Emulsi Ultrasonik untuk Pembakaran Air-dalam-Diesel

Pembangkit listrik, mesin kapal, dan mesin kereta api, yang berbahan bakar diesel, dapat dijalankan lebih efisien ketika emulsi air-dalam-diesel digunakan. Bahan bakar emulsi air-diesel mengurangi konsumsi bahan bakar, menurunkan suhu pembakaran, membakar lebih bersih dan mengurangi emisi, seperti NOx dan jelaga. Emulsifikasi ultrasonik adalah metode yang andal, sederhana dan berkhasiat untuk menghasilkan bahan bakar air dalam diesel berkualitas tinggi.

Emulsifikasi Ultrasonik Air-dalam-Diesel

Emulsi Air-dalam-Diesel (WiDE; Bahan bakar emulsi W/D) adalah alternatif bahan bakar diesel yang dimodifikasi, yang mengandung hingga 15% air. Juga dikenal sebagai aqua-fuel, dalam emulsi air-diesel, tetesan air diemulsi secara ultrasonik menjadi fase diesel kontinu. Sonikasi cairan yang intens menghasilkan kavitasi akustik. Gaya geser kavitasi mengganggu tetesan dan menghasilkan emulsi homogen dari fase air dan diesel yang tidak dapat bercampur.

Emulsi Air dalam Diesel

WiDE (Emulsi W/D) didefinisikan sebagai campuran cairan tetesan air yang tidak dapat bercampur secara alami (fase terdispersi/internal) dalam diesel (fase kontinu/eksternal). Agen pengemulsi ditambahkan dalam konsentrasi rendah untuk meningkatkan stabilitas emulsi dan menurunkan kebutuhan energi pencampuran.

emulsi dua fase

Emulsi dua fase menggambarkan campuran air dalam solar tanpa menggunakan surfaktan apa pun. Untuk WiDE dua fase, aliran pengumpanan air dan diesel diemulsi secara ultrasonik tepat di depan mesin. Emulsi air-dalam-diesel dua fase ultrasonik langsung dari reaktor sel aliran ultrasonik ke mesin pembakaran. Tanpa surfaktan, emulsi tidak dibuat untuk penyimpanan, tetapi untuk pembakaran langsung.

Studi Kasus Bahan Bakar Emulsi Air-Diesel

Pengaturan

Ithnin et al. (2018) mempelajari efek bahan bakar emulsi air-dalam-diesel (WiDE) pada mesin diesel injeksi langsung satu silinder. Air dan solar disimpan dalam unit yang berbeda, dari mana mereka telah dipindahkan secara kuantitatif ke dalam sistem pencampuran. Sistem pencampuran terdiri dari kombinasi mixer geser tinggi dan homogenizer ultrasonik. Mixer geser menyediakan pra-campuran mentah air dan solar, sedangkan sonikasi digunakan untuk emulsi berukuran halus dan seragam. Emulsi air-diesel disiapkan dengan 5% air. Bahan bakar WiDE yang homogen langsung dipindahkan dari sistem pencampuran ke dalam mesin. Bahan bakar WiDE yang disiapkan tidak mengandung surfaktan, oleh karena itu disebut sebagai bahan bakar emulsi tidak stabil jangka panjang (UW/D). Mesin diesel diuji dalam empat kondisi beban yang berbeda (1 kW (25%), 2 kW (50%), 3 kW (74%), 4 kW (100%)) dan dengan kecepatan konstan 3000 rpm. Untuk membandingkan efek seperti kinerja bahan bakar dan emisi, bahan bakar emulsi yang distabilkan surfaktan (emulsi stabil (SW/D)) dan bahan bakar diesel rapi (D2) juga diuji pada mesin yang sama. 5% air digunakan untuk emulsi yang tidak stabil dan emulsi yang stabil.

Hasil

Uji mesin menunjukkan bahwa bahan bakar emulsi air-diesel tanpa surfaktan (UW/D) menghasilkan peningkatan mesin yang signifikan dengan peningkatan efisiensi termal rem (BTE) sebesar 3,59% dan pengurangan konsumsi bahan bakar spesifik rem (BSFC) sebesar 3,89% dibandingkan dengan bahan bakar diesel yang rapi. Bahan bakar emulsi, baik yang distabilkan (SW/D) maupun yang tidak stabil (UW/D), meningkatkan efisiensi termal mesin karena fenomena ledakan mikro. Fenomena ledakan mikro menyebabkan penguapan tetesan air yang diemulsi dengan cepat. Karena tetesan air kecil dikelilingi minyak, proses penguapan yang intens mengganggu tetesan dengan keras menjadi partikel yang sangat halus, yang mendorong pencampuran udara dan bahan bakar. Gangguan tetesan dan pencampuran dengan udara meningkatkan efisiensi pembakaran secara signifikan.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa konsep memproduksi dan mentransfer bahan bakar emulsi air-diesel secara real-time ke dalam mesin tanpa menggunakan surfaktan bekerja dengan sangat baik. Transfer segera campuran air-diesel yang disiapkan secara ultrasonik menghilangkan masalah stabilisasi untuk bahan bakar emulsi yang disimpan serta ketergantungan pada surfaktan. Bahan bakar emulsi air-diesel yang tidak stabil (UW/D) dengan andal mempertahankan bentuk emulsinya tanpa mencapai tahap sedimentasi dalam waktu 25 detik (lihat gambar di bawah).

