Hielscher – Tecnología de Ultrasonidos

Reducción de NOx por emulsión de aceite en agua

Los óxidos de nitrógeno (NOx) son conocidos por ser inmediatamente peligrosos para la salud humana y el medio ambiente. Los motores diesel y de gasolina móviles y estacionarios contribuyen en gran medida a la reducción de las emisiones de NOx de la UE. La emulsificación del combustible con agua es una forma de reducir las emisiones de NOx de los motores. La emulsificación ultrasónica es un medio eficaz para generar emulsiones finas de combustible/agua.

Los automóviles y camiones, aviones, generadores eléctricos, carretillas elevadoras, unidades de aire acondicionado y calderas generan grandes cantidades de partículas (PM) y de NOx por la combustión de productos petrolíferos. NOx se refiere a las mezclas de óxido nítrico (NO) y dióxido nítrico (NO2) así como N2O, NO3, N2O4 y N2O5. Óxido nítrico y dióxido nítrico contribuyen al bajo nivel de ozono, smog y son peligrosos para el medio ambiente y los seres humanos. La normativa medioambiental aborda las emisiones de contaminantes atmosféricos de la siguiente manera límites más estrictos. Las emisiones de los motores también incluyen el dióxido de azufre (SO2) como resultado de los compuestos de azufre en el combustible. Este problema se reduce por hidrodesulfuración o desulfuración asistida por ultrasonidos.

Funcionamiento con emulsión de combustible/agua

En los últimos años, se ha trabajado mucho en los siguientes ámbitos influencia del agua en las emisiones de NOx los niveles de emisión. Se han probado varias relaciones volumétricas de combustible:agua de 1:1 a 19:1 para determinar las propiedades de combustión. En la mayoría de los casos, se agregó de 1 a 2 por ciento de volumen de surfactante para estabilizar la emulsión.

Antecedentes de la combustión

La combustión del combustible genera energía térmica y mecánica. La fracción mecánica puede utilizarse para accionar pistones o turbinas para la propulsión o la generación de electricidad. En la mayoría de los motores, la energía térmica no se utiliza. Esto resulta en una menor eficiencia termodinámica.

Aproximadamente el 90% de las emisiones de NOx resultante del proceso de combustión de combustible es NO. El NO se forma principalmente por la oxidación del nitrógeno atmosférico (N2). El agua añadida al combustible reduce la temperatura de combustión debido a la evaporación del agua. Cuando el agua de la emulsión de combustible y agua se evapora, el combustible circundante también se vaporiza. Esto aumenta la superficie del combustible. La temperatura más baja y la mejor distribución del combustible están llevando a un formación inferior de NOx.

Emulsificación ultrasónica

La introducción de agua en la combustión del combustible ha sido demostrada en muchas obras para baje el nivel de NOx emisiones. El agua se puede añadir formando una emulsión de combustible/agua de dos maneras:

  • sin estabilizar: emulsificación en línea del agua en el combustible antes de la inyección
  • estabilizado: fabricación de una emulsión estable de combustible/agua que se utilizará como alternativa de combustible sin necesidad de hospitalización

Canfield (1999) resume el NOx mediante el uso de agua y otros aditivos:

  • emulsión no estabilizada
    • agua añadida vol%: 10 a 80%.
    • Nox de la reducción de: 4 al 60%.
  • emulsión estabilizada
    • agua añadida vol%: 25 a 50%.
    • Nox de la reducción de: 22 a 83%.

Emulsión

Una emulsión es una mezcla de líquidos inmiscibles (fases), como el aceite y el agua. Durante el proceso de emulsificación, la fase dispersa (por ejemplo, agua) se introduce en la fase líquida (por ejemplo, aceite). Mediante la aplicación de fuerzas de alto cizallamentose reduce el tamaño de partícula (= tamaño de gota) de la fase dispersa. Cuanto menor sea el tamaño de las partículas, más estable será la emulsión generada. Se puede lograr una estabilidad adicional mediante la introducción de tensioactivos o estabilizadores. Haga clic en el gráfico de arriba para ver los resultados de la emulsificación ultrasónica del 10% de agua en el aceite de motor (Velocite 3, Mobil Oil, Hamburgo, Alemania). Este estudio fue realizado por Behrend y Schubert (2000).

ultrasonidos


Cuando se sonican líquidos a alta intensidad, las ondas sonoras propagadas en el medio generan ciclos fluctuantes de alta presión (compresión) y de baja presión (rarefacción), cuyo ritmo depende de su frecuencia. Durante el ciclo de baja presión, las ondas ultrasónicas de alta intensidad crean pequeñas burbujas de vacío o ambientes de baja presión dentro del líquido. Cuando estas burbujas han aumentado su tamaño hasta un volumen en que ya no pueden absorber más energía, colapsarán violentamente durante un ciclo de alta presión. Este fenómeno se denomina cavitación. Durante la implosión, se alcanzan localmente temperaturas (aprox., 5000 K) y presiones (aprox., 2000 atm) muy elevadas. La implosión de las burbuja de cavitación también produce la propulsión de corrientes de líquidos a una velocidad de hasta 280 m/s.

Se ha demostrado que el ultrasonido genera emulsiones muy homogéneas de agua en aceite (w/o) y aceite en agua (o/w) por el alto cizallamiento cavitacional. Como los parámetros de la ultrasonicación son bien controlables, el tamaño y la distribución de las partículas es buena. ajustable y repetible. Típicamente, el ultrasonido se aplica en un reactor de celda de flujo. Por lo tanto, la emulsión puede ser hecho continuamente en línea. Por esta razón, la ultrasonicación puede utilizarse para la fabricación de emulsiones estabilizadas y no estabilizadas.

La siguiente tabla muestra las capacidades generales de procesamiento para varios niveles de potencia ultrasónica.

Tasa de flujo
Potencia requerida
100 a 400L/hr
1kW, por ejemplo UIP1000hd
400 a 1600L/hora
4kW, por ejemplo UIP4000
1,5 a 6.5m³/h
16 kW, p. ej. UIP16000
10 a 40m³/h
96kW, p. ej. 6xUIP16000
100 a 400m³/h
960kW, por ejemplo 60xUIP16000

Desgasificación y antiespumación ultrasónicaDesgasificación ultrasónica del aceite mediante un procesador ultrasónico UP200S (200 vatios)

El ultrasonido también ayuda a reducir la cantidad de burbujas de aire en la mezcla de emulsión. La imagen de la derecha muestra el efecto (imágenes de progreso de 5 segundos de izquierda a derecha) de la ultrasonicación sobre el contenido de la burbuja. Como las variaciones en el contenido de la burbuja causan fluctuaciones en el tiempo de inyección, un desgasificación, desgasificación y antiespumación por ultrasonido mejora el rendimiento del motor.

Equipo de proceso ultrasónico

Hielscher es el proveedor líder de dispositivos ultrasónicos de alta capacidaden todo el mundo. Como Hielscher fabrica procesadores de ultrasonidos de hasta 16 kW potencia por dispositivo individualhay No hay límite en el tamaño de la planta o capacidad de procesamiento. Se están utilizando grupos de varios sistemas de 16kW para la fabricación de grandes volúmenes de combustibles. Procesamiento industrial de combustible no necesita mucha energía ultrasónica. El requerimiento de energía real puede ser determinado usando un procesador ultrasónico de 1kW en una balanza de sobremesa. Todos los resultados de estos ensayos de sobremesa pueden ser escalar fácilmente.

Costos de la Ultrasonido

(Haga clic para ampliar) La eficiencia energética total es importante para el procesamiento de líquidos por ultrasonidos. La eficiencia describe la cantidad de energía que se transfiere desde la toma de corriente hasta el líquido. Nuestros homogeneizadores ultrasónicos tienen una eficiencia global superior al 80 %.La ultrasonicación es una tecnología de procesamiento eficaz. Los costes de procesamiento por ultrasonidos se derivan principalmente de la inversión
para dispositivos ultrasónicos, costos de servicios públicos y mantenimiento. Los más destacados eficiencia energética (véase diagrama) de los equipos ultrasónicos de Hielscher ayuda a reducir los costes de los servicios públicos.

¡Solicite más información!

Por favor, utilice el siguiente formulario si desea solicitar información adicional sobre el uso del ultrasonido en la emulsificación de agua en combustible.









Revise nuestra política de privacidad.


Referencias

Behrend, O., Schubert, H. (2000): Influence of continuous phase viscosity on emulsification by ultrasound, in: Ultrasonics Sonochemistry 7 (2000) 77-85.

Canfield, A., C. (1999): Efectos de la combustión de emulsión diesel-agua en el motor diesel NOx Emisiones, mm (plg) Tesis de Maestría presentada en la escuela de postgrado de la Universidad de Florida, 1999.