+ All Categories
Home > Documents > Combustibili, lubrifianti si materiale pentru...

Combustibili, lubrifianti si materiale pentru...

Date post: 01-Feb-2018
Category:
Upload: buinhan
View: 237 times
Download: 1 times
Share this document with a friend
50
Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehicule
Transcript
Page 1: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing.

Francisc Popescu

Combustibili, lubrifianti simateriale pentruautovehicule

Page 2: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Biocombustibili

Page 3: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

BIOETANOLInstalatiile de producere a etanolului din porumb pot fi clasificate in douatipuri:

-Procesare umeda (wet milling) – de capacitate mare si produc pe langaetanol mai multe produse secundare valoroase, cum ar fi siropul deglucoza, dextroza, fructoza, etc;

-Procesare uscata (dry milling) – de capacitate mica si produc exclusivetanol.

Instalatiile de producere a etanolului din porumb sunt mari consumatoare de energie, atattermica cat si electrica, in mare pentru a obtine ~ 1 litri etanol se consuma ~ 2.5 kWt (termic) si~ 0.5 kWh (electric).

S-au efectuat numeroase studii privind eficienta energetica aproducerii de etanol din porumb, unele prezentand unrandament negativ, altele un randament pozitiv …

Un studiu recent efectuat de Argonne National Laboratorysugereaza ca etanolul produce cu ~ 35% mai multa energiedecat este necesar pentru al produce.

Page 4: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Sunggyu Lee, cap.10 - Handbook of Alternative Fuel Technology, 2007, Taylor & Francis Group

Schema tipica a proceslului de producere a etanolului din porumb

Page 5: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Chimia procesului

Majoritatea plantelor sunt formate in principal din biomasalinocelulozica. La randul ei, aceasta este formata in principal din celuloza, hemiceluloza (in principal xiloza) si lignin, toate bogate in zaharuri.

Practic, procesul de obtinerea etanolului din porumbconsta in extragereazaharurilor din celuloza sihemiceluloza, intr-o formapropice fermentarii intr-unalcool.

Privind stoichiometric, 1mol de glucoza produce 2 moli etanol si 2 moli CO2.

Page 6: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Schema unui fermentator Alfa-Laval

Page 7: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

BIODIESEL

Reacţia generală de transesterificare:

RCOOR’ + R’’OH RCOOR’’ +R’OH

Mecanismul de transesterificare a grăsimilor/uleiurilor în bază de catalizator acid

Page 8: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Avantajele utilizării Biodiesel-ului este evident, aşa cumrezultă şi din studiile efectuate de USA NationalBiodiesel Board, U.S. Environmental Protection Agency(EPA) under the Clean Air Act Section 211(b), sintetizateîn tabelul de mai jos.

AVERAGE BIODIESEL EMISSIONS COMPARED TO CONVENTIONAL DIESEL, ACCORDING TO EPA

Emission Type B100 B20

Regulated

Total Unburned Hydrocarbons -67% -20%

Carbon Monoxide -48% -12%

Particulate Matter -47% -12%

Nox +10% +2%

Non-Regulated

Sulfates -100% -20%*

PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)** -80% -13%

nPAH (nitrated PAH’s)** -90% -50%

Ozone potential of speciated HC -50% -10%

În condiţiile în caare flota urbană este compusă din apriximativ 25 % autovehiculeechipate cu motoare diesel, reducerea impactului acestora prin folosirea biodiesel-uluica şi combustibil este evidentă.

Page 9: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Page 10: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Exemplu: esterificare trioleinei (ulei de soia):

Trioleina este o trigliceridă în care toate cele trei lanţuri de acid gras sunt de acid oleic.

Pentru a calcula masa moleculară a trioleinei se numără numărul de atomi de carbon din moleculă şi se multiplică cu 12.011, masa moleculară a carbonului. Făcând acelaşi lucru şi pentru hidrogen (104 x 1.00797) şi oxigen (6 x 16.000) vom obţine masa moleculară a trioleinei de 855.46 [g/mol].

Astfel, un mol de trioleină cântăreşte 885.46 g, trei moli de metanol cântăresc 96.12 g, 3 moli de biodiesel889.50 g şi un mol de glicerină cântăreşte 92.10 g. Reacţia prezentată mai sus este una ideală, în carereactanţi se combină între ei în proporţie de 100%. În realitate însă în urma reacţiilor rămân reziduuri careconduc la reacţii incomplete. Din această cauză reacţia se „ajută” prin introducerea de reactanţi în exces, deobicei adăugându-se între 60 şi 100 % mai mult metanol decât cel necesar teoretic desfăşurării reacţie detransesterificare.

Page 11: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Reacţia de transesterificare a trioleinei cu un exces de 100 % (XS) metanol

Făcând bilanţul masic, reacţia de transesterificare cu adaos 100 % de metanol pentru 100 [kg] ulei devine:

La reacţia de transesterificare se adaugă un catalizator, de obicei hidroxid de sodiu (sau o altă substanţă

puternic bazică), pentru a asigura viteza reacţiei. Catalizatorul se introduce în proporţie de aproximativ 1 % din

masa uleiului iar la finalul reacţiei se va regăsi în mare parte combinat în glicerol.

Densităţile reactanţilor sunt:

Trioleină: 0.8988 [kg/l]

Metanol: 0.7914 [kg/l]

Metil oleat (Biodiesel): 0.8739 [kg/l]

Glicerol: 1.2613 [kg/l]

De acestea este nevoie dacă dorim să facem bilanţul volumic al reacţiei de transesterificare. Astfel, pentru

100 litrii de ulei vom avea:

Page 12: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Cerinţe de calitate pentru biodiesel

Proprietatea Metoda Limita Unitatea

Temperatura de

aprindereD 93 130 min ° C

Apă şi sedimente D 2709 0.050 max. %

Vâscozitate cinematică,

40 ° CD 445 1.9 – 6.0 mm2/s

Cenuşă sulfurică D 874 0.020 max. %

Sulf total D 5453 0.05 max. %

Coroziunea cuprului D 130 Nr. 3 max.

Cifra cetanică D 613 47 min

Reziduul de carbon D 4530 0.050 max. %

Aciditate D 664 0.80 max. mg KOH/g

Glicerol liber D 6584 0.020 %

Glicerol total D 6584 0.240 %

Fosfor D 4951 0.0010 %

Punct de distilare în

vacuumD 1160

360 °C max. la

90% distilatº C

Page 13: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

BIODIESEL DIN ALGE

Nevoia de a descoperii resurse alternative, care să îmbogăţească resursele clasice

de obţinere a biodiselului (uleiuri vegetale şi grăsimi animale) dar şi criza ţiţeiului din anii

`70 la implicarea politicului şi a organizaţiilor guvernamentale din întreaga lume în

efortul global de găsire a unor resurse cât mai bogate de materie primă pentru

producerea de biocombustibili regenerabili.

Primele cercetări cu privire la posibilitatea de a utiliza anumite specii de alge ca şi

materie primă pentru producerea de biodiesel prin transesterificare a aparţinut italienilor

(încă din 1972) însă popularizarea acestei resurse a fost făcută de Departamentul de

Energie al Statelor Unite ale Americi, prin Departamentul de Dezvoltare de Combustibili

(U.S. Department of Energy’s Office of Fuels Development) care între 1978 şi 1996 a

finanţat un program special, numit Aquatic Species Progam sau ASP al cărui singur

scop era găsirea unor specii de alge cu conţinut lipidic bogat şi care să poată fi crescute

în iazuri iar procedeele de colectare şi transesterificare aplicabile să fie economic

sustenabile.

Page 14: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Practic, microalgele sunt o remarcabilă uzină biologică capabilă să preia deşeul

CO2 (energie zero) şi să-l convertească într-o formă pură de energie, ulei natural.

Această abilitate specială a microalgelor, de a prelua CO2 de tip deşeu (spre exemplu

evacuat de termocentrale) şi de al convertii în proporţie de până la 90% într-o formă

utilizabilă de energie le conferă un avantaj major în faţa altor forme biologice de resurse

energetice regenerabile.

Acest concept energetic a primit şi o denumire în anii `80, „the quads mentality”,

mentalitatea quad, unde quad este prescurtarea în engleză a „quadrillion Btus” adică o

unitate de energie reprezentând 1015 Btu de energie.

Practic, studiile dezvoltate de Departamentul de Energie al S.U.A a arăt că dacă s-

ar crea ferme de alge pe o suprafaţă de 200000 hectare din suprafaţa S.U.A (adică sub

0.1% din terenul disponibil în S.U.A) s-ar putea obţine un quad de energie (1015 Btu).

Page 15: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Page 16: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Exemplu de ciclu al algelor

Page 17: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Exemplu: ferma de microalge, verticala, in folie de plastic

http://electrictreehouse.com/algae-biodiesel-extracting-oil-from-algae/

Page 18: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Exemplu: ferma de microalge, in tuburi (sticla, plastic, fibre)

http://www.smartplanet.com/blog/smart-takes/algae-based-biofuel-can-have-4x-carbon-footprint-of-petro-diesel-study-says/9708

Page 19: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Exemplu: ferma de microalge, clasica, in iaz

http://algaeforbiofuels.com/algae-waste-water-treatment-biofuel-production/

Page 20: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Page 21: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Craig Venter's Synthetic Genomics

Page 22: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Page 23: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Page 24: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Combustibili fosili sunt hidrocarburi (substanţe alcătuitedin hidrogen şi carbon) formate din rămăşiţele fosilizateale plantelor şi animalelor, care, precum ne spune şidenumirea de "combustibili", degajă o mare cantitatede energie prin ardere.Cărbunii sunt roci sedimentare, având culori carevariază de la negru la brun. Cărbunii s-au format prindescompunerea anaerobă a resturilor vegetale,provenite din ere geologice îndepărtate. După moarteaplantelor, rămăşiţele acestora, ajunse pe fundulmlaştinilor (mediu anaerob), sunt descompuse în lipsaaerului de către microorganisme anaerobe. După operioadă scurtă şi o serie de procese anaerobe, dinaceste resturi vegetale se formează un cărbuneinferior, numit turbă.

De-a lungul timpului, peste acest cărbune se depunstraturi noi de sedimente, astfel acesta fiind supus un presiuni şi temperaturi din ce în ce mai mari. În funcţiede presiunea la care a fost supusă turba şi vechimeasa, cărbunele format poate fi cărbune brun, lignit, antracit sau huilă.

Page 25: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Petrolul este o hidrocarbură, formată prin descompunerea anaerobă asubstanţelor organice de origine animală, rezultate ca urmare a marilorextincţii, care au avut loc în ere geologice îndepărtate. Procesul de formareal petrolului este asemănător cu cel prin care se formează şi cărbunele,diferă doar prin faptul că substanţele organice din care se formează suntde origine animală şi nu vegetală ca şi în cazul cărbunelui. Petrolul s-aformat în special pe fundurile mărilor şi oceanelor dar nu numai. De obicei,petrolul este însoţit în zăcământ de gaze de asociaţie, care îl împing lasuprafaţă la deschiderea zăcământului.

Page 26: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Gazele naturale sunt gaze care se găsesc în zăcăminte aflate la adâncimimari în scoarţa terestră. Principalul constituent al gazelor naturale estemetanul, însoţit de alte gaze cu o structură asemănătoare.

Gazele iau naştere prin procese asemănătoare cu cele prin care ia naşterepetrolul, pe care îl însoţesc frecvent. Se formează prin descompunereaanorganică a diferitelor resturi vegetale şi animale.