Perilaku tetesan bahan bakar emulsi ater-in-diesel yang diemulsi secara ultrasonik dari waktu ke waktu a) 10 detik, b) 25 detik, c) 50 detik dan d) 132 detik (pembesaran 1000×) – Ithnin dkk. 2018

Jika dibandingkan dengan bahan bakar diesel yang rapi, bahan bakar emulsi air-dalam-diesel memiliki emisi gas buang nitrogen oksida (NOx) dan partikel (PM) yang berkurang secara signifikan dengan pengurangan rata-rata masing-masing sebesar 31,66% dan 16,33%.

Secara keseluruhan, emulsi yang disiapkan secara ultrasonik – apakah tidak stabil atau distabilkan oleh surfaktan – membantu menghemat bahan bakar diesel, dan mengurangi emisi gas buang.
Emisi Knalpot yang Lebih Ramah Lingkungan dan Penghematan Bahan Bakar dengan Ultrasonik!

Atomisasi primer dan sekunder dalam api semprotan bahan bakar emulsi.

Emulsi Fase Terner

Emulsi fase terner, juga dikenal sebagai emulsi tiga fase, terdiri dari air, minyak dan surfaktan. Selama emulsifikasi ultrasonik air ke fase diesel, surfaktan ditambahkan. Agen pengemulsi memperpanjang stabilitas emulsi dan memungkinkan untuk menyimpan bahan bakar air dalam diesel. Stabilitas emulsi W / D tergantung pada pengemulsi, parameter proses ultrasonik dan suhu. Dengan kombinasi parameter surfaktan dan sonikasi yang tepat, stabilitas jangka panjang WiDE yang signifikan dapat dicapai.

Pemasangan dan pemasangan retro sistem pengemulsi ultrasonik sederhana, aman dan murah. Bahan bakar emulsi W/D dapat digunakan dalam kombinasi dengan mesin diesel konvensional (misalnya, pembangkit listrik, mesin kereta api, mesin kapal) tanpa modifikasi.

Apa yang Membuat Bahan Bakar WiDE Lebih Efisien? – Fenomena Ledakan Mikro

Bahan bakar emulsi air-dalam-Diesel terdiri dari partikel air tersuspensi dalam fase diesel kontinu. Saat dibakar, tetesan air berukuran halus dalam bahan bakar emulsi mencapai tahap super panas lebih cepat daripada diesel dan menciptakan pecahnya ekspansi uap (ledakan spontan) selama pembakaran, menciptakan partikel yang sangat halus. Karena peningkatan luas permukaan partikel kecil yang dikombinasikan dengan udara masuk, pencampuran udara dan bahan bakar ditingkatkan secara signifikan dan meningkatkan efisiensi pembakaran. (Ivanov, Nevedov 1965)

Sistem Emulsifikasi Ultrasonik Kinerja Tinggi

Hielscher Ultrasonics memasok prosesor ultrasonik berkinerja tinggi untuk produksi emulsi (nano) berkualitas tinggi secara berkelanjutan. Kinerja ultrasonik yang unggul, kekokohan, dan jejak kecil menjadikan Hielscher Ultrasonicators sistem pencampuran yang ideal untuk bahan bakar emulsi air-dalam-diesel. Apakah Anda ingin memproduksi bahan bakar emulsi untuk injeksi langsung ke mesin pembakaran atau bahan bakar emulsi yang stabil untuk penyimpanan dan pembakaran kemudian, Hielscher Ultrasonics memiliki pengaturan yang paling cocok untuk aplikasi Anda. Dari sistem emulsi ultrasonik yang lebih kecil untuk integrasi dalam lokomotif kereta api dan kapal laut darat hingga pembangkitan volume bahan bakar air yang besar untuk pembangkit listrik dan kapal laut besar – Kelompok prosesor ultrasonik kami memungkinkan pemrosesan bahan bakar emulsi dalam volume berapa pun.
Selain output ultrasonik yang tinggi, keandalan dan kekokohan, Hielscher Ultrasonics’ prosesor ultrasonik industri dapat dikontrol dan dipantau dengan tepat. Sensor suhu dan tekanan mengirimkan data ke generator, di mana semua parameter proses penting seperti amplitudo, energi bersih dan total, suhu, dan tekanan dicatat pada kartu SD bawaan. Kontrol perangkat lunak cerdas memungkinkan untuk menetapkan dan mengatur parameter proses yang tepat untuk bahan bakar emulsi standar berkualitas tinggi secara berkelanjutan. Reaktor aliran ultrasonik berjaket dapat didinginkan secara efisien dan memungkinkan untuk memproses emulsi pada suhu yang ditentukan. Kekokohan peralatan ultrasonik kami memungkinkan pengoperasian 24/7 pada tugas berat dan di lingkungan yang menuntut.
Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami: