Υπερήχων γαλακτώματα για καύση νερού-σε-ντίζελ

Οι γεννήτριες ισχύος, οι μηχανές πλοίων και οι σιδηροδρομικές μηχανές, οι οποίες τροφοδοτούνται με ντίζελ, μπορούν να λειτουργούν πιο αποτελεσματικά όταν χρησιμοποιούνται γαλακτώματα νερού σε ντίζελ. Τα καύσιμα γαλακτώματος νερού-ντίζελ μειώνουν την κατανάλωση καυσίμου, μειώνουν τη θερμοκρασία καύσης, καίνε καθαρότερα και μειώνουν τις εκπομπές, όπως τα NOx και η αιθάλη. Υπερήχων γαλακτωματοποίηση είναι μια αξιόπιστη, απλή και αποτελεσματική μέθοδος για την παραγωγή υψηλής ποιότητας νερό σε ντίζελ καύσιμα.

Υπερήχων γαλακτωματοποίηση του νερού-σε-ντίζελ

Γαλακτώματα νερού σε ντίζελ (WiDE; W/D emulsion fuel) είναι μια τροποποιημένη εναλλακτική λύση καυσίμου ντίζελ, η οποία περιέχει έως και 15% νερό. Επίσης γνωστό ως aqua-fuel, σε γαλακτώματα νερού-ντίζελ, σταγονίδια νερού είναι υπερήχων γαλακτωματοποιούνται στη συνεχή φάση ντίζελ. Έντονη υπερήχηση των υγρών δημιουργεί ακουστική σπηλαίωση. Οι δυνάμεις διάτμησης σπηλαίωσης διαταράσσουν τα σταγονίδια και παράγουν ένα ομοιογενές γαλάκτωμα των κατά τα άλλα μη αναμίξιμων φάσεων νερού και ντίζελ.

Γαλάκτωμα νερού σε ντίζελ

Το WiDE (γαλάκτωμα W/D) ορίζεται ως μείγμα φυσικά μη αναμίξιμων υγρών σταγονιδίων νερού (διασκορπισμένη/εσωτερική φάση) σε ντίζελ (συνεχής/εξωτερική φάση). Ένας γαλακτωματοποιητικός παράγοντας προστίθεται σε χαμηλές συγκεντρώσεις προκειμένου να βελτιωθεί η σταθερότητα των γαλακτωμάτων και να μειωθεί η ενεργειακή απαίτηση ανάμειξης.

διφασικό γαλάκτωμα

Ένα γαλάκτωμα δύο φάσεων περιγράφει το μείγμα νερού στο ντίζελ χωρίς τη χρήση οποιασδήποτε επιφανειοδραστικής ουσίας. Για ένα διφασικό WiDE, τα ρεύματα τροφοδοσίας νερού και ντίζελ γαλακτωματοποιούνται υπερηχητικά ακριβώς μπροστά από τον κινητήρα. Το υπερηχητικό διφασικό γαλάκτωμα νερού-σε-ντίζελ πηγαίνει απευθείας από τον υπερηχητικό αντιδραστήρα ροής-κυττάρων στον κινητήρα καύσης. Χωρίς επιφανειοδραστική ουσία, το γαλάκτωμα δεν γίνεται για αποθήκευση, αλλά για άμεση καύση.

Μελέτη περίπτωσης καυσίμου γαλακτώματος νερού-ντίζελ

Η εγκατάσταση

Οι Ithnin et al. (2018) μελέτησαν την επίδραση του καυσίμου γαλακτώματος νερού σε ντίζελ (WiDE) σε έναν μονοκύλινδρο κινητήρα ντίζελ άμεσου ψεκασμού. Το νερό και το ντίζελ αποθηκεύτηκαν σε διαφορετικές μονάδες, από τις οποίες μεταφέρθηκαν ποσοτικά σε ένα σύστημα ανάμιξης. Το σύστημα ανάμιξης αποτελούνταν από συνδυασμό μίξερ υψηλής διάτμησης και ομογενοποιητή υπερήχων. Ο μίξερ διάτμησης παρείχε ένα ακατέργαστο προ-μίγμα νερού και ντίζελ, ενώ η υπερήχηση χρησιμοποιήθηκε για ένα λεπτό, ομοιόμορφο γαλάκτωμα. Το γαλάκτωμα νερού-ντίζελ παρασκευάστηκε με 5% νερό. Το ομοιογενές καύσιμο WiDE μεταφέρθηκε απευθείας από το σύστημα ανάμιξης στον κινητήρα. Το παρασκευασμένο καύσιμο WiDE δεν περιείχε επιφανειοδραστικές ουσίες, επομένως χαρακτηρίστηκε ως μακροπρόθεσμο ασταθές καύσιμο γαλακτώματος (UW/D). Ο πετρελαιοκινητήρας δοκιμάστηκε υπό τέσσερις διαφορετικές συνθήκες φορτίου (1 kW (25%), 2 kW (50%), 3 kW (74%), 4 kW (100%)) και με σταθερή ταχύτητα 3000 σ.α.λ. Προκειμένου να συγκριθούν τα αποτελέσματα όπως η απόδοση καυσίμου και οι εκπομπές, δοκιμάστηκε επίσης στον ίδιο κινητήρα ένα σταθεροποιημένο γαλάκτωμα επιφανειοδραστικής ουσίας (σταθερό γαλάκτωμα (SW / D)) και καθαρό καύσιμο ντίζελ (D2). Το 5% του νερού χρησιμοποιείται τόσο για ασταθές γαλάκτωμα όσο και για σταθερό γαλάκτωμα.

