Natuurkunde met biodiesel
-
Hallo allemaal,
Op school zijn wij druk bezig met het profielwerkstuk, en samen met een vriend hebben wij als onderzoeksvraag: Functioneert biodiesel hetzelfde als normale diesel?
We zijn nu bezig om op school zelf biodiesel te maken en we hebben ook al gepland om naar de TU Eindhoven te gaan om de biodiesel te analyseren en zo te ontdekken wat voor verschillen er zijn tussen normale diesel en biodiesel (viscositeit, vlampunt etc) en wat de gevolgen daarvan zijn als je het gaat gebruiken.
Wij werden op school van te voren ingedeeld bij de vakken natuurkunde en scheikunde, daarom vonden we biodiesel wel een goed idee. Helaas is dat toch vooral scheikundig. Wij willen dus graag ook natuurkunde toevoegen aan ons werkstuk. Wij zaten zelf te denken aan het verbranden van zowel biodiesel als normale diesel in een dieselmotor en dan meten hoeveel energie het opwekt en zodat we dan weten welke het meeste energie opwekt (dan werk je dus met energie en rendement). Het zoeken naar een motor die we kunnen gebruiken is best lastig en tot nu toe hebben we nog niks gevonden.
Daarom vraag ik of er toevallig op de TU Delft toegang is tot een dieselmotor waarmee je gemakkelijk kan bekijken hoeveel energie er wordt opgewekt met de motor. Dit zou ons profielwerkstuk toch een natuurkundig tintje geven. En verder ben ik nog benieuwd of jullie misschien meer natuurkundige ideeën hebben die toepasselijk zijn bij ons profielwerkstuk?
Alvast bedankt!
Michiel (6VWO)
-
Beste Joris,
We hebben al een groot deel van de proeven gedaan, dus we kunnen zeker overwegen om iets met een calorimeter te doen aangezien we waarschijnlijk niet snel in tijdnood komen. We hadden al geleerd op school dat de soortelijke warmte een waarde is die aangeeft hoeveel energie er in een vloeistof moet gaan om een kilo met een graden te laten stijgen.
Maar we weten niet precies wat we kunnen concluderen als we de soortelijke warmte zouden weten. Is het dat wanneer de soortelijke warmte laag is het makkelijker is de diesel in de motor te verhitten? En wat betekent dit dan voor de motor, dat het minder energie hoeft op te wekken en zo beter voor het milieu is?
We hadden ook op internet gelezen dat wanneer motoren permanent gebruik maken van biodiesel sommige onderdelen kunnen worden aangetast vanwege de hogere zuurgraad in biodiesel dan in normale diesel. We hebben vervolgens de pH gemeten van biodiesel en diesel en de pH van biodiesel ligt wel een stuk hoger dan die van normale diesel. Zegt deze pH iets over de zuurgraad van biodiesel? En is het een goed idee om een stuk aluminiumfolie in een glas met diesel te leggen en een stuk aluminiumfolie in een glas met biodiesel zodat we na bijvoorbeeld na een week kunnen bekijken of er iets gebeurd is met de aluminiumfolies (dit gaat misschien buiten het kopje 'natuurkunde' op dit forum).
Groetjes,
Michiel
-
Beste Michiel,
We hebben op de TU Delft niet echt een verbrandingsmotor staan waar je aan zou kunnen testen. Echter in jullie geval heb ik misschien wel een oplossing. Misschien is er iemand in jullie kenniskring die een auto heeft die op diesel rijdt. Hiermee kun je natuurlijk ook een proef doen. Rij bijvoorbeeld 100km met biodiesel en gewone diesel. Kijk vervolgens hoeveel brandstof er over is. Er zitten een hoop fout mogelijkheden binnen deze proef, maar wanneer je deze goed aangeeft, kunnen de resultaten toch wat zeggen over de verschillen tussen biodiesel en gewone diesel.
Ik hoop dat dit jullie lukt.
Groetjes,
Joris Kersten
-
Beste Michiel,
Jullie onderwerp bevind zich in een zeer scheikundig gebied. Er zijn proeven te doen met de temperatuur van de motoren, efficientie van motoren etc. alleen zijn deze niet door de TU te faciliteren. Hebben jullie al gedacht aan een calorimeter? Hiermee meet je de warmtecapaciteit van een stof, of in jullie geval de soortelijke warmte van je vloeistof. (Biodiesel of diesel) Calorimetrie is echter wel een ingewikkeld gebied van de natuurkunde en als jullie profielwerkstuk voor een groot deel gaat over de scheikundige kant van biodiesel dan is dit misschien teveel hooi op jullie vork.
Desalniettemin is het de moeite waard om er eens naar te kijken. Je vind informatie hier en hier.Ik hoop dat jullie hier wat aan hebben!
Groetjes,
Joris
-
Bedankt voor de reactie! Ik zal kijken of dit mogelijk is. heb je toevallig nog meer tips waarmee we ons profielwerkstuk meer natuurkundig zouden kunnen maken?
-
Hoi Michiel,
Gecombineerd met de informatie die je hiervoor hebt opgezocht geeft deze pagina je misschien een beter antwoord. Er wordt hier uitgelegd wat specifieke energie inhoudt, wat de relatie is met soortelijke warmte en hoe je eraan komt.
