بالعربي

استهلاك الوقود النوعي الفرملي”brake specific fuel consumption”

يعد استهلاك الوقود النوعي الفرملي مقياسًا على كفاءة الوقود في اي جهاز يحرق الوقود لينتج حركة دورانية او قدرة على عمود الإدارة. وتستخدم إجمالًا لمقارنة كفاءة محركات الإحتراق الداخلي بمخرجات عمود الإدارة.
ويمكن حسابها بقسمة معدل استهلاك الوقود على القدرة الناتجة من المحرك. لهذا السبب فإن استهلاك الوقود النوعي الفرملي يمكننا من مقارنة كفاءة الوقود في محركات مختلفة وبشكل مباشر.

 

حساب استهلاك الوقود النوعي الفرملي (بنظام الوحدات المتري)

لحساب استهلاك الوقود النوعي الفرملي (BSFC) استعمل العلاقة:

حيث :

r: هو معدل استهلاك الوقود بوحدة جرام لكل ثانية

P: هي القدرة المنتجة بوحدة الواط وتعطى بالعلاقة

: هي سرعة المحركة بوحدة راد لكل ثانية

: هي عزم المحرك بوحدة نيوتن.متر
قيم r, ,   المدرجة أعلاه يمكن قياسها مباشرةً بواسطة أداة قياس مع وضع المحرك على طاولة الاختبار وتطبيق حمل معين عليه . الوحدات الناتجة لقيمة استهلاك الوقود النوعي الفرملي ستكون بوحدة الجرام لكل جول (g/J). ولأن الوحدة المتعارف عليها هي جرام لكل كيلو واط.ساعة [g/(kW·h)] فإننا نستخدم العلاقة التالية للتحويل:

BSFC [g/(kW·h)] = BSFC [g/J]×(3.6×106)

أما للتحويل للوحدات الإمبريالية (الإنجليزية) فالعلاقة الآتية هي المستعملة :

BSFC [g/(kW·h)] = BSFC [lb/(hp·h)]×608.277

BSFC [lb/(hp·h)] = BSFC [g/(kW·h)]×0.001644

العلاقة بين قيم استهلاك الوقود النوعي الفرملي والكفاءة

يتطلب حساب الكفاءة الفعلية معرفة كثافة الطاقة في الوقود المستعمل. الأنواع المختلفة من الوقود لها كثافات طاقة مختلفة.
طاقة التسخين الدنيا (LHV)هي المستعملة في حساب كفاءة محركات الاحتراق الداخلي لأن الطاقة الحرارية غير مجدية للاستعمال على درجات حرارة دون 150 درجة مئوية (300 فهرنهايت).

بعض الأمثلة على طاقة التسخين الدنيا لوقود المركبات:

البنزين المعتمد (Certification gasoline) = 18,640 BTU/lb (0.01204 kW·h/g)

البنزين العادي = 18,917 BTU/lb (0.0122225 kW·h/g)

وقود الديزل = 18,500 BTU/lb (0.0119531 kW·h/g)

ولهذا فإن كفاءة محرك الديزل = 1/(BSFC × 0.0119531)
وكفاءة محرك البنزين = 1/(BSFC × 0.0122225)

حيث ان ال BSFC هي استهلاك الوقود النوعي الفرملي.

استخدام قيم استهلاك الوقود النوعي الفرملي كقيم تشغيلية وكمتوسط إحصائي للدورة

المحركات لديها قيم مختلفة لاستهلاك الوقود النوعي الفرملي على سرعات وأحمال مختلفة. على سبل المثال فإن المحرك الترددي يحقق أعلى كفاءة عندما يكون الهواء الداخل عليه غير مخنوق وعزم المحرك قريبا من عزم الذروة. الكفاءة المعطاة لمحرك معين هي ليست كفاءته العليا وإنما متوسط إحصائي لكفاءة الوقود. مثلا، متوسط استهلاك الوقود النوعي الفرملي لمحر بنزين هي 322 جرام لكل كيلو واط ساعة وبتحويلها الى كفاءة باستخدام العلاقة المعطاة في الأعلى (1/(322 × 0.0122225) = 0.2540 أي 25%. في الحقيقة قد تكون الكفاءة أعلى أو أخفض من هذه القيمة حسب ظروف التشغيل. في حالة محرك البنزين فأن أفضل استهلاك وقود نوعي فرملي أمكن الحصول عليه هو 225 g/kW·h والذي يرتبط بكفاءة مقدارها 36%

في الرسمة تظهر خطوط تساوي استهلاك الوقود النوعي الفرملي. البقعة عند استهلاك وقود نوعي فرملي 206 ترتبط بكفاءة مقدارها 40.6%. يمثل محور السينات السرعة بوحدة دورة لكل دقيقة. بينما محور الصادات يمثل متوسط الضغط الفعّال الفرملي بوحدة البار وهو مرتبط طرديًا بالعزم.

خطوط تساوي استهلاك الوقود النوعي الفرملي
خطوط تساوي استهلاك الوقود النوعي الفرملي

أهمية قيم استهلاك الوقود النوعي الفرملي في تحديد نوع وتصميم المحرك

قيم استهلاك الوقود النوعي الفرملي تختلف باختلاف تصميم المحرك ومعامل الإنضغاط وقدرة المحرك. المحركات ذات الأنواع المختلفة كالديزل والبنزين لها قيم مختلفة جدا تتراوح بين أقل من 200 g/kW·h (محركات الديزل بسرعات منخفضة وعزوم مرتفعة) إلى أكثر من 1000 g/kW·h (المحرك المروحيّ التربينيّ عند قدرات منخفضة).

أمثلة على قيم استهلاك الوقود النوعي الفرملي لمحركات ذات عمود إدارة

الجدول الآتي يعرض قيم مختارة كمثال على القيمة الّدنيا لاستهلاك الوقود النوعي لأنواع مختلفة من المحركات.

قيم المحركات المروحيّة التربينيّة (محركات الطائرات) معطاة لكامل مدى (نطاق) القدرة خلال الطيران

قيم استهلاك الوقود النوعي لطائرة تسير على الأرض (7% من القدرة القصوى) وبالأخص وهي خاملة لا تتحرك تظهر زيادة دراماتيكية بالمقارنة مع القيم أثناء الطواف ب70% من القدرة القصوى[1].

إن القيم يمكن وعادة ما تتغير عن القيم المدرجة في الجدول أدناه لبعض المحركات. من أجل المقارنة، مقدار الشغل نظريًا الناتج من حرق الأوكتان  (C8H18)  (اعتمادًا على التغير في طاقة جبس الحرة والتي تنتقل الى H2O ،  CO2 في الحالة الغازية ) هو 45.7 ميجا جول\كيلو جرام، أي ما يعادل 79 جرام\كيلو واط.ساعة

 

القدرة العام نوع المحرك التطبيق استهلاك الوقود النوعي (lb/hp·h) استهلاك الوقود النوعي(g/kW·h) الكفاءة (%)
2,020 kW 1996 Pratt & Whitney turboprop PW127 محرك طائرة في حالة السكون 2,390
محرك طائرة أثناء سيرها على الأرض 1,270
محرك طائرة يستعمل 30% من القدرة القصوى .83 508 22.82
محرك طائرة يستعمل 70% من القدرة القصوى .538 328 24.165
محرك طائرة يستعمل القدرة القصوى .48 294 27
Turbo-prop 0.8 360–490 17–23
Otto cycle gasoline engines 0.45–0.37 273–227 30–36
80 kW/l 2011 Ford Ecoboost Downsized turbocharged otto engine[2]

 

محرك سيارة 0.40278 245
2,000 kW 1945 Wright R-3350 Duplex-Cyclone gasoline turbo-compound محرك طائرة 0.4 243 33.7
57 kW Toyota Prius THS II engine only [3] محرك سيارة .362 225 37
550 kW 1931 Junkers Jumo 204 turbocharged two-stroke diesel محرك طائرة 0.345 210 39.8
36 MW 2002 Rolls-Royce Marine Trent turboshaft محرك بحري 0.345 210 39.8
2,013 kW 1940 Klöckner-Humboldt-Deutz DZ 710 Diesel two stroke محرك طائرة 0.33 201 41.58
2,340 kW 1949 Napier Nomad Diesel-compound محرك طائرة 0.345 210 39.8
Diesel engine turbocharged diesels 0.34–0.30 209–178 40–47
165 kW 2000 Volkswagen 3.3 V8 TDI محرك سيارة 0.33 205 41.1
43 MW General Electric LM6000[4] turboshaft محرك بحري ومنتج للطاقة 0.32 199 42
105-160 kW 2007 BMW N47 2.0 litre variable geometry turbocharging[5] محرك سيارة 198-204
88 kW 1990 Audi 2.5 litre TDI[6] محرك سيارة 198 42.5
80 MW 1998 Wärtsilä-Sulzer RTA96-C two-stroke محرك بحري 0.268 163 51.7
23 MW MAN Diesel S80ME-C Mk7 two-stroke محرك بحري[7] 0.254 155 54.4

 

 

المراجع

[read more=المصادر less=إخفاء]

  1. ATR, The Optimum Choice, ATR 72-500 trip pattern
  2. http://www1.eere.energy.gov/vehiclesandfuels/pdfs/merit_review_2011/adv_combustion/ace065_rinkevich_2011_o.pdf#23
  3. “SAE 2004-01-0064 para 2-3-1”. Sae.org. Retrieved 2014-05-22.
  4. http://www.geaviation.com/engines/marine/pdfs/datasheet_lm6000.pdf
  5. http://www.auto-innovations.com/site/dossier5/BMWn47t28print.html
  6. “SAE paper 900648”. Sae.org. Retrieved 2014-05-22.
  7. Man Diesel Se – Marine
  8. Reciprocating engine types
  9. HowStuffWorks: How Car Engines Work
  10. Reciprocating Engines at infoplease
  11. Piston Engines US Centennial of Flight Commission
  12. Effect of EGR on the exhaust gas temperature and exhaust opacity in compression ignition engines
  13. Heywood J B 1988 Pollutant formation and control. Internal combustion engine fundamentals Int. edn (New York: Mc-Graw Hill) pp 572–577
  14. Well-to-Wheel Studies, Heating Values, and the Energy Conservation Principle

[/read]

اترك تعليق

آخر المقالات