Τα αποτελέσματα

Η δοκιμή του κινητήρα δείχνει ότι το καύσιμο γαλακτώματος νερού-ντίζελ χωρίς επιφανειοδραστική ουσία (UW / D) έχει ως αποτέλεσμα σημαντική βελτίωση του κινητήρα με αύξηση 3,59% στη θερμική απόδοση πέδησης (BTE) και 3,89% μείωση στην ειδική κατανάλωση καυσίμου φρένων (BSFC) σε σύγκριση με το καθαρό καύσιμο ντίζελ. Τα καύσιμα γαλακτώματος, τόσο σταθεροποιημένα (SW/D) όσο και μη σταθεροποιημένα (UW/D), αύξησαν τη θερμική απόδοση του κινητήρα λόγω του φαινομένου της μικροέκρηξης. Το φαινόμενο της μικρο-έκρηξης προκαλεί ταχεία εξάτμιση γαλακτωματοποιημένων σταγονιδίων νερού. Δεδομένου ότι τα λεπτά σταγονίδια νερού περιβάλλονται από λάδι, η έντονη διαδικασία εξάτμισης διαταράσσει τα σταγονίδια βίαια σε πολύ λεπτά σωματίδια, γεγονός που προάγει την ανάμειξη αέρα και καυσίμου. Η διάσπαση των σταγονιδίων και η ανάμιξη με τον αέρα αυξάνει σημαντικά την απόδοση καύσης.
Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η ιδέα της παραγωγής και μεταφοράς του καυσίμου γαλακτώματος νερού-ντίζελ σε πραγματικό χρόνο στον κινητήρα χωρίς τη χρήση επιφανειοδραστικού λειτουργεί πολύ καλά. Η άμεση μεταφορά του υπερηχητικά παρασκευασμένου μείγματος νερού-ντίζελ εξαλείφει το πρόβλημα σταθεροποίησης για το αποθηκευμένο καύσιμο γαλακτώματος καθώς και την εξάρτηση από το επιφανειοδραστικό. Το ασταθές καύσιμο γαλακτώματος νερού-ντίζελ (UW / D) διατήρησε αξιόπιστα τη μορφή γαλακτώματος χωρίς να φτάσει στο στάδιο καθίζησης εντός 25 δευτερολέπτων (βλ. εικόνα παρακάτω).

Συμπεριφορά σταγονιδίων υπερηχητικά γαλακτωματοποιημένου καυσίμου γαλακτώματος ater-in-diesel με την πάροδο του χρόνου α) 10 s, β) 25 s, γ) 50 s και δ) 132 s. (μεγέθυνση 1000×) – Ithnin et al. 2018

Σε σύγκριση με το καθαρό καύσιμο ντίζελ, το καύσιμο γαλακτώματος νερού σε ντίζελ έχει σημαντικά μειωμένη εκπομπή οξειδίων του αζώτου (NOx) και σωματιδίων (PM) με μέση μείωση 31,66% και 16,33% αντίστοιχα.

Συνολικά, υπερηχητικά παρασκευασμένα γαλακτώματα – είτε ασταθής είτε σταθεροποιημένη με επιφανειοδραστική ουσία – συμβάλλουν στην εξοικονόμηση καυσίμου ντίζελ και στη μείωση των εκπομπών καυσαερίων.
Πιο πράσινες εκπομπές καυσαερίων και εξοικονόμηση καυσίμου με υπερήχους!

Πρωτογενής και δευτερογενής ψεκασμός γαλακτωματοποιημένου καυσίμου σε φλόγα ψεκασμού.

Γαλάκτωμα τριμερούς φάσης

Ένα γαλάκτωμα τριμερούς φάσης, επίσης γνωστό ως γαλάκτωμα τριών φάσεων, αποτελείται από νερό, έλαιο και επιφανειοδραστικό. Κατά τη διάρκεια της υπερηχητικής γαλακτωματοποίησης του νερού στη φάση ντίζελ προστίθεται ένα επιφανειοδραστικό. Ο γαλακτωματοποιητικός παράγοντας παρατείνει τη σταθερότητα του γαλακτώματος και επιτρέπει την αποθήκευση του νερού στο καύσιμο ντίζελ. Η σταθερότητα του γαλακτώματος W / D εξαρτάται από τον γαλακτωματοποιητή, τις παραμέτρους της διαδικασίας υπερήχων και τη θερμοκρασία. Με το σωστό συνδυασμό επιφανειοδραστικών ουσιών και παραμέτρων υπερήχων, μπορεί να επιτευχθεί σημαντική μακροπρόθεσμη σταθερότητα του WiDE.

Η εγκατάσταση και η εκ των υστέρων τοποθέτηση ενός συστήματος γαλακτωματοποίησης υπερήχων είναι απλή, ασφαλής και φθηνή. Τα καύσιμα γαλακτώματος W/D μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε συνδυασμό με οποιουσδήποτε συμβατικούς κινητήρες ντίζελ (π.χ. γεννήτριες ισχύος, σιδηροδρομικές μηχανές, μηχανές πλοίων) χωρίς τροποποίηση.

Τι κάνει τα καύσιμα WiDE πιο αποδοτικά; – Το φαινόμενο της μικρο-έκρηξης

Τα καύσιμα γαλακτώματος νερού σε ντίζελ αποτελούνται από αιωρούμενα σωματίδια νερού σε συνεχή φάση ντίζελ. Όταν καίγονται, τα σταγονίδια νερού λεπτού μεγέθους στο καύσιμο γαλακτώματος φτάνουν στο υπέρθερμο στάδιο τους γρηγορότερα από το ντίζελ και δημιουργούν διάσπαση διαστολής ατμών (αυθόρμητη έκρηξη) κατά τη διάρκεια της καύσης, δημιουργώντας πολύ λεπτά σωματίδια. Λόγω της αυξημένης επιφάνειας των μικροσκοπικών σωματιδίων σε συνδυασμό με τον αέρα εισαγωγής, η ανάμειξη αέρα και καυσίμου βελτιώνεται σημαντικά και αυξάνει έτσι την απόδοση καύσης. (Ιβάνοφ, Νεβέντοφ 1965)

Συστήματα γαλακτωματοποίησης υπερήχων υψηλής απόδοσης

Hielscher Υπέρηχοι προμήθειες υψηλής απόδοσης υπερήχων επεξεργαστές για τη συνεχή παραγωγή υψηλής ποιότητας (νανο-) γαλακτώματα. Ανώτερη απόδοση υπερήχων, ευρωστία, και ένα μικρό αποτύπωμα κάνουν Hielscher Ultrasonicators το ιδανικό σύστημα ανάμειξης για νερό σε καύσιμα γαλακτώματος ντίζελ. Είτε θέλετε να παράγετε καύσιμα γαλακτώματος για την άμεση έγχυση σε κινητήρα εσωτερικής καύσης ή σταθερά καύσιμα γαλακτώματος για αποθήκευση και αργότερα καύση, Hielscher Υπέρηχοι έχει την πιο κατάλληλη ρύθμιση για την εφαρμογή σας. Από μικρότερα συστήματα γαλακτώματος υπερήχων για την ενσωμάτωση σε σιδηροδρομικές μηχανές και σκάφη εσωτερικής ναυσιπλοΐας μέχρι την παραγωγή μεγάλων όγκων καυσίμου για σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής και τεράστια θαλάσσια σκάφη – Οι συστάδες των επεξεργαστών υπερήχων μας επιτρέπουν την επεξεργασία καυσίμου γαλακτώματος οποιουδήποτε όγκου.
Εκτός από την υψηλή υπερηχητική παραγωγή, αξιοπιστία και ευρωστία, Hielscher Υπέρηχοι’ Οι βιομηχανικοί επεξεργαστές υπερήχων μπορούν να ελεγχθούν και να παρακολουθούνται με ακρίβεια. Οι αισθητήρες θερμοκρασίας και πίεσης μεταδίδουν τα δεδομένα στη γεννήτρια, όπου όλες οι σημαντικές παράμετροι της διαδικασίας όπως το πλάτος, η καθαρή και συνολική ενέργεια, η θερμοκρασία και η πίεση καταγράφονται σε μια ενσωματωμένη κάρτα SD. Ο έξυπνος έλεγχος λογισμικού επιτρέπει τον καθορισμό και τον καθορισμό ακριβών παραμέτρων διαδικασίας για ένα τυποποιημένο καύσιμο γαλακτώματος συνεχώς υψηλής ποιότητας. Ο αντιδραστήρας ροής υπερήχων με επένδυση μπορεί να ψυχθεί αποτελεσματικά και να επιτρέψει την επεξεργασία του γαλακτώματος σε καθορισμένες θερμοκρασίες. Η ευρωστία του υπερηχητικού εξοπλισμού μας επιτρέπει 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία σε βαρέα καθήκοντα και σε απαιτητικά περιβάλλοντα.
Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση ικανότητας επεξεργασίας των υπερήχων μας: