Nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu sạch dùng cho động cơ tàu sông công suất nhỏ

Đại Học Quốc Gia Tp.Hồ Chí Minh CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Ngày, tháng, năm sinh: 19 – 02 – 1973 N

NGUYỄN VƯƠNG CHÍ

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG NHIÊN LIỆU SẠCH DÙNG CHO ĐỘNG CƠ TÀU

SÔNG CÔNG SUẤT NHỎ

Chuyên ngành : Kỹ Thuật Ô Tô Máy Kéo

Mã số ngành : 60.52.35

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.HỒ CHÍ MINH, Tháng 10 năm 2004

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học:

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng 12 năm 2004

Đại Học Quốc Gia Tp.Hồ Chí Minh CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngày, tháng, năm sinh: 19 – 02 – 1973 Nơi sinh: Khánh Hòa

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Ô Tô – Máy Kéo Mã số: 60.52.35

Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu sạch dùng cho động cơ

tàu sông công suất nhỏ

II – NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Nghiên cứu khảo sát hiện trạng giao thông đường sông

- Nghiên cứu các nhiên liệu có thể thay thế nhiên liệu truyền thống

- Khảo sát và tính toán quá trình cháy nhiên liệu thay thế

- So sánh nhiên liệu thay thế với nhiên liệu truyền thống

- Đề xuất hướng ứng dụng và phát triển

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ NGÀNH

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được hội đồng chuyên ngành thông qua

Ngày tháng năm 2004

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH KHOA QUẢN LÝ NGÀNH

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên tôi xin dành lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS PHẠM XUÂN MAI là người hướng dẫn cũng như người Thầy đã giúp đỡ và chỉ dẫn tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này

Tôi xin cảm ơn các đồng nghiệp trong Bộ môn Kỹ thuật Tàu thủy đã tạo điều kiện cho tôi thực hiện đề tài tốt nghiệp của mình

Tôi xin cảm ơn các thầy cô trong Khoa KỸ THUẬT GIAO THÔNG và Phòng Sau Đại Học đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học cũng như làm đề tài

Thực hiện NGUYỄN VƯƠNG CHÍ

Tóm tắt:

Đề tài nghiên cứu nhiên liệu thay thế có nguồn gốc từ dầu thực vật (Biodiesel dầu dừa) sử dụng cho động cơ tàu sông công suất nhỏ Với sự ứng dụng loại nhiên liệu thay thế này, các động cơ được sử dụng trên phương tiện tàu sông có ưu điểm theo hướng giảm ô nhiễm môi trường và có tính kinh tế Trong quá trình nghiên cứu đề tài sẽ tiến hành: 1 khảo sát hiện trạng giao thông đường thủy khu vực phía Nam; 2 phân tích các loại nhiên liệu có thể thay thế nhiên liệu truyền thống (dầu Diesel); 3 Chọn lựa nguồn nhiên liệu thay thế thích hợp, phù hợp với điều kiện tự nhiên khu vực phía Nam, có khả năngsản suất và cung cấp; 4

So sánh các thông số của nhiên liệu thay thế (nhiên liệu BioDiesel) với nhiên liệu truyền thống; 5 Đề xuất hướng ứng dụng nhiên liệu thay thế nay trên động cơ Diesel đang sử dụng trên các phương tiện giao thông thủy cỡ nhỏ

Quá trình nghiên cứu và tính toán được thực hiện thông qua cơ sở lý thuyết tính toán động cơ đốt trong, mô phỏng trên phần mềm chuyên ngành và thực nghiệm trên động cơ mẫu (họ VIKYNO) một xylanh

Từ kết quả phân tích trên đề tài sẽ đề ra các giải pháp ứng dụng nhiên liệu mới này trên động cơ tàu sông

MỤC LỤC Mở đầu

1 Giới thiệu chung 1

2 Mục tiêu nghiên cứu của luận văn 5

3 Đối tượng và phạm vi của luận văn 6

4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 6

Chương 1:Nghiên cứu khảo sát hiẹân trạng giao thông đường sông khu vực nam bộ 11

1.1 Tổng quan hiện trạng giao thông đường thủy 11

1.1.1 mạng lưới đường thủy phía nam 11

1.1.2 hệ thống cảng sông và tổng sản lượng khai thác 15

1.2 Hiện trạng các phương tiện giao thông đường thủy và khai thác .19

1.2.1 Hiện trạng các phương tiện giao thông đường thủy khu vực nam bộ 19

1.2.2 Hiện trạng các phương tiện giao thông đường thủy TP HCM 21

1.3 Năng lực cung cấp phương tiện giao thông thủy 22

1.3.1 Năng lực cung cấp phương tiện giao thông thủy cho khu vực 22

1.3.2 Khả năng nhập khẩu phương tiện, hệ động lực và máy móc phục vụ đóng tàu sông 22

1.4 Kết luận 23

Chương 2: Nghiên cứu động cơ và nhiên liệu có khả năng thay thế nhiên liệu truyền thống sử dụng cho tàu sông công suất cỡ nhỏ 26

2.1 các động cơ hiện dùng cho các loại tàu sông có công suất nhỏ 26

2.1.1 Bố trí hệ động lực .26

2.1.2 Động cơ trên phương tiện thủy dùng nhiên liệu xăng 30

2.1.3 Động cơ trên phương tiện thủy dùng nhiên liệu diesel 30

2.1.4 Chọn mẫu động cơ nghiên cứu nhiên liệu thay thế được trang bị trên phương tiện thủy 30

2.2 Nhiên liệu có khả năng dùng cho động cơ Vikyno 32

2.2.1 Khí dầu mỏ hoá lỏng .32

2.2.2 Khí thiên nhiên 33

2.2.3 Dầu thực vật 36

2.2.4 Nhiên liệu biodiesel 46

2.2.5 Kết luận và chọn lựa nhiên liệu thay thế 51

Chương 3: Nghiên cứu nhiên liệu thay thế – biodesel dầu dừa 52

3.1 Dầu dừa 52

3.1.1 Giới thiệu về dầu dừa .52

3.1.2 Các tính chất của dầu dừa 54

3.2 Biodiesel dầu dừa 59

3.2.1 Giới thiệu biodiesel dầu dừa 59

3.2.2 So sánh một số tính chất giữa biodiesel dầu dừa (methylester dầu dừa – MECO) với dầu diesel (DO) 61

3.3 Kết luận về nhiên liệu biodiesel dầu dừa 63

Chương 4: Nghiên cứu quá trình cháy của nhiên liệu thay thế 64

4.1 Tính toán nhiệt động lực học của động cơ vikyno sử dụng diesel và biodiesel bằng chương trình máy tính 65

4.1.1 Tính toán trên động cơ VIKYNO D90 67

4.1.2 Tính toán trên động cơ VIKYNO RV70N 74

4.1.3 Tổng hợp kết quả 82

4.2 Mô phỏng chu trình vận hành của động cơ diesel dùng nhiên liệu diesel và nhiên liệu biodiesel 90

4.2.1 Mô phỏng trên phần mềm Boost 90

4.2.2 Mô phỏng trên phần mềm Cruise 103

4.3 Tính toán và thực nghiệm nghiên cứu tia phun nhiên liệu diesel và biodiesel 4.3.1 tính toán và so sánh tia phun 105

4.3.2 Thực nghiệm nghiên cứu tia phun nhiên liệu diesel và biodiesel 106

4.3.2 Chọn lựa theo chỉ tiêu giảm ô nhiễm môi trường 106

4.4 Phân tích và đánh giá kết quả 107

4.4.1 So sánh và đánh giá kết quả theo tính năng động cơ 108

4.4.2 So sánh giá thành nhiên liệu của biodiesel so với diesel 110

4.4.3 chọn lực nhiên liệu theo chỉ tiêu giảm ô nhiễm môi trường 111

Chương 5: Hướng ứng dụng và phát triển động cơ dùng nhiên liệu biodiesel (dầu dừa) 113

5.1 Khả năng cung cấp nhiên liệu hỗn hợp 113

5.1.1 Nhu cầu về nhiên liệu ở Việt Nam 113

5.1.2 Khả năng trồng dừa và sản xuất biodiesel 114

5.2 Khả năng ứng dụng và phát triển sử dụng nhiên liệu thay thế cho các phương tiện thủy 114

5.2.1 Khả năng ứng dụng của phương tiện thủy 114

5.2.2 Khả năng phát triển sử dụng nhiên liệu trên các phương tiện thủy 115

5.2.3 Ý nghĩa phát triển sử dụng nhiên liệu biodiesel 116

Kết luận 119

Hướng phát triển của đề tài

- Về mặt nhiên liệu:

- Về mặt tính năng động cơ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 1 - Sự gia tăng của các chất ô nhiễm trong khí quyển

Bảng 1.1 - Năng lực khai thác cảng sông chính khu vực phía Nam

Bảng 1.2 - Thống kê công suất tàu sông theo tải trọng

Bảng 1.3 - Hàng hóa vận chuyển và luân chuyển:

Bảng 1.4 - Khối lượng vận chuyển và luân chuyển hành khách:

Bảng 2.1 - Thống kê công suất tàu sông (công suất nho)û theo loại nhiên liệu Bảng 2.2 - Thống kê các loại động cơ thủy cỡ nhỏ hiện dùng nhiên liệu Diesel Bảng 2.3 - So sánh tính năng giữa diesel và LPG

Bảng 2.4 - So sánh tính năng khí thiên nhiên với diesel

Bảng 2.5 - Thành phần các axit béo của các loại dầu

Bảng 2.6 - Thành phần hoá học của các loại dầu

Bảng 2.7 - Tính chất lý hóa cơ bản của một số dầu thực vật

Bảng 2.8 - Một số tính chất cơ bản của Biodiesel

Bảng 2.9 - So sánh tính chất của Diesel và hỗn hợp BiO-Die

Bảng 3.1 - Tình hình sản xuất và tiêu thụ dừa trên thế giới

Bảng 3.2 - Thành phần hóa học của copra

Bảng 3.3 - Thông số hóa lý của dầu dừa

Bảng 3.4 - Hàm lượng các axit béo có trong dầu dừa

Bảng 3.5 - So sánh tính chất của Diesel và Biodiesel(dầu dừa)

Bảng 4.1 – Thông số cơ bản quá trình tính toán

Bảng 4.2 – Kết quả tính áp suất theo thể tích của động cơ VIKYNO_D90 Bảng 4.3 – Kết quả tính áp suất theo thể tích của động cơ VIKYNO_RV70N Bảng 4.4 – So sánh áp suất trung bình chỉ thị của động cơ

Bảng 4.5 - So sánh Ne, Me và ge theo số vòng quay

DANH SÁCH HÌNH

Hình 1.1 - So sánh tổng công suất tàu sông theo loại tàu

Hình 2.1 - Hệ động lực sử dụng động cơ ngoài

Hình 2.2 - Hệ động lực sử dụng động cơ chữ Z

Hình 2.3 - Hệ động lực sử dụng động cơ bố trí bên trong tàu

Hình 4.1 - Đồ thị đường cong nén động cơ VIKYNO_D90 cho 2 loại nhiên liệu

Hình 4.2 - Đồ thị đường cong dãn nở động cơ VIKYNO_D90 cho 2 loại nhiên liệu Hình 4.3 - Đồ thị áp suất chỉ thị động cơ VIKYNO_D90 cho 2 Ioại nhiên liệu

Hình 4.4 - Đồ thị đường cong nén động cơ VIKYNO_RV70N cho 2 loại nhiên liệu Hình 4.5 - Đồ thị đường cong dãn nở động cơ VIKYNO_RV70N cho 2 loại nhiên liệu Hình 4.6 - Đồ thị áp suất chỉ thị động cơ VIKYNO_RV70N cho 2 loại nhiên liệu Hình 4.7 - So sánh các đặc tính động cơ VIKYNO khi dùng diesel và biodiesel

Hình 4.8 - Mô hình mô phỏng trên phần mềm Boost

Hình 4.9 - Đồ thị áp suất trong xy lanh theo góc quay trục khuỷu (P – alpha)

Hình 4.10 - Đồ thị nhiệt độ trong xy lanh theo góc quay trục khuỷu (T – alpha)

Hình 4.11 - Đồ thị công có ích theo góc quay trục khuỷu ( A– alpha)

Hình 4.12 - Đồ thị áp suất trong xy lanh theo góc quay trục khuỷu (P – alpha)

Hình 4.13 - Đồ thị nhiệt độ trong xy lanh theo góc quay trục khuỷu (T – alpha)

Hình 4.14 - Đồ thị công có ích theo góc quay trục khuỷu ( A– alpha)

Hình 4.15 - Đường cong áp suất tại vị trí cháy sinh công của diesel lớn hơn biodesel Hình 4.16 - Đường cong nhiệt độ trong xylanh của diesel lớn hơn biodesel

Hình 4.17 - Đường cong công có ích của nhiên liệu diesel và biodesel gần bằng nhau Hình 4.18 - Đồ thị so sánh Ne, Me và ge của 2 loại nhiên liệu trên cùng động cơ Hình 4.19 - Mô hình mô phỏng phát thải động cơ trên phần mềm CRUISE

Hình 4.20 - So sánh sự phát thải CO trong chu trình UDC (Urban Driving Cycle)

Hình 4.21 - So sánh sự phát thải HC trong chu trình UDC (Urban Driving Cycle) Hình 4.22 - So sánh sự phát thải NOx trong chu trình UDC (Urban Driving Cycle) Hình 4.23 - So sánh tia phun của 02 nhiên liệu diesel và biodiesel

Hình 4.24 - Biểu đồ so sánh áp suất trung bình chỉ thị

Hình 4.25 - Biểu đồ so sánh công trung bình chỉ thị

Hình 4.26 - Các đồ thị so sánh đặc tính ngoài của động cơ

Hình 5.1 - Sơ đồ vòng tuần hoàn kín của khí thải động cơ

MỞ ĐẦU

1 GIỚI THIỆU CHUNG:

Vận tải thủy nội địa ở Việt Nam được nhân dân sử dụng rất lâu đời bởi nước

ta được thiên nhiên ưu đãi một hệ thống sông, kênh, rạch và đưởng thủy ven biển rất phong phú với khoảng 2360 sông, kênh với tổng chiều dài trên 41000km; 3 200km bờ biển Các sông, kênh, rạch chủ yếu tập trung ở hai vùng đồng bằng Sông Hồng và đồng bằng Sông Cửu Long Mạng lưới sông, kênh, rạch ở Việt Nam có mật độ lớn, chảy qua hầu hết các thành phố, thị xã đến tận các thôn ấp tạo ra một hệ thống giao thông đường thủy rất thuận lợi Theo thống kê sơ bộ, tổng chiều dài các tuyến vận tải thủy trên cả nước có thể khai thác được cho các phương tiện vận tải thủy lớn (trên 100T) đi lại được được là 17000km

Sự phát triển vận tải thủy nội địa khu vực phía Nam luôn gắn liền với quá trình phát triển kinh tế xã hội đất nước Trong những năm gần đây, sản lượng hàng hóa và hành khách vận tải bằng đường sông luôn tăng đều, đạt 25 – 30% tổng sản lượng vận tải của toàn ngành khu vực phía Nam, đứng thứ 2 sau vận tải đường bộ Năm 2003 tổng sản lượng vận tải hàng hóa trong khu vực đạt trên 20

triệu tấn [http://www.SMEnet.com.vn]

Phương tiện vận tải đường sông khu vực phía Nam được quản lý đồng thời dưới nhiều cấp khác nhau Tổng công ty đường sông quản lý trực tiếp 30% số phương tiện (tính theo CV); Cục quản lý đường sông phía Nam quản lý khoảng 40%; các chi cục quản lý đường sông địa phương quản lý 20%; còn lại là số phương tiện giao thông đường thủy dưới dạng gia đình không đưa vào đăng ký

[nguồn cục thống kê]

Trang bị cho nguồn động lực phương tiện giao thông thủy hầu hết là động cơ đốt trong Nguồn nhiên liệu chính sử dụng cho các loại động cơ này là xăng và

dầu diesel Các nguồn nhiên liệu khác sử dụng cho động cơ đốt trong dùng cho nguồn động lực trên phương tiện thủy hầu như không có Hiện tại chỉ trong giai đoạn nghiên cứu và thử nghiệm

Động cơ xăng diesel

Tổng công suất

(mã lực)

(Nguồn đăng kiểm 6)

Trong các xu hướng hoàn thiện các phương tiện giao thông vận tải mà các chuyên gia trong ngành trên toàn thế giới đã đang và sẽ nỗ lực, có lẽ nổi cộm trên hết là vấn đề cung cấp năng lượng cho động cơ đốt trong sử dụng cho các phương tiện và vấn đề hạn chế độc hại do động cơ của các phương tiện gây ra cho môi trường

Các chất gây ô nhiễm có thể gây nguy hại đến tự nhiên và con người mà khoa học ở thời điểm đó nhận biết được hay chỉ đơn thuần gây ra sự khó chịu chẳng hạn như mùi hôi, màu sắc … Danh sách các chất ô nhiễm cũng như giới hạn về nồng độ cho phép của chúng trong các nguồn phát thải có thể thay đổi theo thời gian

Đến nay, người ta đã xác định được các chất ô nhiễm trong không khí mà phần lớn những chất đó có mặt trong khí xả của động cơ đốt trong mà động cơ trên phương tiện thủy góp phần vào không nhỏ Bảng 1 dưới đây cho thấy sự gia tăng nồng độ một cách đáng ngại của một số chất ô nhiễm trong bầu khí quyển:

THỐNG KÊ ĐỘNG CƠ TÀU SÔNG CỠ NHỎ SỰ DỤNG LOẠI NHIÊN LIỆU

5%

95%

Bảng 1: Sự gia tăng của các chất ô nhiễm trong khí quyển

Chất ô nhiễm Thời kì tiền công nghiệp

(ppm)

Hiện nay (ppm)

Tốc độ tăng (% năm)

Trong thực tế cuộc sống, do hàm lượng các chất độc hại trong không khí xả

động cơ đốt trong bé nên người sử dụng ít quan tâm tới sự nguy hiểm trước mắt

do nó gây ra Tuy nhiên sự phân tích các dữ liệu về sự thay đổi thành phần không

khí trong những năm gần đây (bảng 1) đã cho thấy sự gia tăng rất đáng ngại của

các chất ô nhiễm Nếu không có những biện pháp hạn chế sự gia tăng này một

cách kịp thời, những thế hệ tương lai sẽ phải đương đầu với một môi trường sống

rất khắc nghiệt

Các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong đã gây ảnh hưởng đến:

(1) Sức khỏe con người thông qua các thành phần độc hại trong khí thải: CO:

Monoxit carbon ngăn cản sự dịch chuyển của hồng cầu trong máu làm cho các bộ

phận của cơ thể bị thiếu oxygene; NOx là họ các oxit nitơ, trong đó NO chiếm đại

bộ phận NOx được hình thành do N2 tác dụng với O2 ở điều kiện nhiệt độ cao

(vượt quá 1100oC) Monoxit nitơ (x=1) không nguy hiểm mấy, nhưng nó là cơ sở

để tạo ra dioxit nitơ (x=2) NO2 là chất khó hòa tan, do đó nó có thể theo đường

hô hấp đi sâu vào phổi gây viêm và làm hủy hoại các tế bào của cơ quan hô hấp;

Hydocarbure: Hydocarbure (HC) có mặt trong khí thải do quá trình cháy Chúng

gây tác hại đến sức khỏe con người chủ yếu là do các hydrocarbure thơm Khi

nồng độ của nó lớn hơn 40 ppm hoặc gây rối loạn hệ thần kinh khi nồng độ lớn

hơn 1 g/m , đôi khi nó là nguyên nhân gây các bệnh về gan; SO2: Oxit lưu huỳnh là một chất háu nước, vì vậy nó rất dể hòa tan vào nước mũi, bị oxy hóa thành

H2SO4 và muối amonium rồi đi theo đường hô hấp vào sâu trong phổi Bồ hóng: Bồ hóng là chất ô nhiễm đặt biệt quan trọng trong khí xả động cơ diesel Nó tồn tại dưới dạng những hạt rắn có đường kính trung bình khoảng 0,3 µm nên rất dễ xâm nhập sâu vào phổi; Chì: Chì có mặt trong khí xả do Thetraetyl chì Pb(C2H5)4

được pha vào xăng để tăng tính chống kích nổ của nhiên liệu Sự pha trộn chất phụ gia này vào xăng hiện nay vẫn còn là đề tài bàn cãi của giới khoa học Chì trong khí xả động cơ tồn tại dưới dạng những hạt có đường kính cực bé nên rất dễ

xâm nhập vào cơ thể qua da hoặc theo đường hô hấp (2) Đối với môi trường: Sự

hiện diện của các chất ô nhiễm, đặt biệt là những chất khí gây hiệu ứng nhà kính, trong không khí trước hết ảnh hưởng đến quá trình cân bằng nhiệt của bầu khí quyển Trong số những chất khí gây hiệu ứng nhà kính, người ta quan tâm đến khí carbonic CO2 vì nó là thành phần chính trong sản phẩm cháy của nhiên liệu có chứa thành phần carbon; Ảnh hưởng đến sinh thái: Sự gia tăng của NOx, đặt biệt là protoxit nitơ N2O có nguy cơ làm gia tăng sự huỷ hoại lớp ozone ở thượng tầng khí quyển, lớp khí cần thiết để lọc tia cực tím phát xạ từ mặt trời Tia cực tím gây ung thư da và gây đột biến sinh học, đặc biệt là đột biến sinh ra các vi trùng có khả năng làm lây lan các bệnh lạ dẫn tới hủy hoại sự sống của mọi sinh vật trên trái đất

Ngay từ khi có kỹ thuật thăm dò địa chất bằng vệ tinh thì loài người đã bị

đe dọa bởi nguồn dầu mỏ sắp bị cạn kiệt Những dự báo sớm nhất từ nữa thế kỷ sau của thế kỷ trước cho chúng ta hay rằng nguồn dầu mỏ trên trái đất sẽ cạn kiệt vào những năm 30 đến 50 của thế kỷ này Tối đa, loài người còn 50 năm nữa để tận hưởng được nguồn năng lượng dầu mỏ mà thiên nhiên ưu đãi Không ai biết chính xác dầu mỏ đã dược hình thành như thế nào, từ bao giờ Căn cứ vào trữ

lượng biết được và tốc độ khai thác của loài người mà người ta đưa ra dự đoán, cáo chung của việc khai thác dầu mỏ Song cũng chưa ai chỉ ra dầu mỏ được hình thành như thế nào, đang hình thành ra sao và có hình thành nữa không hay đã chấm dứt(?) Đó là câu hỏi chưa có câu trả lời Vậy thì hãy mặc vào các quy luật khách quan của thiên nhiên trong việc phát triển – còn việc tìm ra những nguồn năng lượng mới cho động cơ đốt trong thì hoàn toàn không hẳn đã phụ thuộc vào nguyên nhân do nguồn dầu mỏ trên trái đất cạn kiệt

Những yêu cầu cơ bản đối với nhiên liệu thay thế dầu mỏ truyền thống:

• G iá thành rẻ

• Nguồn dồi dào, có thể khai thác lâu dài

• Hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao

• Nhiệt trị cao

• Dễ bảo quản, tồn trữ, vận chuyển

• Không độc hại, an toàn, bảo vệ và thân thiện với môi trường

• Không hoặc ít làm ô nhiễm môi trường

• Dễ thích ứng với kết cấu hiện nay của các phương tiện giao thông đang được sử dụng.

Trong những yêu cầu cơ bản trên, yêu cầu “ không hoặc ít làm ô nhiễm môi trường” được coi là yêu cầu được quan tâm nhất Vì vậy, nhiên liệu thay thế nhiên liệu từ nguồn dầu mỏ còn được gọi là nhiên liệu sạch

Trong khuôn khổ đề tài Luận văn tốt nghiệp, tác giả đề xuất một loại nhiên liệu mới, một loại nhiên liệu kết hợp giữa nhiên liệu truyền thống và dầu thực vật (BioDiesel), dùng cho động cơ đốt trong sử dụng cho tàu sông trong khu

vực Nam bộ Với nguồn nhiên liệu này động cơ đốt trong, trong đó có động cơ tàu sông, có nguồn nhiên nhiên liệu thay thế phù hợp với khu vực, chủ động trong việc sản suất và cung cấp, điều đó góp phần trong việc giải quyết việc làm cho lao động phổ thông và góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế trong khu vực

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN:

Vì những yêu cầu thực tế nêu trên, nên mục tiêu của luận văn sẽ là:

• Nghiên cứu, khảo sát hiện trạng giao thông đường sông

• Nghiên cứu khảo sát động cơ tàu sông công suất nhỏ

• Nghiên cứu các nhiên liệu có thể thay thế và lựa chọn nguồn nhiên liệu thay thế thích hợp cho loại tàu sông công suất nhỏ

• Khảo sát, tính toán quá trình cháy của loại nhiên liệu thay thế

• Đề xuất hướng ứng dụng và phát triển động cơ dùng nhiên liệu thay thế

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI CỦA LUẬN VĂN:

Phạm vi nghiên cứu trong luận văn là tàu sông cỡ nhỏ có động cơ 01 xylanh

có công suất dưới 25 HP

Đối tượng nghiên cứu là nhiên liệu thay thế được đề cập chủ yếu là dầu có

nguồn gốc từ thực vật, đối với nước ta nói chung, khu vực Nam bộ nói riêng nguồn nhiên liệu dồi dào được điều chế từ cây dừa Vì vậy trong Luận văn nhiên liệu được xét đến để tính toán là BioDiesel được điều chế từ dầu dừa

Phương pháp nghiên cứu:

Dựa trên số liệu thống kê, tài liệu từ nhiều nguồn và thông tin truy cập từ internet, về mặt khảo sát, luận văn trình bày trong khu vực thành phố Hồ Chí Minh và Đồng bằng Sông Cửu Long

Trong tính toán, dựa vào cơ sở lý thuyết nhiệt động học và mô hình cháy trong động cơ đốt trong, Luận văn sử dụng phần mềm số để tính toán và dùng phần mềm mô phỏng chuyên ngành để lấy các số liệu và kết quả tính toán

Trong việc khảo sát thực nghiệm, Luận văn dựa trên một vài động cơ có sẵn, điển hình tại Bộ môn kỹ thuật Ôtô-máy động lực – Khoa Kỹ thuật Giao thông – Trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh để khảo sát và đo thực nghiệm

4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC:

Trên thế giới:

Về nhiên liệu và khả năng cung cấp:

Có nhiều loại cây sản xuất dầu và chúng khác nhau xa về phương diện như năng suất/ha, nhu cầu nước, nhu cầu đất dinh dưỡng Cây cọ Châu Phi (African Palm) sản xuất 4000 lít/ha hoặc cây óc chó của Anh (Enhlish Walnut) sản xuất 5000 lít/ha, cây đậu phộng sản xuất 300 lít/ha Không phải các dầu thực vật này có đặc tính như nhiên liệu cho máy diesel bởi vì một phần lớn của chúng được làm cho trùng hợp với nhiên liệu ở nhiệt độ cao, tạo nên sự hư hao cho máy móc, những dầu thực vật khác có chất axít làm sói mòn bên trong một cách nhanh chóng Khuynh hướng của dầu thực vật được làm trùng hợp với nhiên liệu tuỳ thuộc vào “chỉ số Jodin” chỉ số này tốt nhất là không thấp hơn 80 và không cao hơn 140 Cuối cùng một số lớn các dầu thực vật bị loại ra nhất là loại dầu có năng suất cao/ha

Điều cần thiết trước tiên là việc khai thác nhiên liệu không nên để chi phí bằng trồng cây lương thực Vì vậy người ta nên kiếm tìm sử dụng các vật phế thải là lý tưởng nhất Người ta có thể tìm dầu từ các hạt cây bông nếu hiện nay nó

chưa được sử dụng Sản lượng dầu bông gòn có thể là 150 lít/ha khi sợi được tách rời khỏi hạt, cây gai dầu cũng có thể sản xuất 250 lít/ha

Một ý kiến khác là việc thu lượm hạt từ những cây mọc hoang, việc này được làm ở Kamataka từ những cây Honge, thu lượm hạt từ cây Curcas ở Mali và Burkina Faso Tuy nhiên trong những thường hợp này, họ sử dụng nhiên liệu cho máy diesel phun trực tiếp vì vậy phải làm cho dầu este hóa nên về mặc kinh tế việc này khó thuyết phục

Việc lựa chọn hạt dầu rõ ràng là tùy thuộc địa phương Nó tùy thuộc vào thực vật và cây mọc hoang, những hạt dầu phế thải sẵn có, độ sâu của nước ngầm để tưới cây, nhiên liệu, giá cả dầu thực vật thô ở địa phương, hạ tầng cơ sở

Về nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu thay thế cho động cơ đốt trong: Từ năm

1916 đã bắt đầu một chương trình nghiên cứu về khả năng sử dụng dầu thực vật làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong Trong những năm gần đây có rất nhiều viện nghiên cứu của Thụy Sỹ, Mỹ, Úc, Nam Phi các nước Châu Âu và Châu Á nghiên cứu các đề tài liên quan đến ứng dụng dầu thực vật làm nhiên liệu cho động cơ Do có sự khác biệt về tính chất của dầu thực vật và nhiên liệu diesel nên cần thiết phải sử lý dầu thực vật để có tính chất gần giống với nhiên liệu diesel hoặc phải thay đổi về kết cấu động cơ để động cơ làm việc hiệu quả nhất trong trường hợp sử dụng dầu thực vật Ester dầu thực vật là sản phẩm phản ứng giữa dầu thực vật và cồn, nó vạch ra một tiềm năng lớn, vì nó có độ nhớt thấp hơn và có chỉ số cetan cao hơn dầu thực vật Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều nước nghiên cứu về vấn đề sử dụng dầu thực vật cho động cơ đốt trong Dầu thực vật cũng được khuyến khích dùng làm nhiên liệu thay thế cho diesel ở nhiều nơi, đặc biệt là ở các vùng nông thôn do việc sử dụng dầu thực vật là nhiên liệu cho động cơ đốt trong khiến con người chủ động về nguồn nhiên liệu, mặc khác khi

dùng dầu thực vật sẽ làm giảm đáng kể lượng ô nhiễm trong khí thải động cơ đốt trong và CO2 sinh ra

Trong khu vực:

Về nguồn nhiên liệu: các nước khu vực Nam Á có nguồn cung cấp nguyên

liệu dồi dào trong việc sản suất nhiên liệu thay thế từ nguồn thực vật Việc sản xuất dầu biodiesel là một quá trình không thể làm được ở cấp gia đình và điều này đẩy cao giá nhiên liệu Vì giá cả là yếu tố bị phê phán nên ở vùng nông thôn Ấn Độ và Trung Quốc chỉ có dầu thực vật thô được công nhận là chất được thay thế cho nhiên liệu hóa thạch (fossil fuel)

Về nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu thay thế cho động cơ đốt trong: Việc

nghiên cứu động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu thay thế ở Ấn Độ và Trung Quốc rất phát triển Cả hai loại động cơ đốt trong: loại máy buồng cháy phân cách và loại phun trực tiếp được dùng rất phổ biến Máy buồng cháy phân cách là các mô hình Lister (vận tốc thấp) và máy buồng cháy phun trực tiếp là các mô hình Petter (vận tốc cao ) Hiện nay chỉ có mô hình Lister (ở Ấn Độ) có thể chạy với dầu thực vật thô Tuy nhiên với trọng lượng máy là 350 kG nó có thể cho 8 mã lực ở 850 vòng/phút với chi phí khoảng 1500Rs

Các nước khu vực Đông Nam Á như Thái Lan, Philippin, Malaysia đã có những nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu thay thế Tại Thái Lan và Philippin nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu thay thế có nguồn gốc từ dầu dừa đã đưa vào thử nghiệm cho động cơ đốt trong và chạy thử nghiệm trên một số phương tiện giao thông đường bộ Malaysia nghiên cứu ứng dụng chủ yếu là nhiên liệu có nguồn gốc từ dầu cọ Tuy nhiên, tất cả chỉ trong giai đoạn nghiên cứu thử nghiệm và chưa được đưa vào sử dụng rộng rãi trong đời sống.

Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trong nước:

Ở nước ta, nguồn sử dụng chủ yếu dành cho động cơ đốt trong chủ yếu là nhiên liệu truyền thống Trong những năm gần đây, xu hướng thay đổi nhiên liệu đã được các nhà khoa học bắt đầu đề cập đến Nguồn năng lượng thay thế chủ tếu là các sản phẩm từ thiên nhiên hoặc khí dầu mỏ có thành phần tối ưu hơn về mặt môi trường như CNG, LPG, dầu thực vật Trong đó, dầu thực vật chỉ đang trong giai đoạn điều chế từ nguồn nhiên liệu sẵn có tại địa phương Trong xu hướng phát triển tất yếu đó, đề tài này đề cập đến việc nghiên cứu tính năng và sử dụng BioDiesel có nguồn gốc từ dầu dừa

Tóm lại:

Khu vực phía Nam có hệ thống kênh rạch chằng chịt, tạo điều kiện rất thuận tiện cho việc phát triển giao thông đường thủy Giao thông đường thủy chiếm một vị trí quan trọng trong hệ thống giao thông trong khu vực, phương tiện chủ yếu là ghe tàu có trang bị động cơ mà phần lớn là động cơ diesel Khi sử dụng động cơ diesel, thành phần phát thải đã gây ô nhiễm môi trường một cách đáng kể Hơn nữa, Nam bộ là khu vực thuận tiện cho việc trồng dừa, một loại cây thích hợp để sử dụng làm nguyên liệu cho việc diều chế một loại nhiên liệu mới, đó là biodiesel Vì vậy, mục tiêu nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu ứng dụng nguồn nhiên liệu thay thế này cho động cơ phương tiện thủy công suất nhỏ Khi hướng ứng dụng này thành công, bước phát triển tiếp theo sẽ ứng dụng cho các loại tàu sông có công suất lớn hơn

Để tiến hành nghiên cứu, Luận văn bắt đầu từ nghiên cứu khảo sát hiện trạng giao thông đường sông khu vực phố Hồ Chí Minh và khu vực đồng bằng Sông Cửu Long

CHƯƠNG 1:

NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT HIẸÂN TRẠNG GIAO THÔNG

ĐƯỜNG SÔNG KHU VỰC NAM BỘ

1.1 TỔNG QUAN HIỆN TRẠNG GIAO THÔNG ĐƯỜNG THỦY

1.1 1 Mạng lưới đường thủy phía Nam

1.1.1.1 Hệ thống sông, kênh, rạch khu vực Nam bộ

Được thiên nhiên ưu đãi có những điều kiện địa lý tự nhiên, hệ thống các sông ngòi vùng đồng bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) vô cùng thuận lợi cho giao thông đường thủy phát triển Vận tải đường thủy giá vận tải thấp, khối lượng vận tải trên một đơn vị phương tiện lớn Đây là một lợi thế cho giao thông đường thủy khu vực Nam Bộ

Tổng chiều dài kênh rạch ĐBSCL khoảng 25000km, trong đó có gần 9500km được sử dụng cho vận tải cho phương tiện từ 50 tấn trở lên, còn lại là kênh rạch được dùng cho các phương tiện gia dụng có thể đi đến tận thôn, ấp vùng sâu vùng xa Nước ta là nước đứng thứ 5 trong 10 nước có nhiều sông ngòi nhất thế giới Đường thủy sử dụng cho vận tải chiếm khoảng 0,24km/km2 , đfảm nhận được 20 – 25% vận tải hành khách, 60 – 70% khối lượng vận tải hàng hóa, đặc biệc là các hàng cồng kềnh, hàng rời Ở cự ly >100km vận tải hàng hóa bằng đường thủy tỏ ra ưu thế hơn vận tải đường bộ Hệ thống đường thủy bao gồm các sông thiên nhiên và kênh đào Sông thiên nhiên bao gồm các nhánh của sông Cửu Long (sông Tiền, sông Hậu, Ba Lai, Hàm Luông, Cổ Chiên), các sông chảy

ra vịnh Thái Lan (sông Cái lớn, Cái Bé, Ông Đốc, Bảy Háp) Hệ thống sông đào nối với các sông thiên nhiên vừa để tưới tiêu vứa tạo nên mạng đường thủy dày đặc đi đến các vùng dân cư, tỉnh lỵ ĐBSCL

Theo tuyến vận tải thủy chính gồm 1600km, chia làm 6 hướng chính:

- Tuyến sông Tiền (từ cửa Tiểu vào nội địa qua Mỹ Tho, Cao Lãnh,

Tân Châu sang Campuchia)

- Tuyến sông Hậu (từ cửa Định An vào nội địa qua Cần Thơ, Mỹ Thới,

Vàm Nao sang Campuchia)

- Tuyến sông Bồ Đề (từ cửa Bồ Đề vào cảng Năm Căn – Cà Mau)

- Tuyến sông Vàm Cỏ (tuyến này có 2 nhánh: nhánh thứ nhất Vàm Cỏ

Đông qua Tây Ninh, nhánh thứ hai Vàm Cỏ Tây qua Tân an, Mộc Hóa, Vĩnh Hưng)

Sông, kênh vận tải ĐBSCL có đặc điểm sau:

- Độ sâu sông, kênh phần lớn phụ thuộc vào thủy triều, độ dốc đáy

sông rất nhỏ Địa hình ven sông thấp, hai bờ kênh thường có nhiều cây cối, nhà dân ở sát mép kênh

- Nhiều đoạn sông đào rất thẳng, bề rộng mặt kênh từ 20 –50m cho

nên mật độ và tốc độ ghe, tàu trên sông tương đối cao Tuy nhiên, hiện nay phương tiện đảm bảo an toàn cho vận tải thủy còn thiếu như: Biển báo hiệu, hệ thống thông tin liên lạc chuyên dùng, thiết bị nạo vét, cứu nạn … Bình quân cứ 2,1km đường sông có một biển báo, nhưng chỉ mới tập trung ở ngã ba, bãi cạn, chướng ngại vật …

Trong tổng số 9500km chiều dài đường thủy đang khai thác Mới có 3153km được nhà nước quản lý

Việc xây dựng, khai thác hệ thống đường sơng khu vực đồng bằng Sông Cửu Long vẫn mang tính tự phát, hầu như cịn ở trạng thái tự nhiên và bị hạn chế bởi chế

độ bồi lấp lớn Hơn nữa, hệ thống cơ sở hạ tầng cũng chưa tương xứng với những hình thức vận tải thuyền lớn, hiện đại, mà chủ yếu vẫn chỉ phục vụ ghe, thuyền loại nhỏ của tư nhân

1.1.1.2 Hệ thống kênh rạch trên địa bàn thành phố

Hiện tại mạng đường giao thông thủy của thành phố không chỉ có khả năng nối liền các vùng khác nhau trong nước mà còn có thể thông thương với thế giới bên ngoài thông qua hệ thống giao thông sông pha biển hay giao thông biển Trong phần nghiên cứu này chúng tôi chỉ đề cập đến hệ thống đường sông và các hoạt động đường sông trên địa bàn thành phố

Có thể nói thành phố Hồ Chí Minh có ưu điểm nổi bật về mạng lưới sông rạch và kênh đào Chúng đan khắp vào nhau tạo thành một mạnh liên hoàn, có thể thông thương nhau dễ dàng, nhờ đó nếu biết phát huy hoạt động giao thông thủy thì đây sẽ là một loại hình giao thông có ý nghĩa quan trọng và góp phần bổ sung đối với hoạt động giao thông đường bộ Tù thành phố có thể nối liền các tỉnh miền Đông và Tây Nam bộ một cách thuận lợi

Hiện nay tổng chiều dài các tuyến giao thông thủy do thành phố quản lý chiếm khoảng 200km Trên các tuyến này các tàu thuyền (hoặc xà lan) có trọng tải từ 500-1000 tấn có thể lưu thông dễ dàng Mạng lưới sông rạch và kênh đào gần như phủ trùm trên hầu hết diện tích các quận-huyện: với 53 sông, 20 kênh và

161 rạch lớn nhỏ khác nhau Nhìn chung, mật độ các tuyến đường rạch của thành phố đạt đến 0,48km/km2

sông-kênh-Mạng lưới đường thủy trên địa bàn nội thành có chiều dài 70km, trong đó, trục kênh Tẻ-kênh Đôi dài 13,4km đi qua các quận 1, quận 4, quận 7, quận 8 và quận 5 Trục kênh Bến Nghé-kênh Tàu Hủ dài 12,5km chảy qua các quận 1, quận 4, quận 5, quận 6 và quận 8 Nối các trục kênh này có các kênh ngang số 1,2,3; ngoài ra còn có rạch Nhiêu Lộc-Thị Nghè và rạch Bến Cát Kênh Tham Lương (Tân Bình) và nhiều kênh nhỏ khách có khả năng thông thương, nối liền một số quận với nhau Trong hệ thống đường sông này, hệ thống sông Sài Gòn- Nhà Bè đạt yêu cầu cả về chiều rộng lẫn độ sâu do đó là tuyến đường thủy có ý nghĩa quan trọng đối với việc thông thướng quốc tế

Hệ thống đường thủy ngoại thành có qui mô gồm 213 tuyến lớn nhỏ với tổng chiều dài hơn 900km Vấn đề cần quan tân là đối với việc thực hiện tốt sự thông thương giữa hệ thống đường thủy nội-ngoại thành thì khi đó chúng sẽ là tuyến giao thông rất thuận lợi và có thể giúp thành phố nối liền với các tỉnh ở Nam bộ Tuy nhiên, trên thực tế hiện nay, hầu hết các con sông, kênh, rạch đều

bị bồi lắng nghiêm trọng, mức độ bồi lắng lòng sông rạch có thể lên đến một vài mét tùy theo nơi Theo kết quả khảo sát của Khu đường sông thành phố Hồ Chí Minh, tính trong 20 năm trở lại đây, các sông rạch của thành phố đã bị bồi lắp đến hơn 3m chiều dày Bề rộng nhiều con sông chỉ còn 20m, độ sâu trung bình chưa tới 2m Ở nhiều tuyến đường sông mực nước thực tế chỉ hơn 1m Ngoài ra, việc khai thác cát, sỏi trong lòng sông hay vùng ven bờ có nguy cơ làm xói lở bờ và có thể gây hậu quả nghiêm trọng cho hệ thok61ng cầu bắt ngang các sông rạch Một thực tế đau buồn khác là hiện tượng san lấp các con rạch để chiếm dụng đất, làm hồ tư nhân đang diễn ra khá mạnh mẽ ở nhiều nơi, hành động này ảnh hưởng nghiêm trọng đến tính hài hòa chung của mạng sông rạch, đến cảnh quan địa lý, và nguy hiểm hơn, một số tuyến kênh là đường thoát nước, hoặc kênh tiêu nước cho thành phố Hậu quả tất yếu là hiện tượng ngập úng ngày càng

trở nên phổ biến và với mức độ ngày càng gay gắt hơn Điều cần hết sức chú ý: việc san lấp các kênh rạch để lấy mặt bằng xây dựng là việc làm rất giản đơn, nhưng để phục hồi, tái tạo lại các sông rạch này lại là việc làm vô cùng phức tạp và chi phí tốn kém có thể tăng cao gấp hàng chục, thậm chí gấp trăm lần