In relatie met je motor zou je bij het effect van een hogere temperatuur kunnen denken aan het feit dat het verhitten van een motor altijd invloed heeft op de materiaalkwaliteit in je motor. Dus een motor die minder heet hoeft te worden zou een langere levensduur kunnen hebben.Het volgende punt dat jullie noemen vind ik interessant. Ik had hier namelijk zelf nog helemaal niet aan gedacht! Het is echter best mogelijk dat er verschillen in de zuurgraad van de betreffende diesels zitten. Het is inderdaad zo dat een hogere zuurgraad een negatief effect hebben op jullie motor. Wanneer jullie op de juiste wijze de pH-waarde van beide diesels hebben gemeten en biodiesel een hogere pH-waarde heeft dan gewone diesel zegt dat wel degelijk dat biodiesel een hogere zuurgraad heeft en dus dat biodiesel sommige onderdelen meer aantast dan gewone diesel.
Daarom vind ik jullie idee van een aluminiumdeeltje in beide diesels erg sterk en denk ik dat dat zeker een leuke natuurkundige toevoeging is op jullie verslag. Met dit proefje geef je namelijk aan dat de gemeten hogere zuurgraad ook daadwerkelijk metalen meer aantast dan een lagere zuurgraad en zo bewijs je dus de stelling die je op internet gevonden hebt. Wanneer je dit dan ook nog goed en duidelijk uitwerkt in je verslag ben je volgens mij opweg naar een goed resultaat van je PWS.Als er meer vragen zijn, hoor ik het graag!
Groetjes,
Joris
-
Hoi,
We hebben door middel van een proef de verbrandingswaarde berekend van verschillende biodiesels en normale diesel.
Verbrandingswaarde:
Biodiesel uit zonnebloemolie: 4,31 MJ/kg.
Biodiesel uit frituurolie: 4,22 MJ/kg.
Normale diesel: 4,86 MJ/kg.Op internet heb ik nagezocht of de waarden ongeveer kloppen. Van diesel kon ik vinden dat die ongeveer 45 MJ/kg is. Dit is x 10^1 hoger dan onze waarde. En het klopt ook dat biodiesel verhoudingsgewijs minder oplevert dan diesel en dat komt overeen met onze proeven.
Is er iets mis gegaan bij onze berekening of is onze proef niet nauwkeurig genoeg? (we hebben de verbrandingswaarde gemeten d.m.v. vebranding in een waxinelichtje die onder een bekerglas stond).
Hieronder volgende berekeningen:
Verbrandingswaarde:
Gewicht water: 101,68 gram. (soortelijke warmte water: 4186 J/kg.K )
Gewicht bekerglas: 109,72 gram. (soortelijke warmte glas: 840 J/kg.K )Diesel uit zonnebloemolie:
Er is 0,36 gram verbrand waarmee een temperatuurstijging van 3,0 graden Celsius gepaard ging.Water neemt 4186 x 0,10168 = 425,63 J/K op.
Glas neemt 840 x 0,10168 = 92,16 J/K op.425,63 + 92,16 = 517,80 J/K.
Temperatuurstijging = 3,0 graden Celsius.
517,80 x 3,0 = 1553 J.Joule 1553 x
Massa 0,36 1000X = 4313 kJ/kg.
= 4,31 MJ/kg.Diesel uit frituurolie:
Er is 0,27 gram verbrand waarmee een temperatuurstijging van 2,2 graden Celsius gepaard ging.Water neemt 4186 x 0,10168 = 425,63 J/K op.
Glas neemt 840 x 0,10168 = 92,16 J/K op.425,63 + 92,16 = 517,80 J/K.
Temperatuurstijging = 2,2 graden Celsius.
517,80 x 2,2 = 1139 J.Joule 1139 x
Massa 0,27 1000X = 4219 kJ/kg.
= 4,22 kJ/kg.Normale diesel:
Er is 1,81 gram verbrand waarmee een temperatuurstijging van 17,0 graden Celsius gepaard ging.Water neemt 4186 x 0,10168 = 425,63 J/K op.
Glas neemt 840 x 0,10168 = 92,16 J/K op.425,63 + 92,16 = 517,80 J/K.
Temperatuurstijging = 17,0 graden Celsius.
517,80 x 17,0 = 8802 J.Joule 8802 x
Massa 1,81 1000X = 4863 kJ/kg.
= 4,86 MJ/kg. -
Beste Michiel,
Ik ben met jullie vraag bezig, op het eerste gezicht lijkt het me dat jullie berekeningen goed zijn. Echter weet ik niet veel van de scheikunde achter het verbrandingsproces van diesel. Dus ik laat te scheikundige van ons even naar jullie vraag kijken.
Je hoort snel meer van me!
Groetjes,
Joris
-
Beste Michiel,
Ik heb ook gekeken naar jullie berekeningen en kan ook de fout niet vinden. Ik denk dat het toch ligt aan de onnauwkeurigheid van het experiment. Ik weet niet hoe jullie het precies hebben uitgevoerd? Hoeveel tijd er bijvoorbeeld zat tussen de proeven. Als hier veel tijd tussen zat kan er namelijk water verdampt zijn, waardoor dit gewicht niet meer klopt. Verder kan er een hoop warmte verloren gaan aan de omgeving. Niet alle warmte wordt opgenomen door het water. Zijn alle proeven onder exact dezelfde omstandigheden uitgevoerd? Want ondanks de onnauwkeurigheden, zou ik toch verwachten dat je op een hogere verbrandingswaarde voor de normale diesel moet komen, aangezien deze onnauwkeurigheden in elk experiment aanwezig zijn. Misschien hebben jullie ergens een meetfout gemaakt? Ik kan in elk geval geen fout vinden in de berekeningen.
Groetjes,
Tirsa
