαίνεται από τα προθγοφμενα θ τυπικι απόκλιςθ τθσ μζγιςτθσ πίεςθσ ςτον κφλινδρο είναι ουςιαςτικά θ ίδια και για τρία μίγματα (και υψθλότερθ από εκείνθ του κακαροφ προπανίου), ζτςι οι διαφορζσ ςε ςυμμεταβλθτότθτα προκαλοφνται από τισ διαφορετικζσ μζςεσ τιμζσ, όπωσ φαίνονται ςτον Πίνακασ 11. ε κάκε περίπτωςθ, θ ςυμμεταβλθτότθτα τθσ μζγιςτθσ πίεςθσ του κυλίνδρου είναι περίπου 10-11 %, ενϊ τιμζσ ζωσ 20% ζχουν επίςθσ αναφερκεί βιβλιογραφικά (32). Οι υψθλότερεσ πιζςεισ καφςθσ αντικατοπτρίηεται ςε υψθλότερεσ τιμζσ IMEP, που μεταφράηεται ςε αφξθςθ τθσ ιςχφοσ εξόδου. Σο προπάνιο φαίνεται να παρουςιάηει τθν υψθλότερθ IMEP, ακολουκοφμενο από το μίγμα με αζριο αεριοποίθςθσ από ροδάκινο. Ωςτόςο, θ τάςθ αυτι δεν ακολουκείται για τθν τυπικι απόκλιςθ και ςυμμεταβλθτότθτα, όπου οι χαμθλότερεσ τιμζσ παρατθροφνται για το ίδιο μίγμα, βαςικό χαρακτθριςτικό του οποίου είναι θ υψθλι περιεκτικότθτα ςε CH 4 (Πίνακασ 9). Αυτι θ παρατιρθςθ είναι ςφμφωνθ με τα προθγοφμενα ευριματα (13), όπου θ προςκικθ του CH 4 ςτο αζριο (αζριο ςφνκεςθσ) φζνεται να βελτιϊνει τθ ςτακερότθτα λειτουργίασ του κινθτιρα. Σζλοσ, κατά τθ διάρκεια τθσ πειραματικισ ζρευνασ, διαπιςτϊκθκε ότι ειςαγόμενο αζριο αεριοποίθςθσ ςτο μίγμα ςε ςυγκρεντρϊςεισ πάνω από 55 % δεν επθρεάηει ςθμαντικά τθ ςτακερότθτα του κινθτιρα ςτισ 2800 rpm. Οι ςυντελεςτζσ διακφμανςθσ τθσ μζγιςτθσ πίεςθσ κυλίνδρου και IMEP παραμζνουν πρακτικά ςτακερζσ για κάκε μίγμα, όπωσ και με τθν «αρχικι» περίπτωςθ κλάςματοσ μάηασ αερίου 55 % κατά βάροσ. 6.2.2 Επίδραςθ του κλάςματοσ μάηασ αερίου αεριοποίθςθσ ςτο καφςιμο μίγμα Σρεισ παροχζσ αερίου αεριοποίθςθσ δοκιμάςτθκαν για κάκε πρωτογενι καφςιμθ φλθ βιομάηασ, ςε τρεισ ταχφτθτεσ του κινθτιρα, 2400rpm, 2800rpm και 3400rpm.ε αυτι τθν υπο-ενότθτα, παρουςιάηονται τα αποτελζςματα τθσ επίδραςθσ του κλάςματοσ μάηασ του αερίου αεριοποίθςθσ ςτο καφςιμο μίγμα, ςτθ λειτουργία του κινθτιρα. Για λόγουσ ςυνοχισ με τα προθγοφμενα, παρουςιάηονται αναλυτικά τα αποτελζςματα μόνο για τισ 2800rpm και ςυγκρίνονται με τθ λειτουργία μόνο με προπάνιο, ενϊ για τισ υπόλοιπεσ ταχφτθτεσ παρουςιάηονται ενδεικτικά μόνο οι μζγιςτεσ τιμζσ. Μια γενικι επιςκόπθςθ των επιδόςεων του κινθτιρα παρζχεται για όλα τα ςθμεία λειτουργίασ (ςτροφζσ του κινθτιρα και αναλογία ανάμειξθσ κάκε αερίου αεριοποίθςθσ ςτο προπάνιο) ςτον Πίνακασ 12 ζωσ Πίνακασ 14 για αζριο αεριοποίθςθσ προερχόμενο από ελιά, ροδάκινο και ςταφφλι αντίςτοιχα. Ειδικά για τθν BSFC, θ οποία είναι αντιςτρόφωσ ανάλογθ προσ τον βακμό απόδοςθσ για ζνα δοκζν καφςιμο και για ςτακερι κερμογόνο δφναμθ, κα πρζπει να επιςθμανκεί ότι μια άμεςθ ποςοτικι ςφγκριςθ των τιμϊν μεταξφ των διαφόρων εφφλεκτων μειγμάτων δεν είναι εφκολα εφικτι, λόγω τθσ διαφορετικισ κερμογόνου δφναμθσ ςε κάκε καφςιμο. ε λ ί δ α 81 150

Πίνακασ 12 τοιχεία για διάφορα ςθμεία λειτουργίασ και αναλογίεσ ανάμιξθσ για αζριο αεριοποίθςθσ προερχόμενο από ελιά Ποςοςτό αερίου αεριοποίθςθσ (% v/v) LHV του μίγματοσ (Mj/kg) Θλεκτρικι εξερχόμενθ ιςχφσ (kw) IMEP (bar) Θλεκτρικόσ βακμόσ απόδοςθσ (%) Ειδικι κατανάλωςθ BSFC (g/kwh) Ελιά -2400rpm 0 46.30 3.28 7.71 22.5 297.71 55 22.70 2.94 6.93 22.4 610.15 65 19.71 2.81 6.63 21.4 734.3 75 15.69 2.75 5.87 22.7 870.49 Ελιά -2800rpm 0 46.30 3.90 7.61 23.0 290.73 55 24.43 3.55 7.01 23.2 546.64 60 21.83 3.47 6.8 21.9 646.94 70 17.68 3.21 6.48 22.0 796.72 Ελιά -3400rpm 0 46.3 4.5 7.27 22.7 294.8 47 26.96 4.18 6.76 21.9 525.27 55 23.69 4.00 6.52 21.5 607.82 66 19.16 3.75 6.09 22.5 719.63 Πίνακασ 13 τοιχεία για διάφορα ςθμεία λειτουργίασ και αναλογίεσ ανάμιξθσ για αζριο αεριοποίθςθσ προερχόμενο από ροδάκινο Ποςοςτό αερίου αεριοποίθςθσ (% v/v) LHV του μίγματοσ (Mj/kg) Θλεκτρικι εξερχόμενθ ιςχφσ (kw) IMEP (bar) Θλεκτρικόσ βακμόσ απόδοςθσ (%) Ειδικι κατανάλωςθ BSFC (g/kwh) Ροδάκινο -2400rpm 0 46.30 3.28 7.71 22.5 297.71 41 29.99 3.14 7.22 19.8 522.49 52 25.74 3.11 6.97 18.6 646.44 73 17.53 2.71 6.45 25.7 686.93 Ροδάκινο -2800rpm 0 46.30 3.90 7.61 23.0 290.73 41 30.18 3.80 7.40 27.9 367.99 55 23.73 3.68 7.30 16.2 498.28 61 22.42 3.67 7.17 27.1 509.69 Ροδάκινο -3400rpm 0 46.3 4.50 7.27 22.7 294.80 37 31.76 4.41 6.99 26.8 363.08 53 25.48 4.27 6.72 25.3 479.94 55 24.67 4.12 6.60 20.2 621.00 ε λ ί δ α 82 150

Πίνακασ 14 τοιχεία για διάφορα ςθμεία λειτουργίασ και αναλογίεσ ανάμιξθσ για αζριο αεριοποίθςθσ προερχόμενο από ςταφφλι Ποςοςτό αερίου αεριοποίθςθσ (% v/v) LHV του μίγματοσ (Mj/kg) Θλεκτρικι εξερχόμενθ ιςχφσ (kw) IMEP (bar) Θλεκτρικόσ βακμόσ απόδοςθσ (%) Ειδικι κατανάλωςθ BSFC (g/kwh) ταφφλι -2400rpm 0 46.30 3.28 7.71 22.5 297.71 55 21.94 3.06 7.10 23.6 598.96 81 12.56 2.50 5.97 21.6 1141.15 88 9.32 1.98 5.15 18.6 1782.02 ταφφλι -2800rpm 0 46.30 3.90 7.61 23.0 290.73 55 24.19 3.56 7.04 23.4 546.61 71 16.73 3.22 6.52 23.7 780.16 87 10.11 2.67 5.48 22.8 1340.03 ταφφλι -3400rpm 0 46.30 4.50 7.27 22.7 294.80 49 26.03 4.39 5.75 24.6 482.66 65 18.96 3.78 6.27 22.7 718.95 81 12.5 3.34 5.66 21.6 1145.71 το Διάγραμμα 14 ζωσ Διάγραμμα 16 παρουςιάηονται τα ανωτζρω αποτελζςματα για τισ περιπτϊςεισ του αερίου αεριοποίθςθσ από πυρινεσ ελιάσ, ροδάκινου και ςταφυλιϊν, αντίςτοιχα. Σα άνω υπο-διαγράμματα δείχνουν τθν πίεςθ του κυλίνδρου για τουσ τρεισ παροχζσ του αερίου ενϊ τα κάτω υπο-διαγράμματα τθν αντίςτοιχθ ςυνολικι ζκλυςθ κερμότθτασ. Παρατθρείται ότι θ αφξθςθ τθσ περιεκτικότθτασ του καφςιμου μίγματοσ ςε αζριο αεριοποίθςθσ οδθγεί ςε χαμθλότερεσ πιζςεισ καφςθσ, με το φαινόμενο να είναι πιο ζντονο για το αζριο αεριοποίθςθσ από ςταφφλι. Ο ρυκμόσ ζκλυςθσ κερμότθτασ λαμβάνει χαμθλότερεσ τιμζσ, κακϊσ θ παροχι ςε αζριο αεριοποίθςθσ ςτον κινθτιρα αυξάνεται, λόγω τθσ χαμθλότερθσ κερμογόνου δφναμθσ του καφςιμου μίγματοσ. Επιπλζον, θ επιβράδυνςθ τθσ διάδοςθσ τθσ φλόγασ ςτο κάλαμο καφςθσ αποκαλφπτεται από τθν διεφρυνςθ του πλάτουσ του ρυκμοφ ζκλυςθσ κερμότθτασ. Και πάλι, το φαινόμενο είναι πιο ζντονο για το αζριο προερχόμενο από ςταφφλι (Διάγραμμα 16, κάτω υπο-διάγραμμα) και αποδίδεται ςτθν υψθλι ςυγκζντρωςθ των αδρανϊν αερίων (Ν 2 και CO 2, Πίνακασ 9), με αποτζλεςμα να επιβραδφνεται θ ςυνολικι διαδικαςία οξείδωςθσ (70). ε λ ί δ α 83 150

Ρυκμόσ Ζκλυςθσ Θερμότθτασ [J/deg.] Πίεςθ κυλίνδρου [bar] Πίεςθ ανα γωνία ςτροφάλου Ελιάσ 35 30 25 Προπάνιο 55% (20l/min) 20 60% (30l/min) 15 70% (40l/min) 10 5 0 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 Γωνία ςτροφάλου [deg.] Εκλυςθ κερμότθτασ Ελιάσ 18 16 14 Προπάνιο 55% (20l/min) 12 10 8 6 60% (30l/min) 70% (40l/min) 4 2 0 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540-2 Γωνία ςτροφάλου [deg.] Διάγραμμα 14 Πίεςθ του κυλίνδρου ςε 2800rpm για διαφορετικζσ αναλογίεσ ανάμιξθσ αερίου αεριοποίθςθσ από ελιά με προπάνιο. υνολικό ποςοςτό ζκλυςθσ κερμότθτασ ςτισ 2800rpm για διαφορετικζσ αναλογίεσ ανάμιξθσ αερίου αεριοποίθςθσ από ελιά με προπάνιο. ε λ ί δ α 84 150

Ρυκμόσ Ζκλυςθσ Θερμότθτασ [J/deg.] Πίεςθ κυλίνδρου [bar] Πίεςθ ανα γωνία ςτροφάλου Ροδάκινου 35 30 25 20 Προπάνιο 41% (10l/min) 55% (20l/min) 61% (25l/min) 15 10 5 0 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 Γωνία ςτροφάλου [deg.] Εκλυςθ κερμότθτασ Ροδάκινου 18 Προπάνιο 16 14 12 10 8 6 41% (10l/min) 55% (20l/min) 61% (25l/min) 4 2 0 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540-2 Γωνία ςτροφάλου [deg.] Διάγραμμα 15 Πίεςθ του κυλίνδρου ςε 2800rpm για διαφορετικζσ αναλογίεσ ανάμιξθσ αερίου αεριοποίθςθσ από ροδάκινο με προπάνιο. υνολικό ποςοςτό ζκλυςθσ κερμότθτασ ςτισ 2800rpm για διαφορετικζσ αναλογίεσ ανάμιξθσ αερίου αεριοποίθςθσ από ροδάκινο με προπάνιο. ε λ ί δ α 85 150

Ρυκμόσ Ζκλυςθσ Θερμότθτασ [J/deg.] Πίεςθ κυλίνδρου [bar] 35 Πίεςθ ανα γωνία ςτροφάλου ταφφλι Προπάνιο 30 25 55% (20l/min) 71% (40l/min) 20 15 87% (70l/min) 10 5 0 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 Γωνία ςτροφάλου [deg.] Εκλυςθ κερμότθτασ ταφφλι 18 Προπάνιο 16 14 12 10 8 55% (20l/min) 71% (40l/min) 87% (70l/min) 6 4 2 0 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540-2 Γωνία ςτροφάλου [deg.] Διάγραμμα 16 Πίεςθ του κυλίνδρου ςε 2800rpm για διαφορετικζσ αναλογίεσ ανάμιξθσ αερίου αεριοποίθςθσ από ςταφφλι με προπάνιο. υνολικό ποςοςτό ζκλυςθσ κερμότθτασ ςτισ 2800rpm για διαφορετικζσ αναλογίεσ ανάμιξθσ αερίου αεριοποίθςθσ από ςταφφλι με προπάνιο. ε λ ί δ α 86 150

Μζγιςτθ πίεςθ [bar] Μζγιςτθ κερμοκαςία [oc] Μζγιςτθ πίεςθ [bar] Μζγιςτθ κερμοκαςία [oc] 65.0 60.0 55.0 50.0 45.0 40.0 35.0 30.0 25.0 20.0 2400 2200 2000 1800 1600 1400 2400 RPM - Πίεςθ 2800 RPM - Πίεςθ 3400 RPM - Πίεςθ 2400 RPM - Θερμοκραςία 2800 RPM - Θερμοκραςία 15.0 1200 0% 20% 40% 60% 80% Κλάςμα μάηασ αερίου αεριοποίθςθσ [-] 3400 RPM - Θερμοκραςία Διάγραμμα 17 Μζγιςτεσ τιμζσ τθσ πίεςθσ και τθσ κερμοκραςίασ για διάφορα κλάςματα μάηασ αερίου αεριοποίθςθσ ςτο μίγμα (από πάνω προσ τα κάτω: ελιά, ροδάκινο, ςταφφλι). 65.0 60.0 55.0 50.0 45.0 40.0 35.0 30.0 25.0 20.0 2400 2200 2000 1800 1600 1400 2400 RPM - Πίεςθ 2800 RPM - Πίεςθ 3400 RPM - Πίεςθ 2400 RPM - Θερμοκραςία 2800 RPM - Θερμοκραςία 15.0 1200 0% 20% 40% 60% 80% Κλάςμα μάηασ αερίου αεριοποίθςθσ[-] 3400 RPM - Θερμοκραςία Διάγραμμα 18 Μζγιςτεσ τιμζσ τθσ πίεςθσ και τθσ κερμοκραςίασ για διάφορα κλάςματα μάηασ αερίου αεριοποίθςθσ ςτο μίγμα (από πάνω προσ τα κάτω: ελιά, ροδάκινο, ςταφφλι). ε λ ί δ α 87 150

Μζγιςτθ πίεςθ [bar] Μζγιςτθ κερμοκαςία [oc] 65.0 60.0 55.0 50.0 45.0 40.0 35.0 30.0 25.0 20.0 2400 2200 2000 1800 1600 1400 2400 RPM - Πίεςθ 2800 RPM - Πίεςθ 3400 RPM - Πίεςθ 2400 RPM - Θερμοκραςία 2800 RPM - Θερμοκραςία 15.0 1200 0% 20% 40% 60% 80% 100% Κλάςμα μάηασ αερίου αεριοποίθςθσ[-] 3400 RPM - Θερμοκραςία Διάγραμμα 19 Μζγιςτεσ τιμζσ τθσ πίεςθσ και τθσ κερμοκραςίασ για διάφορα κλάςματα μάηασ αερίου αεριοποίθςθσ ςτο μίγμα (από πάνω προσ τα κάτω: ελιά, ροδάκινο, ςταφφλι). Σζλοσ, ςτο Διάγραμμα 19 ζωσ Διάγραμμα 19 απεικονίηεται θ επίδραςθ του κλάςματοσ μάηασ αερίου αεριοποίθςθσ ςτθ μζγιςτθ πίεςθ και κερμοκραςία για τισ διάφορεσ ταχφτθτεσ του κινθτιρα. θμειϊνεται ότι θ μζγιςτθ κερμοκραςία ζχει υπολογιςτεί χρθςιμοποιϊντασ τθν υπόκεςθ ότι το αζριο ςυμπεριφζρεται ωσ τζλειο αζριο λαμβάνοντασ υπόψθ τθν καταςτατικι εξίςωςθ ςτθ γωνία ςτροφάλου με τθν μζγιςτθ πίεςθ, υποκζτοντασ μζςεσ ςυνκικεσ ανάμιξθσ που βαςίηονται ςτθν προςζγγιςθ ενιαίασ ηϊνθσ. Ανεξάρτθτα από το είδοσ τθσ βιομάηασ και τισ ςτροφζσ λειτουργίασ του κινθτιρα, αντίςτοιχθ τάςθ μείωςθσ εμφανίηεται με τθν αφξθςθ του κλάςματοσ μάηασ αερίου αεριοποίθςθσ ςτο καφςιμο μίγμα, τόςο για τθ μζγιςτθ πίεςθ και τθ κερμοκραςία. Αυτό το αποτζλεςμα μπορεί να αποδοκεί ςτθ μείωςθ του ενεργειακοφ περιεχομζνου του μίγματοσ (LHV) κακϊσ αυξάνεται θ παροχι του αερίου αεριοποίθςθσ. Θ μείωςθ τθσ μζγιςτθσ κερμοκραςίασ καφςθσ (θ οποία μπορεί να χρθςιμοποιθκεί ωσ μια πρϊτθ ζνδειξθ του επιπζδου κερμοκραςίασ ςτον κφλινδρο), όταν περιςςότερο αζριο αεριοποίθςθσ (και κατά ςυνζπεια λιγότερο προπάνιο) παρζχεται ςτον κινθτιρα, ςυνεπάγεται αςκενζςτερθ τάςθ ςτο ςχθματιςμό ΝΟχ, αν και το τελευταίο ςτθν πραγματικότθτα εξαρτάται από τθν (τοπικι) κερμοκραςία των καυςαερίων (18). ε λ ί δ α 88 150

Θ διαπίςτωςθ αυτι επιβεβαιϊνεται και πειραματικά (78) (79) και κεωρθτικά (80). Όπωσ και προθγουμζνωσ, το φαινόμενο είναι πιο ζντονο για το αζριο αεριοποίθςθσ προερχόμενο από ςταφφλι (Διάγραμμα 16, κατϊτερο υπό-διάγραμμα), λόγω τθσ υψθλισ ςυγκζντρωςθσ των αδρανϊν αερίων όπωσ αναφζρκθκε και παραπάνω (Ν 2 και CO 2, Πίνακασ 9), τα οποία απορροφοφν κερμότθτα και χαμθλϊνουν τθν κερμοκραςία (όπωσ είναι θ περίπτωςθ με EGR). ε λ ί δ α 89 150

