ડીઝલમાં પાણીના દહન માટે અલ્ટ્રાસોનિક ઇમલ્શન

ડીઝલથી ચાલતા વીજ જનરેટરો, જહાજનાં એન્જિનો અને રેલવે એન્જિનોને ડીઝલમાં પાણીનાં ઇમલ્શનનો ઉપયોગ કરીને વધુ કાર્યક્ષમ રીતે ચલાવી શકાય છે. પાણી-ડીઝલ ઇમલ્શન ઇંધણો ઇંધણનો વપરાશ ઘટાડે છે, દહનનું તાપમાન ઘટાડે છે, વધુ સ્વચ્છ રીતે બળે છે અને NOx તથા કાજળ જેવા ઉત્સર્જનો ઘટાડે છે. ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળાં ડીઝલમાં પાણી ધરાવતાં ઇંધણો બનાવવા માટે અલ્ટ્રાસોનિક ઇમલ્સિફિકેશન એક વિશ્વસનીય, સરળ અને અસરકારક પદ્ધતિ છે.

ડીઝલમાં પાણીનું અલ્ટ્રાસોનિક ઇમલ્સિફિકેશન

ડીઝલમાં પાણીનાં ઇમલ્શન (WiDE; W/D ઇમલ્શન ઇંધણ) એ સંશોધિત ડીઝલ ઇંધણનો એક વિકલ્પ છે, જેમાં 15% સુધી પાણી હોય છે. એક્વા-ફ્યુઅલ તરીકે પણ ઓળખાતાં પાણી-ડીઝલ ઇમલ્શનમાં, પાણીનાં ટીપાંને અલ્ટ્રાસોનિક રીતે સતત ડીઝલ પ્રાવસ્થામાં ઇમલ્સિફાય કરવામાં આવે છે. પ્રવાહીઓનું તીવ્ર સોનિકેશન ધ્વનિક કેવિટેશન ઉત્પન્ન કરે છે. કેવિટેશનથી ઉદ્ભવતાં કર્તન બળો ટીપાંને વિખંડિત કરે છે અને સામાન્ય રીતે એકબીજામાં ન ભળતી પાણી અને ડીઝલની પ્રાવસ્થાઓનું સમાન ઇમલ્શન બનાવે છે.

ડીઝલમાં પાણીનું ઇમલ્શન

WiDE (W/D ઇમલ્શન)ને કુદરતી રીતે એકબીજામાં ન ભળતાં પ્રવાહીઓના એવા મિશ્રણ તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે, જેમાં પાણીનાં ટીપાં (વિખેરાયેલી/આંતરિક પ્રાવસ્થા) ડીઝલમાં (સતત/બાહ્ય પ્રાવસ્થા) હોય છે. ઇમલ્શનની સ્થિરતા સુધારવા અને મિશ્રણ માટે જરૂરી ઊર્જા ઘટાડવા માટે ઓછી સાંદ્રતામાં ઇમલ્સિફાઇંગ એજન્ટ ઉમેરવામાં આવે છે.

દ્વિપ્રાવસ્થાવાળું ઇમલ્શન

દ્વિપ્રાવસ્થાવાળું ઇમલ્શન કોઈપણ પૃષ્ઠતાણ ઘટાડનાર પદાર્થનો ઉપયોગ કર્યા વિના ડીઝલમાં પાણીના મિશ્રણને વર્ણવે છે. દ્વિપ્રાવસ્થાવાળા WiDE માટે, એન્જિનમાં પ્રવેશતા પહેલાં તરત જ પાણી અને ડીઝલના પુરવઠા પ્રવાહોનું અલ્ટ્રાસોનિક રીતે ઇમલ્સિફિકેશન કરવામાં આવે છે. અલ્ટ્રાસોનિક દ્વિપ્રાવસ્થાવાળું ડીઝલમાં પાણીનું ઇમલ્શન અલ્ટ્રાસોનિક ફ્લો-સેલ રિએક્ટરમાંથી સીધું દહન એન્જિનમાં જાય છે. પૃષ્ઠતાણ ઘટાડનાર પદાર્થ વિના, આ ઇમલ્શન સંગ્રહ માટે નહીં, પરંતુ સીધા દહન માટે બનાવવામાં આવે છે.

પાણી-ડીઝલ ઇમલ્શન ઇંધણનો કેસ અભ્યાસ

પ્રાયોગિક ગોઠવણ

Ithnin અને સહલેખકો (2018)એ એક સિલિન્ડરવાળા, પ્રત્યક્ષ ઇન્જેક્શન ધરાવતા ડીઝલ એન્જિન પર ડીઝલમાં પાણીના ઇમલ્શન ઇંધણ (WiDE)ની અસરનો અભ્યાસ કર્યો હતો. પાણી અને ડીઝલને અલગ એકમોમાં સંગ્રહિત કરવામાં આવ્યાં હતાં, જ્યાંથી તેમને પરિમાણાત્મક રીતે મિશ્રણ પ્રણાલીમાં સ્થાનાંતરિત કરવામાં આવ્યાં હતાં. મિશ્રણ પ્રણાલીમાં ઉચ્ચ કર્તનવાળા મિક્સર અને અલ્ટ્રાસોનિક હોમોજેનાઇઝરનું સંયોજન હતું. કર્તન મિક્સરે પાણી અને ડીઝલનું સ્થૂળ પૂર્વમિશ્રણ પૂરું પાડ્યું હતું, જ્યારે સૂક્ષ્મ ટીપાંવાળું, એકસમાન ઇમલ્શન બનાવવા માટે સોનિકેશનનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. પાણી-ડીઝલ ઇમલ્શન 5% પાણી સાથે તૈયાર કરવામાં આવ્યું હતું. સમાન WiDE ઇંધણને મિશ્રણ પ્રણાલીમાંથી સીધું એન્જિનમાં સ્થાનાંતરિત કરવામાં આવ્યું હતું. તૈયાર કરેલા WiDE ઇંધણમાં કોઈ પૃષ્ઠતાણ ઘટાડનારા પદાર્થો નહોતા, તેથી તેને લાંબા ગાળે અસ્થિર ઇમલ્શન ઇંધણ (UW/D) તરીકે ઓળખવામાં આવ્યું હતું. ડીઝલ એન્જિનનું ચાર જુદી જુદી ભાર સ્થિતિઓમાં (1 kW (25%), 2 kW (50%), 3 kW (74%), 4 kW (100%)) અને 3000 rpmની સ્થિર ગતિએ પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું. ઇંધણની કામગીરી અને ઉત્સર્જનો જેવી અસરોની સરખામણી કરવા માટે, પૃષ્ઠતાણ ઘટાડનાર પદાર્થ વડે સ્થિર કરેલા ઇમલ્શન ઇંધણ (સ્થિર ઇમલ્શન (SW/D)) અને શુદ્ધ ડીઝલ ઇંધણ (D2)નું પણ એ જ એન્જિન પર પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું. અસ્થિર ઇમલ્શન અને સ્થિર ઇમલ્શન બંને માટે 5% પાણીનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.

પરિણામો

એન્જિન પરીક્ષણ દર્શાવે છે કે શુદ્ધ ડીઝલ ઇંધણની સરખામણીમાં સપાટી તાણ ઘટાડનાર પદાર્થ વિનાનું પાણી–ડીઝલ ઇમલ્શન ઇંધણ (UW/D) બ્રેક ઉષ્મીય કાર્યક્ષમતા (BTE)માં 3.59% વધારો અને બ્રેક વિશિષ્ટ ઇંધણ વપરાશ (BSFC)માં 3.89% ઘટાડો કરીને એન્જિનની કામગીરીમાં નોંધપાત્ર સુધારો કરે છે. સ્થિર કરેલાં (SW/D) અને અસ્થિર (UW/D), બંને ઇમલ્શન ઇંધણોએ સૂક્ષ્મ વિસ્ફોટની ઘટનાને કારણે એન્જિનની ઉષ્મીય કાર્યક્ષમતા વધારી હતી. સૂક્ષ્મ વિસ્ફોટની ઘટનાથી ઇમલ્શનમાં રહેલાં પાણીનાં ટીપાંનું ઝડપથી બાષ્પીભવન થાય છે. પાણીનાં અતિસૂક્ષ્મ ટીપાં તેલથી ઘેરાયેલાં હોવાથી, તીવ્ર બાષ્પીભવન પ્રક્રિયા ટીપાંને પ્રચંડ રીતે તોડીને અત્યંત સૂક્ષ્મ કણોમાં ફેરવે છે, જે હવા અને ઇંધણના મિશ્રણને પ્રોત્સાહન આપે છે. ટીપાંનું વિખંડન અને હવા સાથેનું મિશ્રણ દહન કાર્યક્ષમતામાં નોંધપાત્ર વધારો કરે છે.
પરિણામો દર્શાવે છે કે સપાટી તાણ ઘટાડનાર પદાર્થનો ઉપયોગ કર્યા વિના પાણી–ડીઝલ ઇમલ્શન ઇંધણનું ઉત્પાદન કરીને તેને વાસ્તવિક સમયમાં એન્જિનમાં પહોંચાડવાનો ખ્યાલ ખૂબ સારી રીતે કાર્ય કરે છે. અલ્ટ્રાસોનિક રીતે તૈયાર કરેલા પાણી–ડીઝલ મિશ્રણનું તાત્કાલિક સ્થાનાંતરણ સંગ્રહિત ઇમલ્શન ઇંધણના સ્થિરીકરણની સમસ્યા તેમજ સપાટી તાણ ઘટાડનાર પદાર્થ પરની નિર્ભરતાને દૂર કરે છે. અસ્થિર પાણી–ડીઝલ ઇમલ્શન ઇંધણે (UW/D) 25sec દરમિયાન અવસાદનની અવસ્થાએ પહોંચ્યા વિના પોતાનું ઇમલ્શન સ્વરૂપ વિશ્વસનીય રીતે જાળવી રાખ્યું હતું (નીચેનું ચિત્ર જુઓ).

અલ્ટ્રાસોનિક રીતે ઇમલ્શન બનાવેલા ડીઝલમાં પાણી ધરાવતા ઇમલ્શન ઇંધણનાં ટીપાંનું સમય સાથેનું વર્તન a) 10 s, b) 25 s, c) 50 s અને d) 132 s. (આવર્ધન 1000×) – Ithnin et al. 2018

શુદ્ધ ડીઝલ ઇંધણની સરખામણીમાં, ડીઝલમાં પાણી ધરાવતા ઇમલ્શન ઇંધણમાં નાઇટ્રોજન ઑક્સાઇડ્સ (NOx) અને કણરૂપ પદાર્થ (PM)ના નિષ્કાસન ઉત્સર્જનમાં અનુક્રમે સરેરાશ 31.66% અને 16.33%નો નોંધપાત્ર ઘટાડો થાય છે.

એકંદરે, અલ્ટ્રાસોનિક રીતે તૈયાર કરેલાં ઇમલ્શન – અસ્થિર હોય કે સપાટી તાણ ઘટાડનાર પદાર્થ વડે સ્થિર કરેલાં હોય – ડીઝલ ઇંધણ બચાવવામાં અને નિષ્કાસન ઉત્સર્જન ઘટાડવામાં મદદ કરે છે.
અલ્ટ્રાસોનિક્સથી વધુ પર્યાવરણમૈત્રીપૂર્ણ નિષ્કાસન ઉત્સર્જન અને ઇંધણની બચત!

ઇમલ્શનરૂપ ઇંધણની છંટકાવ જ્વાળામાં પ્રાથમિક અને ગૌણ સૂક્ષ્મ બુંદોમાં વિભાજન.

ત્રિ-પ્રાવસ્થા ઇમલ્શન

ત્રિ-પ્રાવસ્થા ઇમલ્શન, જેને ત્રણ પ્રાવસ્થાવાળું ઇમલ્શન પણ કહેવામાં આવે છે, તે પાણી, તેલ અને સપાટી તાણ ઘટાડનાર પદાર્થનું બનેલું હોય છે. ડીઝલ પ્રાવસ્થામાં પાણીનું અલ્ટ્રાસોનિક ઇમલ્સિફિકેશન કરતી વખતે સપાટી તાણ ઘટાડનાર પદાર્થ ઉમેરવામાં આવે છે. ઇમલ્સિફાઇંગ એજન્ટ ઇમલ્શનની સ્થિરતાનો સમય લંબાવે છે અને ડીઝલમાં પાણી ધરાવતા ઇંધણનો સંગ્રહ કરવાનું શક્ય બનાવે છે. W/D ઇમલ્શનની સ્થિરતા ઇમલ્સિફાયર, અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયાના પરિમાણો અને તાપમાન પર આધાર રાખે છે. સપાટી તાણ ઘટાડનાર પદાર્થ અને સોનિકેશનના પરિમાણોના યોગ્ય સંયોજનથી WiDEની નોંધપાત્ર લાંબા ગાળાની સ્થિરતા પ્રાપ્ત કરી શકાય છે.

અલ્ટ્રાસોનિક ઇમલ્સિફિકેશન પ્રણાલીનું સ્થાપન અને હાલની વ્યવસ્થામાં તેને ઉમેરવાનું કાર્ય સરળ, સલામત અને સસ્તું છે. W/D ઇમલ્શન ઇંધણોનો ઉપયોગ કોઈપણ પરંપરાગત ડીઝલ એન્જિન (દા.ત., વીજ જનરેટર, રેલવે એન્જિન, જહાજનાં એન્જિન) સાથે ફેરફાર કર્યા વિના કરી શકાય છે.

WiDE ઇંધણોને વધુ કાર્યક્ષમ શું બનાવે છે? – સૂક્ષ્મ વિસ્ફોટની ઘટના

ડીઝલમાં પાણી ધરાવતાં ઇમલ્શન ઇંધણો સતત ડીઝલ પ્રાવસ્થામાં નિલંબિત પાણીના કણોથી બનેલાં હોય છે. દહન વખતે, ઇમલ્શન ઇંધણમાં રહેલાં પાણીનાં સૂક્ષ્મ ટીપાં ડીઝલ કરતાં વધુ ઝડપથી તેમની અતિતપ્ત અવસ્થાએ પહોંચે છે અને દહન દરમિયાન વરાળના વિસ્તરણથી વિખંડન (સ્વયંસ્ફુરિત વિસ્ફોટ) પેદા કરે છે, જેનાથી અત્યંત સૂક્ષ્મ કણો બને છે. અતિસૂક્ષ્મ કણોના વધેલા સપાટી ક્ષેત્રફળ અને અંદર પ્રવેશતી હવાના સંયોજનને કારણે હવા અને ઇંધણના મિશ્રણમાં નોંધપાત્ર સુધારો થાય છે અને તેથી દહન કાર્યક્ષમતા વધે છે. (Ivanov, Nevedov 1965)

ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળી અલ્ટ્રાસોનિક ઇમલ્સિફિકેશન પ્રણાલીઓ

Hielscher Ultrasonics ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળા (નેનો-)ઇમલ્શનના સતત ઉત્પાદન માટે ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસરો પૂરા પાડે છે. ઉત્તમ અલ્ટ્રાસોનિક કાર્યક્ષમતા, મજબૂતાઈ અને ઓછી જગ્યા રોકતી રચના Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટરોને ડીઝલમાં પાણીના ઇમલ્શન ઇંધણ માટે આદર્શ મિશ્રણ પ્રણાલી બનાવે છે. તમે દહન એન્જિનમાં સીધા ઇન્જેક્શન માટે ઇમલ્શન ઇંધણ બનાવવા માગતા હો કે સંગ્રહ અને પછીના દહન માટે સ્થિર ઇમલ્શન ઇંધણ બનાવવા માગતા હો, Hielscher Ultrasonics પાસે તમારા ઉપયોગ માટે સૌથી યોગ્ય ગોઠવણી છે. રેલવે એન્જિનો અને અંતર્દેશીય જળમાર્ગોનાં જહાજોમાં એકીકરણ માટેની નાની અલ્ટ્રાસોનિક ઇમલ્શન પ્રણાલીઓથી માંડીને વીજમથકો અને વિશાળ દરિયાઈ જહાજો માટે મોટા જથ્થામાં એક્વા-ઇંધણના ઉત્પાદન સુધી – સમૂહમાં ગોઠવાયેલા અમારા અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસરો કોઈપણ જથ્થાના ઇમલ્શન ઇંધણની પ્રક્રિયા શક્ય બનાવે છે.
ઉચ્ચ અલ્ટ્રાસોનિક આઉટપુટ, વિશ્વસનીયતા અને મજબૂતાઈ ઉપરાંત, Hielscher Ultrasonicsના ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસરોનું ચોકસાઈપૂર્વક નિયંત્રણ અને નિરીક્ષણ કરી શકાય છે. તાપમાન અને દબાણના સેન્સરો જનરેટરને ડેટા મોકલે છે, જ્યાં કંપનવિસ્તાર, ચોખ્ખી અને કુલ ઊર્જા, તાપમાન અને દબાણ જેવા તમામ મહત્ત્વપૂર્ણ પ્રક્રિયા પરિમાણો અંદર લગાવેલા SD-કાર્ડ પર નોંધાય છે. બુદ્ધિશાળી સોફ્ટવેર નિયંત્રણ સતત ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળું પ્રમાણિત ઇમલ્શન ઇંધણ મેળવવા માટે ચોક્કસ પ્રક્રિયા પરિમાણો નિર્ધારિત કરીને સેટ કરવાની સુવિધા આપે છે. જેકેટવાળા અલ્ટ્રાસોનિક પ્રવાહ રિએક્ટરને કાર્યક્ષમ રીતે ઠંડું કરી શકાય છે અને તેમાં નિર્દિષ્ટ તાપમાને ઇમલ્શનની પ્રક્રિયા કરી શકાય છે. અમારા અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણોની મજબૂતાઈ ભારે કાર્યભાર હેઠળ અને પડકારજનક પરિસ્થિતિઓમાં 24/7 કામગીરી શક્ય બનાવે છે.
નીચેનું કોષ્ટક અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટરોની અંદાજિત પ્રક્રિયા ક્ષમતાનો ખ્યાલ આપે છે: