Nano-combustíveis superiores por dispersão ultra-sónica
- A dispersão ultra-sónica é utilizada para produzir nano-combustíveis ou diesohol, uma mistura de combustível de etanol e gasóleo, que é melhorada pela adição de CNTs ou nanopartículas.
- A ultra-sons de potência produz emulsões e dispersões super-finas e nano-combustíveis.
- As nanopartículas dispersas por ultra-sons nos combustíveis melhoram o desempenho do combustível e as caraterísticas das emissões.
- Os dispersores ultra-sónicos em linha estão disponíveis à escala industrial para a produção de nano-combustíveis.
Nano-combustíveis
Os nanocombustíveis consistem numa mistura de um combustível de base (por exemplo, gasóleo, biodiesel, misturas de combustíveis) e nanopartículas. Essas nanopartículas actuam como nanocatalisadores híbridos, que oferecem uma grande área de superfície reactiva. A dispersão ultra-sónica do nanoaditivo resulta numa melhoria substancial do desempenho do combustível, como a redução do atraso de ignição, a maior sustentação da chama e a ignição de aglomerados, bem como reduções globais significativas das emissões.
As misturas de partículas de combustível nanométricas são superiores ao combustível líquido puro no que respeita ao desempenho do combustível, devido à sua maior densidade energética, ignição mais rápida e mais fácil, efeito catalítico melhorado, emissões reduzidas, evaporação e taxa de combustão mais rápidas e melhor eficiência de combustão.
Dispersão ultra-sónica de nanopartículas em combustível
Para evitar a sedimentação de nanopartículas no depósito de combustível, as partículas devem ser dispersas de forma sofisticada. Os processadores ultra-sónicos são dispersores potentes e fiáveis, bem conhecidos pela sua capacidade de misturar, desaglomerar e até moer nanopartículas, de modo a obter uma dispersão estável com o tamanho de partícula desejado.
Os dispersores ultra-sónicos da Hielscher são ferramentas comprovadas para dispersar nanotubos e partículas em combustíveis.
A lista abaixo dá-lhe uma visão geral dos nanomateriais dispersos em combustíveis já testados:
- CNTs – Nanotubos de carbono
- Ag – Prata
- Al – alumínio
- Al2O3 – óxido de alumínio
- AlCuOx – óxidos de cobre e alumínio
- b – boro
- Ca – cálcio
- CaCO3 – carbonato de cálcio
- fe – ferro
- Cu – Cobre
- CuO – óxido de cobre
- Ce – cério
- CeO2 – óxido de cério
- (CeO2)-(ZrO2) – óxido de cério e zircónio
- CO – cobalto
- Mg – magnésio
- Mn – manganês
- TiO2 – dióxido de titânio
- ZnO – óxido de zinco
Sistema de fluxo ultrassónico de 7kW
O óxido de cério monodisperso por ultra-sons, em escala nanométrica, oferece uma elevada atividade catalítica devido à sua elevada relação superfície/volume, o que conduz a uma maior eficiência do combustível e a uma redução das emissões.
Nanoemulsões ultra-sónicas
A tecnologia de emulsificação por ultra-sons é utilizada para produzir misturas estáveis de etanol em decano, etanol em diesel ou diesel-biodiesel-etanol/bioetanol. Estas misturas são um combustível de base ideal, que pode ser melhorado numa segunda fase através da dispersão de nanopartículas no combustível.
A nano-emulsificação ultra-sónica é também utilizada com sucesso para produzir aqua-combustíveis.
Clique aqui para saber mais sobre aqua-combustíveis preparados por ultra-sons!
Produção ultra-sónica de combustíveis em emulsão
Sistemas industriais de ultra-sons
A geração de emulsões e dispersões estáveis requer ultra-sons de potência e amplitudes elevadas. Hielscher Ultrasonics’ Os processadores ultra-sónicos industriais podem fornecer amplitudes muito elevadas, o que é importante para produzir emulsões e dispersões de tamanho nanométrico. Por conseguinte, os nossos ultrassons industriais podem ser facilmente executados a amplitudes até 200µm em funcionamento 24 horas por dia, 7 dias por semana, em condições de trabalho pesado. Para amplitudes ainda mais elevadas, estão disponíveis sonotrodos ultra-sónicos personalizados.
A Hielscher oferece processadores ultra-sónicos económicos e altamente robustos com uma pequena área de implantação para a instalação em instalações com espaço limitado e ambientes exigentes.
O quadro seguinte dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultra-sons:
| Volume do lote | caudal | Dispositivos recomendados |
|---|---|---|
| 10 a 2000mL | 20 a 400mL/min | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1 a 20L | 0.2 a 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 a 100L | 2 a 10L/min | UIP4000 |
| n.d. | 10 a 100L/min | UIP16000 |
| n.d. | maior | grupo de UIP16000 |
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Literatura / Referências
- Asako, Yutaka & Mohamed, S.; Muhammad, Nura & Aziz, Arif; Yusof, Siti Nurul Akmal; Che Sidik, Nor Azwadi (2021): A comprehensive review of the influences of nanoparticles as a fuel additive in an internal combustion engine (ICE). Nanotechnology Reviews 9,2021. 1326-1349.
- D’Silva, R.; Vinoothan, K.; Binu, K.G.; Thirumaleshwara, B.; Raju, K. (2016): Effect of Titanium Dioxide and Calcium Carbonate Nanoadditives on the Performance and Emission Characteristics of C.I. Engine. Journal of Mechanical Engineering and Automation 6(5A), 2016. 28-31.
- Ghanbari, M.; Najafi, G.; Ghobadian, B.; Mamat, R.; Noor, M.M.; Moosavian, A. (2015): Adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) to predict CI engine parameters fueled with nano-particles additive to diesel fuel. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 100, 2015.
- Heydari-Maleney, K.; Taghizadeh-Alisaraei, A.; Ghobadian, B.; Abbaszadeh-Mayvan, A. (2017): Analyzing and evaluation of carbon nanotubes additives to diesohol-B2 fuels on performance and emission of diesel engines. Fuel 196, 2017. 110–123.
- Raj, N.M.; Gajendiran, M.; Pitchandi, K.; Nallusamy, N. (2016): Investigation on aluminium oxide nano particles blended diesel fuel combustion, performance and emission characteristics of a diesel engine. Journal of Chemical and Pharmaceutical Research 8(3), 2016. 246-257.
Fatos, vale a pena conhecer
Nano-combustíveis
Os nanocombustíveis referem-se a uma mistura de combustível e nanopartículas. Ao dispersar partículas nano-energéticas no combustível, as propriedades físico-químicas do combustível são alteradas pela sua funcionalidade, pela sua estrutura dispersiva e pela complexa interação da transferência de calor, do fluxo de fluidos e das interações entre partículas. Devido à sua composição heterogénea, as caraterísticas dos nanocombustíveis são determinadas pelo tipo de combustível de base, bem como pela composição, dimensão, forma, concentração e propriedades físicas e químicas das nanopartículas. As caraterísticas do nano-combustível podem diferir significativamente das caraterísticas do combustível de base.
gasóleo
O gasóleo é um combustível líquido que é queimado nos motores a gasóleo. Nos motores a gasóleo, a ignição do combustível é feita sem qualquer faísca, mas através da compressão da mistura de ar de entrada e, em seguida, da injeção do gasóleo.
O gasóleo convencional é um destilado fraccionado específico do fuelóleo de petróleo. Num sentido mais lato, o termo gasóleo refere-se a combustíveis não derivados do petróleo, por exemplo, biodiesel, gasóleo de biomassa para líquido (BTL), gasóleo de gás para líquido (GTL) ou gasóleo de carvão para líquido (CTL). O BTL, o GTL e o CTL são os chamados combustíveis diesel sintéticos, que podem ser derivados de qualquer material carbonoso (por exemplo, biomassa, biogás, gás natural, carvão, etc.). Após a gaseificação da matéria-prima em gás de síntese, seguida de purificação, este é convertido em gasóleo sintético através da reação Fischer-Tropsch. O gasóleo de ultra baixo teor de enxofre (ULSD) é uma norma para o gasóleo que contém um teor de enxofre significativamente reduzido.
Biodiesel
O biodiesel é um combustível renovável que é produzido a partir de óleos vegetais, gorduras animais ou gorduras recicladas. O biodiesel pode ser utilizado em veículos e geradores a gasóleo. As suas propriedades físicas são semelhantes às do gasóleo de petróleo, embora a sua combustão seja mais limpa. O biodiesel reduz as emissões de hidrocarbonetos não queimados (UHC), dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO), óxidos de enxofre e partículas de fuligem – quando comparadas com as emissões produzidas pela queima de gasóleo convencional. A emissão de óxidos de azoto (NOx) pode ser mais elevada para o biodiesel (em comparação com o gasóleo). No entanto, isto pode ser reduzido optimizando o tempo de injeção do combustível.
A produção de biodiesel é muito melhorada pela transesterificação ultra-sónica. Clique aqui para saber mais sobre a produção de biodiesel de ultra-sons!
etanol
O etanol combustível é o álcool etílico (C2H5OH) utilizado como combustível. Os combustíveis de etanol são maioritariamente utilizados como combustíveis para motores – principalmente como aditivo de biocombustível na gasolina. Atualmente, os automóveis podem funcionar com 100% de etanol combustível ou com os chamados flex-fuels, que são uma mistura de etanol e gasolina. O etanol é normalmente produzido por um processo de fermentação de biomassa, por exemplo, milho ou cana-de-açúcar. Uma vez que o etanol combustível é derivado de biomassa renovável e sustentável, é frequentemente designado por bioetanol. Os ultra-sons de potência podem melhorar substancialmente a produção de bioetanol. Clique aqui para saber mais sobre a produção de bioetanol ultra-sônico!
O etanol é o oxigenado do E-diesel. O principal inconveniente do E-diesel é a imiscibilidade do etanol no gasóleo numa vasta gama de temperaturas. No entanto, o biodiesel pode ser utilizado com êxito como um tensioativo anfifílico para estabilizar o etanol e o gasóleo. O combustível etanol-biodiesel-diesel (EB-diesel) pode ser misturado por ultra-sons a uma micro ou nano-emulsão, de modo a que o EB-diesel seja estável – mesmo a temperaturas abaixo de zero e oferece propriedades de combustível superiores às do gasóleo normal.