Effect of biogas enriched with hydrogen on the operation and performance of a diesel-biogas dual engine

Abstract

ABSTRACT: The effect of hydrogen enrichment was tested for a diesel-biogas dual fuel engine. The operation and performance characteristics, such as thermal efficiency, pollutant emissions and combustion parameters were determined. Experiments have been carried with a stationary compression ignition (CI) engine coupled with a generator in dual mode using a typical biogas composition of 60% vol. CH4 and 40% vol. CO2. For every load engine evaluated, the hydrogen concentration was varied from 5 to 20% H2 v/v. The results showed increases in peak pressure chamber up to 10.7 bar, and diesel substitution levels up to 80% under conditions of steady combustion without knocking. Also, thermal efficiency increases up to 16% and carbon monoxide emissions decreases up to 13% at full load, and 20% of hydrogen in engines operating in diesel-biogas dual mode.

RESUMEN: El efecto del enriquecimiento con hidrógeno fue probado en un motor dual diesel-biogás. Las características de operación y rendimiento, tales como eficiencia térmica, emisiones contaminantes y parámetros de combustión fueron determinados. Los experimentos se llevaron a cabo en un motor estacionario de ignición por compresión (CI) acoplado con un generador en modo dual utilizando un biogás con una composición típica de 60% vol. CH4 y 40% vol. CO2. Para cada grado de carga evaluado, la concentración de hidrógeno fue variada desde 5 a 20% H2 v/v. Los resultados mostraron incrementos en la presión máxima en la cámara de combustión de hasta 10.7 bar y en los niveles de sustitución de diesel de hasta 80% bajo condiciones de combustión estable sin golpeteo, así como también incrementos en la eficiencia térmica de hasta 16%. Así mismo, se presentaron disminuciones en las emisiones de monóxido de carbono de hasta 13% para las condiciones de carga plena y 20% de hidrógeno con respecto al motor operando en modo dual diesel-biogás.

RESUMO: O efeito do enriquecimento com hidrogênio foi provado em um motor dual fuel diesel-biogás. As características de operação e de rendimento, tais como eficiência térmica, emissões contaminantes e parâmetros de combustão foram determinados. Os experimentos foram realizados em um motor estacionário de ignição por compressão (CI) acoplado a um gerador em modo dual utilizando um biogás com uma composição típica de 60% vol. CH4 y 40% vol. CO2. Para cada grau de carga avaliado, a concentração de hidrogênio foi variada desde 5 a 20% H2 v/v. Os resultados mostraram aumentos na pressão máxima na câmara de combustão de até 10.7 bar e nos níveis de substituição de diesel de até 80% sob condições de combustão estável sem estalos, assim como também aumentos na eficiência térmica de até 16%. Mesmo assim, apresentaram-se diminuições nas emissões de monóxido de carbono de até 13% para as condições de carga plena e 20% de hidrogênio com relação ao motor operando em modo dual diesel-biogás.