Redução de NOx por emulsificação de óleo/água
Óxidos de nitrogênio (NOx) são conhecidos por serem imediatamente perigosos para a saúde humana e ambiental. Os motores móveis e estacionários a diesel e a gasolina estão contribuindo amplamente para o NO em todo o mundox Emissões. A emulsificação do combustível com água é uma forma de reduzir o NOx emissões dos motores. A emulsificação ultrassônica é um meio eficaz para gerar emulsões de combustível/água de tamanho fino.
Carros e caminhões, aeronaves, geradores elétricos, empilhadeiras, unidades de ar condicionado e caldeiras geram grandes quantidades de material particulado (PM) e NOx pela combustão de produtos petrolíferos. NÃOx refere-se a misturas de óxido nítrico (NO) e dióxido nítrico (NO2), bem como N2O, NÃO3, N2O4 e N2O5. Óxido nítrico e dióxido nítrico contribuem para o ozônio de baixo nível e poluição atmosférica e são perigosos para o meio ambiente e para os seres humanos. A regulamentação ambiental aborda as emissões de poluentes atmosféricos por limites de aperto. As emissões do motor também incluem dióxido de enxofre (SO2) como resultado de compostos de enxofre no combustível. Este problema é reduzido pela hidrodessulfurização ou Dessulfuração assistida por ultrassom.
Funcionando com emulsão de combustível/água
Nos últimos anos, muito trabalho tem sido feito no influência da água no NOx níveis de emissão. Várias proporções volumétricas de combustível: água de 1:1 a 19:1 foram testadas quanto às propriedades de combustão. Na maioria dos casos, 1 a 2 por cento de volume de surfactante foi adicionado para estabilização da emulsão.
Antecedentes da Combustão
A combustão do combustível gera energia térmica e mecânica. A fração mecânica pode ser usada para acionar pistões ou turbinas para propulsão ou geração de eletricidade. Na maioria dos motores, a energia térmica não é usada. Isso resulta em uma menor eficiência termodinâmica.
Aprox. 90% do NOx resultante do processo de combustão do combustível é NÃO. O NO é formado principalmente pela oxidação do nitrogênio atmosférico (N2). A água adicionada ao combustível reduz a temperatura de combustão devido à evaporação da água. Quando a água na emulsão combustível-água evapora, o combustível circundante também é vaporizado. Isso aumenta a área de superfície do combustível. A temperatura mais baixa e a melhor distribuição de combustível estão levando a um menor formação de NOx.
Emulsificação ultrassônica
A introdução de água na combustão do combustível tem sido demonstrada em muitos trabalhos para diminuir o NOx Emissões. A água pode ser adicionada formando uma emulsão combustível/água de duas maneiras:
- Não estabilizado: emulsificação em linha de água no combustível antes da injeção
- Estabilizado: Fabricação de uma emulsão estável de combustível/água para ser usada como alternativa de combustível drop-in
Canfield (1999) resume o NÃOx Redução pelo uso de água e outros aditivos:
- emulsão não estabilizada
- Volume adicionado de água%: 10 a 80%
- NÃOx redução por: 4 a 60%
- emulsão estabilizada
- Volume de água adicionado%: 25 a 50%
- NÃOx redução por: 22 a 83%
emulsão
Uma emulsão é uma mistura de geralmente líquidos imiscíveis (fases), como óleo e água. Durante o processo de emulsificação, a fase dispersa (por exemplo, água) é introduzida na fase líquida (por exemplo, óleo). Pela aplicação de alto cisalhamento, o tamanho da partícula (= tamanho da gota) da fase dispersa é reduzido. Quanto menor o tamanho da partícula, mais estável é a emulsão gerada. Estabilidade adicional pode ser alcançada pela introdução de surfactantes ou estabilizadores. Clique no gráfico acima para ver os resultados da amostra para a emulsificação ultrassônica de 10% de água no óleo do motor (Velocite 3, Mobil Oil, Hamburgo, Alemanha). Este estudo foi realizado por Behrend e Schubert (2000).
Ultrassom
Ao sonicar líquidos em altas intensidades, as ondas sonoras que se propagam para o meio líquido resultam em ciclos alternados de alta pressão (compressão) e baixa pressão (rarefação), com taxas dependendo da frequência. Durante o ciclo de baixa pressão, as ondas ultrassônicas de alta intensidade criam pequenas bolhas de vácuo ou vazios no líquido. Quando as bolhas atingem um volume no qual não podem mais absorver energia, elas colapsam violentamente durante um ciclo de alta pressão. Esse fenômeno é denominado cavitação. Durante a implosão, temperaturas muito altas (aprox. 5.000K) e pressões (aprox. 2.000atm) são atingidas localmente. A implosão da bolha de cavitação também resulta em jatos de líquido de até 280m/s de velocidade.
Foi comprovado que o ultrassom gera emulsões muito homogêneas de água em óleo (a/o) e óleo em água (o/a) pelo alto cisalhamento cavitacional. Como os parâmetros de ultrassom são bem controláveis, o tamanho e a distribuição das partículas são bem ajustável e repetível. Normalmente, o ultrassom é aplicado em um reator de célula de fluxo. Portanto, a emulsão pode ser feito continuamente em linha. Por esse motivo, a ultrassonografia pode ser usada para a fabricação de emulsões estabilizadas e não estabilizadas.
A tabela abaixo mostra as capacidades gerais de processamento para vários níveis de potência ultrassônica.
Vazão
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Potência necessária
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100 Para 400L / h
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1kW, por exemplo, UIP1000hd
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400 Para 1600L / h
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4kW, por exemplo, UIP4000
|
1.5 Para ³/h de 6.5m
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16kW, por exemplo UIP16000
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10 Para ³ /h de 40m
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96kW, por exemplo 6xUIP16000
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100 Para ³/h de 400m
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960kW, por exemplo, 60xUIP16000
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Desgaseificação e antiespumação ultrassônicap0200.jpg)
O ultrassom também ajuda a reduzir a quantidade de bolhas de ar na mistura de emulsão. A imagem à direita mostra o efeito (5 segundos de imagens de progresso da esquerda para a direita) da ultrassonografia no conteúdo da bolha. Como variações no conteúdo de bolhas causam flutuações no tempo de injeção, um desgaseificação, desaeração e desespumação por ultrassom melhora o desempenho do motor.
Equipamento de processo ultrassônico
Hielscher é o Fornecedor líder de dispositivos ultrassônicos de alta capacidademundial. Como Hielscher fabrica processadores ultrassônicos de até 16kW Potência por dispositivo únicohá Sem limite no tamanho da planta ou capacidade de processamento. Clusters de vários sistemas de 16kW estão sendo usados para a fabricação de grandes volumes de combustíveis drop-in. Processamento de combustível industrial não precisa muita energia ultrassônica. A necessidade real de energia pode ser determinada usando um processador ultrassônico de 1kW em escala de bancada. Todos os resultados de tais ensaios de bancada podem ser Ampliado facilmente.
Custos da ultrassonografia
A ultrassonografia é uma tecnologia de processamento eficaz. Os custos de processamento ultrassônico resultam principalmente do investimento
para dispositivos ultrassônicos, custos de serviços públicos e manutenção. O excelente Eficiência energética (ver gráfico) dos dispositivos ultrassônicos Hielscher ajuda a reduzir os custos de serviços públicos.
Literatura
Behrend, O., Schubert, H. (2000): Influência da viscosidade da fase contínua na emulsificação por ultrassom, em: Ultrasonics Sonochemistry 7 (2000) 77-85.
Canfield, A., C. (1999): Efeitos da combustão da emulsão Diesel-Água no Motor Diesel NOx Emissões, em: Tese de mestrado apresentada à escola de pós-graduação da Universidade da Flórida, 1999.