תחליבים אולטרסוניים לבעירת מים בסולר
גנרטורים, מנועי ספינות ומנועי רכבות המונעים בסולר יכולים לפעול ביעילות רבה יותר כאשר משתמשים בתחליבי מים בסולר. דלקים המבוססים על תחליבי מים בסולר מפחיתים את צריכת הדלק, מורידים את טמפרטורת הבעירה, נשרפים באופן נקי יותר ומפחיתים פליטות, כגון NOx ופיח. תחלוב אולטרסוני הוא שיטה אמינה, פשוטה ויעילה לייצור דלקי מים בסולר באיכות גבוהה.
תחלוב אולטרסוני של מים בסולר
תחליבי מים בסולר (WiDE; דלק תחליב W/D) הם חלופה המבוססת על סולר שעבר שינוי ומכילה עד 15% מים. בתחליבי מים בסולר, המכונים גם דלקי מים, טיפות מים עוברות תחלוב אולטרסוני בתוך פאזת הסולר הרציפה. סוניקציה עוצמתית של נוזלים יוצרת קוויטציה אקוסטית. כוחות הגזירה הנוצרים בקוויטציה מפרקים את הטיפות ויוצרים תחליב הומוגני של פאזות המים והסולר, שאינן מתערבבות זו בזו בתנאים רגילים.
תחליב מים בסולר
WiDE (תחליב W/D) מוגדר כתערובת של נוזלים שאינם מתערבבים זה בזה באופן טבעי: טיפות מים (הפאזה המפוזרת/הפנימית) בתוך סולר (הפאזה הרציפה/החיצונית). חומר מתחלב מוסף בריכוזים נמוכים כדי לשפר את יציבות התחליב ולהפחית את דרישת האנרגיה לערבוב.
תחליב דו־פאזי
תחליב דו־פאזי מתאר תערובת של מים בסולר ללא שימוש בחומר פעיל שטח כלשהו. להכנת WiDE דו־פאזי, זרמי ההזנה של המים והסולר עוברים תחלוב אולטרסוני ממש לפני הכניסה למנוע. תחליב המים בסולר הדו־פאזי המיוצר באולטרסאונד עובר ישירות מריאקטור תא הזרימה האולטרסוני אל מנוע הבעירה. ללא חומר פעיל שטח, התחליב אינו מיועד לאחסון, אלא לבעירה ישירה.
חקר מקרה של דלק המבוסס על תחליב מים בסולר
מערך הניסוי
Ithnin ועמיתיו (2018) חקרו את השפעתו של דלק המבוסס על תחליב מים בסולר (WiDE) על מנוע דיזל חד־צילינדרי בעל הזרקה ישירה. המים והסולר אוחסנו ביחידות נפרדות, שמהן הועברו באופן כמותי אל מערכת ערבוב. מערכת הערבוב כללה שילוב של מערבל בעל כוחות גזירה גבוהים והומוגנייזר אולטרסוני. מערבל הגזירה יצר תערובת מקדימה גסה של מים וסולר, ואילו הסוניקציה שימשה ליצירת תחליב אחיד בעל טיפות קטנות. תחליב המים בסולר הוכן עם 5% מים. דלק ה־WiDE ההומוגני הועבר ישירות ממערכת הערבוב אל המנוע. דלק ה־WiDE שהוכן לא הכיל חומרים פעילי שטח כלשהם, ולכן הוגדר כדלק תחליב שאינו יציב לטווח ארוך (UW/D). מנוע הדיזל נבדק בארבעה תנאי עומס שונים (1 kW (25%), 2 kW (50%), 3 kW (74%), 4 kW (100%)) ובמהירות קבועה של 3000 rpm. כדי להשוות השפעות כגון ביצועי הדלק והפליטות, נבדקו באותו מנוע גם דלק תחליב שיוצב באמצעות חומר פעיל שטח (תחליב יציב (SW/D)) וסולר טהור (D2). הן בתחליב שאינו יציב והן בתחליב היציב נעשה שימוש ב־5% מים.
התוצאות
בדיקת המנוע מראה כי דלק תחליב מים בסולר ללא חומר פעיל שטח (UW/D) מביא לשיפור משמעותי בביצועי המנוע, עם עלייה של 3.59% בנצילות התרמית בבלימה (BTE) והפחתה של 3.89% בצריכת הדלק הסגולית בבלימה (BSFC) בהשוואה לסולר טהור. דלקי התחליב, הן המיוצבים (SW/D) והן הבלתי מיוצבים (UW/D), העלו את הנצילות התרמית של המנוע בשל תופעת המיקרו־פיצוץ. תופעת המיקרו־פיצוץ גורמת להתאדות מהירה של טיפות המים שבתחליב. מכיוון שטיפות המים הזעירות מוקפות בשמן, תהליך ההתאדות העז מפרק את הטיפות בעוצמה לחלקיקים דקים מאוד, וכך מעודד את ערבוב האוויר והדלק. פירוק הטיפות והערבוב עם האוויר מעלים משמעותית את יעילות הבעירה.
התוצאות מראות כי הרעיון של ייצור דלק תחליב מים בסולר והעברתו בזמן אמת למנוע ללא שימוש בחומר פעיל שטח פועל היטב. ההעברה המיידית של תערובת המים והסולר שהוכנה באמצעות אולטרסאונד מבטלת את בעיית הייצוב של דלק תחליב המאוחסן לשימוש עתידי, וכן את התלות בחומר פעיל שטח. דלק תחליב מים בסולר בלתי יציב (UW/D) שמר באופן אמין על צורת התחליב שלו מבלי להגיע לשלב השקיעה בתוך 25sec (ראו תמונה למטה).
התנהגות הטיפות בדלק תחליב מים בסולר שהוכן באמצעות תחלוב אולטרסוני לאורך זמן: a) 10 s, b) 25 s, c) 50 s ו־d) 132 s. (הגדלה 1000×) – Ithnin et al. 2018
בהשוואה לסולר טהור, דלק תחליב מים בסולר מפחית משמעותית את פליטת תחמוצות החנקן (NOx) והחומר החלקיקי (PM) בגזי הפליטה, עם הפחתה ממוצעת של 31.66% ו־16.33% בהתאמה.
בסך הכול, תחליבים המוכנים באמצעות אולטרסאונד – בין שהם בלתי יציבים ובין שהם מיוצבים באמצעות חומר פעיל שטח – מסייעים לחסוך בסולר ולהפחית פליטות מזהמים.
פליטות ידידותיות יותר לסביבה וחיסכון בדלק באמצעות אולטרסאונד!
אטומיזציה ראשונית ומשנית בלהבת רסס של דלק מתחלב.
3x UIP1000hdT מערכת תחלוב אולטרסונית לתחליבי מים בסולר
עבור:
- קטרי רכבת
- כלי שיט ימיים
- גנרטורים נייחים לייצור חשמל
תחליב תלת־פאזי
תחליב תלת־פאזי, המכונה גם תחליב בעל שלוש פאזות, מורכב ממים, שמן וחומר פעיל שטח. במהלך התחלוב האולטרסוני של המים לתוך פאזת הסולר מוסיפים חומר פעיל שטח. החומר המתחלב מאריך את משך יציבות התחליב ומאפשר לאחסן את דלק המים בסולר. יציבות תחליב W/D תלויה בחומר המתחלב, בפרמטרים של התהליך האולטרסוני ובטמפרטורה. באמצעות השילוב המתאים של חומר פעיל שטח ופרמטרי סוניקציה, ניתן להשיג יציבות משמעותית של WiDE לאורך זמן.
ההתקנה של מערכת תחלוב אולטרסונית ושילובה במערכות קיימות הם פשוטים, בטוחים וזולים. ניתן להשתמש בדלקי תחליב W/D עם כל מנוע דיזל קונבנציונלי (למשל, גנרטורים לייצור חשמל, מנועי רכבת ומנועי ספינות) ללא שינויים.
- תחליב בעל טיפות זעירות
- תכולת מים משתנה
- עם חומר פעיל שטח או בלעדיו
- זמן עיבוד קצר
- קל להתקנה
- בטוח להפעלה
- השקעה נמוכה, החזר השקעה מהיר
- דרישות תחזוקה נמוכות
- שילוב קל במערכות קיימות
- ללא שינויים במנוע
מה הופך את דלקי WiDE ליעילים יותר? – תופעת המיקרו־פיצוץ
דלקי תחליב מים בסולר מורכבים מחלקיקי מים המרחפים בפאזת סולר רציפה. במהלך הבעירה, טיפות המים הזעירות בדלק התחליב מגיעות למצב של חימום־יתר מהר יותר מהסולר ועוברות התפרקות עקב התפשטות אדים (פיצוץ ספונטני), היוצרת חלקיקים דקים מאוד. בזכות שטח הפנים המוגדל של החלקיקים הזעירים בשילוב עם אוויר היניקה, ערבוב האוויר והדלק משתפר משמעותית ובכך מגביר את יעילות הבעירה. (Ivanov, Nevedov 1965)
מערכות תחלוב אולטרסוניות בעלות ביצועים גבוהים
Hielscher Ultrasonics מספקת מעבדים אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים לייצור רציף של תחליבים באיכות גבוהה, לרבות ננו־תחליבים. ביצועים אולטרסוניים מעולים, עמידות ושטח התקנה קטן הופכים את המכשירים האולטרסוניים של Hielscher למערכת הערבול האידיאלית לדלקי תחליב מים בסולר. בין שברצונכם לייצר דלקי תחליב להזרקה ישירה למנוע בעירה ובין שברצונכם לייצר דלקי תחליב יציבים לאחסון ולבעירה במועד מאוחר יותר, ל־Hielscher Ultrasonics יש את המערך המתאים ביותר ליישום שלכם. ממערכות אולטרסוניות קטנות יותר להכנת תחליבים, לשילוב בקטרי רכבת ובכלי שיט בנתיבי מים פנימיים, ועד לייצור כמויות גדולות של דלק המכיל מים לתחנות כוח ולכלי שיט ענקיים – מערכי המעבדים האולטרסוניים שלנו מאפשרים לעבד דלקי תחליב בכל נפח.
לצד תפוקה אולטרסונית גבוהה, אמינות ועמידות, ניתן לשלוט במעבדים האולטרסוניים התעשייתיים של Hielscher Ultrasonics ולנטר אותם במדויק. חיישני טמפרטורה ולחץ מעבירים את הנתונים למחולל, שבו כל פרמטרי התהליך החשובים, כגון משרעת, אנרגיה נטו ואנרגיה כוללת, טמפרטורה ולחץ, מתועדים בכרטיס SD מובנה. הבקרה החכמה באמצעות תוכנה מאפשרת לקבוע ולהגדיר פרמטרי תהליך מדויקים לקבלת דלק תחליב תקני באיכות גבוהה באופן רציף. ניתן לקרר ביעילות את כור הזרימה האולטרסוני בעל מעטפת הקירור ולעבד בו את התחליב בטמפרטורות מוגדרות. עמידותו של הציוד האולטרסוני שלנו מאפשרת הפעלה 24/7 בעומס עבודה כבד ובסביבות תובעניות.
הטבלה שלהלן מספקת הערכה של כושר העיבוד של המכשירים האולטרסוניים שלנו:
| ספיקת זרימה | מכשירים מומלצים |
|---|---|
| 0.5 עד 4L/min | UP200Ht, UP400St |
| 1 עד 8L/min | UIP2000hdT |
| 2 עד 20L/min | UIP4000hdT |
| 30 עד 300L/min | UIP16000 |
| גדולה יותר | מערך של UIP16000 |
צרו איתנו קשר! / שאלו אותנו!
הומוגנייזרים אולטרסוניים בהספק גבוה, מקנה מידה של מעבדה ועד לקנה מידה של פיילוט ולקנה מידה של ייצור תעשייתי.
ספרות ומקורות
- Ahmad Muhsin Ithnin; Wira Jazair Yahya; Mohamad Azrin Ahmad; Nur Atiqah Ramlan; Hassanuddin Abdul Kadir; Nor Azwadi Che Sidik; Tsuyoshi Koga (2018): דלק תחליב מים בסולר ללא חומר מתחלב: התנהגות היציבות שלו, ביצועי המנוע ופליטות גזי הפליטה. Fuel 215, 2018. 454-462.
- Mohammed Yahaya Khan; Z. A. Abdul Karim; Ftwi Yohaness Hagos; A. Rashid A. Aziz; Isa M. Tan (2014): מגמות עכשוויות בשימוש בתחליב מים בסולר כדלק. The Scientific World Journal 2014(17):527,472.
- Piotr Pacholski; Mariola Błaszczyk; Jerzy Sęk (2016): סולר מתוחלב כדלק חלופי. Technical Issues 4/2016 עמ׳ 62-67.
- V.M. Ivanov; P.I. Nefedov (1965): חקירה ניסויית של תהליך הבעירה של דלקים נוזליים טבעיים ומתוחלבים, NASA Tech. Transl. TIF-258, 1965.
עובדות שכדאי לדעת
דלקים המכילים מים / דלקי מים בסולר
תחליב הוא מערכת נוזלית המורכבת משני נוזלים או יותר שאינם מתערבבים זה בזה, שבה פאזה אחת או יותר (הפאזה המפוזרת) מפוזרות בטיפות זעירות בתוך האחרת (הפאזה הרציפה). בתחליבי מים וסולר, המים מפוזרים כטיפות זעירות בפאזת הסולר הרציפה. תחליב מסוג זה מכונה תחליב ״מים בדלק״ או דלק המכיל מים.