7.υμπεράςματα τθν παροφςα διπλωματικι εργαςία παρουςιάςτθκε μια πειραματικι μελζτθ, με ςτόχο τθν διερεφνθςθ τθσ καφςθσ και τθσ λειτουργικισ ςυμπεριφοράσ κινθτιρα επιβαλλομζνθσ ανάφλεξθσ, ο οποίοσ τροφοδοτείται με αζριο αεριοποίθςθσ προερχόμενο από τρία ειδι βιομάηασ. Ο μονοκφλινδροσ κινθτιρασ ςυηεφχκθκε ςε ζνα αεριοποιθτι ρευςτοποιθμζνθ κλίνθσ προσ παραγωγι κερμότθτασ και θλεκτριςμοφ (γνωςτι και ωσ ςυμπαραγωγι ι CHP) μικρισ κλίμακασ. Σρία πρωτογενι καφςιμα βιομάηασ, πυρινεσ από ελιά, ροδάκινο και ςταφφλι, χρθςιμοποιικθκαν για τθν παραγωγι του αερίου αεριοποίθςθσ. Ο κινθτιρασ, που αρχικά ςχεδιάςτθκε να λειτουργεί με προπάνιο, τροφοδοτικθκε με μίγματα αερίου αεριοποίθςθσ και προπανίου ςε διάφορεσ ςτροφζσ λειτουργίασ τθσ μθχανισ και αναλογίεσ ανάμιξθσ. Σα κφρια πορίςματα τθσ μελζτθσ μποροφν να ςυνοψιςκοφν ωσ εξισ: Αζριο αεριοποίθςθσ προερχόμενο από κάκε βιομάηα που μελετικθκε ζχει πολφ χαμθλότερθ κερμογόνο δφναμθ ςε ςχζςθ με το προπάνιο (το μζτρο ςφγκριςθσ ςτθν παροφςα διπλωματικι), λόγω τθσ παρουςίασ αδρανϊν αερίων (Ν 2 και CO 2 ). Οι πιζςεισ ςτον κφλινδρο και οι ρυκμοί ζκλυςθσ κερμότθτασ που παρατθροφνται για κάκε αζριο αεριοποίθςθσ, είναι χαμθλότερεσ ςε ςφγκριςθ με τθν ςυμβατικι λειτουργία προπανίου. Θ πτϊςθ ιςχφοσ αποδίδεται ςτθν χαμθλότερθ κερμογόνο δφναμθ του αερίου αεριοποίθςθσ. Ωςτόςο, θ μείωςθ τθσ ιςχφοσ εξόδου δεν υπερβαίνει το 10 % για τα μίγματα 55 % w/w αζριο και 45 % w/w προπάνιο. Σα προφίλ ρυκμοφ ζκλυςθσ κερμότθτασ είναι ευρφτερα για κάκε αζριο, ςε ςφγκριςθ με τθ λειτουργία με «κακαρό» προπάνιο, το οποίο αιτιολογείται από πιο αργι διάδοςθ τθσ φλόγασ ςτον κάλαμο καφςθσ. Θ ςτακερότθτα τθσ καφςθσ δείχνει να επθρεάηεται ελαφρϊσ, χωρίσ να προκαλοφνται εκτεταμζνα προβλιματα αςτοχίασ ζναυςθσ. Αφξθςθ του κλάςματοσ μάηασ αερίου αεριοποίθςθσ ςτο καφςιμο μίγμα οδθγεί ςε μεγαλφτερεσ μειϊςεισ τθσ πίεςθσ ςτον κφλινδρο και ζκλυςθσ κερμότθτασ, με ςυνεπακόλουκθ μείωςθ τθσ παραγόμενθσ θλεκτρικισ ενζργειασ. ε λ ί δ α 90 150

8.Βιβλιογραφία 1. FAO. Wood gas as engine fuel. Rome : Food and Agriculture Organization of the United Nations, 1986. 2. Rakopoulos CD, Rakopoulos DC, Hountalas DT, Giakoumis EG, Andritsakis EC. Performance and emissions of bus engine using blends of diesel fuel with biodiesel of sunflower or cottonseed oils derived from Greek feedstock. s.l. : FUEL, 2008. 87:147 57. 3. Juan Daniel Martínez, Khamid Mahkamov, Rubenildo V. Andrade, Electo E. Silva Lora. Syngas production in downdraft biomass gasifiers and its application using internal combustion engines. Medellín,Itajubá,Newcastle : ELSEVIER, 2011. Renewable Energy 38 (2012) 1e9. 4. B.B. Sahoo, N. Sahoo, U.K. Saha. Effect of engine parameters and type of gaseous fuel on the performance of dual-fuel gas diesel engines A critical review. Guwahati : ELSEVIER, 2008. 5. K., Maniatis. Progress in biomass gasification: an overview. In: Bridgwater AV. s.l. : Oxford: Blackwell, 2011. p. 1 31.. 6. Bridgwater AV, Beenackers AACM, Sipila K, Zhenhong Y, Chuangzhi W, Li S. An assessment of the possibilities for transfer of European biomass gasification technology to China. s.l. : Office for Official Publications of the European Communities, 1999. 7. *Θλεκτρονικό+ http://smartchp.eng.auth.gr/. 8. Stefanos Tsiakmakis, Dimitrios Mertzis, Athanasios Dimaratos, Zisimos Toumasatos, Zissis Samaras. Experimental study of combustion in a spark ignition engine operating with producer gas from various biomass feedstocks. Laboratory of Applied Thermodynamics, Department of Mechanical Engineering, Aristotle University of Thessaloniki, P.O. Box 458, Thessaloniki, GR 54124, Greece : FUEL, 2014. Fuel 122 (2014) 126 139. 9. Klaus Mollenhauer, Helmut Tschoeke. Handbook of Diesel Engines. Berlin : Springer, 2010. 978-3-540-89083-6. 10. Murari Mohon Roy, Eiji Tomita, Nobuyuki Kawahara, Yuji Harada, Atsushi Sakane. Comparison of performance and emissions of a supercharged dual-fuel engine fueled by hydrogen and hydrogen-containing gaseous fuels. Rajshahi, Okayama : ELSEVIER, 2011. 11. Bibhuti B. Sahoo, Niranjan Sahoo, Ujjwal K. Saha,. Effect of H2:CO ratio in syngas on the performance of a dual fuel diesel engine operation. Guwahati : ELSEVIER, 2011. 12. Li, H. and Karim, G.A. Exhaust emissions from an SI engine operating on gaseous fuel mixtures containing hydrogen. s.l. : Inter. J. Hydrogen Energy, 2005. ε λ ί δ α 91 150

13. Stanislaw Szwaja, Viktoria B. Kovacs, Akos Bereczky, Antal Penninger. Sewage sludge producer gas enriched with methane as a fuel to a spark ignited engine. Czestochowa,Budapest : ELSEVIER, 2013. 14. A. Shah, R. Srinivasan, S.D.F. To, E.P. Columbus. Performance and emissions of a sparkignited engine driven generator on biomass based syngas. s.l. : Bioresource Technology 101, 2001. 15. Sridhar G, Sridhar HV, Dasappa S, Paul PJ, Rajan NKS, Mukunda HS. Development of producer gas engines. Eng : Proc Inst Mech Eng, Part D. J Autom, 2005. 219:423 38.. 16. Uma R, Kandpal TC, Kishore VVN. Emission characteristics of an electricity generation system in diesel alone and dual fuel modes. s.l. : Biomass Bioenergy, 2004. 27:195 203. 17. Pisarn Sombatwong, Prachasanti Thaiyasuit and Kulachate Pianthong. Effect of Pilot Fuel Quantity on the Performance and Emission of a Dual Producer Gas Diesel Engine. Ubonratchathani : 10th Eco-Energy and Materials Science and Engineering, 2013. Energy Procedia 34 ( 2013 ) 218 227. 18. Heywood, John B. Internal Combustion Engine Fundamentals. New York : McGraw-Hill Book Company, 1988. ISBN 0-07-028637-X. 19. Felipe O. Centeno González, Khamid Mahkamov, Electo E. Silva Lora, Rubenildo V. Andrade. Theoretical and experimental investigations of a downdraft biomass gasifier-spark ignition engine power system. Itajuba, Newcastle : ELSEVIER, 2012. 20. Felipe O. Centeno González, Khamid Mahkamov, Electo E. Silva Lora, Rubenildo V. Andrade, René Lesme Jaen. Prediction by mathematical modeling of the behavior of an internal combustion engine to be fed with gas from biomass, in comparison to the same engine fueled with gasoline or methane. Itajuba, Newcastle, Cuba : ELSEVIER, 2013. 21. Kaupp, A. and Goss, J.R.,. SMALL SCALE GAS PRODUCER ENGINE SYSTEMS. s.l. : Friedr. Vieweg & Sohn Braunschweg/Wiesbaden, 1984. 22. Reed, T. B. and Jantzan, D. (Eds.). Generator Gas The Swedish Experience from 1939-1945. Colorado, USA : Solar Energy Research Institute, 1979. 23. Banapurmath NR, Tewari PG. Comparative performance studies of a 4-stroke CI engine operated on dual fuel mode with producer gas and Honge oil and its methyl ester (HOME) with and without carburetor. s.l. : Renew Energy, 2009. 24:1009 15. 24. J.J. HERNÁNDEZ, J. BARBA,G. ARANDA. COMBUSTION CHARACTERIZATION OF PRODUCER GAS FROM BIOMASS GASIFICATION. s.l. : Global NEST Journal, 2012. Vol 14, No 2, pp 125-132, 2012. ε λ ί δ α 92 150

25. Anil Singh Bika, Luke Franklin and David Kittelson. Cycle Efficiency and Gaseous Emissions from a Diesel Engine Assisted with Varying Proportions of Hydrogen and Carbon Monoxide (Synthesis Gas). Univ. of Minnesota - Twin Cities : SAE, 2011. 2011-01-1194. 26. Sahoo, B., Sahoo, N., and Saha, U. K. Assessment of syngas-diesel dual fuelled compression ignition engine. s.l. : Proceedings of ASME 2010 4th international conference on energy sustainability, 2010. doi:10.1115/es2010-90218. 27. Leermakers, A.M.L.M. Wagemakers and C.A.J. Review on the Effects of Dual-Fuel Operation, Using Diesel and Gaseous Fuels, on Emissions and Performance. Eindhoven University of Technology : SAE, 2012. 2012-01-0869. 28. Sopheak Rey, Chihiro Kondo, Koji Yamane and Kiyoshi Kawasaki. Potential of a Dual Fuel DI Diesel Engine Fuelled with Jatropha Curcas L. Oil and Producing Gas Derived from Biomass. s.l. : SAE, 2012. 2012-32-0021. 29. Pedro Orbaiz, Michael J. Brear, Payman Abbasi and Peter A. Dennis. A Comparative Study of a Spark Ignition Engine Running on Hydrogen, Synthesis Gas and Natural Gas. Melbourne : SAE, 2013. 2013-01-0229. 30. Corre, Andre L. Boehman et Olivier Le. COMBUSTION OF SYNGAS IN INTERNAL COMBUSTION ENGINES. Nantes Cedex,Pennsylvania : Combustion Science and Technology, 2008. 31. Hiroaki Wakizaka, Akihiro Hara, Tsugio Fukushima, Yasuhiro Noda and Tohru Nakazono. Study of Dual Fuel Engine for Low Calorie Biomass Gas. JAPAN : SAE, 2010. 2010-32-0051. 32. P. G. Tewari, J. P. Subrahmanyam and M. K. Gajendra Babu. Experimental Investigations on the Performance Characteristics of a Producer Gas Fuelled Spark Ignition Engine. INDIA : SAE, 2001. 2001-01-1189. 33. Prakash, G., Ramesh, A., and Shaik, A.B. An approach for estimation of ignition delay in a dual-fuel engine. s.l. : Society of Automotive Engineers, 1999. Technical Paper No. 1999-01- 0232. 34. Garnier, C., Bilcan, A., Le Corre,O., andrahmouni, C. Characterisation of a syngas-diesel fuelled CI engine. s.l. : Society of Automotive Engineers, 2005. Technical Paper No. 2005-01- 1731. 35. Bilcan, A., Tazerout, M., Le Corre, O., and Ramesh, A. Ignition delay in dual-fuel engines: an extended correlation for gaseous fuels. Pennsylvania, USA : Internal Combustion Engine Division of ASME, 2001. 36. H. Li, G.A. Karim. Exhaust emissions from an SI engine operating on gaseous fuel mixtures containing hydrogen. s.l. : International Journal of Hydrogen Energy, 2005. ε λ ί δ α 93 150

37. Papagiannakis RG, Hountalas DT. Combustion and exhaust emission characteristics of a dual fuel compression ignition engine operated with pilot diesel fuel and natural gas. s.l. : Energy Convers Manage, 2004. 45:2971 87.. 38. Benchmark testing of Micro-CHP units. Thomas, Bernd. 2049 2054, 72762 Reutlingen, Germany : ELSEVIER Applied Thermal Engineering, 2007, Σόμ. 28. 39. Biomass gasification for electricity generation: Review of current technology barriers. J.A. Ruiz, M.C. Juárez, M.P. Morales, P. Muñoz, M.A. Mendívil. s.l. : ELSEVIER, February 2013, Σόμ. Pages 174 183. 40. P., McKendry. Energy production from biomass overview of biomass. s.l. : Bioresource Technology, 2002. 83,37-63. 41. Souza-Santos, Marcio L. de. Solid Fuels Combustion and Gasification Modeling, Simulation, and Equipment Operation. Sao Paolo, Brazil : Marcel Dekker, 1996. ISBN 0-8247- 0971-3. 42. DIRECTIVE 2004/22/EC OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 31 March 2004 on measuring instruments. s.l. : Official Journal of the European Union, 2004. L 135/1. 43. Agilent 6890N Network Gas Chromatograph Data sheet. 44. Varian CP-4900 Micro-GC. 45. Nikolaos K. Margaris, Panagiotis Grammelis, David Vera, Fransisco Jurado. Assesment of operational results of downdraft gasifier coupled eith a gas engine. s.l. : ELSEVIER, 2012. 48 ( 2012 ) 857 867. 46. Measuring Spark Plug M10x1 with Integral 3 mm Cylinder Pressure Sensor and Replaceable Cable. 47. Charge Amplifier Single-channel multi-range laboratory charge amplifier. *Θλεκτρονικό+ http://www.intertechnology.com/kistler/pdfs/acc_5011b_charge_amplifier.pdf. 48. Owon PDS7102T. *Θλεκτρονικό+ http://www.batronix.com/shop/oscilloscopes/digitaloscilloscope-pds7102t.html. 49. NI X Series Multifunction Data Acquisition. *Θλεκτρονικό+ http://sine.ni.com/ds/app/doc/p/id/ds-153/lang/en. 50. Deblangey A, Roger JM, Palagos B, Grenier G, Bendoula R. Comparative study of two methods (hexane extraction and NMR) for the determination of oil content in an individual olive fruit. s.l. : Eur J Lipid Sci Techno, 2013. 115:1070 7. ε λ ί δ α 94 150

51. Skoulou V., Koufodimos G., Samaras Z., Zabaniotou A. Low temperature gasification of olive kernels in a 5-kW fluidized bed reactor for H2-rich producer gas. s.l. : International Journal of Hydrogen Energy, 2008. 33 6515-6524. 52. The behavior of inorganic material in biomass-fired power boilers field and laboratory experiences. Baxter L, Miles T., Miles Jr. T., Jenkins B., Milne T., Dayton D.,Bryers R., Oden L. 47-48, s.l. : Fuel Processing Technology, 1998, Σόμ. 54. 53. Gunter P. Merker, Christian Schwarz,Rudiger Teichmann. Combustion Engines Development. MUNCHEN : SPRINGER, 2012. e-isbn 978-3-642-14094-5. 54. AVL. Theory. s.l. : AVL Boost Version, 2009. 55. BROWN, W. L. Effect of Design Variables on Friction and Economy. s.l. : SAE, 1973. 640807. 56. D. R. Lancaster, R. B. Krieger, J. H. Lienesch. Measurement and Analysis of Engine Pressure Data. s.l. : SAE, 1975. 750026. 57. Randolph, A. Methods of Processing Cylinder-Pressure Transducer Signals to Maximize Data Accuracy. s.l. : SAE, 1990. 900170. 58. Foster, D. E. An Overview of Zero-Dimensional Thermodynamic Models for IC Engine Data Analysis. s.l. : SAE, 1985. 852070. 59. Ceviz MA, Kaymaz I. Temperature and air-fuel ratio dependent specific heat ratio functions for lean burned and unburned mixture. s.l. : Energy Convers Manage, 2005. 46:2387 404. 60. R., Egnell. Combustion diagnostics by means of multizone heat release analysis and NO calculation. s.l. : SAE, 1998. 981424. 61. GF, Hohenberg. Advanced approaches for heat transfer calculations. s.l. : SAE, 1979. 790825. 62. Woschni. Die Berechnung der Wandwarmeverluste und der thermischen Belastung der Bauteile von Dieselmotoren. 1970. 63. Bargende. Ein Gleichungsansatz zur Berechnung der instationaren Wandwarmeverluste im Hochdruckteil von Ottomotoren, Dissertation. TH Darmstadt : s.n., 1990. 64. Otto, Günter P. Merker Christian Schwarz Gunnar Stiesch Frank. Simulating Combustion Simulation of combustion and pollutant formation for engine-development. Berlin Heidelberg : Springer, 2006. ISBN 13 978-3-540-25161-3. 65. Ikegami M, Kidoguchi Y, Nishiwaki K. A Multidimensional Model Prediction of Heat Transfer in Non-Fired Engines. s.l. : SAE, 1986. 860467. ε λ ί δ α 95 150

66. K, Nishiwaki. Modeling Engine Heat Transfer and Flame-Wall Interaction. s.l. : Proc. COMODIA, 1998. 98, pp. 35 44. 67. Gajendra Babu MK, Murthy BS. Simulation and evaluation of Exhaust and Intake system of a 4-stroke spark ignition Engine. s.l. : SAE, 1976. 760763. 68. Rakopoulos CD, Antonopoulos KA, Rakopoulos DC. Experimental heat release analysis and emissions of a HSDI diesel engine fueled with ethanol diesel fuel blends. s.l. : Energy, 2007. 32:1791 808. 69. COLIN R. FERGUSΟN, ALAN T.KIRKPATRICK. INTERNAL COMBUSTION ENGINES:APPLIED THERMODYNAMICS. NEW JERSEY : WILEY, 2001. ISBN 0-471-35617-4. 70. Shashikantha, Parikh PP. Spark ignition producer gas engine and dedicated compressed natural gas engine technology development and experimental performance optimisation. s.l. : SAE, 1999. no. 1999-01-3515. 71. Sridhar G, Dasappa S, Sridhar HV, Paul PJ, Rajan NKS. Gaseous emissions using producer gas as fuel in reciprocating engines. s.l. : SAE, 2005. 2005-01-1732. 72. Porpatham E, Ramesh A, Nagalingam B. Investigation on the effect of concentration of methane in biogas when used as a fuel for a spark ignition engine. s.l. : Fuel, 2008. 87:1651 9. 73. Liu, Z. and Karim, G.A. The ignition delay period in dual-fuel engines. s.l. : Society of Automotive Engineers, 1995. Technical Paper No. 950466. 74. Liu C, Yan B, Chen G, Bai XS. Structures and burning velocity of biomass derived gas flames. s.l. : Int J Hydrogen Energy, 2010. 35:542 55. 75. ZN, Aung. Modification of diesel engine to producer gas engine. s.l. : J Ilm Tek Energi, 2008. 1:29 41. 76. Gajendra Babu MK, Subramanian KA. Alternative transportation fuels:utilisation in combustion engines. s.l. : CRC Press, 2013. 77. Rakopoulos DC, Rakopoulos CD, Giakoumis EG, Papagiannakis RG, Kyritsis DC. Experimental-stochastic investigation of the combustion cyclic variability in HSDI diesel engine using ethanol diesel fuel blends. s.l. : Fuel, 2008. 87:1478 91. 78. Papagiannakis RG, Rakopoulos CD, Hountalas DT, Giakoumis EG. Study of the performance and exhaust emissions of a spark-ignited engine operating on syngas fuel. s.l. : Int J Altern Propul, 2007. 1:190 215. ε λ ί δ α 96 150

79. Ji C, Dai X, Wang S, Liang C, Ju B, Liu X. Experimental study on combustion and emissions performance of a hybrid syngas-gasoline engine. s.l. : Int J Hydrogen Energy, 2013. 38:11169 73. 80. Rakopoulos CD, Michos CN. Development and validation of a multi-zone and nitric oxide formation in syngas fueled spark ignition engine. s.l. : Energy Convers Manage, 2008. 49:2924 38. 81. ΨΩΙΝΟ, Δ.Π. ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ. ΘΕΑΛΟΝΙΚΘ : ΗΘΣΘ, 1999. 82. Ηιςθσ αμαράσ, Γιάννθσ Κιτςοπανίδθσ. Βακμονόμθςθ Θερμιδόμετρου Τφπου Οβίδασ του Εργαςτθρίου Εφαρμοςμζνθσ Θερμοδυναμικισ. Θεςςαλονίκθ : ΑΠΘ, 1998. ε λ ί δ α 97 150

9 Παράρτθμα 9.1 Διαδικαςία υπολογιςμοφ τθσ κερμογόνου δφναμθσ. των καυςίμων Θ κερμιδομζτρθςθ ζγινε με τθν βοικεια κερμιδόμετρου τφπου βόμβασ. Ο ςυγκεκριμζνοσ τφποσ κερμιδόμετρου είναι μια διάταξθ όπου θ μζτρθςθ γίνεται υπό ςτακερό όγκο. Θ ζναυςθ γίνεται με θλεκτρικι ενζργεια που χρθςιμοποιείται για να πυρϊςει ςφρμα βολφραμίου. Με το πζρασ τθσ καφςθσ εκλφεται κερμότθτα πρϊτα με ακτινοβολία (λόγο διαφοράσ κερμοκραςίασ) ςτθ ςυνζχεια με αγωγι (από το εςωτερικό ςτο εξωτερικό τοίχωμα) και ζπειτα με ςυναγωγι (προσ το νερό). Με τθν ζκλυςθ κερμότθτασ ανεβαίνει θ κερμοκραςία του νεροφ που περικλείει τθν οβίδα και με τθν βοικεια ενόσ κερμομζτρου καταγράφεται θ μεταβολι κερμοκραςίασ, κακιςτϊντασ δυνατό τον υπολογιςμό του ενεργειακοφ περιεχομζνου του καυςίμου (ανϊτερθ κερμογόνοσ δφναμθ). Παρακάτω παρουςιάηεται θ διάταξθ και θ μζκοδοσ υπολογιςμοφ. Περιγραφή τησ διάταξησ μζτρηςησ. Εικόνα 23 Σομι κερμιδομζτρου τφπου βόμβασ Parr Σο κερμιδόμετρο που χρθςιμοποιικθκε είναι τφπου βόμβασ Parr και αποτελείται από τα εξισ ςτοιχεία, όπωσ αυτά αρικμοφνται παραπάνω. ε λ ί δ α 98 150

Πίνακασ 15 Εξαρτιματα του κερμιδομζτρου 1 Κινθτιρασ του αναδευτιρα 2,3,4,5 υςτοιχία εξαρτθμάτων ςφνδεςθσ του κινθτιρα με τον αναδευτιρα 7 Αναδευτιρασ 6 Διακόπτθσ ζναυςθσ ςυνδεδεμζνο με τα καλϊδια ανάφλεξθσ και το ςφρμα Βολφραμίου 8 Ανοξείδωτο δοχείο νεροφ 9 Αδιαβατικό δοχείο 10 Οβίδα εςωτερικϊν διαςτάςεων ςε mm: 65 x 110(Διάμετροσ x Υψοσ) 11 Θερμόμετρο ακριβείασ τφπου OMEGA HH42 Thermistor με ακρίβεια μζτρθςθσ 0,01 ο C Αρχικά ζγιναν μετριςεισ μζςω των δφο ηυγϊν Α και Β. τθν ηυγαριά Α τφπου Sartorius, μετρικθκε με ακρίβεια 0,1gr το βάροσ του δοχείου του νεροφ, άδειο και γεμάτο και το ςφνολο των μεταλλικϊν μαηϊν. τθν ηυγαριά Β τφπου Prescisa, μετρικθκε με ακρίβεια 0,00001gr, το βάροσ τθσ κάψασ με καφςιμο και χωρίσ καφςιμο και το βάροσ τθσ ςφριγγασ με νερό και άδειο. Κλίμακα ποςοςτοφ φόρτιςθσ του ηυγοφ Θζςθ τοποκζτθςθσ αντικειμζνου προσ ηφγιςθ Δείκτθσ ρφκμιςθσ παραλλθλότθτασ του ηυγοφ Οκόνθ ζνδειξθσ Διακόπτθσ ON ηυγοφ Διακόπτθσ μθδενιςμοφ ζνδειξθσ Διακόπτθσ OFF ηυγοφ Εικόνα 24 Ηυγόσ Precisa 40SM-200A ε λ ί δ α 99 150

Διακόπτθσ ON/OFF ηυγοφ Διακόπτθσ μθδενιςμοφ Οκόνθ ζνδειξθσ Θζςθ τοποκζτθςθσ αντικειμζνου προσ ηφγιςθ Εικόνα 25 Ηυγόσ sartirius Θ κάψα με το καφςιμο τοποκετοφνται ςτθν οβίδα, θ οποία γεμίηει με οξυγόνο υπό πίεςθ ςτα 30bar. τθν ςυνζχεια θ οβίδα βυκίηεται ςτο νερό που περιζχεται ςτο δοχείο του κερμιδομζτρου. Σο κερμιδόμετρο ςφραγίηεται αφοφ πρϊτα τοποκετθκεί ο αναδευτιρασ και το κερμόμετρο. Ο αναδευτιρασ ανακατεφει το νερό ϊςτε να υπάρχει παντοφ ομοιόμορφθ κερμοκραςία. Θ ανάφλεξθ του καυςίμου γίνεται με τθν βοικεια θλεκτρικοφ ρεφματοσ που διατρζχει το ςφρμα Βολφραμίου το οποίο είναι βυκιςμζνο μζςα ςτο καφςιμο. Πριν τθν ζναυςθ αναμζνεται να ςτακεροποιθκεί θ ζνδειξθ τθσ κερμοκραςίασ κακϊσ ο αναδευτιρασ ανακατεφει το νερό. τθν ςυνζχεια πατϊντασ το κουμπί ζναυςθσ πραγματοποιείται θ καφςθ. Θ καφςθ οδθγεί ςε ζκλυςθ κερμότθτασ, θ οποία διαπερνάει τα τοιχϊματα τθσ οβίδασ και αυξάνει τθ κερμοκραςία του νεροφ που τθν περιβάλλει. Ο αναδευτιρασ ςυμβάλει ςτθν ομοιόμορφθ κατανομι τθσ κερμοκραςίασ ςτο νερό. Σο δοχείο του κερμιδομζτρου είναι καλά μονωμζνο ζτςι ϊςτε να ζχουμε κλειςτό αδιαβατικό ςφςτθμα. θμειϊνεται θ κερμοκραςία του νεροφ κάκε 30sec, με τθ βοικεια χρονομζτρου χειρόσ, ζωσ ότου δφο διαδοχικζσ μετριςεισ οδθγιςουν ςε ίδιεσ τιμζσ. Σότε oι κερμοκραςίεσ ςτθν οβίδα και ςτο νερό ζχουν ιςορροπιςει. Σότε θ πίεςθ μζςα ςτθ οβίδα είναι πολφ κοντά ςτθν αρχικι, 30bar, αφοφ και θ κερμοκραςία μζςα ςτθν οβίδα ζχει ιςορροπιςει κοντά ςτθν αρχικι κερμοκραςία. Ανοίγοντασ το δοχείο και τθν οβίδα, ηυγίηουμε τθν κάψα ςτθν ηυγαριά Β για να βροφμε τθν ποςότθτα του καυςίμου που δεν κάθκε (τζφρα). τθν ςυνζχεια με ζνα ε λ ί δ α 100 150

απορροφθτικό χαρτί το οποίο ζχει ηυγιςτεί ςτθν ηυγαριά Β, κακαρίηονται οι ςταγόνεσ του νεροφ που βρίςκονται μζςα ςτθν οβίδα και ηυγίηεται. Ζτςι κα μετράτε με ςχετικι ακρίβεια θ ποςότθτα του νεροφ, ςτα προϊόντα τθσ καφςθσ, αφοφ πρϊτα αφαιρεκεί θ ςταγόνα νεροφ τθσ ςφριγγασ. Παρακάτω παρουςιάηεται το κεωρθτικό υπόβακρο που χρθςιμοποιικθκε για τθν εξαγωγι των αποτελεςμάτων κερμογόνου δφναμθσ υγραςίασ κ.α. για τα τρία πρωτογενι καφςιμα. Θφρα RS232 για άμεςθ εξαγωγι δεδομζνων ςε υπολογιςτι Οκόνθ ζνδειξθσ κερμοκραςίασ Προςαρμογι κερμοςτοιχείου Πιεςτικόσ διακόπτθσ ON/OFF Εικόνα 26 Φορθτό κερμόμετρο OMEGA HH 42 Θεωρητικό υπόβαθρο Μετά από εφαρμογι του 1ου Θερμοδυναμικοφ Αξιϊματοσ (ιςοηφγιο ενζργειασ) ςτο χϊρο που ζχει οριςτεί το κερμοδυναμικό ςφςτθμα για τισ καταςτάςεισ ιςορροπίασ πριν και μετά τθν καφςθ προκφπτει θ παρακάτω ςχζςθ υπολογιςμοφ τθσ ειδικισ κερμογόνου δφναμθσ ενόσ καυςίμου: m c m c m c m h h0 m Οι δείκτεσ μ, καψ, ν, ς και κ αναφζρονται ςτισ μεταλλικζσ μάηεσ, ςτθν κάψα, ςτο νερό, ςτο ςφρμα ζναυςθσ και ςτο καφςιμο αντίςτοιχα. Θ κερμογόνοσ δφναμθ που μετράται ςτο κερμιδόμετρο τφπου οβίδασ είναι θ ανϊτερθ λόγω τθσ υγροποίθςθσ του νεροφ των καυςαερίων. Αυτό ςυμβαίνει λόγω τθσ ιδιαίτερα υψθλισ μερικισ πίεςθσ του νεροφ των καυςαερίων, άρα και του ςθμείου δρόςου τουσ (ανάλογα με τθ ςφςταςθ και τθν ποςότθτα του καυςίμου ςτθν οβίδα από 140 ζωσ 180 0 C) ςε ςχζςθ με ε λ ί δ α 101 150

τθν τελικι κερμοκραςία ιςορροπίασ (το πολφ 5 0 C πάνω από τθ κερμοκραςία περιβάλλοντοσ). Θ μερικι πίεςθ του νεροφ των καυςαερίων είναι υψθλι εφόςον θ ςυγκζντρωςι του είναι αρκετά υψθλι λόγω τθσ απουςίασ του αηϊτου (ςτθν οβίδα ειςάγεται κακαρό οξυγόνο) και εφόςον θ πίεςθ που επικρατεί ςτθν οβίδα είναι μεγάλθ (περίπου 30bar). Αποκλίςεισ Θ προθγοφμενθ ςχζςθ δίνει τθν ανϊτερθ κερμογόνο δφναμθ ενόσ καυςίμου βάςει οριςμζνων απλοποιθτικϊν παραδοχϊν κατά τισ οποίεσ αμελοφνται τα εξισ: 1. οι απϊλειεσ κερμότθτασ με ελεφκερθ ςυναγωγι και ακτινοβολία από το κερμοδυναμικό ςφςτθμα προσ τον περιβάλλοντα χϊρο 2. το απαιτοφμενο θλεκτρικό ζργο για τθν ανάφλεξθ του καυςίμου 3. το απαιτοφμενο μθχανικό ζργο του αναδευτιρα για τθν αποκατάςταςθ ομοιόμορφθσ κερμοκραςίασ ςε ολόκλθρο τον όγκο του κερμοδυναμικοφ ςυςτιματοσ Οι παραπάνω παραδοχζσ κινοφνται και προσ τθν κατεφκυνςθ τθσ υπερεκτίμθςθσ (2 και 3) αλλά και του υποβιβαςμοφ (1) τθσ κερμογόνου δφναμθσ. Θ ςυμμετοχι των παραδοχϊν αυτϊν ςτισ αποκλίςεισ από τθν πραγματικι κερμογόνο δφναμθ ζχει υπολογιςτεί ότι δεν υπερβαίνει το 0.5%. Οι ςθμαντικότερεσ αποκλίςεισ από τθν πραγματικι τιμι τθσ κερμογόνου δφναμθσ του μετροφμενου καυςίμου οφείλονται αφενόσ ςτθν ακρίβεια μζτρθςθσ των μαηϊν και αφετζρου ςτθν ακριβι γνϊςθ των ςτακερϊν τθσ παραπάνω ςχζςθσ. Επίςθσ ςφάλματα ανάγνωςθσ και εκτζλεςθσ τθσ μζτρθςθσ είναι υπεφκυνα για τυχόν αποκλίςεισ. Πρότυπεσ μετρήςεισ Με ςκοπό να προςδιοριςτεί ποςοτικά θ ςυμμετοχι των παραπάνω παραγόντων ςτθν απόκλιςθ τθσ μετροφμενθσ από τθν πραγματικι τιμι τθσ κερμογόνου δφναμθσ ζχει πραγματοποιθκεί ςειρά πρότυπων μετριςεων με καφςιμο γνωςτισ κερμογόνου δφναμθσ με μεγάλθ ακρίβεια. Με τον τρόπο αυτό είναι δυνατόν να προςδιοριςτεί θ ονομαηόμενθ ςτακερά του κερμιδομζτρου, θ οποία λαμβάνει υπόψθ όλουσ εκείνουσ τουσ παράγοντεσ που δθμιουργοφν αποκλίςεισ αλλά παραμζνουν ςτακεροί ςε κάκε μζτρθςθ. Ζτςι δίνεται θ δυνατότθτα εκτζλεςθσ αξιόπιςτων μετριςεων με καφςιμα άγνωςτθσ κερμογόνου δφναμθσ. Σο καφςιμο που χρθςιμοποιικθκε για τισ πρότυπεσ μετριςεισ είναι το βενηοϊκό οξφ C6H5 COOH ςφμφωνα με τισ οδθγίεσ τθσ ASTM-D240 (American Society for Testing and Materials). Σο καφςιμο αυτό ζχει κερμογόνο δφναμθ 6318 *cal/g] (26452 kj/kg) και εφόςον είναι ςτερεό μπορεί να μετρθκεί θ μάηα του με πολφ μεγάλθ ακρίβεια και να μθ διαςκορπιςτεί κατά τθν είςοδο του οξυγόνου υψθλισ πίεςθσ ςτθν οβίδα. ε λ ί δ α 102 150

Σταθερά θερμιδομζτρου Μεταςχθματίηοντασ τθν προθγοφμενθ εξίςωςθ προκφπτει θ παρακάτω ςχζςθ τθσ οποίασ το 1ο μζλοσ αποτελεί θ ςτακερά του κερμιδομζτρου: mc mc C m h m h 0 m c Ο Πίνακασ 16 παρουςιάηει τα δεδομζνα και τα αποτελζςματα των πρότυπων μετριςεων κακϊσ και οι αντίςτοιχεσ τιμζσ του C που υπολογίηονται με τθ βοικεια τθσ παραπάνω ςχζςθσ. Με τον τρόπο αυτό θ υπολογιηόμενθ ςτακερά του κερμιδόμετρου περιλαμβάνει τθ μζςθ τιμι όλων των αποκλίςεων που αναφζρονται ςτθν προθγοφμενθ παράγραφο. Με άλλα λόγια εξαλείφεται το ςυςτθματικό ςφάλμα των αποκλίςεων αυτϊν αποδίδοντάσ το ςτθ ςτακερά του κερμιδόμετρου. Πίνακασ 16 Πρότυπεσ μετριςεισ Μζτρθςθ 1 2 3 4 5 Κάψα Πορςελάνθ Πορςελάνθ Πορςελάνθ Χάλυβασ Χάλυβασ φρμα Νικζλιο Νικζλιο Νικζλιο Βολφράμιο Βολφράμιο Μάηα νεροφ *kg+ 2.3 2.3 2.25 2.23 2.3 Μάηα ςφρματοσ *mg+ 5 6 5 7 8 Μάηα καυςίμου *gr+ 1.12374 1.019 1.03725 0.98705 0.90916 Διαφορά κερμοκραςίασ *Κ+ 2.475 2.22 2.31 2.24 2 τακερά κερμιδομζτρου [kj/k] 2.39987 2.53421 2.47703 2.34450 2.42433 Από τον Πίνακασ 16 είναι φανερό ότι από τισ τρεισ πρϊτεσ μετριςεισ που ζγιναν με τθν ίδια κάψα δεν προκφπτει ακριβϊσ θ ίδια τιμι ςτακεράσ του κερμιδομζτρου. Σο ίδιο ιςχφει και ςτισ τελευταίεσ δφο μετριςεισ. Εφόςον όμωσ οι διακυμάνςεισ τθσ ςτακεράσ του κερμιδομζτρου είναι πολφ μικρζσ, αυτζσ μποροφν να αποδωκοφν ςε τυχαία ςφάλματα (μθ απόλυτθ επαναλθψιμότθτα). Οι διαφορζσ μεταξφ των τριϊν πρϊτων και δφο τελευταίων μετριςεων οφείλονται και ςτθ διαφορετικι κερμοχωρθτικότθτα των χρθςιμοποιοφμενων καψϊν. Θ κάψα από πορςελάνθ ζχει μάηα 8.103 [g] και ειδικι κερμοχωρθτικότθτα 0.7 [kj/kgk], ενϊ θ χαλφβδινθ 6.756 *g] και 0.45 *kj/kgk] αντίςτοιχα. Παρόλα αυτά οι τυχαίεσ διακυμάνςεισ τθσ ςτακεράσ του κερμιδομζτρου μεταξφ των μετριςεων με τθν ίδια κάψα δείχνουν να υπερκαλφπτουν τισ διακυμάνςεισ που οφείλονται ςτθ διαφορετικι κερμοχωρθτικότθτα των καψϊν. Θ παρατιρθςθ αυτι οδθγεί ςτο ςυμπζραςμα ότι δεν υπάρχει νόθμα ςτθ χρθςιμοποίθςθ διαφορετικισ ςτακεράσ κερμιδομζτρου για διαφορετικι κάψα. Χρθςιμοποιϊντασ ζτςι όλεσ τισ τιμζσ τθσ ςτακεράσ του κερμιδομζτρου που αναγράφονται ςτον Πίνακασ 16 προκφπτει θ μζςθ τιμι και θ τυπικι απόκλιςθ: Μζςθ τιμι ςτακεράσ κερμιδόμετρου *kj/k+: 2.435988 Συπικι απόκλιςθ ςτακεράσ κερμιδόμετρου: 0.072702 ε λ ί δ α 103 150

Από τθν ιδιαίτερα χαμθλι τιμι τθσ τυπικισ απόκλιςθσ (μικρότερθ από το 3% τθσ μζςθσ τιμισ) φαίνεται ότι θ παραπάνω μζςθ τιμι μπορεί να χρθςιμοποιθκεί με ιδιαίτερθ αξιοπιςτία. Θ τιμι τθσ ςτακεράσ του κερμιδομζτρου που κα χρθςιμοποιείται πλζον κα ζχει ακρίβεια 1 *J/K] και κα είναι 2.436 *kj/k]. Αν κεωρθκεί ότι θ ςτακερά του κερμιδομζτρου ςτισ πρότυπεσ μετριςεισ ακολουκεί τθν κατανομι Student (αρκετά καλι προςζγγιςθ εφόςον το δείγμα είναι πολφ μικρό αφοφ μόνο πζντε μετριςεισ είναι διακζςιμεσ) είναι δυνατόν να υπολογιςτοφν τα διαςτιματα εμπιςτοςφνθσ για δεδομζνουσ ςυντελεςτζσ εμπιςτοςφνθσ. Ο τφποσ υπολογιςμοφ είναι ο εξισ (81): P 1, 2 1 1 2 x t, n1 2 όπου 1, 2 είναι το διάςτθμα εμπιςτοςφνθσ και 1 ο ςυντελεςτισ εμπιςτοςφνθσ. Οι παραπάνω ςχζςεισ δίνουν το διάςτθμα ςτο οποίο βρίςκεται θ πραγματικι μζςθ τιμι μ τθσ ςτακεράσ του κερμιδομζτρου με πικανότθτα 1. Αντικακιςτϊντασ τθ μζςθ τιμι, τθν τυπικι απόκλιςθ και τον αρικμό των μετριςεων, προκφπτουν τα παρακάτω: P 2. 286 2. 586 99% P 2. 346 2. 526 95% Επιςτρζφοντασ ςτθ πρϊτθ ςχζςθ του κεφαλαίου όπου υπολογίηεται θ ανϊτερθ κερμογόνοσ δφναμθ ενόσ καυςίμου προκφπτει: h 0 s n C m c m h Αμελϊντασ τθ διακφμανςθ του όρου του ςφρματοσ μπορεί να υπολογιςτεί θ ακρίβεια με τθν οποία μετράται θ κερμογόνοσ δφναμθ ενόσ καυςίμου. Για το ςκοπό αυτό χρθςιμοποιοφνται αντιπροςωπευτικζσ τιμζσ που παίρνουν τα μεγζκθ τθσ παραπάνω ςχζςθσ κακϊσ και οι ακρίβειεσ με τθν οποία είναι γνωςτζσ αυτζσ. Θ μάηα του νεροφ m και του καυςίμου m ηυγίηονται ςε ηυγοφσ ακρίβειασ 10 1 και 10 5 [g] αντίςτοιχα πριν τθν ζναρξθ κάκε μζτρθςθσ. Θ μεταβολι τθσ κερμοκραςίασ του νεροφ μετράται ςτισ δφο καταςτάςεισ ιςορροπίασ με κερμόμετρο τφπου Beckmann ακρίβειασ 10 2 [ 0 C]. Ο Πίνακασ 17 παρουςιάηει ςυνοπτικά τα παραπάνω. m ε λ ί δ α 104 150

Πίνακασ 17 Μεγζκθ απαιτοφμενα για τον υπολογιςμό τθσ κερμογόνου δφναμθσ και ακρίβεια με τθν οποία είναι γνωςτά Μζγεκοσ Μζςθ τιμι Ακρίβεια C [kj/k} 2.436 0.15 ( 0.09) 3 m ν c ν [kj/k] 9.619 0.00042 ΔΘ *K+ 4 0.01 m κ [g] 1 0.00001 Θ ακρίβεια τθσ κερμογόνου δφναμθσ υπολογίηεται με τθ βοικεια τθσ ςτατιςτικισ εξάπλωςθσ των ςφαλμάτων. υμβολίηοντασ με μία παφλα τθ μζςθ τιμι των μεγεκϊν τθσ προθγοφμενθσ ςχζςθσ και με S τθν ακρίβεια μζτρθςισ τουσ ιςχφουν τα εξισ: A C m c v v 2 2 A C m c S S S B A S B v v 2 2 SA S A 2 A 2 h S 0 h 0 B m B m S B 2 B 2 2 m 2 S m Με βάςθ τισ τρεισ προθγοφμενεσ ομάδεσ ςχζςεων προκφπτει το ηθτοφμενο ςφάλμα ςτθ μζτρθςθ τθσ κερμογόνου δφναμθσ από τα αντίςτοιχα ςφάλματα ςτθ μζτρθςθ των μεγεκϊν τθσ παρακάτω ςχζςθσ. h 0 C m c m h m Αυτό που ενδιαφζρει είναι θ τιμι του S h0 το οποίο εξαρτάται κυρίωσ από τα ςφάλματα του Πίνακα 2 που είναι ανεξάρτθτα τθσ εκάςτοτε μζτρθςθσ. Θ τιμι του h 0 δεν ενδιαφζρει διότι ιςχφει κακαρά για τισ δεδομζνεσ μζςεσ τιμζσ του Πίνακα 2. Σελικά προκφπτει ότι το ςφάλμα μζτρθςθσ τθσ κερμογόνου δφναμθσ είναι 1.26% με ςυντελεςτι εμπιςτοςφνθσ 99% και 1.09% με ςυντελεςτι εμπιςτοςφνθσ 95%. Σα παραπάνω ςφάλματα αποδεικνφουν ότι θ μζτρθςθ τθσ κερμογόνου δφναμθσ με τθ τελευταία ςχζςθ είναι πολφ αξιόπιςτθ. 3 Η ακρίβεια ηης ζηαθεράς ηοσ θερμιδόμεηροσ δίνεηαι με ζσνηελεζηή εμπιζηοζύνης 99% και ζηην παρένθεζη με 95%. ε λ ί δ α 105 150

Σταθερά ςφρματοσ ζναυςησ Ο όροσ mh τθσ ςχζςθσ (6) είναι περίπου τρεισ τάξεισ μεγζκουσ μικρότεροσ από τθ κερμότθτα που εκλφεται από τθν καφςθ μίασ ςυνθκιςμζνθσ ποςότθτασ καυςίμου ςχετικά χαμθλισ κερμογόνου δφναμθσ. Για παράδειγμα κατά τθν καφςθ 1.5 *g+ απορριμμάτων με κερμογόνο δφναμθ που αναμζνεται να είναι τουλάχιςτον 15 *MJ/kg] εκλφονται 22.5 *kj]. Ο Πίνακασ 18 παρουςιάηει τθν ενζργεια που εκλφεται κατά τθν καφςθ του ςφρματοσ νικελίου ι βολφραμίου για διάφορεσ μάηεσ των ςυρμάτων αυτϊν. Πίνακασ 18 Εκλυόμενθ ενζργεια ςε *J+ κατά τθν καφςθ ςφρματοσ ζναυςθσ Νικζλιο Βολφράμιο Θερμογόνοσ δφναμθ *kj/kg+ 4110 4594 5 mg 20.55 22.97 6 mg 24.66 27.56 7 mg 28.77 32.16 8 mg 32.88 36.75 9 mg 36.99 41.35 10 mg 41.10 45.94 Από τον Πίνακασ 18 φαίνεται ότι θ εκλυόμενθ ενζργεια διαφοροποιείται ζντονα ανάλογα με τθ φφςθ και κυρίωσ με τθ μάηα του ςφρματοσ. Ωςτόςο ςυγκρινόμενθ με τθν τιμι των 22.5 *kj+ που εκλφονται κατά τθν καφςθ των απορριμμάτων μπορεί να αμελθκεί ι για μεγαλφτερθ ακρίβεια να κεωρθκεί ςτακερι, ϊςτε να μθν υπάρχει ανάγκθ ηφγιηθσ του ςφρματοσ. Χρθςιμοποιϊντασ τθ μζςθ τιμι τθσ εκλυόμενθσ ενζργειασ από τθν καφςθ ςφρματοσ νικελίου και βολφραμίου (θ κερμογόνοσ δφναμθ άλλωςτε δε διαφζρει πολφ) για τθν πιο ςυνθκιςμζνθ περίπτωςθ των 8 *mg] προκφπτει mh 35 [J]. Θ τιμι αυτι αντιςτοιχεί ςτθ ςτακερά W του ςφρματοσ ζναυςθσ. Τφποσ υπολογιςμοφ θερμογόνου δφναμησ Επομζνωσ, θ τελικι ςχζςθ υπολογιςμοφ τθσ κερμογόνου δφναμθσ καυςίμου προκφπτει από τθν αρχικι ςχζςθ είναι: C 2. 436 [kj / K] W = 35 [J] c 4182. [kj / kgk] v h 0 C m c W τθν Εικόνα 27 φαίνεται θ μεταβολι τθσ κερμοκραςίασ που υπολογίηονται με βάςθ τον τελευταίο τφπο ςε ςυνάρτθςθ με τθν ειςαγόμενθ ποςότθτα του καυςίμου ςτθν οβίδα και με παράμετρο τθ κερμογόνο του δφναμθ για τθ ςυνθκιςμζνθ ποςότθτα νεροφ ςτο δοχείο m ε λ ί δ α 106 150

Αλακελόκελε κεηαβοιή ηες ζερκοθραζίας [Κ] 2.3 *kg+. Σα διαγράμματα αυτά είναι χριςιμα για τθν εφρεςθ τθσ αναμενόμενθσ αφξθςθσ τθσ κερμοκραςίασ του νεροφ με ςκοπό τθν ανάλογθ βακμονόμθςθ του κερμομζτρου Beckmann όταν είναι γνωςτι θ τάξθ μεγζκουσ τθσ μετροφμενθσ κερμογόνου δφναμθσ. 10 8 50 [MJ/kg] 45 40 6 35 30 4 2 25 20 15 10 0 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 Εηζαγόκελε κάδα θασζίκοσ ζηελ οβίδα [g] Εικόνα 27 Αναμενόμενθ αφξθςθ τθσ κερμοκραςίασ του νεροφ ςε ςυνάρτθςθ με τθ μάηα του καυςίμου ςτθν οβίδα και παράμετρο τθ κερμογόνο δφναμθ του καυςίμου (82) ε λ ί δ α 107 150

9.2 Οδθγίεσ χριςθσ μονάδασ SMARt-CHP Παρακάτω παρουςιάηονται ςυνοπτικά ςθμειϊςεισ χριςθσ τθσ μονάδασ αεριοποίθςθσ SMARt-CHP. Οι οδθγίεσ αναφζρονται ςτθν διαδικαςία εκκίνθςθσ τθσ μονάδασ αεριοποίθςθσ και κινθτιρα. ε λ ί δ α 108 150

Οδηγίες χρήσης μονάδας SMARt-CHP Μερτηισ Δθμιτριοσ τζφανοσ Σςιακμάκθσ Σουμαςάτοσ Ηιςιμοσ τοιχεία Επικοινωνίασ: Κακ. Ηιςθσ αμαράσ Εξγαζηήξην Εθαξκνζκέλεο Θεξκνδπλακηθήο Σκήκα Μεραλνιόγσλ Μεραληθώλ Αξηζηνηέιεην Παλεπηζηήκην Θεζζαινλίθεο Σ.Θ. 458 ΣΚ 541 24 Θεζζαινλίθε Ειιάο Σει: +30 2310 99 60 14, Fax: +30 2310 99 60 19 e-mail: zisis@auth.gr Report No.: D4 Θεςςαλονίκθ 04/07/2014 ε λ ί δ α 109 150

http://smartchp.eng.auth.gr http://lat.eng.auth.gr Project Title Demonstration of a Small scale Mobile Agricultural Residue gasification unit for decentralized Combined Heat and Power production Action reference A4 Report Title SMARt-CHP unit user manual Project Manager Prof. Zissis Samaras, Leader Author(s) Dimitrios Mertzis, Stefanos Tsiakmakis, Toumasatos Zisimos Summary This manual is a guide for the SMARt-CHP unit user. Its scope is to make the unit operational by any Engineer or student in Engineering who is doing research in the field of gasification technologies in the Aristotle University of Thessaloniki. This user guide handles the issues of unit preparation, operation and shutdown. In the end of the guide there is also a troubleshooting guide with Q&As. This manual is a deliverable for the LIFE08 ENV GR 576 SMARt-CHP project. Keywords No of Pages 150 Internet reference http://smartchp.eng.auth.gr ε λ ί δ α 111 150

Βιβλιογραφία Πρόλογοσ... 5 1. Ειςαγωγι... 15 2. Παρόμοια Ζρευνα... 17 2.1 Επιςκόπθςθ και ανάλυςθ αποτελεςμάτων χριςθσ αερίου αεριοποίθςθσ ςε ΜΕΚ. 17 2.1.1 Είδοσ καυςίμου αεριοποίθςθσ και τεχνικζσ ειςαγωγισ... 17 2.2.2 Επίδραςθ χαρακτθριςτικϊν απόδοςθσ τθσ ΜΕΚ... 18 2.2 Γενικά ςυμπεράςματα... 25 3. Πειραματικι Διάταξθ... 27 3.1 Παρουςίαςθ τθσ μονάδασ SMARt-CHP... 27 3.2 Παρουςίαςθ μετρθτικϊν οργάνων... 34 3.3 Καφςιμα... 38 4.Θεωρθτικό Τπόβακρο... 42 4.1 Διαδικαςία υπολογιςμοφ λόγου αζρα καυςίμου και κερμογόνου δφναμθσ... 42 4.2. Μζτρθςθ δυναμοδεικτικοφ διαγράμματοσ... 47 4.3 Ανάλυςθ μζςω ζκλυςθσ κερμότθτασ... 49 4.3.1 Μθχανικό ζργο... 54 4.3.2 Μοντζλο μετάδοςθσ κερμότθτασ ςτον κφλινδρο... 56 Μεταφορά κερμότθτασ προσ τα τοιχϊματα... 61 4.4 Διαδικαςία υπολογιςμοφ τθσ IMEP... 63 4.5 Διαδικαςία υπολογιςμοφ του θλεκτρικοφ βακμοφ απόδοςθσ... 63 4.6 Διαδικαςία υπολογιςμοφ τθσ ειδικισ κατανάλωςθσ καυςίμου bsfc... 64 5.Μεκοδολογία Μετριςεων και Επεξεργαςία Δεδομζνων... 65 6.Παρουςίαςθ Αποτελεςμάτων... 67 6.1. Επίδραςθ τθσ κερμοκραςίασ αεριοποίθςθσ ςτθν ςφςταςθ και ποιότθτα του παραγόμενου αερίου... 67 6.2 Επίδραςθ του αερίου αεριοποίθςθσ ςτθ λειτουργία και απόδοςθ του κινθτιρα... 72 6.2.1 Επίδραςθ του πρωτογενοφσ καυςίμου βιομάηασ... 72 6.2.2 Επίδραςθ του κλάςματοσ μάηασ αερίου αεριοποίθςθσ ςτο καφςιμο μίγμα... 81 7.υμπεράςματα... 90 8.Βιβλιογραφία... 91 9 Παράρτθμα... 98 Διαδικαςία υπολογιςμοφ τθσ κερμογόνου δφναμθσ. των καυςίμων... 98 ε λ ί δ α 113 150

1 Περιγραφι μονάδασ SMARt-CHP... 115 2 φντομοσ οδθγόσ εκκίνθςθσ... 121 3 Αναλυτικζσ οδθγίεσ χριςθσ... 122 3.1 Προκζρμανςθ... 122 3.1.1 Ζλεγχοι... 122 3.1.2 Ενζργειεσ... 124 3.2 Ζναυςθ Εκκίνθςθ... 128 3.3 Προκζρμανςθ ΘΗ... 131 3.4 Αεριοποίθςθ κατά τθν θλεκτροπαραγωγι... 136 3.5 Λειτουργία ΘΗ με αζριο αεριοποίθςθσ... 138 3.6 υντιρθςθ ςυςτιματοσ... 140 3.6.1 Κακαριςμόσ κυκλωνίου... 140 3.6.2 Καφςθ εξανκρακϊματοσ... 141 3.6.3 Κακαριςμόσ παγίδασ... 142 3.6.4 Αλλαγι νεροφ ςτο βαρζλι 1... 143 3.6.5 Αναγόμωςθ ςιλό καυςίμου... 143 3.6.6 Αλλαγι φιάλθσ προπανίου ςτο ΘΗ... 144 3.7 Σερματιςμόσ λειτουργίασ... 144 4 Επίλυςθ προβλθμάτων... 146 ΠΑΡΑΡΣΘΜΑ Α... 149 ΤΠΟΔΕΙΓΜΑ ΑΡΧΕΙΟΤ ΠΡΩΣΟΚΟΛΛΟΤ... 149 ε λ ί δ α 114 150

1 Περιγραφι μονάδασ SMARt-CHP Θ μονάδα SMARt-CHP αποτελεί ζνα ςφςτθμα παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ και κερμότθτασ από αγροτικά υπολείμματα (ςτερει βιομάηα). Οι τεχνολογίεσ που εφαρμόηονται είναι θ αεριοποίθςθ ρευςτοποιθμζνθσ κλίνθσ για τθν παραγωγι αερίου από ςτερει βιομάηα και θ μθχανι εςωτερικισ καφςθσ για τθν ενεργειακι αξιοποίθςθ του παραγόμενου αερίου. Εικόνα 1: Σο ςφςτθμα τροφοδοςίασ Θ βιομάηα (ι το καφςιμο γενικότερα) είναι αρχικά αποκθκευμζνθ ςε ςιλό το οποίο τροφοδοτεί τουσ κοχλίεσ μεταφοράσ. Οι κοχλίεσ μεταφζρουν το καφςιμο εντόσ του αντιδραςτιρα. Ο αντιδραςτιρασ αποτελείται από ζναν κατακόρυφο μεταλλικό ςωλινα ςτθ βάςθ του οποίου ζχει τοποκετθκεί ζνασ διάτρθτοσ δίςκοσ. Πάνω ςτο διάτρθτο δίςκο εδράηεται άμμοσ θ οποία με τθν παροχι αζρα κάτω από το δίςκο ρευςτοαιωρείται. Σο καφςιμο τροφοδοτείται ςτον αντιδραςτιρα λίγο πάνω από το διάτρθτο δίςκο ςτο φψοσ τθσ ρευςτοποιθμζνθσ άμμου. Όταν το καφςιμο ειςζρχεται ςτον αντιδραςτιρα, θ κερμοκραςία ςε αυτόν είναι υψθλι ζτςι ϊςτε να ξεκινιςει θ διάςπαςθ και θ καφςθ του καυςίμου. Οι υψθλζσ κερμοκραςίεσ επιτυγχάνονται με δφο τρόπουσ. Αρχικά, ο αντιδραςτιρασ περιβάλλεται για ζνα φψοσ 1.5 m από ζναν θλεκτρικό φοφρνο ιςχφοσ 9 kw. Επίςθσ ο αζρασ που τροφοδοτείται ςτον αντιδραςτιρα διζρχεται από δφο ςτάδια προκζρμανςθσ. Αρχικά ο ςωλινασ παροχισ διζρχεται ανάμεςα ςτον αντιδραςτιρα και τον θλ. φοφρνο παραλαμβάνοντασ παράλλθλα και ζνα κερμικό φορτίο. τθ ε λ ί δ α 115 150

ςυνζχεια ειςζρχεται ςτο κάτω μζροσ του αντιδραςτιρα (κάτω από τον διάτρθτο δίςκο) όπου λειτουργεί μια αντίςταςθ αζρα ιςχφοσ 1 kw. Αυτζσ οι κερμάνςεισ αρκοφν για να εκκινιςει θ διεργαςία. Μετά τθν εκκίνθςθ, το μεγαλφτερο ποςό κερμότθτασ παράγεται από τθν ίδια τθ διεργαςία θ οποία αυτοδιατθρείται ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ. Εικόνα 2: Κάτω μζροσ αντιδραςτιρα τον αντιδραςτιρα γίνεται θ μετατροπι τθσ ςτερεισ βιομάηασ ςε αζριο καφςιμο το οποίο εξζρχεται από τον αντιδραςτιρα ςτο ανϊτερο ςθμείο τθσ διάταξθσ. ε εκείνο το ςθμείο το παραγόμενο αζριο περιζχει κάποιο ποςό ρφπων οι οποίοι διακρίνονται ςε ςτερεοφσ και αζριουσ ρφπουσ. Οι ςτερεοί ρφποι είναι ςωματίδια άνκρακα, τζφρασ και άμμου. Οι αζριοι ρφποι είναι πίςςεσ οι οποίεσ ςε κερμοκραςίεσ περιβάλλοντοσ είναι ςε υγρι φάςθ. Αυτοί οι ρφποι ςτθ ςυνζχεια απομακρφνονται από το αζριο ϊςτε το τελευταίο να ειςαχκεί ςε κινθτιρα για παραγωγι ενζργειασ χωρίσ να του προκαλεί φκορζσ. ε λ ί δ α 116 150

Εικόνα 3: Γραμμζσ αερίου Σο πρϊτο ςτάδιο κακαριςμοφ είναι το φυγοκεντρικό κυκλϊνιο ςτο οποίο απομακρφνονται τα μεγαλφτερα ςε μζγεκοσ ςτερεά ςωματίδια. τθ ςυνζχεια και ενϊ οι πίςςεσ βρίςκονται ακόμα ςε αζρια μορφι, το παραγόμενο αζριο ζχει δφο πικανζσ διαδρομζσ. Θ πρϊτθ είναι θ διαδρομι by-pass που δε χρθςιμοποιείται κατά τθν παραγωγι θλεκτριςμοφ. Σο αζριο οδεφει προσ ζναν καυςτιρα ο οποίοσ βρίςκεται ςτο εξωτερικό μζροσ τθσ μονάδασ. Εκεί το αζριο καίγεται με τθ βοικεια πιλοτικισ φλόγασ προπανίου μαηί με το ρυπαντικό του φορτίο. Κατά τθν θλεκτροπαραγωγι, το αζριο διζρχεται από κεραμικι παγίδα για τθν πλιρθ απομάκρυνςθ του ςωματιδιακοφ φορτίου. Είναι ςθμαντικό το αζριο να βρίςκεται ςε κερμοκραςία άνω των 400 C όταν διζρχεται από το κεραμικό φίλτρο. Εάν είναι ςε υγρι φάςθ τότε ςυμπυκνϊνεται ςτα τοιχϊματα του φίλτρου μειϊνοντασ τθ διακζςιμθ επιφάνεια για κατακράτθςθ των ςτερεϊν ρφπων. Μετά το κεραμικό φίλτρο, το αζριο διζρχεται τρία ςτάδια ψυχροφ κακαριςμοφ. το πρϊτο ςτάδιο το αζριο «πλζνεται» ςε μία δεξαμενι νεροφ. Εκεί το αζριο ζρχεται ςε απευκείασ επαφι με το μζςο κακαριςμοφ (νερό). τθ ςυνζχεια το αζριο ρζει ςε ζναν πφργο πλφςθσ όπου ζρχεται επίςθσ ςε επαφι με νερό το οποίο ψεκάηεται από πάνω μζροσ του δοχείου. Σο αζριο ειςζρχεται από το κάτω μζροσ και κατά τθν άνοδό του ζρχεται ςε επαφι με ςταγονίδια νεροφ και πλθρωτικό μζςο (μεταλλικά τεμάχια) το οποίο ψεκάηεται με το νερό. Σο τρίτο ςτάδιο ψυχροφ κακαριςμοφ είναι ζνασ εναλλάκτθσ κερμότθτασ. τισ ςωλθνϊςεισ του εναλλάκτθ ρζει το αζριο. Οι ςωλθνϊςεισ είναι εμβαπτιςμζνεσ ςε υδάτινο λουτρό. Μζςω τθσ χριςθσ εναλλάκτθ διαβεβαιϊνεται ότι θ κερμοκραςία του αερίου πριν ειςαχκεί ςτον κινθτιρα κα είναι αρκετά χαμθλι ϊςτε να μθν υπάρχει μείωςθ ςτθν απόδοςθ του κινθτιρα. ε λ ί δ α 117 150

Μετά τα ςτάδια κακαριςμοφ το αζριο ζχει επίςθσ δφο εναλλακτικζσ διαδρομζσ οι οποίεσ μποροφν να χρθςιμοποιθκοφν μόνεσ τουσ ι και ςε ςυνδυαςμό. Θ πρϊτθ διαδρομι οδθγεί ςτον εξωτερικό καυςτιρα και ςτθν καφςθ του αερίου χωρίσ ενεργειακι αξιοποίθςθ του αερίου. Θ δεφτερθ διαδρομι οδθγεί ςτον κινθτιρα μετά από δφο αςφαλιςτικζσ διατάξεισ. τθν πρϊτθ διάταξθ γίνεται θ κατακράτθςθ των ςυμπυκνωμάτων (νερό+πίςςεσ) που δθμιουργικθκαν ςτα ςτάδια ψυχροφ κακαριςμοφ. Θ δεφτερθ διάταξθ αποτελεί φίλτρο υψθλισ απόδοςθσ για τθν κατακράτθςθ ςωματιδίων που διζφυγαν κατά τα προθγοφμενα ςτάδιο κακαριςμοφ. Εικόνα 4: φςτθμα προςταςίασ κινθτιρα Σο αζριο ςτθ ςυνζχεια τροφοδοτείται ςτον κινθτιρα. Ο εν λόγω κινθτιρασ αρχικά λειτουργεί με προπάνιο και ζχει υποςτεί μετατροπι ϊςτε να λειτουργεί είτε με προπάνιο, είτε με μίγμα προπανίου και παραγόμενου αερίου. Σο αζριο τροφοδοτείται ςτον αυλό ειςαγωγισ αζρα. Σο φψοσ ςτο οποίο τροφοδοτείται είναι ακριβϊσ πριν τθν ειςαγωγι προπανίου του κινθτιρα. Ο κινθτιρασ είναι ςυνδεδεμζνοσ με γεννιτρια ςυνεχοφσ ρεφματοσ. Σο ρεφμα που παράγεται διζρχεται από inverter ο οποίοσ μετατρζπει το ςυνεχζσ ρεφμα ςε τριφαςικό εναλλαςςόμενο. Σο παραγόμενο θλεκτρικό ρεφμα διοχετεφεται ςτο δίκτυο αφοφ πρϊτα τροφοδοτθκοφν οι εςωτερικζσ καταναλϊςεισ του ςυςτιματοσ. Από τθν ψφξθ του κινθτιρα τζλοσ, κερμαίνεται νερό το οποίο ςτθ ςυνζχεια μπορεί να αξιοποιθκεί ι να ψυχκεί ςτο περιβάλλον. ε λ ί δ α 118 150

Παρακάτω παρουςιάηεται ο πίνακασ με τα επιμζρουσ τμιματα που απαρτίηουν τθν μονάδα όπωσ αυτι φαίνεται από τθν πρόοψθ και κάτοψθ (Εικόνα 5). Πίνακασ 19 Επιμζρουσ τμιματα τθσ μονάδασ 1 Αρχικό ςιλό τοποκζτθςθσ βιομάηασ 13 Gas impinger μεγάλθσ χωρθτικότθτασ 2 ιλό τροφοδοςίασ 14 Κατεονθςτιρασ 3 Θλθκτροκινθτιρασ 15 Εναλλάκτθσ 4 Ροταρικι βαλβίδα 16 Μονάδα Mini-CHP 5 Κοχλιωτόσ ςωλινασ 17 Ζξοδοσ καυςαερίων 6,7 Διάταξθ αεριοποιθτι 18 Κεντρικόσ πίνακασ ελζγχου 8 Θλεκτρικόσ φοφρνοσ 19 Μετρθτισ παραγόμενων kwh 9 Κυκλϊνιο 20 Πίνακασ μετρθτικϊν οργάνων 10 υλλζκτθσ τζφρασ 21 Δεξαμενι N 2 11 Γραμμι by-pass (δικλείδα αςφαλείασ) 22 Δεξαμενι C 3 H 8 12 Παγίδα κατακράτθςθσ ςωματιδίων 23 Εξαναγκαςμζνθ καφςθ αερίου αεριοποίθςθσ (by-pass λειτουργία) ε λ ί δ α 119 150

ε λ ί δ α 120 150 Εικόνα 5: χεδιάγραμμα διάταξθσ

2 φντομοσ οδθγόσ εκκίνθςθσ Για τθν εφαρμογι αυτοφ του κεφαλαίου απαιτείται ο χριςτθσ να ζχει διαβάςει ολόκλθρο τον οδθγό και να ζχει λειτουργιςει τθ μονάδα τουλάχιςτον μία φόρα. 1. Προκζρμανςθ a) Ρφκμιςθ κφριασ παροχισ αζρα b) Ρφκμιςθ αζρα αντεπιςτροφισ c) Ζναρξθ λειτουργίασ φοφρνου (ρφκμιςθ ςτουσ 800 C) 2. Ζναρξθ λειτουργίασ a) Πλιρωςθ ςιλό με βιομάηα b) Ζναρξθ βοθκθτικϊν κερμάνςεων εκτόσ φοφρνου c) Ζναρξθ Θ/Τ d) Ζναρξθ λογιςμικοφ καταγραφισ gas generator e) Ρφκμιςθ inverter κοχλία τροφοδοςίασ f) Εκκίνθςθ κοχλιϊν όταν θ κερμοκραςία ςτθν κλίνθ υπερβεί τουσ 200 C) 3. Λειτουργία ςε κατάςταςθ θλεκτροπαραγωγισ a) Εκκίνθςθ και προκζρμανςθ ΘΗ b) Πλιρωςθ βαρελιϊν με νερό c) Άνοιγμα βάννασ ανάντι του πρϊτου βαρελιοφ d) Άνοιγμα κλαπζτου e) Κλείςιμο βάννασ διαδρομισ by-pass f) Ρφκμιςθ βάννασ ΘΗ 4. Εργαςίεσ ςυντιρθςθσ a) Διακοπι τροφοδοςίασ βιομάηασ b) Κατεφκυνςθ κφριασ ροισ αερίου προσ εξωτερικό καυςτιρα (αντίςτροφα βιματα 3f 3c) c) Κακάριςμα κυκλωνίου (ανά 2-3 ϊρεσ) d) Κακάριςμα κεραμικισ παγίδασ (όταν θ πτϊςθ πίεςθσ υπερβεί τα 400 mbar) e) Αλλαγι νεροφ ςτο πρϊτο βαρζλι f) Λειτουργία ΘΗ μόνο με προπάνιο (30 λεπτά) g) Ζναρξθ τροφοδοςίασ βιομάηασ 5. Σερματιςμόσ λειτουργίασ a) Εργαςίεσ ςυντιρθςθσ (εκτόσ του βιματοσ 4g) b) Διακοπι λειτουργίασ κερμάνςεων c) Διακοπι λειτουργίασ ΘΗ d) Απενεργοποίθςθ προγραμμάτων καταγραφισ e) Αποκικευςθ αρχείων f) Απενεργοποίθςθ Θ/Τ και άλλων θλεκτρονικϊν διατάξεων g) Διατιρθςθ αντιδραςτιρα ςε κατάςταςθ ρευςτοαιϊρθςθσ για 5-6 ϊρεσ. ε λ ί δ α 121 150

3 Αναλυτικζσ οδθγίεσ χριςθσ 3.1 Προκζρμανςθ 3.1.1 Ζλεγχοι Θ αρχικι επικεϊρθςθ του ςυςτιματοσ περιλαμβάνει ζναν αρικμό ελζγχων οι οποίοι επιβεβαιϊνουν ότι θ προκζρμανςθ του ςυςτιματοσ κα είναι ομαλι και δε κα προκαλζςει προβλιματα κατά τθν εκκίνθςθ ι λειτουργία τθσ μονάδασ. Οι ζλεγχοι αυτοί είναι: Έιεγρνο παξνρήο αέξα Έιεγρνο ηάζεο ει. ξεύκαηνο Έιεγρνο ξεπζηναηώξεζεο άκκνπ εληόο ηνπ αληηδξαζηήξα Αναλυτικά θ μεκοδολογία ελζγχου των ανωτζρου δίνεται παρακάτω. Έιεγρνο παξνρήο αέξα Αρχικά επιβεβαιϊνεται θ ςφνδεςθ εξωτερικισ παροχισ αζρα με το εςωτερικό ςφςτθμα κακαριςμοφ πεπιεςμζνου αζρα. Επιβεβαιϊνεται επίςθσ ότι θ κεντρικι βαλβίδα παροχισ αζρα είναι ανοιχτι. τθ ςυνζχεια εξαςφαλίηεται ότι οι βαλβίδεσ παροχισ αζρα προσ τον αντιδραςτιρα που βρίςκονται ςτο διανεμθτι αζρα (ςταυρόσ) είναι επίςθσ ανοιχτζσ. Έιεγρνο ηάζεο ει. Ρεύκαηνο Βεβαιωκείτε ότι ο γενικόσ τριφαςικόσ διακόπτθσ ςτον κεντρικό πίνακα είναι ςτθν επάνω κζςθ. Παρακολουκιςτε εάν λειτουργοφν οι ενδείξεισ των μετρθτϊν διαφορικισ πίεςθσ. Βεβαιωκείτε ότι οι κοχλίεσ εκφόρτωςθσ καυςίμου λειτουργοφν και περιςτρζφονται κατά τθ κετικι φορά. Έιεγρνο ξεπζηναηώξεζεο εληόο ηνπ αληηδξαζηήξα τθν επόμενθ παράγραφο περιγράφεται θ διαδικαςία δοκιμισ ψυχρισ ρευςτοαιϊρθςθσ. Θ δοκιμι ψυχρισ ρευςτοαιϊρθςθσ πρζπει να γίνεται πριν από τθν εκκίνθςθ τθσ λειτουργίασ τθσ μονάδασ αλλά και ανά τακτά χρονικά διαςτιματα ςε περιόδουσ μθ λειτουργίασ για τον ζλεγχο τθσ κατάςταςθσ εντόσ του αντιδραςτιρα. Εφόςον ο αντιδραςτιρασ τθσ μονάδασ ανικει ςτθν ομάδα των αεριοποιθτϊν αναβράηουςασ ρευςτοποιθμζνθσ κλίνθσ πρζπει να βεβαιωκεί ότι ανά πάςα ςτιγμι θ ποςότθτα άμμου εντόσ του αντιδραςτιρα είναι επαρκισ, ρευςτοαιωρείται και δεν ζχουν δθμιουργθκεί ςυςςωματϊματα ςτθν κλίνθ τα οποία να εμποδίηουν τθν ομαλι λειτουργία. Αρχικά ο χριςτθσ επιβεβαιϊνει ότι θ πρωτογενισ παροχι αζρα είναι κλειςτι μζςω του ρυκμιςτι πίεςθσ. Ο ζλεγχοσ γίνεται από παρατιρθςθ των δφο ροομζτρων τα οποία βρίςκονται κατάντι του ρυκμιςτι. ε λ ί δ α 122 150

Εικόνα 6: Σο ςφςτθμα διανομισ αζρα ςτον αντιδραςτιρα τθ ςυνζχεια ο χριςτθσ αυξάνει ςταδιακά τθν παροχι μζςω του ρυκμιςτι πίεςθσ. Σο επικυμθτό βιμα αφξθςθσ είναι 1 lpm/s. Θ ιδανικι καμπφλθ ρευςτοαιϊρθςθσ περιγράφεται ωσ εξισ: αρχικά θ αφξθςθ τθσ πτϊςθσ πίεςθσ ακολουκεί γραμμικά τθν αφξθςθ τθσ παροχισ. Θ καμπφλθ πτϊςθσ πίεςθσ ακολουκεί αυτι τθ μορφι μζχρι το ςθμείο εκκίνθςθσ ρευςτοαιϊρθςθσ. Σο ςθμείο αυτό εξαρτάται από το είδοσ, κατάςταςθ, κοκκομετρία και ποςότθτα τθσ άμμου εντόσ του αντιδραςτιρα. Ρευςτοαιϊρθςθ υπάρχει όταν ακόμα και ςε ςτακερι παροχι θ πτϊςθ πίεςθσ αυξομειϊνεται. Όςο εντονότερθ είναι θ ρευςτοαιϊρθςθ τόςο εντονότερθ είναι και θ αυξομείωςθ τθσ πτϊςθσ πίεςθσ. τθ ςυνζχεια ο ζλεγχοσ ολοκλθρϊνεται μειϊνοντασ με το διπλάςιο ρυκμό τθν παροχι μζχρι τα 0 lpm. τισ εικόνεσ παρακάτω φαίνεται θ διαφορά ανάμεςα ςε ρευςτοαιϊρθςθ και μθ. ε λ ί δ α 123 150

3.1.2 Ενζργειεσ Εικόνα 7: Πτϊςθ πίεςθσ κλίνθσ κατά τθ δοκιμι ψυχρισ ρευςτοαιϊρθςθσ Μετά το πζρασ των ελζγχων το ςφςτθμα ρυκμίηεται ςε μια κατάςταςθ προκζρμανςθσ με ςκοπό τθν αφξθςθ τθσ κερμοκραςίασ εντόσ αντιδραςτιρα τοπικά ςτο φψοσ τθσ τροφοδοςίασ καυςίμου ςτουσ 200 C. Για να επιτευχκεί αυτό πρζπει να λειτουργιςουν μια ςειρά από κερμάνςεισ οι οποίεσ κα φζρουν το ςφςτθμα ςε κατάςταςθ εκκίνθςθσ. Αρχικά ο χριςτθσ ρυκμίηει τθν πρωτογενι παροχι αζρα ςτα 60-70 lpm. Επίςθσ ρυκμίηει τθν παροχι αζρα αντεπιςτροφισ ςτα 10 lpm. τθ ςυνζχεια κζτει ςε λειτουργία τον θλεκτρικό φοφρνο του αντιδραςτιρα και ρυκμίηει τθ κερμοκραςία. Ο διακόπτθσ του θλ. Φοφρνου αντιδραςτιρα φαίνεται ςτθν Εικόνα 8. O θλ. φοφρνοσ αντιδραςτιρα πρζπει να τεκεί ςε λειτουργία τουλάχιςτον 5 ϊρεσ πριν τθν προγραμματιςμζνθ ζναρξθ λειτουργίασ ζτςι ϊςτε να επιτευχκοφν οι επικυμθτζσ κερμοκραςίεσ εντόσ του αντιδραςτιρα. ε λ ί δ α 124 150

Εικόνα 8: Πάνελ ρφκμιςθσ θλ. φοφρνου Οι υπόλοιπεσ κερμάνςεισ που πρζπει να ενεργοποιθκοφν είναι θ αντίςταςθ ςτθ βάςθ του αντιδραςτιρα, οι κερμάνςεισ ςτθν κορυφι του αντιδραςτιρα (κορδόνια) και ο φοφρνοσ ςτθν παγίδα ςωματιδίων. Αυτζσ οι κερμάνςεισ δεν είναι απαραίτθτεσ για τθν εκκίνθςθ αλλά βοθκοφν ςτθν ομαλότερθ προετοιμαςία του ςυςτιματοσ για λειτουργία. Για να τεκεί ςε λειτουργία θ αντίςταςθ βάςθσ, ο χριςτθσ πρζπει να ςυνδζςει το βφςμα ςτο οποίο αναγράφονται τα γράμματα L,N (φάςθ, ουδζτεροσ) ςτθν αντίςτοιχθ πρίηα με τα ίδια γράμματα κάτω από τον βοθκθτικό θλ. Πίνακα. Σο βφςμα πρζπει να τοποκετθκεί με τζτοιο τρόπο ϊςτε να αντιςτοιχίηονται τα γράμματα του βφςματοσ με αυτά τθσ πρίηασ. ε διαφορετικι περίπτωςθ θ αντίςταςθ βάςθσ αντιδραςτιρα δε κα λειτουργιςει ςωςτά. τθ ςυνζχεια εφόςον δεν ζχει γίνει από πριν, ρυκμίηεται θ αντίςταςθ βάςθσ αντιδραςτιρα ςτουσ 400 C. ε λ ί δ α 125 150

Εικόνα 9: Σροφοδοςία βοθκθτικϊν κερμάνςεων Αφοφ ρυκμιςτεί θ αντίςταςθ ςτθ βάςθ, ςυνδζονται οι κερμάνςεισ κορδονιϊν αντιδραςτιρα. Για να γίνει αυτό, ο χριςτθσ απλά τοποκετεί το βφςμα (Εικόνα) ςε μια κζςθ ςτα πολφπριηα κάτω από τον βοθκθτικό θλ. πίνακα. Σζλοσ, ο χριςτθσ κζτει ςε λειτουργία τον φοφρνο παγίδασ ςωματιδίων. Αρχικά βεβαιϊνει ότι ο θλ. πίνακασ του φοφρνου παγίδασ ςωματιδίων ζχει τάςθ. Θ αςφάλεια του βοθκθτικοφ θλ. πίνακα που δίνει τάςθ ςτο φοφρνο παγίδασ είναι αυτι που φαίνεται ςτθν Εικόνα 10. τθ ςυνζχεια, επιβεβαιϊνοντασ ότι δεν παρζχεται ρεφμα ςτο φοφρνο (μθδενικι ζνδειξθ ςτο αμπερόμετρο) τοποκετεί το κερμοςτοιχείο του φοφρνου μζςα ςε μια από τισ 4 αντιςτάςεισ του φοφρνου. Θ άκρθ του κερμοςτοιχείου πρζπει να εφάπτεται με το ςτοιχείο τθσ αντίςταςθσ ανάμεςα ςτισ δφο μεταλλικζσ πλάκεσ. Σο κερμοςτοιχείο μπορεί να τοποκετθκεί ςε οποιαδιποτε από τισ τζςςερισ αντιςτάςεισ του φοφρνου. Μετά τθν τοποκζτθςθ του κερμοςτοιχείου, ο χριςτθσ κζτει ςε λειτουργία το φοφρνο τθσ παγίδασ ςτρζφοντασ το διακόπτθ Α ςτο πλάι του πίνακα του φοφρνου και κζτοντασ το διακόπτθ Β ςτο εμπρόσ μζροσ του φοφρνου ςτθ κζςθ ΟΝ. Ζπειτα ο χριςτθσ ρυκμίηει τθ κερμοκραςία του φοφρνου ςτουσ 500 C με τθ χριςθ των πλικτρων ςτο δείκτθ Β. Ο φοφρνοσ τθσ παγίδασ ςυνοδεφεται από ρυκμιςτι ιςχφοσ. Θ κζςθ του ρυκμιςτι είναι τζτοια ϊςτε κατά τθ λειτουργία του φοφρνου θ ζνταςθ του θλ. ρεφματοσ όπωσ φαίνεται ςτον πίνακα του φοφρνου να κυμαίνεται ανάμεςα ςτα 10 και 20 Α Οι βοθκθτικζσ κερμάνςεισ πρζπει να ενεργοποιθκοφν τουλάχιςτον 2 ϊρεσ πριν τθν προγραμματιςμζνθ ϊρα εκκίνθςθσ. ε λ ί δ α 126 150

Εικόνα 10: Βοθκθτικόσ θλεκτρολογικόσ πίνακασ Σο ςφςτθμα ςτθ ςυνζχεια αφινεται να προκερμανκεί. Χρειάηεται επίβλεψθ ανά μία ϊρα για επιβεβαίωςθ λειτουργίασ όλων των κερμάνςεων και τθσ παροχισ αζρα. ε περίπτωςθ που κάποια κζρμανςθ ζχει ςταματιςει τότε ελζγχεται θ αντίςτοιχθ αςφάλεια. ε περίπτωςθ που αυτι ζχει «πζςει» τότε ο χριςτθσ τθν «ξαναςθκϊνει» και περιμζνει για 3 λεπτά. ε περίπτωςθ που δεν «ξαναπζςει» θ αςφάλεια τότε μπορεί να αφιςει το ςφςτθμα να προκερμανκεί. ε αντίκετθ περίπτωςθ χρειάηεται επικοινωνία με κατάλλθλο τεχνικό. ε λ ί δ α 127 150

3.2 Ζναυςθ Εκκίνθςθ Εικόνα 11: Θλεκτρολογικόσ πίνακασ ελζγχου φοφρνου παγίδασ Μετά τθν προκζρμανςθ του ςυςτιματοσ, ο χριςτθσ μπορεί να προχωριςει ςτθν εκκίνθςθ λειτουργίασ. Μετά τθν πάροδο των 5 ωρϊν από τθν ζναρξθ τθσ προκζρμανςθσ, ο χριςτθσ ςυνδζει τον Θ/Τ ςτθν κεντρικι μονάδα καταγραφισ. τθ ςυνζχεια εκκινεί το πρόγραμμα καταγραφισ δεδομζνων κάνοντασ «διπλό κλικ» ςτο εικονίδιο Gas generator που βρίςκεται ςτθν επιφάνειασ εργαςίασ. Μόλισ το πρόγραμμα εκκινιςει, τότε ο χριςτθσ κάνει «κλικ» ςτο πλικτρο «Ζναρξθ». Για να είναι ςε κζςθ το ςφςτθμα να εκκινιςει πρζπει θ κερμοκραςία ςτο φψοσ τροφοδοςίασ (ενδεικτικά Σ2) να ζχει τιμι >200 C. Εάν θ εν λόγω κερμοκραςία είναι μικρότερθ από τθν επικυμθτι τιμι, ο χριςτθσ αναμζνει τθν αφξθςι τθσ μζχρι τθν επικυμθτι κερμοκραςία. ε λ ί δ α 128 150

Ζναρξθ τροφοδοςίασ Εικόνα 12: Θερμοκραςία κλίνθσ κατά τθ διάρκεια εκκίνθςθσ Όταν θ κερμοκραςία ςτο φψοσ τθσ κλίνθσ υπερβεί τουσ 200 C τότε το ςφςτθμα είναι ζτοιμο για ζναρξθ τροφοδοςίασ. Αρχικά ρυκμίηεται θ παροχι καυςίμου μζςω του inverter που είναι ςυνδεδεμζνοσ με τον πρϊτο κοχλία μεταφοράσ βιομάηασ. Θ παροχι καυςίμου ρυκμίηεται μζςω τθσ ςυχνότθτασ του inverter. Ανάλογα με το καφςιμο και τθν επικυμθτι παροχι καυςίμου γίνεται θ ρφκμιςθ τθσ ςυχνότθτασ ςφμφωνα με το αντίςτοιχο διάγραμμα τροφοδοςίασ. Για να κζςει ο χριςτθσ ςυγκεκριμζνθ τιμι ςτον inverter πιζηει το πλικτρο «reset» μία φορά. Παρατθρείται ότι το δεφτερο δεκαδικό τθσ ςυχνότθτασ αναβοςβινει. Ο χριςτθσ πιζηει το ίδιο πλικτρο μζχρι να αναβοςβινει το επικυμθτό ψθφίο και ςτθ ςυνζχεια ρυκμίηει τθ ςυχνότθτα με τα πλικτρα και. Όταν ρυκμίςει ο χριςτθσ τθ ςυχνότθτα πιζηει το πλικτρο «set». Ο inverter ζχει ρυκμιςτεί. τθ ςυνζχεια ο χριςτθσ ανοίγει ζνα αρχείο πρωτοκόλλου ςτον Θ/Τ ςτο οποίο πλθκτρολογεί παρατθριςεισ κατά τθ διάρκεια λειτουργίασ του ςυςτιματοσ. αν ονομαςία αρχείου τίκεται θ εκάςτοτε θμερομθνία με τθ μορφι 20ΧΧ_ΜΜ_ΘΘ (π.χ. 2012_06_05 = 5 Ιουνίου 2012). Τπόδειγμα του αρχείου πρωτοκόλλου δίνονται ςτο ΠΑΡΑΡΣΘΜΑ Α. ε λ ί δ α 129 150

Εικόνα 13: ιλό τροφοδοςίασ Α Πριν τθν ζναρξθ τροφοδοςίασ, ο χριςτθσ πλθρϊνει το ςιλό Α με καφςιμο ζχοντασ τθ βαλβίδα 1 ςτθν Εικόνα 13 ςε κλειςτι κζςθ. Όταν το ςιλό ζχει γεμίςει, ο χριςτθσ κλείνει και τθ βαλβίδα 2 ςτθν Εικόνα 13. τθ ςυνζχεια ο χριςτθσ κάνει «κλικ» ςτο τετραγωνάκι «Εγγραφι» και κζτει ςε λειτουργία τουσ κοχλίεσ μεταφοράσ και εκφόρτωςθσ καυςίμου. το εξισ ο κοχλίασ μεταφοράσ κα ονομάηεται κοχλίασ 1 και ο κοχλίασ εκφόρτωςθσ κα ονομάηεται κοχλίασ 3. Για να κζςει ςε λειτουργία ο χριςτθσ τουσ δφο κοχλίεσ ςτρζφει τουσ διακόπτεσ 1 και 3 ςτον κεντρικό θλ. πίνακα. Ο διακόπτθσ 1 ενεργοποιεί τον κοχλία 1 και ο διακόπτθσ 3 τον κοχλία 3 αντίςτοιχα. Μόλισ ο χριςτθσ ενεργοποιιςει τουσ κοχλίεσ καταγράφει ςτο αρχείο πρωτοκόλλου ςτθ χρονικι ςτιγμι μθδζν και ςτο αρχείο το οποίο καταγράφεται εκείνθ τθ ςτιγμι (gas1, gas2 κτλ) τθν ζναρξθ τροφοδοςίασ. Μετά τθν πάροδο 300s ο χριςτθσ διακόπτει τθν τροφοδοςία μζςω του διακόπτθ 1 τθσ εικόνασ και κάνει τθν αντίςτοιχθ καταγραφι ςτο αρχείο πρωτοκόλλου. Θ παροχι αζρα ρυκμίηεται ςτθν φάςθ εκκίνθςθσ ςτο 35-40% τθσ ςτοιχειομετρικισ ποςότθτασ. Θ παροχι αζρα αντεπιςτροφισ ρυκμίηεται ςτα 10-15 lpm. τον αντιδραςτιρα τϊρα υπάρχει επαρκισ ποςότθτα καυςίμου για τθν ζναρξθ του ςυςτιματοσ. Ο χριςτθσ παρατθρεί τισ κερμοκραςίεσ Σ2, Σ4. Όταν αυτζσ αυξθκοφν κατά τουλάχιςτον 300 C και αρχίςουν ςτθ ςυνζχεια να μειϊνονται τότε ο χριςτθσ κζτει ξανά ςε λειτουργία τον κοχλία 1. Όταν οι κερμοκραςίεσ Σ2, Σ4, Σ6 βρίςκονται ςε κοντινι απόςταςθ μεταξφ τουσ (<30 C) και πάνω από τουσ 750 C τότε ε λ ί δ α 130 150

διακόπτεται θ παροχι καυςίμου μζςω τθσ βαλβίδασ 2 του ςιλό Α και καταγράφεται θ χρονικι ςτιγμι ςτο αρχείο πρωτοκόλλου. Μετά τθν πάροδο κάποιου χρονικοφ διαςτιματοσ κα ςταματιςει θ τροφοδοςία καυςίμου ςτον αντιδραςτιρα. Σο αποτζλεςμα κα είναι αφξθςθ των κερμοκραςιϊν Σ2,Σ4 και Σ6. ε κάκε φάςθ λειτουργίασ του αεριοποιθτι όταν θ κερμοκραςία Σ2 αγγίξει τουσ 800 C, ο χριςτθσ κζτει εκτόσ λειτουργίασ το φοφρνο του αντιδραςτιρα. Θ χριςτθσ ενεργοποιεί εκ νζου το φοφρνο όταν θ Σ2 φτάςει κάτω από τουσ 750 C. Ο χριςτθσ κα αναμζνει τθν αφξθςθ και μείωςθ των κερμοκραςιϊν όπωσ ςτθν αρχι τθσ τροφοδοςίασ. Όταν ξεκινιςει θ μείωςθ των κερμοκραςιϊν τότε ανοίγει εκ νζου τθ βαλβίδα 1 του ςιλό Α και κάνει τθν αντίςτοιχθ καταγραφι ςτο αρχείο πρωτοκόλλου. Θ πρωτογενισ παροχι αζρα ρυκμίηεται ςτο 25-30% τθσ ςτοιχειομετρικισ ποςότθτασ. Θ ςυνολικι εκτιμϊμενθ διάρκεια τθσ φάςθσ εκκίνθςθσ υπολογίηεται ςτισ 2 ϊρεσ. Ο χριςτθσ κακ όλθ τθ διάρκεια λειτουργίασ ελζγχει τον αζρα αντεπιςτροφισ. 3.3 Προκζρμανςθ ΘΗ Μιςι ϊρα περίπου πριν τθν τροφοδότθςθ του αερίου γίνεται θ προκζρμανςθ του ΘΗ. Ο χριςτθσ αρχικά βεβαιϊνει ότι θ δεξαμενι νεροφ πάνω από το ΘΗ ζχει πλθρωκεί τουλάχιςτον κατά 50% με νερό. Επίςθσ, ο χριςτθσ ςυμπλθρϊνει νερό ςτο ψυγείο τθσ ΜΕΚ του ΘΗ μζχρι τθν ζνδειξθ «max». τθ ςυνζχεια, ο χριςτθσ ανοίγει τθ φιάλθ προπανίου ςτο πάνω μζροσ τθσ οποίασ δεν υπάρχει καρτελάκι. υγκεκριμζνα, ανοίγει τθν κεντρικι βαλβίδα τθσ φιάλθσ και τθν αντίςτοιχθ βαλβίδα ςτο διανεμθτι προπανίου που φαίνεται ςτθν Εικόνα. ε λ ί δ α 131 150

Εικόνα 14: Διανεμθτισ προπανίου ΘΗ Σο ψυγείο του ΘΗ τοποκετείται εκτόσ του κοντζινερ. Ο χριςτθσ ςυνδζει τθν οκόνθ με τον Θ/Τ και επίςθσ ςυνδζει το USB από το ΘΗ ςτον Θ/Τ. τθ ςυνζχεια, ο χριςτθσ ανοίγει το λογιςμικό ελζγχου του ΘΗ κάνοντασ διπλό «κλικ» ςτο εικονίδιο «Ecoserv» το οποίο βρίςκεται ςτθν επιφάνεια εργαςίασ. Ο χριςτθσ τοποκετεί το παράκυρο του λογιςμικοφ ςτο πάνω αριςτερά άκρο τθσ επιφάνειασ εργαςίασ τθσ βοθκθτικισ οκόνθσ. τθ ςυνζχεια, ο χριςτθσ ανοίγει το λογιςμικό «SpyWindowRecorder» κάνοντασ διπλό «κλικ» ςτο αντίςτοιχο εικονίδιο τθσ επιφάνειασ εργαςίασ. Πρόςκετα, ο χριςτθσ ανοίγει το αρχείο excel ςτο οποίο γίνεται θ καταγραφι των ςθμείων λειτουργίασ του ΘΗ και το παράκυρο «Θμερομθνία και Ώρα» των Windows (κάτω δεξιά ςτθν επιφάνεια εργαςίασ). ε λ ί δ α 132 150

Εικόνα 15: Περιβάλλον Λογιςμικοφ Ecoserv Εικόνα 16: Περιβάλλον Λογιςμικοφ Ecoserv Μετά το άνοιγμα των παραπάνω εφαρμογϊν, ο χριςτθσ ακολουκεί τισ παρακάτω ενζργειεσ: - Ecoserv: Απενεργοποιείται θ επιλογι τθσ demo κατάςταςθσ όπωσ φαίνεται ςτθν Εικόνα 17 και επιβεβαιϊνεται θ ορκι επικοινωνία του λογιςμικοφ με το ςφςτθμα ΘΗ από τισ δφο ενδείξεισ (πράςινο και κόκκινο φωτάκι πρζπει να αναβοςβινουν) ςτο κάτω δεξιά μζροσ του παρακφρου. ε λ ί δ α 133 150

Εικόνα 17: Απενεργοποίθςθ Demo κατάςταςθσ - SpyWindowRecorder: ανοίγοντασ τθν εφαρμογι φαίνονται οι ςυντεταγμζνεσ του κζρςορα ςτθν οκόνθ. Ο χριςτθσ μεταφζρει τον κζρςορα ςτθ κζςθ επί τθσ εφαρμογισ Ecoserv οποφ αναγράφεται θ παραγόμενθ θλεκτρικι ιςχφσ, περίπου ςτο κζντρο του πεδίου. τθ ςυνζχεια καταγράφει τισ ςυγκεκριμζνεσ ςυντεταγμζνεσ ςτα ανάλογα πεδία του SpyWindowRecorder και «κλικάρει» το Set Base cell position για να οριςτεί ςθμείο αναφοράσ. τθ ςυνζχεια απενεργοποιεί τθν επιλογι Enabled και αφοφ επιβεβαιωκεί θ ςυμφωνία των τιμϊν που φαίνονται ςτθν οκόνθ του Spry Window Recorder και των τιμϊν του Ecoserv, «κλικάρεται» το Start για τθν ζναρξθ τθσ καταγραφισ, όταν ο κινθτιρασ ζχει τεκεί ςε λειτουργία, και τθν αυτόματθ δθμιουργία ενόσ.dat αρχείου με τισ καταγεγραμμζνεσ τιμζσ. Είναι ςθμαντικό κακ όλθ τθ διάρκεια καταγραφισ, το παράκυρο του «Ecoserv» να είναι εμφανζσ ςτθν οκόνθ, και να μθ μετακινθκεί, κακϊσ θ καταγραφι γίνεται ςφμφωνα με τισ ςυντεταγμζνεσ ςτθν οκόνθ των πεδίων καταγραφισ. Εικόνα 18: SpyWindowRecorder - Excel: Ο χριςτθσ ςε αυτό το ςθμείο ετοιμάηει το αρχείο Excel για τθ καταγραφι. Οι απαραίτθτεσ τιμζσ είναι οι ακόλουκεσ: Σαχφτθτα Περιςτροφισ Κινθτιρα, Παροχι Αερίου Αεριοποίθςθ ςτο Κινθτιρα, Ώρα Ζναρξθσ Μζτρθςθσ θμείου, Ώρα Λιξθσ ε λ ί δ α 134 150

Μζτρθςθσ θμείου, Αρχικι Σιμι Καταγραφισ Μετρθτι Κατανάλωςθσ Προπανίου, Σελικι Σιμι Καταγραφισ Κατανάλωςθσ Προπανίου. Εικόνα 19: Μετρθτισ κατανάλωςθσ προπανίου Μετά από αυτζσ τισ ενζργειεσ το ΘΗ είναι ζτοιμο για προκζρμανςθ. Ο χριςτθσ ςτρζφει τον διακόπτθ τθσ ΜΕΚ του ΘΗ (Εικόνα 20) ςτθ κζςθ Ι. Εντόσ 2 λεπτϊν ο ΘΗ αναμζνεται να ξεκινιςει. ε αντίκετθ περίπτωςθ ο χριςτθσ πρζπει να προβεί ςε επανεκκίνθςθ του ΘΗ. Εικόνα 20: Θλεκτροπαραγωγό ηζυγοσ ε λ ί δ α 135 150

Σαυτόχρονα, μετά τθ τοποκζτθςθ του διακόπτθ ςτθ κζςθ Ι, ςτο λογιςμικό του ΘΗ ο χριςτθσ πιζηει το «BHKW Ein». Σο ΘΗ ξεκινάει τθ λειτουργία του. Θα λειτουργεί ςτισ 2000 rpm μζχρι θ κερμοκραςία νεροφ τθσ ΜΕΚ να φτάςει τουσ 50 C. τθ ςυνζχεια το ΘΗ κα λειτουργεί ςτισ ςτροφζσ που ζχει κζςει ο χριςτθσ μζςω του Ecoserv και κα είναι ζτοιμο για τροφοδοςία αερίου. Προτείνεται, θ κερμοκραςία νεροφ ςτθ ΜΕΚ να είναι γφρω ςτουσ 70-75 C όταν τροφοδοτείται αζριο ςτο ΘΗ. Σο ΘΗ αφινεται να λειτουργιςει μζχρι το νερό ςτθ ΜΕΚ να φτάςει ςτθν επικυμθτι κερμοκραςία. ε περίπτωςθ που θ κερμοκραςία νεροφ ςτθ ΜΕΚ αυξάνεται πολφ γριγορα μζςα ςε 1 λεπτό από τθν ζναρξθ λειτουργίασ τότε ο χριςτθσ πρζπει να προβεί ςε εξαζρωςθ του εναλλάκτθ. Εικόνα 21: Αυτόματο θμείο Λειτουργίασ Εικόνα 22: Μεταβαλλόμενο θμείο Λειτουργίασ 3.4 Αεριοποίθςθ κατά τθν θλεκτροπαραγωγι ε αυτι τθ φάςθ το παραγόμενο αζριο ζχει τθν κατάλλθλθ ςφςταςθ ϊςτε να τροφοδοτθκεί ςτο ΘΗ. Επίςθσ, θ παγίδα ςωματιδίων βρίςκεται πλζον ςτθν κατάλλθλθ κερμοκραςία. Σο ΘΗ ζχει επίςθσ φτάςει ςτισ κατάλλθλεσ κερμοκραςίεσ ε λ ί δ α 136 150

για λειτουργία με το παραγόμενο αζριο. τθ ςυνζχεια πρζπει να προετοιμαςτεί το ςφςτθμα κακαριςμοφ πίςςασ. Αρχικά γίνεται θ πλιρωςθ των τριϊν βαρελιϊν με νερό. Σο βαρζλι 1 λειτουργεί ςαν λουτρό κακαριςμοφ. Σο αζριο ειςάγεται ςτον πάτο του βαρελιοφ κάτω από ζνα φψοσ νεροφ. Σο αζριο πλζνεται και ςτθ ςυνζχεια εξζρχεται από το πάνω μζροσ του βαρελιοφ. Σο φψοσ τθσ ςτάκμθσ του νεροφ φαίνεται ςτο δείκτθ ςτάκμθσ του βαρελιοφ. Κατά τθ λειτουργία, το επικυμθτό φψοσ ςτάκμθσ είναι 10-15 cm πάνω από τθν αρχι του διάφανου ςωλινα του δείκτθ ςτάκμθσ. Βεβαιϊνεται ότι θ βαλβίδα εξόδου νεροφ είναι κλειςτι. Ο χριςτθσ φροντίηει να είναι ανοιχτι θ κεντρικι παροχι νεροφ και θ βαλβίδα 1 (Εικόνα 23). Μόλισ το νερό φκάςει ςτο επικυμθτό φψοσ, ο χριςτθσ διακόπτει τθν παροχι νεροφ ςτο βαρζλι 1 μζςω τθσ βαλβίδασ 1. Εικόνα 23: φςτθμα υδροδότθςθσ μονάδασ τθ ςυνζχεια ο χριςτθσ ειςάγει νερό ςτο βαρζλι 2. Βεβαιϊνεται ότι θ βαλβίδα εξόδου του νεροφ είναι κλειςτι. Ο χριςτθσ με ανοιχτι τθν κεντρικι παροχι νεροφ, ανοίγει τθ βαλβίδα 2 (Εικόνα 23) και τροφοδοτεί νερό ςτο βαρζλι 2. Σο επικυμθτό φψοσ του νεροφ είναι ςτο μζςον του δείκτθ ςτάκμθσ. Σζλοσ, ο χριςτθσ πλθρϊνει με νερό το βαρζλι 3. Με κλειςτι τθ βαλβίδα εξόδου νεροφ ο χριςτθσ αφαιρεί το λάςτιχο από τθ δεξαμενι του ΘΗ και το χρθςιμοποιεί για να γεμίςει με νερό το βαρζλι 3. Για να αφαιρεκεί το λάςτιχο από τθ δεξαμενι ακολουκείται θ εξισ διαδικαςία. Αρχικά βεβαιϊνεται ότι θ παροχι νεροφ ΘΗ είναι ε λ ί δ α 137 150

κλειςτι. Ζπειτα ο χριςτθσ κλείνει και τθ βαλβίδα ςτο πάνω μζροσ τθσ δεξαμενισ. Αφαιρεί το λάςτιχο και το χρθςιμοποιεί. το τζλοσ το λάςτιχο επαναφζρεται ςτθν αρχικι του κζςθ. Ανοίγει θ βαλβίδα ςτο πάνω μζροσ τθσ δεξαμενισ και εν τζλει ανοίγει θ παροχι νεροφ ΘΗ. Θ επικυμθτι ςτάκμθ νεροφ είναι 5 cm κάτω από το χείλοσ του βαρελιοφ 3. Σο ςφςτθμα πλζον είναι ζτοιμο για θλεκτροπαραγωγι. Σο μόνο που μζνει είναι θ διοχζτευςθ του αερίου ςτο ΘΗ. Για να γίνει αυτό ακολουκοφνται οι παρακάτω ενζργειεσ: Άλνηγκα θιαπέηνπ Άλνηγκα βαιβίδαο βαξειηώλ Άλνηγκα βαιβίδαο πξνο θαπζηήξα κεηά ηα βαξέιηα Κιείζηκν βαιβίδαο πξνο ΗΖ ηαδηαθό θιείζηκν ηεο βαιβίδαο by-pass κε παξάιιειε ξύζκηζε ηεο παξνρήο αέξα αληεπηζηξνθήο Άλνηγκα λεξνύ πξνο ην βαξέιη 2. Ρύζκηζε ηεο βαιβίδαο εμόδνπ λεξνύ ηνπ βαξειηνύ 2 ώζηε ε ζηάζκε λα είλαη πάληα νξαηή από ην ρξήζηε. Σο ςφςτθμα πλζον βρίςκεται ςε κατάςταςθ παραγωγισ αερίου προσ θλεκτροπαραγωγι. Αυτό ςθμαίνει πωσ το αζριο ζχει τθν απαραίτθτθ κακαρότθτα για να τροφοδοτθκεί ςτο ΘΗ. τθ ςυνζχεια δίνονται οδθγίεσ για τθν τροφοδοςία του ΘΗ με αζριο αεριοποίθςθσ. 3.5 Λειτουργία ΘΗ με αζριο αεριοποίθςθσ ε αυτιν τθ φάςθ, το ςφςτθμα παράγει αζριο το οποίο μετά από κακαριςμό οδεφει προσ τον καυςτιρα όπου και φλζγεται. Για να ξεκινιςει θ τροφοδοςία του αερίου προσ το ΘΗ πρζπει να γίνει όδευςθ του αερίου προσ το ΘΗ. Αρχικά βεβαιϊνεται ότι το αζριο που κα ειςαχκεί ςτο ΘΗ δεν οδεφει μζςω του ροομζτρου. τθ ςυνζχεια ο χριςτθσ ανοίγει ςταδιακά τθ βαλβίδα ΘΗ. Ο ρυκμόσ ανοίγματοσ τθσ βαλβίδασ ΘΗ πρζπει να είναι τζτοιοσ ϊςτε να μθν παρατθρείται ακουςτικά δυςλειτουργία τθσ ΜΕΚ του ΘΗ. Όταν θ βαλβίδα ΘΗ ανοίξει πλιρωσ, ο χριςτθσ ςτρζφει τθν παροχι αερίου προσ το ροόμετρο για να διαπιςτωκεί θ ποςότθτα αερίου που ειςζρχεται ςτο ΘΗ. ε περίπτωςθ που ο χριςτθσ επικυμεί μεγαλφτερθ παροχι αερίου, τότε πρζπει να ςτραγγαλίςει τθ βαλβίδα καυςτιρα. ε περίπτωςθ που ο χριςτθσ κζλει να ελαττϊςει τθν παροχι αερίου τότε ςτραγγαλίηει τθ βαλβίδα ΘΗ. Με ςυνδυαςμό αυτϊν των δφο βαλβίδων ο χριςτθσ μπορεί να επιτφχει όποια παροχι αερίου επικυμεί. Για να οδεφςει το αζριο προσ το ροόμετρο πρζπει να ανοίξουν οι βαλβίδεσ πριν και μετά το ροόμετρο κακϊσ επίςθσ και να κλείςει θ βαλβίδα παράκαμψθσ ροομζτρου. Μετά τθν ανάγνωςθ τθσ ζνδειξθσ, ο χριςτθσ ανοίγει πρϊτα τθν βαλβίδα παράκαμψθσ ροομζτρου και ςτθ ςυνζχεια κλείνει τισ βαλβίδεσ πριν και μετά το ροόμετρο. Ποτζ δεν πρζπει να είναι κλειςτζσ και οι τρείσ βαλβίδεσ γιατί τότε δεν περνάει αζριο προσ τον ΘΗ. Για ςτακεροποίθςθ του ςυςτιματοσ ε λ ί δ α 138 150

προτείνεται θ ρφκμιςθ επαλικευςθσ όταν το μανόμετρο πριν το βαρζλι 1 ςτακεροποιθκεί. Τπενκυμίηεται πωσ κακ όλθ τθ διάρκεια λειτουργίασ θ παροχι αζρα αντεπιςτροφισ πρζπει να είναι ρυκμιςμζνθ ςτα 15-20 lpm. Όποτε ανοιγοκλείνουν βαλβίδεσ μετά τα βαρζλια, αλλάηει θ πίεςθ ςτο ςφςτθμα και κατ επζκταςθ θ αντεπιςτροφι αερίου. Αυτό ζχει ςαν αποτζλεςμα να «χαλάει» θ ρφκμιςθ τθσ παροχισ αζρα αντεπιςτροφισ. Ο χριςτθσ πρζπει να ελζγχει και να επιβεβαιϊνει πάντα ότι θ παροχι αζρα αντεπιςτροφισ είναι ςτο επικυμθτό επίπεδο. Βαλβίδα ΘΗ Βαλβίδεσ ροομζτρου Βαλβίδα παράκαμψθσ ροομζτρου Εικόνα 24: Βαλβίδεσ ροομζτρου Εικόνα 25: Ροόμετρο ε λ ί δ α 139 150

3.6 υντιρθςθ ςυςτιματοσ Για τθν εξαςφάλιςθ τθσ ομαλισ λειτουργίασ πρζπει ο χριςτθσ να κάνει ςυνεχείσ ελζγχουσ κατά τθ διάρκεια λειτουργίασ αλλά και να εφαρμόηει πρακτικζσ ομαλισ λειτουργίασ οι οποίεσ περιγράφονται παρακάτω. Έιεγρνη θαηά ηε δηάξθεηα ιεηηνπξγίαο Οι ςυνικεισ ζλεγχοι που πρζπει να γίνονται κατά τθ διάρκεια λειτουργίασ τθσ μονάδασ αεριοποίθςθσ είναι οι εξισ: 1. Έιεγρνο πξσηνγελνύο παξνρήο αέξα 2. Έιεγρνο παξνρήο αέξα αληεπηζηξνθήο 3. Έιεγρνο ζηάζκεο λεξνύ βαξειηνύ 2 4. Έιεγρνο καλόκεηξνπ αληηδξαζηήξα 5. Έιεγρνο καλόκεηξνπ βαξειηώλ 6. Έιεγρνο ιεηηνπξγίαο θνριία 1 7. Έιεγρνο ιεηηνπξγίαο θνριία 3 8. Έιεγρνο ζηάζκεο θαπζίκνπ ζην ζηιό Α 9. Έιεγρνο ύπαξμεο θιόγαο ζηνλ εμσηεξηθό θαπζηήξα 10. Έιεγρνο ζεξκνθξαζίαο λεξνύ ΗΖ 11. Έιεγρνο ζηάζκεο λεξνύ δεμακελήο ΗΖ 12. Έιεγρνο ζηάζκεο λεξνύ εζσηεξηθνύ θπθιώκαηνο ΗΖ 13. Έιεγρνο ζηάζκεο πξνπαλίνπ 14. Έιεγρνο πηώζεο πίεζεο παγίδαο ζσκαηηδίσλ 15. Έιεγρνο πηώζεο πίεζεο βαξειηώλ 16. Έιεγρνο ζεξκνθξαζηώλ εληόο ηνπ αληηδξαζηήξα 17. Έιεγρνο ζεξκνθξαζηώλ πξηλ θαη κεηά ηελ παγίδα ζσκαηηδίσλ Πξαθηηθέο νκαιήο ιεηηνπξγίαο Για να εξαςφαλίςει ο χριςτθσ μακρόχρονθ λειτουργία ςτο ςφςτθμα αλλά και να ελαχιςτοποιιςει τουσ κινδφνουσ δυςλειτουργίασ πρζπει να ακολουκιςει τισ ακόλουκεσ πρακτικζσ. 3.6.1 Κακαριςμόσ κυκλωνίου Ο χριςτθσ πρζπει ςε τακτά χρονικά διαςτιματα να αδειάηει το δοχείο ςυλλογισ τζφρασ που βρίςκεται κάτω από τον κυκλϊνα κακαριςμοφ. Όταν οι πιζςεισ ςτο ςφςτθμα είναι χαμθλζσ (μανόμετρο βαρελιϊν <0,2 bar) τότε ο χριςτθσ ανοίγει τθ βαλβίδα του δοχείου ςυλλογισ, και χρθςιμοποιϊντασ ζνα ςφυράκι χτυπά ελαφρά το δοχείο ςυλλογισ. Ο χριςτθσ κα παρατθριςει μαφρθ ςκόνθ να ειςζρχεται ςτο διάφανο δοχείο που καταλιγει το δοχείο ςυλλογισ. Όταν θ παροχι τθσ ςκόνθσ γίνει αμελθτζα το δοχείο ςυλλογισ ζχει αδειάςει. Ο χριςτθσ κλείνει τθ βαλβίδα του ε λ ί δ α 140 150

δοχείου. Ο κακαριςμόσ του κυκλϊνα ζχει ολοκλθρωκεί. Προτείνεται κακαριςμόσ του κυκλϊνα κάκε 2 ϊρεσ και κατά προτίμθςθ κατά τθ διάρκεια καφςθσ εξανκρακϊματοσ. 3.6.2 Καφςθ εξανκρακώματοσ Λόγω ςφαλμάτων ςτθν ζνδειξθ των οργάνων αλλά και ςτθ μθ ςτακερι παροχι αζρα (λόγω πίεςθσ ςυμπιεςτι) ι καυςίμου (επικακιςεισ ςτουσ κοχλίεσ) κακϊσ επίςθσ και ςτθ μθ ιδανικι ανάμιξθ αζρα καυςίμου εντόσ του αντιδραςτιρα παρατθρείται το φαινόμενο ςυςςϊρευςθσ εξανκρακϊματοσ. Πρόκειται για άνκρακα (κάρβουνο) ο οποίοσ προζρχεται από τθ κερμικι επεξεργαςία του καυςίμου. Θ ςυςςϊρευςθ του εντόσ του αντιδραςτιρα προκαλεί αφξθςθ τθσ πτϊςθσ πίεςθσ του ςυςτιματοσ αλλά και ςταδιακι αλλαγι του λόγου αζρα καυςίμου τθσ διεργαςίασ. Για αυτό το λόγο, ο χριςτθσ διακόπτει τθν τροφοδοςία καυςίμου ςτον αντιδραςτιρα, δίνοντασ τθν ευκαιρία ςτον ειςερχόμενο αζρα, να οξειδϊςει το εξανκράκωμα μειϊνοντασ ταυτόχρονα τθ μάηα του. Προτείνεται οι παρακάτω ενζργειεσ να γίνονται κάκε 2 ϊρεσ. Αρχικά βεβαιϊνεται ότι οι παροχζσ αζρα είναι ςτακερζσ. τθ ςυνζχεια ο χριςτθσ διακόπτει τθν παροχι καυςίμου κλείνοντασ τθ βαλβίδα 1 του ςιλό Α. Σο ςφςτθμα κα ςυνεχίςει να παρζχει το καφςιμο που βρίςκεται κάτω από το φψοσ τθσ βαλβίδασ 1 ςτον αντιδραςτιρα. Ανάλογα με τθ ςυχνότθτα του inverter, χρειάηεται διαφορετικό χρονικό διάςτθμα για να τροφοδοτθκεί ολόκλθρθ θ υπολειπόμενθ ποςότθτα και να ξεκινιςει τελικά θ καφςθ του εξανκρακϊματοσ. Ενδεικτικά, ςτα 30 Hz χρειάηονται 20 λεπτά ενϊ ςτα 35 Hz ο χρόνοσ αυτόσ μειϊνεται ςτα 15 λεπτά. Θ τροφοδοςία ι μθ καυςίμου μπορεί να εξακριβωκεί από το χριςτθ και ακουςτικά, ανάμεςα ςτον κοχλία 1 και τον κοχλία 3. Από τθ ςτιγμι που κα ςταματιςει θ τροφοδοςία του καυςίμου ο χριςτθσ περιμζνει κάποιο χρονικό διάςτθμα ςτο οποίο κυριαρχεί το φαινόμενο τθσ αφξθςθσ κερμοκραςίασ ςτον αντιδραςτιρα. Τπενκυμίηεται ότι ο χριςτθσ απενεργοποιεί τον θλ. Φοφρνο όταν θ Σ2 ξεπεράςει τουσ 800 C. Σο χρονικό αυτό ςθμείο απαιτεί τθ μζγιςτθ προςοχι του χριςτθ, κακϊσ εάν θ καφςθ διαρκζςει πολφ λίγο τότε κα παραμείνει θ επιβάρυνςθ του ςυςτιματοσ με το περίςςιο εξανκράκωμα ενϊ αν ο χριςτθσ αργιςει να επανατροφοδοτιςει καφςιμο υπάρχει ο κίνδυνοσ να φτάςει οξυγόνο ςτθν παγίδα ςωματιδίων. Κάτι τζτοιο ζχει καταςτροφικζσ ςυνζπειεσ για το ςφςτθμα κακϊσ θ παρουςία οξυγόνου ςτθ κερμαινόμενθ παγίδα κα προκαλζςει τθν καφςθ του εξανκρακϊματοσ και ςτθν παγίδα. Αυτι θ τεχνικι χρθςιμοποιείται γενικά για κακαριςμό τθσ παγίδασ αλλά ςτισ παροχζσ και ςυνκικεσ που χρθςιμοποιείται θ παγίδα ςτθ μονάδα, κα ζχει ςαν αποτζλεςμα τθν αςτοχία του υλικοφ τθσ παγίδασ. υνζπεια κα είναι να μθ λειτουργεί ςωςτά ςτθ ςυνζχει θ παγίδα. Θα διαφεφγουν δθλαδι ςτερεά ςωματίδια προσ τα βαρζλια και το ΘΗ. Κάτι τζτοιο είναι μθ αποδεκτό αφενόσ διότι κα υπάρξει ςυςςϊρευςθ «λάςπθσ» ςτα βαρζλια αυξάνοντασ κατακόρυφα τθν πτϊςθ πίεςθσ αλλά και διότι θ κακαρότθτα του αερίου με «ςπαςμζνθ» παγίδα κα είναι εκτόσ προδιαγραφϊν κινθτιρα με ε λ ί δ α 141 150

κίνδυνο να ςταματιςει τθ λειτουργία του ΘΗ λόγω επικακιςεων. Προτείνεται το χρονικό διάςτθμα να ορίηεται από τον πιο ζμπειρο χριςτθ εν ϊρα λειτουργίασ. 3.6.3 Κακαριςμόσ παγίδασ Κατά τθ διάρκεια καφςθσ εξανκρακϊματοσ προτείνεται και ο κακαριςμόσ τθσ παγίδασ με ςκοπό τθν μείωςθ τθσ πτϊςθσ πίεςθσ ςε αυτι και ςε όλο το ςφςτθμα. Πρζπει θ παροχι που περνάει από τθν παγίδα και τα βαρζλια να εκτραπεί προσ τον εξωτερικό καυςτιρα. τθ ςυνζχεια, παρζχεται άηωτο ςε υψθλι πίεςθ ανάςτροφα προσ τθν παγίδα (κατεφκυνςθ από πίςω προσ τα εμπρόσ). Αναλυτικά θ διαδικαςία ζχει ωσ εξισ. Σο ςφςτθμα αρχικά βρίςκεται ςε κατάςταςθ καφςθσ εξανκρακϊματοσ. Ο χριςτθσ ανοίγει ςταδιακά τθ βαλβίδα by-pass και ρυκμίηει αντίςτοιχα τισ παροχζσ αζρα. Όλεσ οι αλλαγζσ καταγράφονται ςτο αρχείο πρωτοκόλλου. Όταν θ βαλβίδα by-pass ανοίξει τελείωσ, ο χριςτθσ κλείνει τθ βαλβίδα βαρελιϊν. Σο κλαπζτο παραμζνει ανοιχτό. Με αυτι τθ διάταξθ ο χριςτθσ μπορεί πλζον να προχωριςει ςτον κακαριςμό τθσ παγίδασ. Αρχικά βεβαιϊνεται ότι θ βαλβίδα τθσ φιάλθσ αηϊτου είναι ανοιχτι και ότι το μανόμετρο του ρυκμιςτι πίεςθσ τθσ φιάλθσ ζχει τθν ζνδειξθ 5 bar. τθ ςυνζχεια ο χριςτθσ ανοίγει τθ βαλβίδα κακαριςμοφ παγίδασ με απότομεσ κινιςεισ. Χρθςιμοποιοφνται δθλαδι ριπζσ αηϊτου. Μετά από 10 ριπζσ ο χριςτθσ διατθρεί ανοιχτι τθ βαλβίδα κακαριςμοφ παγίδασ για 1 λεπτό. Ο ρυκμιςτισ πίεςθσ είναι ρυκμιςμζνοσ ςτα 5-6 bar.μετά το 1 λεπτό, ο χριςτθσ επαναλαμβάνει 10 ριπζσ και ςτθ ςυνζχεια κλείνει τελείωσ τθ βαλβίδα κακαριςμοφ παγίδασ. Ο κακαριςμόσ παγίδασ ζχει ολοκλθρωκεί. ε λ ί δ α 142 150

3.6.4 Αλλαγι νεροφ ςτο βαρζλι 1 Εικόνα 26: Διανεμθτισ παροχισ αηϊτου Σο βαρζλι 1 μετά από κάποιεσ ϊρεσ λειτουργίασ χρειάηεται αλλαγι νεροφ κακϊσ λόγω τθσ παροχισ του κερμοφ αερίου κερμαίνεται και το νερό που περιζχεται ςτο βαρζλι μειϊνοντασ παράλλθλα τθν απόδοςθ κακαριςμοφ. Θ κερμοκραςία ςτθν οποία προτείνεται θ αλλαγι του περιεχομζνου νεροφ του βαρελιοφ 1 είναι 90 C. Ο ρξήζηεο πξνρσξεί ζηελ αιιαγή ηνπ λεξνύ αθνινπζώληαο ηελ εμήο δηαδηθαζία. Αξρηθά βεβαηώλεηαη όηη ππάξρεη ζπλδεδεκέλν ιάζηηρν λεξνύ ζηελ έμνδν πδάησλ ηνπ βαξειηνύ 1 ζην θάησ κέξνο ηνπ αξηζηεξά από ην ζεξκόκεηξν λεξνύ. Έπεηηα ν ρξήζηεο αλνίγεη ηε βαιβίδα εμόδνπ λεξνύ θαη πεξηκέλεη λα αδεηάζεη ην πεξηερόκελν ηνπ βαξειηνύ. Πξηλ αδεηάζεη ηειείσο ην βαξέιη 1 θαη κε αλνηρηή ηε βαιβίδα εμόδνπ λεξνύ ν ρξήζηεο αλνίγεη ηε βαιβίδα εηζόδνπ λεξνύ ζην βαξέιη 1. Ο ρξήζηεο θξαηάεη αλνηρηή ηε βαιβίδα εηζόδνπ κέρξη λα γεκίζεη ην βαξέιη κε θξέζθν λεξό θαηά ην 50% ηνπ όγθνπ ηνπ. Εάλ ην βαξέιη 1 δελ γεκίδεη ηόηε ν ρξήζηεο θιείλεη ηε βαιβίδα εμόδνπ κεηά ηελ εθξνή ηνπ πεξηερόκελνπ λεξνύ θαη αλνίγεη ηε βαιβίδα εηζόδνπ λεξνύ. Τν βαξέιη 1 πξέπεη λα γεκίζεη κε θξέζθν λεξό θαη λα αδεηάζεη 2 θνξέο πξηλ μαλαγεκίζεη ζύκθωλα κε ην Κεθ. 3.4. 3.6.5 Αναγόμωςθ ςιλό καυςίμου Κατά τθ διάρκεια λειτουργίασ πρζπει να βεβαιϊνεται ο χριςτθσ ότι υπάρχει επαρκισ ποςότθτα καυςίμου ςτο ςιλό. Θ διάφανθ λωρίδα ςτο εμπρόσ μζροσ του ςιλό βοθκά ςτθν εποπτεία τθσ ποςότθτασ καυςίμου. Επαρκισ ποςότθτα καυςίμου γενικά ςθμαίνει ότι είναι εμφανισ από τθ διάφανθ λωρίδα θ παρουςία καυςίμου ε λ ί δ α 143 150

ςτο ςιλό. Εάλ απαηηείηαη αλαγόκσζε ηνπ ζηιό Α ηόηε ν ρξήζηεο αξρηθά θιείλεη ηε βαιβίδα 1 ηνπ ζηιό Α. Η αλαγόκσζε ηνπ ζηιό πξέπεη λα γίλεη κέζα ζηα επόκελα 5 ιεπηά γηα λα είλαη ζίγνπξνο ν ρξήζηεο όηη δε ζα θαηαλαισζεί ην θαύζηκν πνπ βξίζθεηαη ζηνπο θνριίεο κεηαθνξάο. Γενικά προτείνεται θ αναγόμωςθ κατά τθ διάρκεια τθσ καφςθσ εξανκρακϊματοσ (Κεφ. 3.6.2). Για τθν αναγόμωςθ του ςιλό Α, ο χριςτθσ ανοίγει τθ βαλβίδα 2 ενϊ θ βαλβίδα 1 παραμζνει κλειςτι. Βεβαιϊνεται ότι φρζςκο καφςιμο ζχει ειςαχκεί ςτο ςιλό. Όταν ζχει ειςαχκεί θ επικυμθτι ποςότθτα, τότε ο χριςτθσ κλείνει τθ βαλβίδα 2 και ανοίγει εκ νζου τθ βαλβίδα 1 ενϊ ο κοχλίασ 1 βρίςκεται ςε λειτουργία. Θ αναγόμωςθ του ςιλό ζχει ολοκλθρωκεί. 3.6.6 Αλλαγι φιάλθσ προπανίου ςτο ΘΗ Κατά τθ διάρκεια λειτουργίασ του ΘΗ καταναλϊνεται προπάνιο. Για τθν απρόςκοπτθ λειτουργία του ΘΗ επιβάλλεται θ ςυνεχισ φπαρξθ πίεςθσ ςτθ γραμμι τροφοδοςίασ προπανίου του ΘΗ. Για αυτό το λόγο υπάρχει ο διανεμθτισ προπανίου. Ο χριςτθσ χρειάηεται να αλλάξει τθ φιάλθ όταν ακοφςει χαρακτθριςτικό επαναλαμβανόμενο ιχο «κλακ» από τθ ρυκμιςτικι βαλβίδα του ΘΗ. Εντόσ 10 δευτερολζπτων από τθν ζναρξθ του ιχου πρζπει ο χριςτθσ να προβεί ςτθν αλλαγι φιάλθσ. Αρχικά ο χριςτθσ ανοίγει τθν κεντρικι βαλβίδα τθσ φιάλθσ προπανίου πάνω ςτθν οποία υπάρχει καρτελάκι. Μετά ανοίγει τθ βαλβίδα του διανεμθτι που αντιςτοιχεί ςε αυτιν τθ φιάλθ. Εφόςον ςταματιςει ο επαναλαμβανόμενοσ ιχοσ θ αλλαγι ζχει γίνει επιτυχϊσ. Ο χριςτθσ μπορεί ςτθ ςυνζχεια να κλείςει τθ βαλβίδα διανεμθτι που αντιςτοιχεί ςτθν άδεια φιάλθ και να αντικαταςτιςει τθν άδεια φιάλθ. 3.7 Σερματιςμόσ λειτουργίασ Όταν ο χριςτθσ επικυμεί να τερματίςει τθ λειτουργία τθσ μονάδασ τότε πρζπει να ακολουκθκοφν τα εξισ βιματα: 1. Αξρηθά πξέπεη ν ρξήζηεο λα ζηακαηήζεη ηελ παξνρή θαπζίκνπ κέζσ ηεο βαιβίδαο 1 ηνπ ζηιό Α. 2. ηε ζπλέρεηα αθνινπζείηαη ε δηαδηθαζία ηνπ Κεθ. 3.6.2 3. Παξάιιεια, ν ρξήζηεο δηαθόπηεη ηελ παξνρή αεξίνπ πξνο ην ΗΖ 4. Σν ΗΖ αθήλεηαη λα ιεηηνπξγήζεη κόλν κε πξνπάλην γηα 30 ιεπηά ζηηο 2200 rpm, θαη ζηε ζπλέρεηα απελεξγνπνηείηαη επηιέγνληαο «BHKW AUS» από ην ινγηζκηθό θαη θιείλνληαο ην δηαθόπηε ιεηηνπξγίαο κεηά ην πέξαο ηεο ιεηηνπξγίαο ηνπ θηλεηήξα. 5. Πξηλ ηε ιήμε ηνπ βήκαηνο 2 ν ρξήζηεο εθηειεί ηε δηαδηθαζία ηνπ Κεθ. 3.6.3. 6. Ο ρξήζηεο δηαηεξεί ηελ παξνρή αεξίνπ πξνο ηνλ εμσηεξηθό θαπζηήξα. 7. Ο ρξήζηεο, αθνινπζώληαο όινπο ηνπ απαξαίηεηνπο ειέγρνπο ζεξκνθξαζηώλ, παξνρώλ θηι αλακέλεη ηελ νινθιήξσζε ηεο θαύζεο όινπ ηνπ εμαλζξαθώκαηνο. Οη ζεξκνθξαζίεο Σ1, Σ2, Σ4, Σ5, Σ6, Σ7 (Εηθόλα 27) ζα θηάζνπλ ζε κέγηζην θαη ε λ ί δ α 144 150

ζηε ζπλέρεηα ζα αξρίζνπλ λα κεηώλνληαη ζπλερώο. ε απηό ην ζεκείν ζεσξείηαη όηη έρεη νμεηδσζεί όιν ην εηζεξρόκελν θαύζηκν. 8. Ο ρξήζηεο δηαηεξεί ζε θαηάζηαζε ξεπζηναηώξεζεο ηνλ αληηδξαζηήξα (60 lpm πξσηνγελνύο αέξα) 9. Ο ρξήζηεο απελεξγνπνηεί όιεο ηηο ζεξκάλζεηο 10. Ο ρξήζηεο αδεηάδεη ηα πεξηερόκελα ησλ βαξειηώλ 1 θαη 2 11. Ο ρξήζηεο αλαλεώλεη ην πεξηερόκελν ησλ θίιηξσλ πςειήο απόδνζεο ηνπ ΗΖ 12. Ο ρξήζηεο βεβαηώλεη όηη όινο ν εμνπιηζκόο βξίζθεηαη εληόο ηεο κνλάδαο. 13. Ο ρξήζηεο απελεξγνπνηεί ηνλ θνριία 1 θαη ηνλ θνριία 3. Ο αέξαο αληεπηζηξνθήο παξακέλεη αλνηρηόο ζηα 10 lpm. 14. Ο ρξήζηεο θιείλεη ηηο πόξηεο θαη θιεηδώλεη ηε κνλάδα. Πλιρθσ οξείδωςθ Εικόνα 27: Θερμοκραςίεσ κατά τθ διάρκεια λειτουργίασ και τερματιςμοφ ε λ ί δ α 145 150

4 Επίλυςθ προβλθμάτων Παξαθάησ πεξηγξάθνληαη ηα βήκαηα πνπ νθείιεη λα αθνινπζήζεη ν ρξήζηεο ζε πεξίπησζε εκθάληζεο ησλ θπξηόηεξσλ πξνβιεκάησλ. ε πεξίπησζε κε επίιπζεο ηνπ πξνβιήκαηνο, ν ρξήζηεο νθείιεη λα επηθνηλσλήζεη κε ηε ηερληθή ππνζηήξημε. 1. Ο θνριίαο 1 ή 3 έρεη ζηακαηήζεη λα πεξηζηξέθεηαη. Αξρηθά ν ρξήζηεο θιείλεη ηνπο δηαθόπηεο ιεηηνπξγίαο ηνπ θνριία, δηαθόπηεη ηε βηνκάδα θαη αθνινπζεί ηα βήκαηα ηεο δηαδηθαζίαο θαύζεο εμαλζξαθώκαηνο. Μεηά ην πέξαο ηεο θαύζεο εμαλζξαθώκαηνο, αθνύ έρνπλ πεξάζεη ηνπιάρηζηνλ 20 από ηε δηαθνπή ιεηηνπξγίαο ηνπ θνριία, θαη όζν ην αέξην νδεγείηαη ζην by-pass, επαλαθέξεη ηνπο δηαθόπηεο ζε ζέζε ιεηηνπξγίαο, επηβεβαηώλεη ηελ νξζή ιεηηνπξγία ηνπο θαη ζπλερίδεη ηε δηεξγαζία ηεο αεξηνπνίεζεο. Καζ νιε ηε δηάξθεηα ηεο δηαθνπήο ιεηηνπξγίαο ηνπ θνριία, ν ρξήζηεο πξνζέρεη ηηο ζεξκνθξαζίεο ηνπ ζπζηήκαηνο, θαη ζε πεξίπησζε αθνύζηαο έλαξμεο θαύζεο ηνπ εμαλζξαθώκαηνο θαη αύμεζεο ησλ ζεξκνθξαζηώλ, αλνίγεη ην by-pass θαη θιείλεη ηελ παξνρή πξνο ην ΗΖ. 2. Δελ είλαη εκθαλήο ε ζηάζκε λεξνύ ζην βαξέιη 2. Αξρηθά ν ρξήζηεο επηβεβαηώλεη πσο ην βαξέιη πεξηέρεη λεξό, ελεξγνπνηώληαο ρεηξνθίλεηα ηελ ειεθηξνβάλα θαη παξαηεξώληαο αλ ηξέρεη λεξό από ηνλ αγσγό εθξνήο. ε πεξίπησζε πνπ παξαηεξείηαη λεξό, ηόηε ε ζηάζκε ηνπ λεξνύ έρεη ππεξβεί ην επηηξεπηό όξην θαη ν ρξήζηεο δηαθόπηεη ηε παξνρή λεξνύ πξνο ην βαξέιη, αδεηάδεη ην βαξέιη θαη επηβεβαηώλεη ηελ νξζή ιεηηνπξγία ηεο ειεθηξνβάλαο θαη ηνπ ρξνλνδηαθόπηε, θαζώο θαη ηελ πίεζε ζηε θηάιε αδώηνπ ε νπνία πξέπεη λα είλαη κεγαιύηεξε ησλ 5 bar γηα ηελ νξζή ιεηηνπξγία ηεο ειεθηξνβάλαο. Είλαη ζεκαληηθό ε ζηάζκε λα ειέγρεηαη ζπλερώο θαζώο ζε πεξίπησζε πνπ ε ζηάζκε αλέβεη αξθεηά πξνθαιεί αύμεζε ηεο πίεζεο θαη ππάξρεη θίλδπλνο λα πεξάζεη λεξό πξνο ηνλ θηλεηήξα. ε πεξίπησζε πνπ δε παξαηεξείηαη λεξό, ηόηε ε ζηάζκε είλαη ρακειόηεξε από ην θαηώηεξν ζεκείν ειέγρνπ θαη ζα πξέπεη λα κεησζεί ν ρξόλνο πνπ νξίδεηαη από ηνλ ρξνλνδηαθόπηε γηα παξακνλή ηεο ειεθηξνβάλαο ζε ζέζε «on». 3. Άιιαμα θηάιε πξνπαλίνπ ζην ΗΖ κεηά ηνλ ραξαθηεξηζηηθό ήρν αιιά ν ήρνο παξακέλεη θαη ν ΗΖ «ζβήλεη». Ο ρξήζηεο νθείιεη λα βεβαησζεί όηη ηόζν ε βαιβίδα ηεο θηάιεο, όζν θαη ηνπ δηαλεκεηή είλαη αλνηρηέο. 4. Ο ει. Φνύξλνο θαίλεηαη λα κε ιεηηνπξγεί. Ο ρξήζηεο νθείιεη λα βεβαησζεί όηη ν αληίζηνηρνο δηαθόπηεο θαη ε αζθάιεηα ζηνλ ειεθηξνινγηθό πίλαθα είλαη ζηε ζσζηή ζέζε. ε λ ί δ α 146 150

5. Όηαλ αλνίγω ην ινγηζκηθό ηνπ ΗΖ παξνπζηάδεηαη ην ζθάικα «COM». Σν ζπγθεθξηκέλν ζθάικα αλαθέξεηαη ζε ιαλζαζκέλε ζέζε εηζόδνπ ηνπ USB θαισδίνπ. Ειέγρεηαη ε ζέζε, θαη αλ είλαη ε ζσζηή (ζέζε 3), ηόηε ν ρξήζηεο νθείιεη λα επαλαπξνζδηνξίζεη ηε ζέζε από ην ινγηζκηθό ειέγρνπ ηνπ θηλεηήξα. Από ην κελνύ ηνπ «Ecoserv», επηιέγεηαη ην «Verbindung», ζηε ζπλέρεηα «Einstellungen», θαη ζην παξάζπξν πνπ αλνίγεη νξίδεηαη ε ζσζηή ζύξα ηνπ COM θαη επηιέγεηαη «OK». Η ζσζηή ζύξα βξίζθεηαη από ηνλ Πίλαθα Ειέγρνπ ησλ Windows, ύζηεκα, Hardware, Δηαρείξηζε πζθεπώλ, θαη ζηηο ζύξεο («Ports») θαίλεηαη ε ζύξα COM γηα ην αληίζηνηρν θαιώδην. 6. Τν ΗΖ δελ μεθηλάεη θαη θαίλνληαη ζθάικαηα ζην Ecoserv. ε περίπτωςθ εμφάνιςθσ ςφαλμάτων ςτο ΘΗ ο χριςτθσ οφείλει να κάνει επαναφορά του ςυςτιματοσ. Εικόνα 28: φάλματα ΘΗ Ο εντοπιςμόσ και θ διόρκωςθ των προβλθμάτων είναι το πιο ςθμαντικό για τθν ορκι λειτουργία του κινθτιρα, κακϊσ χωρίσ αυτό θ επανεκκίνθςθ του είναι αδφνατθ. Μετά τθν διόρκωςθ απαιτείται, θ επαναφορά του ςυςτιματοσ ςτθν αρχικι κατάςταςθ (reset). Αυτό επιτυγχάνεται με τισ παρακάτω επιλογζσ όπωσ φαίνεται και ςτθν Εικόνα 29. Εικόνα 29: Error reset ε λ ί δ α 147 150

Θ επαναφορά του ςυςτιματοσ μπορεί να γίνει και απευκείασ από τον κινθτιρα ακολουκϊντασ τα παρακάτω βιματα: Για τα ςφάλματα αςφαλείασ (safety errors): Micro CHP control reset error 1291 ok Και για τα κφρια ςφάλματα (master errors): System settings maintenance 1291 reset master error ok. ε περίπτωςθ μθ επιδιόρκωςθσ των ςφαλμάτων, ο χριςτθσ οφείλει να κλείςει το διακόπτθ λειτουργίασ του ςυςτιματοσ ςυμπαραγωγισ, να κάνει reset ςτα ςφάλματα αςφαλείασ και τα κφρια ςφάλματα, και ςτθ ςυνζχεια να κάνει reset λειτουργίασ από το λογιςμικό. Κατά τθ διάρκεια του reset, όταν εξαφανιςτοφν όλεσ οι τιμζσ των πεδίων ςτθν οκόνθ, ο χριςτθσ ανοίγει το διακόπτθ λειτουργίασ και το ςφςτθμα επανζρχεται ςτθν αρχικι του κατάςταςθ, ζτοιμο για λειτουργία. 7. Πώο γίλεηαη ε εμαέξωζε ηνπ ελαιιάθηε; Η εμαέξσζε ηνπ ελαιιάθηε γίλεηαη από ηε βαιβίδα εμαέξσζεο, ε νπνία θαίλεηαη ζηε παξαθάησ εηθόλα. Εικόνα 30: Βαλβίδα Εξαζρωςθσ Ο ρξήζηεο αλνίγεη ηε βαιβίδα κε ην ππάξρνλ γηα ην ζθνπό απηό θιεηδί, κέρξη ην ζεκείν όπνπ παξαηεξεί αέξα λα βγαίλεη από ηε βαιβίδα, θαη αθήλεη ηε βαιβίδα αλνηρηή κέρξη λα παξαηεξήζεη λεξό λα ξέεη ζπλερόκελα από ηε βαιβίδα. ε λ ί δ α 148 150