Simulation of the evaporation of drops from palm and castor oil biodiesels based on physical properties

Maria Luisa Botero; Alejandro Molina

doi:10.17533/udea.redin.14651

Autores/as

Maria Luisa Botero Universidad Nacional de Colombia
Alejandro Molina Universidad Nacional de Colombia

DOI:

https://doi.org/10.17533/udea.redin.14651

Palabras clave:

diesel, biodiesel, transferencia de calor, evaporación de gotas

Resumen

La disminución de reservas y la producción de gases efecto invernadero por parte de los combustibles fósiles han aumentado el uso de biodiesel en motores de combustión interna. Si bien las propiedades físico-químicas del biodiesel son lo suficientemente similares a las del diesel para permitir su uso puro en motores diesel sin necesidad de hacer ajustes de consideración en el motor, la diferente estructura química del diesel y biodiesel causa cambios en la velocidad de evaporación y combustión que pueden afectar el desempeño del motor. En este estudio se desarrolló un modelo que predice la velocidad de evaporación de gotas de biodiesel de palma y ricino a presión atmosférica el cual se validó con resultados experimentales de la evaporación de una gota de n-heptano obtenidos de la literatura. El modelo calcula las propiedades termo-físicas de los combustibles utilizando la teoría de contribución de grupos y predijo que el biodiesel de ricino presenta un tiempo de evaporación mayor que el de palma debido a diferencias en sus propiedades físicas como densidad y entalpía de vaporización las cuales se explican por la diferente composición química del biodiesel y los grupos funcionales presentes en sus alquil ésteres.

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Biografía del autor/a

Maria Luisa Botero, Universidad Nacional de Colombia

Bioprocesos y Flujos Reactivos, Facultad de Minas.

Alejandro Molina, Universidad Nacional de Colombia

Bioprocesos y Flujos Reactivos, Facultad de Minas.

Citas

K. Bozvas. “Biodiesel as an alternative motor fuel: Production and policies in the European Union”. Renewable and Sustainable Energy Reviews. Vol. 12. 2008. pp. 542-552. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2005.06.001

M. Fangrui, A. H. Milford. “Biodiesel production: a review”. Bioresource Technology. Vol. 70. 1999. pp. 1-15.

S. A. Basha, K. Gopal, S. Jebaraj. “A review on biodiesel production, combustion, emissions and performance”. Renewable and Sustainable EnergyReviews. Vol. 13. 2008. pp. 1628-1634. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2008.09.031

A. Murugesan, C. Umarani, R. Subramanian, N. Nedunchezhian. “Bio-diesel as an alternative fuel for diesel engines-A review”. Renewable and Sustainable Energy Reviews. Vol. 13. 2009. pp. 653-662. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2007.10.007

C. K. Law. Combustion Physics. Ed. Cambridge Press. New York. 2006. pp. 213-217.

W. A. Sirignano. “Fuel droplet vaporization and spray combustion theory”. Progress in Energy Combust Science. Vol. 9. 1983. pp. 291-322. DOI: https://doi.org/10.1016/0360-1285(83)90011-4

J. B. Heywood. Internal Combustion Engine Fundamentals. Ed. McGraw Hill. México. 1988. pp. 491-502.

G. Castanet, P. Lavieille, F. Lemoine, M. Lebouché, A. Atthasit, Y. Biscos. “Energetic budget on an evaporating monodisperse droplet stream using combined optical methods Evaluation of the convective heat transfer”. International Journal of Heat and Mass Transfer. Vol. 45. 2002. pp. 50-67. DOI: https://doi.org/10.1016/S0017-9310(02)00204-1

C. Maqua, G. Castanet, F. Lemoine. “Bicomponent droplets evaporation: Temperature measurements and modelling”. Fuel. Vol. 87. 2008. pp. 2932-2942. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2008.04.021

C. Maqua, G. Castanet, F. Grisch, F. Lemoine, T. Kristyadi, S. S. Sazhin. “Monodisperse droplet heating and evaporation: Experimental study and modelling”. International Journal of Heat and Mass Transfer. Vol. 48. 2008. pp. 3261-3275.