Bên cạnh đó các hoạt động sống của người dân nằn dọc hai bên bờ sông rạch cũng gây nhiều ảnh hưởng xấu đến chất lượng môi trường nước của thành phố Theo các tài liệu thống kê, ven theo hệ thống sông rạch có khoảng 36.000 hộ dân sinh sống với hơn 180.000 người Các căn hộ này đã gây nên những ảnh hưởng tiêu cực: vừa lấn chiếm các tuyến giao thông thủy, vừa là nguồn thải vào các dòng sông, kênh rạch thành phốt đủ loại chất thải với quy mô to lớn Ngoài

ra, các cơ sở sản xuất, các công ty, xí nghiệp công nghiệp nằm trên địa bàn thành phố hàng ngày vẫn thải trực tiếp các loại chất thải, nước thải vào hệ thống sông rạch thành phố Hồ Chí Minh Tính ra, với chiều dài tổng công trên 70km, trung bình cứ 1m2 mặt nước sông rạch phải tiếp nhận 2m2 rác/năm Mặt khác, còn có cả những nhà vệ sinh công cộng, những bãi rác khổng lồ nằm dọc theo các tuyến sông rạch này Các kết quả khảo sát môi trường trong thời gian gần đây đã liên tục cảnh báo về mức độ ô nhiễm và hậu quả nghiêm trọng của nạn ô nhiễm môi trường nước của thành phố, tuy nhiên những biện pháp nhằm khắc phục hậu quả hầu như chưa có gì đáng kể ! Nhiều đoạn sông rạch cáo nguồn nước chỉ là một màu đen với mùi hôi thối nặng nề, giá trị đối với các hoạt động giao thông, tôn tạo cảnh quan đô thị giảm rất thấp Bên cạnh đó, hàng trăm cây cầu được xây dựng một cách tự phát bằng các vật liệu thô sơ, qui mô nhỏ, độ cao

so với mặt nước rất thấp, do đó đã gây khó khăn không nhỏ cho hoạt động giao thông đường thủy

1.1.2 Hệ thống cảng sông và tổng sản lượng khai thác:

1.1.2.1 Hệ thống cảng sông khu vực Nam bộ

Hệ thống cảng trên các tuyến vận tải thủy ĐBSCL hiện có:

- 6 cảng quốc tế: Cảng Cần thơ và Mỹ thới (sông Bassac), cảng Mỹ

Tho và cảng Vĩnh Thái (sông Tiền), cảng Hòn Chông và Cảng Năm Căn

- Các cảng chuyên dùng như cảng Cao Lãnh, cảng Cà Mau, cảng Kiên

Lương, cảng Trà Nóc … những cảng trên có thể cập tàu đến 5000 tấn, năng lực thông qua có thể từ 140000tấn/năm đến 1 triệu tấn/năm Nhưng hầu hết các cảng này chưa đạt đến công suất thiết kế Kết cấu cảng có dạng cầu tàu trên bệ cọc bêtông cốt thép

- Ở các huyện thị dọc theo các tuyến sông có 56 bến bốc xếp phân bố

tương đối đều khắp Tuy nhiên, các bến nhỏ này hầu hết là bến tạm thời và việc xếp dỡ hàng hóa chủ yếu bằng thủ công

Nhìn chung hệ thống cảng ở ĐBSCL cò thiếu kho bãi, đường giao thông và thiết bị khai thác Mỗi cảng có 2-3 cần cẩu nhỏ hoạt động trên cầu tàu dài

50 – 80m Hàng hố xuất nhập khẩu chủ yếu tập trung về các cảng ở khu vực

TP HCM, từ đĩ mới chuyển tải về các tỉnh ĐBSCL

Bảng1.1: Năng lực khai thác cảng sông chính khu vực phía Nam

6 Đại Ngãi – Sóc Trăng 0,2

(nguồn: news.ttvnol.com)

1.1.2.2 Hệ thống cảng sông khu vực Thành phố Hồ Chí Minh

Thành Phố hiện có một hệ thống cảng sông khá phong phú và đa dạng về chức năng như: Cảng Bình Đông, Tôn Thất Thuyết, cảng 2,5,6, cảng Thủ Đức, cảng du lịch Bạch Đằng Ngoài ra, còn có một lạt cảng đóng vai trò như là cảng biển như: cảng Sài Gòn, cảng container Bến Nghé, Tân Cảng, cảng tàu Lash Phú Xuân, cảng xăng dầu Nhà Bè, cảng Rau Quả, cảng của VATACO, VITACO…Trong tương lai gần, sẽ có thêm cảng container Tân Thuận sẽ đi vào hoạt động Sau đây là một số cảng, bến chính của thành phố Hồ Chí Minh

Cảng Sài Gòn: được xem là cảng có công suất lớn nhất, nó chiếm khoảng 25% tổng sản lượng hàng hoá thông qua các cảng biển ở Việt Nam, đồng thời chiếm 75% sản lượng hàng hóa trong tổng số các cảng của thành phố Toàn bộ cảng Sài Gòn phân bố dọc theo bờ sông Sài Gòn với diện tích mặt bằng là 372.000m2, gồm 30 kho (có 2 kho lạnh) với diện tích 68.344m2 và hơn 107.609m2

bãi chứa hàng Cảng có 18 cầu tàu với tổng chiều dài 2.084 m được xem là cảng có cầu liên hoàn lớn nhất nước và có khả năng tiếp nhận các tàu biển cáo tải trọng đến 25.000 tấn cập bến Đến năm 2003, khả năng bốc dỡ của cảng đạt đến 7,2 triệu tấn

Cảng Bến Nghé: được xem là cảng contianer chuyên dụng phục vụ xuất khẩu Diện tích toàn khu vực là 32 ha Tổng chiều dài cầu cảng là 528m, có thể

tiếp nhận các tàu có tải trọng đến 20.000 tấn Cảng có diện tích kho 11.440m , trong đó có 5.000m2 kho lạnh Cảng Bến Nghé có vị trí khá thuận lợi cho việc đầu tư công nghệ tiên tiến nhằm bốc xếp hàng và giải phóng tàu nhanh Hệ số khai thác công suất cảng tính trên 1 mét cầu cảng có thể đạt đến 6.000 tấn thông qua Tuy nhiên, hệ số này hiện tại chỉ đạt ở mức 3.500 tấn/mét cầu cảng, do vậy cần chú trọng nâng cao hơn nữa hệ số hiệu dụng của cảng Bến Nghé

Tân Cảng: về nguồn gốc vốn là cảng quân sự, tuy nhiên trong một số năm gần đây Tân Cảng tham gia vào việc bốc xếpo!àng hóa dân sự Cho đến nay Tân Cảng vẫn còn chất lượng tương đối tốt Trước đây, Tân Cảng còn có hệ thống đường sắt nối liền với mạng lưới đường sắt chung của thành phố, tuy nhiên hiện nay tuyến đường sắt này hoàn toàn không còn nữa Tân Cảng có diện tích 30 ha (có thể tiếp nhận tàu có tải trọng đến 10.000 tấn) với 4 cầu tàu, chiều dài mỗi cầu 180m Năm 2003, cảng bốc xếp 3,2 triệu tấn hàng hóa

Cảng xăng dầu Nhà Bè: bao gồm 3 cụm cảng và cho phép tiếp nhận các tàu chở dầu có trọng tải lên đến 22.000 tấn Cảng có 60 bồn chứa dầu bằng kim loại (thép) và có thể chứa đến 300.000 khối xăng dầu Năng lực thông qua của cảng này khoảng 1,2 triệu tấn/năm

Để phục vụ cho các cảng nói trên hoạt động thường xuyên, trên địa bàn thành phố còn có các cơ sở hậu cần cảng như nhà máy Ba Son, nhà máy Caric, cơ sở sửa chữa tàu Cát Lái… các nhà máy này có thể sửa chữa và đóng các tàu có tải trọng dưới 10.000 tấn

Đối với hoạt động đường sông, hệ thống cảng sông phục vụ vận tải hàng hoá trên địa bàn thành phố chủ yếu gồm có các cảng Bình Đông và một số các cảng nhỏ khác như Tôn Thất Thuyết, Tân Thuận, Bình Lợi, Bình Phước… công suất thông qua tổng cộng khoảng 950.000 tấn /năm

Cảng Bình Đông: dài trên 2,6km và nằm dọc theo kênhĐôi và kênh Tàu Hủ Chức năng chủ yếu tiếp nhận và lưu kho các loại hàng lương thực phẩm vận chuyển từ miền Tây nam bộ và phân phối đi các nơi trong thành phố cũng như xuất khẩu Cảng hiện có hai cầu với tổng chiều dài 572m, có thể tiếp nhận tàu có tải trọng đến 1000 tấn Năng lực tiếp nhận của cảng khoảng 700.000 tấn/năm Tuy nhiên, trên thực tế cho thấy, công suất hiện nay của cảng Bình Đông chỉ đạt khoảng 70% công suất Cảng có 38 kho với diện tính 137.500m2, chủ yếu là kho phân phối và kho trung chuyển, chất lượng khko kém, bị xuống cấp do thiếu kinh phí cải tạo và nâng cấp Trang thiết bị bốc xếp còn hạn chế , chủ yếu bốc xếp thủ công, năng suất thấp

Cảng Tôn Thất Thuyết: là một bến cảng nhỏ với hai cầu tàu, mỗi tàu có chiều dài khoảng 40m Bến này có khả năng tiếp nhận loại tài, xà lan 1000 tấn Phương tiện bốc xếp chủ yếu bằng thủ công Trong năm 2003, đã tiếp nhận 300.000 tấn hàng hóa các loại

Cảng Thủ Đức: cũng là một cảng nhỏ và chủ yếu phục vụ cho nhà máy xi măng Hà Tiên, chuyên tiếp nhận clinker được vận chuyển bằng tàu kéo và xà lan từ Kiên Lương về Bến chỉ có 1 bãi rộng 2,5 ha, không có kho Năng lực tiếp nhận khoảng 0,75-1,0 triệu tấn/năm

1.2 HIỆN TRẠNG CÁC PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG ĐƯỜNG THỦY VÀ KHAI THÁC

1.2.1 Hiện trạng các phương tiện giao thông đường thủy khu vực Nam bộ

Tính đến năm 2003, theo thống kê của đăng kiểm 6 (đăng kiểm phương tiện giao thông đường thủy), toàn khu vực phía Nam có 2 726 phương tiện giao thông đường sông tự hành có đăng kiểm Trong đó, 312 chiếc có tải trọng > 200 tấn

(152750 mã lực); 1742 chiếc có tải trọng 50 - 150 tấn (348400 mã lực); 243 chiếc có tải trọng < 50 tấn (14 620 mã lực) và 419 chiếc có tải trọng 1 – 2 tấn ( 7208 mã lực); ngoài ra còn có khoảng 2000 xuồng, ghe máy (khoảng 20 000 mã lực) không đăng kiểm, là phương tiện giao thông gia đình Các phương tiện giao thông có tải trọng cao thường được trang bị nguồn động lực là động cơ diesel đã qua sữ dụng hoặc đã sử dụng lâu năm Các phương tiện có tải trọng nhỏ cũng thường được trang bị các động cơ diesel sản suất trong nước và số ít được trang bị động

cơ xăng

Phương tiện giao thông đường thủy chủ yếu dùng nhiên liệu Diesel Số liệu năm 2003 được trình bày theo bảng sau:

Bảng 1.2: thống kê công suất tàu sông theo tải trọng

(Nguồn đăng kiểm 6)

Hình 1.1: So sánh tổng công suất tàu sông theo loại tàu

Qua thống kê, số loại phương tiện giao thông vận tải cỡ nhỏ chiếm số lượng không nhỏ (8%)

TỔNG CÔNG SUẤT THEO LOẠI TÀU SÔNG

1.2.1.1 Vận tải hàng hóa:

Theo số liệu thống kê của phân viện nghiên cứu và thiết lế tàu thủy khu vực phía nam, hàng hóa vận tải bằng đường thủy hàng năm của đồng bằng sông Cửu Long khoảng 5 triệu tấn, chiếm 65 - 70% tổng khối lượng hàng hóa cần vận chuyển Các phương tiện vận chuyển hàng hóa chủ yếu là các tàu gỗ chở hàng có tải trong trong khoảng 50 - 150 tấn Các loại ghe, xuồng nhỏ chở hàng hóa có số lượng không lớn, chủ yếu là các hàng hóa, sản vật địa phương và vận chuyển trên quãng ngắn

1.2.1.2 Vận tải hành khách

Cũng từ số liệu của cục đăng kiểm, số tàu khách hiện đang lưu thông trên khu vực phía Nam có 416 chiếc Trong đó, 257 chiếc tàu gỗ (10 712 chỗ); 124 chiếc tàu sắt (8 424 chỗ); và 35 tàu khách composit (712 chỗ); và khoảng 500 chiếc ghe nhỏ từ 8 đến 30 chỗ không đăng kiểm, hoạt động tại các địa phương đưới dạng du lịch và vận tải khách trong huyện thị

Số lượng hành khách vận chuyển bằng đường thủy ngày càng giảm dần, các tàu khách chủ yếu chạy trong tỉnh, huyện Số tàu khách liên tỉnh còn lại rất ít Hiện nay chỉ còn khoảng 80 chiếc đang hoạt động

1.2.2 Hiện trạng các phương tiện giao thông đường thủy Tp HCM

Theo số liệu thống kê của cục thống kê Tp.HCM tổng số các phương tiện giao thông đường sông hiện có là gần 1.000 ghe, tàu, xà lan và do nhiều ban ngành khác nhau quản lý Trong đó, các đơn vị Trung ương quản lý 135 chiếc với tải trọng 47.150 tấn (9.440 mã lực) Con số tương ứng do các đơn vị thuộc thành phố Hồ Chí Minh quản lý là 285 chiếc-43.888 tấn (22.408 mã lực) và các đơn vị quận-huyện quản lý 112 chiếc-934 tấn cùng với 82 ghe khách (2.851 chỗ) Tuy

nhiên, hầu hết các phương tiện vận tải đường sông kể trên đều bị già cỗi, lạc hậu, máy móc cũ kỹ và thường mang tính chắp vá…

1.2.2.1 Vận tải hàng hóa

Theo số liệu của Sở GTCC thành phố Hồ Chí Minh, từ 2000 -2003 khối lượng hàng hóa vận chuyển bằng đường sông thường hay bị biến động, tăng-giảm không ổn định Khối lượng hàng hóa vận chuyển bình quân khoảng 1,3 triệu tấn, trong đó các đơn vị của Trung ương chiếm khoảng 62%, còn thành phố (gồm cả quận-huyện) chiếm 38%, riêng vận tải nội thành đã chiếm đến 30% số lượng này Hiện nay, trong cơ cấu vận tải, vận tải đường sông chiếm tỷ lệ thấp so với vận tải đường bộ Nguyên nhân chủ yếu là do các phương tiện vận chuyển, kể cả các thiết bị bốc dỡ của giao thông đường sông còn nhiều hạn chế Ngoài ra, giao thông đường sông còn gặp nhiều khó khăn do các sông và kênh rạch ngày càng

bị nông và hẹp dần Nguyên nhân chủ yếu là nạn xả rác bừa bãi và việc xây cất nhà vô tổ chức trên bờ kênh rạch, lấn chiếm lòng sông và khiến chúng bị bồi lắng nặng nề

Sản lượng khai thác qua các năm của thành phố được thống kê theo bảng sau:

Bảng 1.3: Hàng hóa vận chuyển và luân chuyển:

2000 2001 2002 2003

A Vận chuyển (1000 tấn)

- Các loại phương tiện 26,455 31,782 33,683 35,041

(100%) (↑,188,9%) 5,223

5,511 (↑,111,4%)

6,791 (↑,121,9%)

(100%) (↑,109.7%) 6,581 (↑,109.7%) 7,212 (↓,95,7%) 6,901

B Luân chuyển (triệu tấn.km)

- Các loại phương tiện 16,055

(100%)

15,237 (↓,98%)

18,261 (↑,119,8%)

18,077 (↓,99%)

- Đường sông 208

(100%)

352 (↑,169,2%)

351 (↓,99,7%)

387 (↑,110,3%)

(100%)

13,453 (↓,92,9%)

16,193 (↑,120,4%) (↓,98%) 15,863

1.2.2.2 Vận tải hành khách

Đối với hoạt động vận chuyển hành khách, giao thông đường sông đến nay

chủ yếu là vận chuyển hành khách liên tỉnh Tuy nhiên, qua các số liệu thống kê

cho thấy số lượng hành khách này bị suy giảm qua các năm Nếu năm 2000 có 44,9 triệu hành khách thì năm 2002 còn 22,7 triệu và năm 2003 chỉ còn 15 triệu hành khách Bến Nguyễn Kiệu là bến tàu khách duy nhật của thành phố, nơi có

26 tàu khách hoạt động, trong đó có 17 tàu khách liên tỉnh

Bảng 1.4: Khối lượng vận chuyển và luân chuyển hành khách:

2000 2001 2002 2003

A Vận chuyển (1000 hành khách)

- Các loại phương tiện 200,725

(100%)

205,867 (↑,102,6%)

212,457 (↑,103,2%)

223,5 (↑,105,2%)

(100%)

3,966 (↓,72,8%)

3,960 (↓,94,8%)

3,093 (↓,78,1%)

B Luân chuyển (triệu khách.km)

- Các loại phương tiện 6,882

(100%)

7,160 (↑,104,3%)

8,123 (↑,113,4%)

8,63 (↑,106,1%)

(100%)

21 (↑,116,7%)

13 (↓,97,6%)

13,92 (↑,107,1%)

(Nguồn cục thống kê)

1.3 PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG THỦY

1.3.1 Năng lực cung cấp phương tiện giao thông thủy cho khu vực:

Khu vực thành phố Hố Chí Minh, trải dài từ Bến Nhà Rồng đến Nhà Bè có hơn 10 nhà máy, xí nghiệp đóng tàu Khả năng cung cấp của các cơ quan này khoảng 10.000 mã lực/năm Bên cạnh đó, các doanh nghiệp tư nhân với quy mô sản suất nhỏ, đóng các ghe, thuyền có công suất dưới 25HP/chiếc cũng chiếm thị phần không nhỏ Theo thống kê của cục thống kê thành Phố Hồ Chí Minh, mỗi năm lực lượng này cung cấp khoảng gần 3 000 HP ( từ năm 2000 đến

2003 ).[nguồn Phân viện Tkế GTVT khu vực phía Nam]

Các phương tiện giao thông thủy có nguồn động lực chính chủ yếu là các động cơ đốt trong được nhập từ các nước Các phương tiện giao thông thủy nhỏ được trang bị máy chính phần lớn từ các động cơ thủy đã qua sữ dụng của các nước khác Số lượng các ghe thuyển nhỏ sử dụng động cơ được sản xuất trong nước chiếm gần 30% về tổng số lượng công suất

1.3.2 Khả năng nhập khẩu phương tiện, hệ động lực và máy móc

phục vụ đóng tàu sông

Đối với các phương tiện vận tải lớn, do nước ta chưa sản suất các loại động

cơ có công suất lớn nên hầu hết các xí nghiệp đóng tàu đã nhập khẩu máy chính từ nhiều nguồn, nhiều nước trên thế giới

Tuy nhiên đối với động cơ có công suất vừa và nhỏ, các nhà máy sản xuất động cơ trong nước có khả năng cung cấp, hơn thế, các động cơ có công suất cỡ vừa và nhỏ đã qua sử dụng đã có chủ trương hạn chế nhập khẩu, điều này làm phát triển tốt năng lực cung cấp của các nhà sản xuất động cơ trong nước Như thống kê ở trên, với nhu cầu cung cấp cho nguồn động lực chính ghe, tàu sản suất trong nước cỡ vừa và nhỏ, các nhà máy động cơ trong nước không những có đầy đủ năng lực cung cấp cho các phương tiện thủy mà còn đang cung cấp cho các lĩnh vực nông nghiệp, công nghiệp

1.4 KẾT LUẬN

Giao thông vận tải đường thủy có nhiều tiềm năng khai thác nhờ điều kiện khí hậu, vị trí địa lý khu vực phía Nam Tổng chiều dài các sông, kênh có thể khai thác được khoảng 13 000km Chưa kể các rạch nhỏ chỉ dùng cho việc giao thông địa phương Đặc biệt là Thành phố Hồ Chí Minh

Vì vậy, việc nghiên cứu ứng dụng nguồn nhiên liệu thay thế cho các loại phương tiện này là việc làm cần nghiên cứu và thử nghiệm Do đó, các chương

tiếp theo, tác giả tiến hành nghiên cứu động cơ dùng cho các loại tàu sông cỡ

nhỏ (dưới 25 HP) và nghiên cứu các loại nhiên liệu có khả năng thay thế cho nhiên liệu diesel đang sử dụng

CHƯƠNG 2:

NGHIÊN CỨU ĐỘNG CƠ VÀ NHIÊN LIỆU CÓ KHẢ NĂNG THAY THẾ NHIÊN LIỆU TRUYỀN THỐNG SỬ DỤNG

CHO TÀU SÔNG CÔNG SUẤT CỠ NHỎ

2.1 CÁC ĐỘNG CƠ HIỆN DÙNG CHO CÁC LOẠI TÀU SÔNG CÓ CÔNG SUẤT NHỎ:

2.1.1 Bố trí hệ động lực:

Mỗi loại tàu ứng với thiết kế ban đầu cũng như nhu cầu sử dụng mà sẽ được trang bị các hệ thống động lực khác nhau Thông thường để bố trí hệ động lực cho tàu người ta căn cứ vào loại tàu, kích thứơc chủ yếu, khả năng hoạt động…

Tùy thuộc vào vị trí lắp đặt máy chính ta có các loại trang bị động lực sau:

a Hệ động lực sử dụng động cơ ngoài (outboard):

Loại hệ động lực này thường được sử dụng phổ biến trên các tàu cở nhỏ Động cơ thường có trọng lượng nhẹ và xu hướng các tàu cao tốc hiện tại thường trang bị loại động cơ này Động cơ outboard thường được trang bị thành một khối

Hình 2.1 – hệ động lực sử dụng động cơ ngoài

thống nhất gồm: máy chính truyền qua hệ trục chân vịt để truyền công suất và tạo ra lực đầy cho tàu

Cụm động lực này sẽ được gắn trực tiếp vào đuôi tàu hoặc thông qua một bệ đở do người thiết kế tính toán Ưu điểm của hệ động lực này là có thể xoay để đổi hướng đẩy của chân vịt do đó có thể được sử dụng để xoay chuyển tàu Nhờ

ưu điểm như thế nên trên tàu có trang bị động cơ outboard thường không có bánh lái

Động cơ outboard được thiết kế rất đa dạng về công suất, số kỳ cũng như về kích cở và đặc biệt là có thể sử dụng với nhiều loại nhiên liệu khác nhau

b Hệ động lực sử dụng động cơ chữ Z (Inboard/Outboard):

Hệ động lực sử dụng động cơ chữ Z bao gồm: máy chính đặt bên trong tàu, máy chính sẽ truyền chuyển đôïng quay cho chân vịt thông qua hệ trục bố trí dạng chữ Z Loại này thường có kích thứơc và trọng lượng lớn hơn so với động cơ outboard

Hệ động lực kiểu này thường được tách thành hai phần: động cơ chính và hệ cụm chân vịt Hệ chân vịt cũng giống như động cơ outboard có nghĩa là chúng có thể xoay xung quanh trục lái do vậy có thể đổi hướng được lực đẩy chân vịt và

do đó tàu không cần bố trí hệ thống lái

Hình 2.2 - Hệ động lực sử dụng động cơ chữ Z

1 Máy chính – engine

2 Hệ chân vịt bố trí bên ngoài - outdrive

Máy chính của hệ động lực loại này thường lớn hơn động cơ outboard bởi

vì nguyên lý hoạt động cũng như bố trí gần giống như hệ động lực của các loại thông thường

Loại hệ động lực này thường được bố trí trên các tàu cở nhỏ nhưng lớn hơn các tàu được trang bị động cơ outboard

Cũng giống như loại hệ động lực outboard, động cơ chính trong hệ thống chữ Z cũng sử dụng nhiên liệu là xăng hoặc diesel Công suất động cơ Z thì thường lớn hơn máy chính của hệ outboard vì nhiên liệu cung cấp cho hệ thống này gần giống như động cơ trong xe hơi do vậy việc tăng tốc cũng dễ dàng hơn

Bánh lái thường được bố trí trên bộ phận bên ngoài (outboard) giống như hệ động lực dùng động cơ outbooard Phần bên ngoài này có thể xoay quanh trục nằm ngang do vậy tàu có thể hoạt động trong vùng nước cạn

c Hệ động lực sử dụng động cơ bố trí bên trong tàu (inboard):

Đây là dạng phổ biến nhất trên tàu thủy Hệ động lực loại này thường phức tạp hơn hai loại nêu trên và được chia làm các cụm chính sau: máy chính, hệ đường trục và chân vịt (trục chân vịt và chân vịt)

Ba thành phần trên thường được bố trí liên kết với nhau nhầm phân bố trọng lượng hơp lý và giúp cho công suất máy chính được truyền hiệu quả lên chân vịt tàu

Hình 2.3 - Hệ động lực sử dụng động cơ bố trí bên trong tàu Máy chính - engine; Hệ thống xả –exhaust; Bánh lái – rudder; Hệ trục – shaft; Giá đỡ

trục chân vịt – strut; Chân vịt - propeller

Hệ động lực dạng này thường phức tạp do phải cho trục chân vịt xuyên

qua vỏ tàu nên vấn đề làm kín thường được quan tâm Bên cạnh đó phải đảm bảo

khả năng đồng trục khi lắp ghép

Do hệ động lực được bố trí cố định do vậy loại này cần phải có hệ thống

lái riêng Hệ thống lái thường được bố trí phía sau chân vịt để dẫn hướng cũng

như điều khiển tàu

Hệ động lực sử dụng động cơ bố trí bên trong tàu thường được áp dụng cho

các tàu có chiều dài buồng máy lớn hơn loại outboard và chữ Z

Máy chính của hệ động lực này thường tách rời hệ động lực có nghĩa là ta

có thể bố trí máy chính rồi thiết kế hệ trục và chọn chân vịt phù hợp với yêu cầu

của loại tàu cần bố trí Động cơ thường được sử dụng là động cơ thủy có thể sử

dụng nhiên liệu xăng lẫn diesel Công suất của máy chính dạng này thường lớn

hơn loại chữ Z do vậy sẽ được sử dụng trên các tàu có kích thước lớn hơn

Việc chọn lực hệ động lực phù hợp rất quan trọng trong thiết kế tàu Trọng

lượng hệ động lực cũng như công suất tạo ra cho tàu là một vấn đề cân được

quan tâm khi thiết kế và tính chọn hệ thống động lực

Các loại động cơ thủy sử dụng cho tàu sông cỡ nhỏ:

Thông thường sử dụng các loại động cơ sau:

Loại động

cơ Hệ động

Lực

Động cơ 2 kỳ sử dụng xăng hoặc xăng pha nhớt

Động cơ 2 kỳ sử dụng diesel Động cơ 4 kỳ sử dụng xăng sử dụng nhiên Động cơ 4 kỳ

liệu diesel