Gazul natural este un amestecputernic inflamabil, de regulăinsipid şi indoor cu otemperatura de aprindere decirca 600˚. Este un gaz maiusor decat aerul. Cea mai mareparte a gazelor naturale s-auformat în urma cu 15 până la600 milioane de ani,

Page 27: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Puţin despre energia solara …

Energia solara este energia obţinuta din radiaţia solara care ajunge

la suprafaţa pamantului.

Sistemele energetice solare pot fi clasificate in:

-sisteme energetice mici, utilizate la alimentarea cu energie (electrica si/sau calorica) alocuinţelor individuale, autovehicule, echipamente electronice

-sisteme energetice mari, utilizate la alimentarea cu energie (electrica si/sau calorica) agrupurilor de locuinţe sau unitati industriale

Pe măsura ce radiaţia solara trece prin atmosfera este absorbita, reflectata si imprastiata demoleculele de aer, vapori de apa, particule, poluanţi, etc. Aceasta se numeşte radiaţie difuza.Partea din radiatia solara care ajunge pe pamant fara sa fie absorbita, reflectata si imprastiata senumeşte radiaţie directa. Suma celor doua se numeşte radiaţie globala. Condiţiile atmosfericepot reduce radiaţia globala cu pana la 10% in zilele cu cer senin si uscat si cu pana la 100% inzilele noroase si cu umiditate mare.

Radiatia solara se exprima in kWh/m2 daca se utilizeaza laproducerea de energie electrica si in BTU/ft2 (J/m2) daca seutilizeaza la producerea de energie calorica

Page 28: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Page 29: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Celule fotovoltaice

Celulele fotovoltaice convertesc radiatia solara in energie electrica. Se mainumesc celule solare.

Fenomenul a fost descoperit in 1839 de Edmond Becquerel, insa procesul afost inteles pe deplin abia dupa un secol. Practic, radiatia solara poate fireflectata, absorbita sau pur si simplu sa treaca prin materialul celulei, insadoar radiatia absorbita produce curent electric. Energia radiatie absorbiteeste transferata electronilor din atomii materialului celulei, un materialsemiconductor. Cu acest aport energetic electronii “scapa” din atomcreand un camp electric (curect) intr-un circuit.

Practic, o celula fotovoltaica este formata dindoua materiale semiconductoare alaturate,unul cu abundenta de legaturi libere intreatomi (P-type) si celalalt cu abundenta deelectroni (N-type).

Page 30: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Pentru realizarea contactelor se utilizeaza (cel mai frecvent) SnO2

In mod uzual, stratul de acoperire antireflexiese realizeaza din SiO. O tehnica moderna deacoperire este cea chimica, prin crearea deforme geometrice (piramide) pe suprafatacelulei care au rolul de a capta radiatia (altfelreflectata) si a o trimite in metrialulsemiconductor.

Page 31: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Concentratoare solare:

-lineare

-parabolice

-turn

Page 32: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

300 MW

Page 33: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Puţin despre energia eoliana …Energia eoliană este o sursă de energie regenerabilă generată din putereavântului. La sfârșitul anului 2006, capacitatea mondială a generatoareloreoliene era de 73904 MW, acestea producând ceva mai mult de 1% dinnecesarul mondial de energie electrică.Deși încă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritateațărilor, producția energiei eoliene a crescut practic de cinci ori între 1999 și2006, ajungându-se ca, în unele țări, ponderea energiei eoliene înconsumul total de energie să fie semnificativ: Danemarca (23%), Spania(8%), Germania (6%).

Page 34: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Puţin despre energia hidro …Primele centrale hidroelectrice apar in plin triumf al aburului si alfebrei pentru perfectionarea motoarelor cu combustie interna. Eleau fost construite in Marea Britanie (1881) si apoi in SUA (1895).Dupa aceste reusite tarile care care atinsesera un grad suficient deavansat al industrializarii si care dispuneau de locuri in care seputeau construi baraje, in special ca alternativa la combustibilii fosiliau gasit atractiva constructia de centrale hidroelectrice. Motivelesunt evidente: se elimina folosirea carbunelui, combustibil cu efectenocive atat asupra sanatatii cat si asupra mediului inconjurator si nuin ultimul rand energia hidro constituie o sursa ieftina de energie.Proliferarea surselor de energie pe seama centralelor hidroelectrice afost privita, de toate tarile care aveau privilegiul natural de a o puteafolosi, ca o parte fundamentala a valului viitorului.

E = mgh

Page 35: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Energia valurilor

In oprerare din 1966, prima si cea mai mare din lume, in Franta, pe un estuar

Energia ce poate fi captata prin exploatarea energiei potentiale rezultatedin deplasarea pe verticala a masei de apa la diferite niveluri sau a energiei cinetice datorate curentilor de maree. Energia mareelor rezultadin fortele gravitationale ale Soarelui si Lunii, precum si ca urmare a rotatiei terestre

Page 36: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Biomasa este partea biodegradabilă a produselor, deșeurilor și reziduurilor din agricultură,inclusiv substanțele vegetale și animale, silvicultură și industriile conexe, precum și parteabiodegradabilă a deșeurilor industriale și urbane. (Definiție cuprinsă în Hotărârea nr. 1844 din2005 privind promovarea utilizării biocarburanților și a altor carburanți regenerabili pentrutransport).Biomasa reprezintă resursa regenerabilă cea mai abundentă de pe planetă. Aceasta includeabsolut toată materia organică produsă prin procesele metabolice ale organismelor vii. Biomasaeste prima formă de energie utilizată de om, odată cu descoperirea focului.

Puţin despre energia biomasa …

Forme de valorificare energetică a biomasei (biocarburanți):- Arderea directă cu generare de energie termică.- Arderea prin piroliză, cu generare de singaz (CO + H2).- Fermentarea, cu generare de biogaz (CH4) sau bioetanol (CH3-CH2-OH)- în cazul fermentării

produșilor zaharați; biogazul se poate arde direct, iar bioetanolul, în amestec cu benzina, poatefi utilizat în motoarele cu combustie internă.- Transformarea chimică a biomasei de tip ulei vegetal prin tratare cu un alcool și generare deesteri, de exemplu metil esteri (biodiesel) și glicerol. În etapa următoare, biodieselul purificat sepoate arde în motoarele diesel.- Degradarea enzimatică a biomasei cu obținere de etanol sau biodiesel. Celuloza poate fidegradată enzimatic la monomerii săi, derivați glucidici, care pot fi ulterior fermentați la etanol.

Page 37: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Page 38: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Biomasa lemnoasa

Suprafata totala acoperita cu paduri – 6,22 milioane hectare

Volumul total de lemn – 1,6 miliarde mc;

Cresterea anuala a padurilor 33.000.000 mc/an;

Potential exploatabil – 20.000.000 – 22.000.000 mc/an

Specii de paduri:

• 31% - conifere (molid, brad, pin Scot, zada, brad Douglas);

• 30% - fag;

• 19% - stejar;

• 14% - diverse specii tari (carpen, frasin, artar, cires, etc);

• 6% - diverse specii moi (tei, plop, salcie, etc).

Puterea calorifica medie reziduuri rezultate din silvicultura – 10500 kJ/kg

(2500 kcal/kg)

Puterea calorifica medie reziduuri rezultate din industria de prelucrare a

lemnului – 14900 kJ/kg (3550 kcal/kg)

Page 39: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Page 40: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Reacţia generală de transesterificare:

RCOOR’ + R’’OH RCOOR’’ +R’OH

Mecanismul de transesterificare a grăsimilor/uleiurilor în bază de catalizator acid

Biodiesel…

Page 41: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Page 42: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

BIODIESEL DIN ALGE

Nevoia de a descoperii resurse alternative, care să îmbogăţească resursele clasice

de obţinere a biodiselului (uleiuri vegetale şi grăsimi animale) dar şi criza ţiţeiului din anii

`70 la implicarea politicului şi a organizaţiilor guvernamentale din întreaga lume în

efortul global de găsire a unor resurse cât mai bogate de materie primă pentru

producerea de biocombustibili regenerabili.

Primele cercetări cu privire la posibilitatea de a utiliza anumite specii de alge ca şi

materie primă pentru producerea de biodiesel prin transesterificare a aparţinut italienilor

(încă din 1972) însă popularizarea acestei resurse a fost făcută de Departamentul de

Energie al Statelor Unite ale Americi, prin Departamentul de Dezvoltare de Combustibili

(U.S. Department of Energy’s Office of Fuels Development) care între 1978 şi 1996 a

finanţat un program special, numit Aquatic Species Progam sau ASP al cărui singur

scop era găsirea unor specii de alge cu conţinut lipidic bogat şi care să poată fi crescute

în iazuri iar procedeele de colectare şi transesterificare aplicabile să fie economic

sustenabile.

Practic, microalgele sunt o remarcabilă uzină biologică capabilă să preia deşeul CO2 (energiezero) şi să-l convertească într-o formă pură de energie, ulei natural. Această abilitate specială amicroalgelor, de a prelua CO2 de tip deşeu (spre exemplu evacuat de termocentrale) şi de alconvertii în proporţie de până la 90% într-o formă utilizabilă de energie le conferă un avantajmajor în faţa altor forme biologice de resurse energetice regenerabile.

Page 43: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Exemplu de ciclu al algelor

Page 44: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Exemplu: ferma de microalge, verticala, in folie de plastic

http://electrictreehouse.com/algae-biodiesel-extracting-oil-from-algae/

Page 45: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Exemplu: ferma de microalge, in tuburi (sticla, plastic, fibre)

http://www.smartplanet.com/blog/smart-takes/algae-based-biofuel-can-have-4x-carbon-footprint-of-petro-diesel-study-says/9708

Page 46: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Exemplu: ferma de microalge, clasica, in iaz

http://algaeforbiofuels.com/algae-waste-water-treatment-biofuel-production/

Page 47: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Procedeele utilizate pentru obţinerea căldurii se bazează în general pe transformarea energieichimice a combustibililor în cadrul proceselor de ardere.Studiul termodinamic al arderii presupune aprecierea posibilităţii de desfăşurare a proceselor deardere pe baza energiei reactanţilor şi stabilirea produselor finale, fără a se realiza o analiză acineticii arderii, prin urmărirea mecanismului reacţiei chimice, a fazelor care o compun şi avitezei de desfăşurare a acesteia.În funcţie de starea de agregare, combustibilii se clasifică în trei grupe mari: solizi, lichizi şi gazoşi

În esenţă un combustibil se compune din masa combustibilă, formată din componentele activecare participă la procesul de ardere şi balastul, reprezentat din compuşii care nu iau parte laacest proces.

La general, elementele chimice din care este format un combustibil solid sau lichid sunt carbonul(c), hidrogenul (h), sulful (s), azotul (n), oxigenul (o), umiditatea (w) şi cenuşa (a). Suma acestorparticipaţii trebuie să îndeplinească condiţia de normare astfel:

1awonshc

CALCULUL ARDERII COMBUSTIBILILOR

Page 48: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Puterea calorică a unui combustibil, notată cu H, reprezintă căldura degajată prin ardereaperfectă a unităţii de cantitate de combustibil, raportată la o temperatură de referinţă. Pentrucombustibilii lichizi şi solizi, puterea calorică se exprimă în kJ/kg, iar pentru combustibilii gazoşi,în kJ/m3

În funcţie de starea de agregare, în care se evacuează apa produsă prin ardere, se

definesc:

-puterea calorică superioară (Hs), în care caz apa este evacuată în stare lichidă;

-puterea calorică inferioară (Hi), în care caz apa este evacuată în stare de vapori.

Relaţia dintre cele două puteri calorice este :

)wh9(rHH si [kJ/kg]

unde 9h + w reprezintă cantitatea de apă rezultată prin oxidarea hidrogenului, plus umiditatea de combustibil; iar r reprezintă căldura de vaporizare

-pentru combustibili solizi şi lichizi

w2510s92508

oh120120c33900H i

[kJ/kg]

Page 49: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Calculul Arderii. Exemple.

Compoziţia volumetrică a gazului natural utilizat în reţeaua municipiului Timişoara este:

Metan

(CH4)c = 0.9905

Etan (C2H6)c = 0.00144

Propan (C3H8)c = 0,00025

Izo – butan

N – butan(C4H10)c = 0.00012

Izo – pentan

N – pentan(C5H12)c = 0.00005

Azot (N2)c = 0-00663

Oxigen (O2)c = 0.00042

Dioxid de carbon (CO2)c = 0.00054

având puterea calorifică inferioară: Hi = 37000 kJ/m3N Pentru calculul arderii

combustibililor gazoşi sau folosit relaţiile stoichiometrice de mai jos

212510483624min 85.655.32 OHCHCHCHCCHO

21.0

minmin

OL

2125104836242 5432 COHCHCHCHCCHVCO

125104836242 65432 HCHCHCHCCHV OH

min22

21.0

79.0ONV N

22 NCOgu VVV

OHgugt VVV 2

OH

aOHOH

dLVV

2

min22

1000

min)1( LVV gugu

OHgugt VVV 2

VN2 = V°N2 + 0.79·( - 1)·Lmin

Presupunând că se arde 1 m3N de

combustibil şi alegând = 1.15 [-], rezultă:

Omin = 1.98805 m3N/m3N

Lmin = 9.4669 m3N/m3N

VCO2 = 0.9954 m3N/m3N

V°H2O = 1.98722 m3N/m3N

V°N2 = 7.48548 m3N/m3N

V°gu = 8.48088 m3N/m3N

V°gt = 10.4681 m3N/m3N

VH2O = 2.07552 m3N/m3N

VN2 = 8.60731 m3N/m3N

Vgu = 9.90092 m3N/m3N

Vgt = 10.5564 m3N/m3N

Page 50: Combustibili, lubrifianti si materiale pentru autovehiculefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/suport_curs... · producerea de biocombustibili regenerabili. Primele

Suport curs “Combustibili, Lubrifianti si material pentru autovehicule”, an III-AR Conf.dr.ing. Francisc Popescu

Calculul Arderii. Exemple.

În acest calcul s-a considerat un combustibil solid (ex. lemn) având următoarea

compoziţie elementară:

C = 44.01 %

H = 5,47 %

O = 40.83 %

N = 2.02 %

Ai = 1,67 %

Wt = 6 %

Puterea calorifică inferioară a fost calculată cu relaţia:

kgkcalWSO

HCH ti /5.3632251092508

12012033900

83

12

41.21min

SOHCO

21.0

minmin

OL

CVCO 12

41.222

min2

21.0

79.0

28

41.22ONV N

OH

a

tOH

dLWHV

2

min2

1000245.1205.11

OHgugt VVV 2

Presupunând că se arde 1 m3N de combustibil şi alegând = 1.15 [-], rezultă:

Omin = 0.8443 m3N/kg

Lmin = 4.0204 m3N/kg

VCO2 = 0.8217 m3N/kg

V°N2 = 3.1843 m3N/kg

V°gu = 4.006 m3N/kg

V°H2O = 0.7492 m3N/kg

V°gt = 4.006 m3N/kg


Recommended