डीज़ल में जल के दहन के लिए अल्ट्रासोनिक इमल्शन

डीज़ल से चलने वाले बिजली जनरेटरों, जहाज़ों के इंजनों और रेल इंजनों को डीज़ल में जल के इमल्शन का उपयोग करके अधिक दक्षता से चलाया जा सकता है। जल-डीज़ल इमल्शन ईंधन, ईंधन की खपत घटाते हैं, दहन का तापमान कम करते हैं, अधिक स्वच्छता से जलते हैं और NOx तथा कालिख जैसे उत्सर्जनों को कम करते हैं। अल्ट्रासोनिक इमल्सीकरण उच्च गुणवत्ता वाले डीज़ल में जल के ईंधन बनाने की एक विश्वसनीय, सरल और प्रभावी विधि है।

डीज़ल में जल का अल्ट्रासोनिक इमल्सीकरण

डीज़ल में जल के इमल्शन (WiDE; W/D इमल्शन ईंधन) संशोधित डीज़ल ईंधन का एक विकल्प हैं, जिनमें 15% तक जल होता है। जल-डीज़ल इमल्शन को एक्वा-फ्यूल भी कहा जाता है और इनमें जल की बूंदों को अल्ट्रासोनिक विधि से सतत डीज़ल प्रावस्था में इमल्सीकृत किया जाता है। तरल पदार्थों का तीव्र सोनिकेशन ध्वनिक कैविटेशन उत्पन्न करता है। कैविटेशन से उत्पन्न अपरूपण बल बूंदों को तोड़ते हैं और जल तथा डीज़ल की प्रावस्थाओं का एक समांगी इमल्शन बनाते हैं, जो सामान्यतः आपस में मिश्रणीय नहीं होतीं।

डीज़ल में जल का इमल्शन

WiDE (W/D इमल्शन) को प्राकृतिक रूप से परस्पर अमिश्रणीय तरल पदार्थों के ऐसे मिश्रण के रूप में परिभाषित किया जाता है जिसमें डीज़ल (सतत/बाहरी प्रावस्था) में जल की बूंदें (परिक्षिप्त/आंतरिक प्रावस्था) होती हैं। इमल्शन की स्थिरता बढ़ाने और मिश्रण के लिए आवश्यक ऊर्जा घटाने के लिए कम सांद्रता में एक इमल्सीकारक मिलाया जाता है।

द्वि-प्रावस्था इमल्शन

द्वि-प्रावस्था इमल्शन किसी भी पृष्ठसक्रिय पदार्थ के उपयोग के बिना डीज़ल में जल के मिश्रण को दर्शाता है। द्वि-प्रावस्था WiDE के लिए, इंजन में प्रवेश से ठीक पहले जल और डीज़ल की आपूर्ति धाराओं को अल्ट्रासोनिक विधि से इमल्सीकृत किया जाता है। डीज़ल में जल का यह अल्ट्रासोनिक द्वि-प्रावस्था इमल्शन सीधे अल्ट्रासोनिक प्रवाह सेल रिएक्टर से दहन इंजन में जाता है। पृष्ठसक्रिय पदार्थ के बिना यह इमल्शन भंडारण के लिए नहीं, बल्कि सीधे दहन के लिए बनाया जाता है।

जल-डीज़ल इमल्शन ईंधन का केस अध्ययन

प्रायोगिक व्यवस्था

Ithnin et al. (2018) ने एकल सिलिंडर वाले प्रत्यक्ष इंजेक्शन डीज़ल इंजन पर डीज़ल में जल के इमल्शन ईंधन (WiDE) के प्रभाव का अध्ययन किया। जल और डीज़ल को अलग-अलग इकाइयों में संग्रहित किया गया था, जहाँ से उन्हें परिमाणात्मक रूप से एक मिश्रण प्रणाली में स्थानांतरित किया गया। मिश्रण प्रणाली में उच्च अपरूपण मिक्सर और अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र का संयोजन था। अपरूपण मिक्सर ने जल और डीज़ल का एक अपरिष्कृत पूर्व-मिश्रण तैयार किया, जबकि महीन बूंदों वाला एकसमान इमल्शन बनाने के लिए सोनिकेशन का उपयोग किया गया। जल-डीज़ल इमल्शन 5% जल के साथ तैयार किया गया। समांगी WiDE ईंधन को मिश्रण प्रणाली से सीधे इंजन में स्थानांतरित किया गया। तैयार WiDE ईंधन में कोई पृष्ठसक्रिय पदार्थ नहीं था, इसलिए इसे दीर्घकाल में अस्थिर इमल्शन ईंधन (UW/D) कहा गया। डीज़ल इंजन का परीक्षण चार अलग-अलग भार स्थितियों (1 kW (25%), 2 kW (50%), 3 kW (74%), 4 kW (100%)) और 3000 rpm की स्थिर गति पर किया गया। ईंधन के प्रदर्शन और उत्सर्जन जैसे प्रभावों की तुलना करने के लिए, पृष्ठसक्रिय पदार्थ से स्थिर किए गए इमल्शन ईंधन (स्थिर इमल्शन (SW/D)) और शुद्ध डीज़ल ईंधन (D2) का भी उसी इंजन पर परीक्षण किया गया। अस्थिर इमल्शन और स्थिर इमल्शन, दोनों के लिए 5% जल का उपयोग किया जाता है।

परिणाम

इंजन परीक्षण दर्शाता है कि शुद्ध डीज़ल ईंधन की तुलना में पृष्ठसक्रिय पदार्थ के बिना बने जल-डीज़ल इमल्शन ईंधन (UW/D) से ब्रेक तापीय दक्षता (BTE) में 3.59% की वृद्धि और ब्रेक विशिष्ट ईंधन खपत (BSFC) में 3.89% की कमी के साथ इंजन के प्रदर्शन में उल्लेखनीय सुधार होता है। स्थिरीकृत (SW/D) और अस्थिरीकृत (UW/D), दोनों इमल्शन ईंधनों ने सूक्ष्म-विस्फोट की परिघटना के कारण इंजन की तापीय दक्षता बढ़ाई। सूक्ष्म-विस्फोट की परिघटना से इमल्सीकृत जल की बूंदों का तीव्र वाष्पीकरण होता है। चूँकि जल की सूक्ष्म बूंदें तेल से घिरी होती हैं, इसलिए तीव्र वाष्पीकरण प्रक्रिया इन बूंदों को प्रबल रूप से तोड़कर अत्यंत महीन कणों में बदल देती है, जिससे वायु और ईंधन का मिश्रण बेहतर होता है। बूंदों के टूटने और वायु के साथ मिश्रण से दहन दक्षता उल्लेखनीय रूप से बढ़ती है।
परिणाम दर्शाते हैं कि पृष्ठसक्रिय पदार्थ का उपयोग किए बिना जल-डीज़ल इमल्शन ईंधन को वास्तविक समय में तैयार करके इंजन में स्थानांतरित करने की अवधारणा बहुत अच्छी तरह काम करती है। अल्ट्रासोनिक रूप से तैयार जल-डीज़ल मिश्रण का तत्काल स्थानांतरण, भंडारित इमल्शन ईंधन के स्थिरीकरण की समस्या और पृष्ठसक्रिय पदार्थ पर निर्भरता, दोनों को दूर करता है। अस्थिर जल-डीज़ल इमल्शन ईंधन (UW/D) ने 25sec के भीतर अवसादन की अवस्था तक पहुँचे बिना विश्वसनीय रूप से अपना इमल्शन स्वरूप बनाए रखा (नीचे चित्र देखें)।

अल्ट्रासोनिक रूप से इमल्सीकृत डीज़ल में जल के इमल्शन ईंधन की बूंदों का समय के साथ व्यवहार: a) 10 s, b) 25 s, c) 50 s और d) 132 s. (आवर्धन 1000×) – Ithnin et al. 2018

शुद्ध डीज़ल ईंधन की तुलना में, डीज़ल में जल के इमल्शन ईंधन से नाइट्रोजन ऑक्साइड (NOx) और कणिकीय पदार्थ (PM) के निकास उत्सर्जन में उल्लेखनीय कमी आती है, जिसमें औसत कमी क्रमशः 31.66% और 16.33% है।

कुल मिलाकर, अल्ट्रासोनिक रूप से तैयार इमल्शन – चाहे वे अस्थिर हों या पृष्ठसक्रिय पदार्थ द्वारा स्थिरीकृत हों – डीज़ल ईंधन बचाने और निकास उत्सर्जन कम करने में मदद करते हैं।
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इमल्सीकृत ईंधन की स्प्रे ज्वाला में प्राथमिक और द्वितीयक कणिकीकरण।

त्रि-चरणीय इमल्शन

त्रि-चरणीय इमल्शन, जिसे तीन चरणों वाला इमल्शन भी कहा जाता है, जल, तेल और एक पृष्ठसक्रिय पदार्थ से मिलकर बनता है। डीज़ल चरण में जल के अल्ट्रासोनिक इमल्सीकरण के दौरान एक पृष्ठसक्रिय पदार्थ मिलाया जाता है। इमल्सीकारक इमल्शन की स्थिरता की अवधि बढ़ाता है और डीज़ल में जल वाले ईंधन का भंडारण संभव बनाता है। W/D इमल्शन की स्थिरता इमल्सीकारक, अल्ट्रासोनिक प्रक्रिया के मापदंडों और तापमान पर निर्भर करती है। पृष्ठसक्रिय पदार्थ और सोनिकेशन मापदंडों के सही संयोजन से WiDE की उल्लेखनीय दीर्घकालिक स्थिरता प्राप्त की जा सकती है।

अल्ट्रासोनिक इमल्सीकरण प्रणाली की स्थापना और मौजूदा व्यवस्था में उसका संयोजन सरल, सुरक्षित और कम खर्चीला है। W/D इमल्शन ईंधनों का उपयोग किसी भी पारंपरिक डीज़ल इंजन (जैसे विद्युत जनरेटर, रेलवे इंजन, जहाज़ के इंजन) के साथ बिना किसी संशोधन के किया जा सकता है।

WiDE ईंधनों को अधिक दक्ष क्या बनाता है? – सूक्ष्म-विस्फोट की परिघटना

डीज़ल में जल के इमल्शन ईंधनों में एक सतत डीज़ल चरण में निलंबित जल कण होते हैं। दहन के दौरान, इमल्शन ईंधन में जल की महीन बूंदें डीज़ल की तुलना में अधिक तेज़ी से अपनी अतितप्त अवस्था में पहुँचती हैं और वाष्प के प्रसार से विखंडन (स्वतःस्फूर्त विस्फोट) उत्पन्न करती हैं, जिससे अत्यंत महीन कण बनते हैं। सूक्ष्म कणों का बढ़ा हुआ सतह क्षेत्रफल और अंतर्ग्रहण वायु मिलकर वायु और ईंधन के मिश्रण में उल्लेखनीय सुधार करते हैं, जिससे दहन दक्षता बढ़ती है। (Ivanov, Nevedov 1965)

उच्च-प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक इमल्सीकरण प्रणालियाँ

Hielscher Ultrasonics उच्च गुणवत्ता वाले (नैनो-)इमल्शन के निरंतर उत्पादन के लिए उच्च प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर प्रदान करता है। उत्कृष्ट अल्ट्रासोनिक प्रदर्शन, मजबूती और कम जगह की आवश्यकता Hielscher अल्ट्रासोनिकेटरों को डीज़ल में जल के इमल्शन ईंधनों के लिए आदर्श मिश्रण प्रणाली बनाती हैं। चाहे आप दहन इंजन में सीधे इंजेक्शन के लिए इमल्शन ईंधन बनाना चाहते हों या भंडारण और बाद में दहन के लिए स्थिर इमल्शन ईंधन, Hielscher Ultrasonics के पास आपके अनुप्रयोग के लिए सबसे उपयुक्त व्यवस्था है। रेलवे इंजनों और अंतर्देशीय जलयानों में एकीकृत करने के लिए छोटी अल्ट्रासोनिक इमल्शन प्रणालियों से लेकर बिजली संयंत्रों और विशाल समुद्री जहाज़ों के लिए बड़ी मात्रा में एक्वा-ईंधन के उत्पादन तक – हमारे अल्ट्रासोनिक प्रोसेसरों के क्लस्टर किसी भी मात्रा में इमल्शन ईंधन का प्रसंस्करण संभव बनाते हैं।
उच्च अल्ट्रासोनिक आउटपुट, विश्वसनीयता और मजबूती के अलावा, Hielscher Ultrasonics के औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोसेसरों को सटीक रूप से नियंत्रित किया जा सकता है और उनकी निगरानी की जा सकती है। तापमान और दबाव सेंसर डेटा को जनरेटर तक पहुँचाते हैं, जहाँ आयाम, शुद्ध और कुल ऊर्जा, तापमान और दबाव जैसे सभी महत्वपूर्ण प्रक्रिया मापदंड एक अंतर्निर्मित SD-कार्ड पर दर्ज किए जाते हैं। बुद्धिमान सॉफ़्टवेयर नियंत्रण लगातार उच्च गुणवत्ता वाले मानकीकृत इमल्शन ईंधन के लिए सटीक प्रक्रिया मापदंड निर्धारित और सेट करना संभव बनाता है। जैकेटयुक्त अल्ट्रासोनिक प्रवाह रिएक्टर को कुशलता से ठंडा किया जा सकता है और यह निर्दिष्ट तापमानों पर इमल्शन का प्रसंस्करण संभव बनाता है। हमारे अल्ट्रासोनिक उपकरणों की मजबूती भारी कार्यभार और कठिन परिवेशों में 24/7 संचालन संभव बनाती है।
नीचे दी गई तालिका हमारे अल्ट्रासोनिकेटरों की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है: