Effect of nano-fuel additive on emission reduction in a biodiesel fuelled CI engine

Abstract

The present investigation is to study the effect of Nanofuel additives [Magnalium (Al-Mg) and cobalt oxide (Co 3 O 4 )] on the performance and emission characteristics of Jatropha biodiesel (B100) in a single cylinder, air cooled, direct injection diesel engine. Ball mill (Magnalium) and Sol-Gel (Cobalt oxide) processes were adopted for Nano-particle preparation. The obtained particle size range is from 38 -70 nm. The particle size is characterised using scanning electron microscope (SEM). The Nano particles (100 mg/l) were dispersed in the fuel by an ultrasonicator with the assistance of optimised surfactant concentration. It was noticed that the addition ofNano cobalt oxide additive reduced specific energy consumption at part load and full load conditions. Cobalt oxide acts asan oxygen buffer which improves the combustion and reduces the emissions. The introduction of Nano-fuel additive resulted in maximum reduction of about 60% in unburnt hydrocarbon (UBHC) and 50% reduction in carbon monoxide at full load and 75% load respectively for neat biodiesel operation. It was observed that NO x emission were higher at neat biodiesel operation compared with neat diesel operation and it was countered by introduction of Nano-fuel additive which resulted in 45% reduction in NO x emission at the same biodiesel operation. Magnalium particles are highly energetic materials and it reduces the energy consumption and improves the thermal efficiency, the reason is that, the additive releases energy during combustion, in addition to the liquid fuel. Magnalium improves the atomisation by means of micro explosion phenomena and hence it reduces the pollution formation. Due to micro explosion, the air/fuel mixing will be proper and hence it results in 70% reduction in HC emission and 41 % reduction in CO emission for B100 with additive at part load and full load conditions respectively. It was also noticed that, additive act as a heat sink and reduces the in-cylinder temperature which results in 30% reduction in NO x emission at 75% load for B100 with additive. (Abstract)

Combustion of Mechanically Alloyed Al∙Mg Powders in Products of a Hydrocarbon Flame

“…Most experiments employed high pressure environments and used coarse particles (Roberts et al, 1993;Zenin et al, 2011). Very few studies systematically vary the Al/Mg ratio (Breiter et al, 1971(Breiter et al, , 1983Ozerov and Yurinov, 1978;Roberts et al, 1993), while most experiments (Popov et al, 1973;Poyarkov, 1967;Yuasa and Takeno, 1982;Zenin et al, 2011) and practical applications (Corbel et al, 2012;Disimile and Toy, 2008;Ganesh and Gowrishankar, 2011;Habu, 2008;Habu and Hori, 2006;Liu et al, 1996;Murata et al, 2000;Obuchi et al, 2008) were focused on magnalium or a common composition with the Al/Mg mass ratio of one. The oxidizing environments considered in the literature include air (Aly et al, 2014), pure oxygen (Roberts et al, 1993), CO 2 and N 2 O 2 (Zenin et al, 2011), and H 2 O (Ozerov and Yurinov, 1978); however, combustion of the Al • Mg alloys in mixed oxidizers has not been considered.…”

Predicción y análisis de emisiones de mezclas combustibles diésel/biodiésel modificadas con nanopartículas de alúmina y ácido oleico

“…Esto representa un impacto directo sobre la calidad del aire, y favorece el uso de sistemas postcombustión disminuyendo los riesgos de taponamiento, corrosión, entre otros. [1,6]. En relación a los óxidos nitrosos, los resultados revelaron un incremento desde 2,1g/kWh hasta 3,1g/kWh a 2000rpm con la adición de las nanopartículas a la mezcla combustible en la concentración máxima de 20ppm.…”

“…En respuesta a la demanda de combustibles de mayor calidad se ha evaluado el efecto de incorporar materiales aditivos (metales y sustancias orgánicas) con el propósito de mejorar las propiedades físico-químicas de las mezclas de combustibles diésel/biodiésel [3,4] Entre los materiales evaluados como potenciales aditivos de mezclas combustibles se destacan los sintetizados en la escala nanométrica, los cuales presentan como ventajas la presencia de una mayor cantidad de sitios activos, lo cual los hace ver como catalizadores más eficientes capaces de asistir en los procesos de oxidación de los combustibles durante la combustión sin posibilidad de generar obstrucciones en los sistemas de filtros e inyección en motores (caso de aditivos en el orden de micras), además de reducir el desgaste de las partes móviles del motor [3,5]. Entre las nanopartículas estudiadas se encuentran el óxido de cerio [1], óxido de cobalto y aleaciones de magnesio-aluminio [6], como también las nanopartículas de alúmina (Al 2 O 3 ) las cuales pueden obtenerse a través de síntesis química de bajo costo, ofreciendo mejoras en la reducción de emisiones de gases contaminantes y rendimiento en la combustión [4]. Ganesh y Gowrishankar estudiaron la aplicación de nanopartículas de óxido de cobalto como aditivos para la combustión de hidrocarburos, observando una reducción significativa en las emisiones de NOx, atribuida a la descomposición del monóxido de nitrógeno (NO) en la superficie reactiva del óxido de cobalto [6].…”

“…Entre las nanopartículas estudiadas se encuentran el óxido de cerio [1], óxido de cobalto y aleaciones de magnesio-aluminio [6], como también las nanopartículas de alúmina (Al 2 O 3 ) las cuales pueden obtenerse a través de síntesis química de bajo costo, ofreciendo mejoras en la reducción de emisiones de gases contaminantes y rendimiento en la combustión [4]. Ganesh y Gowrishankar estudiaron la aplicación de nanopartículas de óxido de cobalto como aditivos para la combustión de hidrocarburos, observando una reducción significativa en las emisiones de NOx, atribuida a la descomposición del monóxido de nitrógeno (NO) en la superficie reactiva del óxido de cobalto [6]. En otros estudios, Jones et al investigaron el efecto de las nanopartículas de alúmina en la mejora de propiedades del bioetanol, observando un incremento en la eficiencia de combustión.…”

Influence of Aluminium Oxide Nanoparticles in a Compression Ignition Engine with Simarouba Biodiesel

“…process technologies and vegetable oils used [9]. The nanofluids having high surface to volume ratio which will contribute in better and complete combustion [10].…”