H. Nomura, H. Yasushige, H. J. Rath, S. Junichi, K. Michikata. “Experimental study on highpressure droplet evaporation using microgravity conditions”. Proc. Comb. Inst. Vol. 26. 1996. pp. 1267- 1273. DOI: https://doi.org/10.1016/S0082-0784(96)80344-4

A. P. Kryukov, V. Levashov, Yu, S. S. Sazhin. “Evaporation of diesel fuel droplets: Kinetics versus hydrodynamic models”. International Journal of Heat and Mass Transfer. Vol. 47. 2007. pp. 2541-9. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2004.01.004

S. S. Sazhin, P. A. Krutitskii, W. A. Abdelghaffar, E. M. Sazhina, S. V. Mikhalovsky, S. T. Meikle, M. R. Heikal. “Transient heating of diesel fuel droplets”. International Journal of Heat and Mass Transfer. Vol. 47. 2004. pp. 3327-2240. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2004.01.011

S. S. Sazhin, W. A. Abdelghaffar, P. A. Krutitskii, E. M. Sazhina, M. R. Heikal. “New approaches to numerical modelling of droplet transient heating and evaporation”. International Journal of Heat and Mass Transfer. Vol. 48. 2005. pp. 4215-28. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2005.04.007

S. S. Sazhin, W. A. Abdelghaffar, M. R. Heikal. “Models for droplet transient heating: Effects on droplet evaporation, ignition, and break-up”. International Journal of Thermal Sciences. Vol. 44. 2005. pp. 610- 22. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2005.02.004

S. S. Sazhin, T. Kristyadi, W. A. Abdelghaffar, M. R. Heikal. “Models for fuel droplet heating and evaporation: Comparative analysis”. Fuel. Vol. 85. 2006. pp.1613-1630. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2006.02.012

G. A. E. Godsave. “Studies of the combustion of drops in a fuel spray-the burning of single drops of fuel”. Proceedings of the Combustion Institute. Vol. 4. 1953. pp. 818-30. DOI: https://doi.org/10.1016/S0082-0784(53)80107-4

S. L. Manzello, M. Y. Choi, A. Kazakov, F. L. Dryer, R. Dobashi, T. Hiranothe. “Burning of large n-Heptane droplets in microgravity”. Proceedings of the Combustion Institute. Vol. 28. 2002. pp.1079-1086. DOI: https://doi.org/10.1016/S0082-0784(00)80317-3

S. R. Turns. An introduction to combustion: Concepts and applications. 2ª ed. Ed McGraw-Hill. New York. 2001. pp. 1613-30

D. B. Spalding. “The combustion of liquid fuels”. Proceedings of the Combustion Institute. Vol. 4. 1953. pp. 847-64. DOI: https://doi.org/10.1016/S0082-0784(53)80110-4

W. Yuan A. C. Hansen, Q. Zhang. “Predicting the physical properties of biodiesel for combustion modelling”. American Society of Agricultural Engineers. Vol. 46. 2003. pp. 1487-1493. DOI: https://doi.org/10.13031/2013.15631

G. Knothe. “Dependence of biodiesel fuel properties on the structure of fatty acid alkyl esters”. Fuel Processing Technology. Vol. 86. 2005. pp. 1059-1070. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2004.11.002

P. Benjumea, J. Agudelo, A. Agudelo. “Basic properties of palm oil biodiesel diesel blends”. Fuel. Vol. 87. 2008. pp. 2069-2075. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2007.11.004

R. C. Reid, J. M. Prausnitz, B. R. Poling. Properties of gases and liquids. 5a ed. Ed. McGraw Hill. 1986. pp. 3.6-3.8, 4.35-4.38, 7.19-7.24,10.12.

R. E. Tate, K. C. Watts, C. A. W Allen, K. I. Wilkie. “The densities of three biodiesel fuels at temperatures up to 300ºC”. Fuel. Vol. 85. 2006. pp. 1004-9. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2005.10.024

J. Wei. Product Engineering: Molecular Structure and Properties. Ed. Oxford University Press. 2007. pp. 72- 124. DOI: https://doi.org/10.1093/oso/9780195159172.003.0017

G. W. Castellan. Physical Chemistry. 3a. ed. Ed. Addison-Wesley Publishing Company. New York. 1983. pp. 85-90.

G. Waddington, S. S. Todd, H. M. Huffman. “An improved flow calorimeter. Experimental vapor heat capacities and heats of vaporization of n-heptane and 2,2,3-trimethylbutane”. Journal of the American Chemical Society. Vol. 69. 1947. pp. 22-30. DOI: https://doi.org/10.1021/ja01193a007

Nist Chemistry Webbook. http://webbook.nist.gov/chemistry/. Consultada el 17 de abril de 2009.

D. Goodwin. Cantera, object-oriented software for reacting flows. http://www.cantera.org. Consultada el 20 abril de 2009.

B. J. McBride, S Gordon. Computer program for calculation of complex chemical equilibrium compositions and applications. “Lewis Research Center, National Aeronautics and Space Administration”. Vol. 177. 1996.