Emulsione me ultratinguj për djegien e ujit-në-dizel

Gjeneratorët e energjisë, motorët e anijeve dhe motorët hekurudhorë që furnizohen me dizel mund të punojnë me efikasitet më të lartë kur përdoren emulsione ujë-në-dizel. Karburantet në formë emulsioni ujë-dizel zvogëlojnë konsumin e karburantit, ulin temperaturën e djegies, digjen më pastër dhe pakësojnë emetimet, si NOx dhe bloza. Emulsifikimi me ultratinguj është një metodë e besueshme, e thjeshtë dhe efikase për të prodhuar karburante ujë-në-dizel me cilësi të lartë.

Emulsifikimi me ultratinguj i ujit-në-dizel

Emulsionet ujë-në-dizel (WiDE; karburant në formë emulsioni W/D) janë një alternativë e modifikuar e karburantit dizel, që përmban deri në 15% ujë. Në emulsionet ujë-dizel, të njohura edhe si akuakarburant, pikat e ujit emulsifikohen me ultratinguj në fazën e vazhdueshme të dizelit. Trajtimi intensiv i lëngjeve me ultratinguj gjeneron kavitacion akustik. Forcat prerëse të kavitacionit copëtojnë pikat dhe prodhojnë një emulsion homogjen të fazave të ujit dhe të dizelit, të cilat përndryshe nuk përzihen me njëra-tjetrën.

Emulsioni ujë-në-dizel

WiDE (emulsioni W/D) përkufizohet si një përzierje e lëngjeve që natyrshëm nuk përzihen me njëra-tjetrën, me pika uji (faza e shpërndarë/e brendshme) në dizel (faza e vazhdueshme/e jashtme). Një agjent emulsifikues shtohet në përqendrime të ulëta për të përmirësuar qëndrueshmërinë e emulsionit dhe për të ulur energjinë e nevojshme për përzierje.

Emulsioni dyfazor

Një emulsion dyfazor përshkruan përzierjen e ujit në dizel pa përdorimin e asnjë lënde tensioaktive. Për një WiDE dyfazor, rrjedhat furnizuese të ujit dhe të dizelit emulsifikohen me ultratinguj menjëherë përpara motorit. Emulsioni dyfazor ujë-në-dizel i përftuar me ultratinguj kalon drejtpërdrejt nga reaktori me qelizë rrjedhjeje me ultratinguj në motorin me djegie. Pa lëndë tensioaktive, emulsioni nuk përgatitet për ruajtje, por për djegie të drejtpërdrejtë.

Studim rasti për karburantin në formë emulsioni ujë-dizel

Konfigurimi eksperimental

Ithnin et al. (2018) studiuan efektin e karburantit në formë emulsioni ujë-në-dizel (WiDE) në një motor dizel me një cilindër dhe injektim të drejtpërdrejtë. Uji dhe dizeli ruheshin në njësi të veçanta, nga të cilat transferoheshin në sasi të matura në një sistem përzierjeje. Sistemi i përzierjes përbëhej nga një kombinim i një përzierësi me forca të larta prerëse dhe një homogjenizuesi me ultratinguj. Përzierësi me forca prerëse siguronte një parapërzierje të papërpunuar të ujit dhe dizelit, ndërsa trajtimi me ultratinguj përdorej për të përftuar një emulsion uniform me pika të imëta. Emulsioni ujë-dizel u përgatit me 5% ujë. Karburanti homogjen WiDE transferohej drejtpërdrejt nga sistemi i përzierjes në motor. Karburanti WiDE i përgatitur nuk përmbante asnjë lëndë tensioaktive, prandaj u quajt karburant në formë emulsioni të paqëndrueshëm në afat të gjatë (UW/D). Motori dizel u testua në katër kushte të ndryshme ngarkese (1 kW (25%), 2 kW (50%), 3 kW (74%), 4 kW (100%)) dhe me një shpejtësi konstante prej 3000 rpm. Për të krahasuar efektet, si performanca e karburantit dhe emetimet, në të njëjtin motor u testuan gjithashtu një karburant në formë emulsioni të stabilizuar me lëndë tensioaktive (emulsion i qëndrueshëm (SW/D)) dhe karburant dizel i pastër (D2). Si për emulsionin e paqëndrueshëm, ashtu edhe për emulsionin e qëndrueshëm përdoret 5% ujë.

Rezultatet

Testi i motorit tregon se karburanti në formë emulsioni ujë–naftë pa surfaktant (UW/D) sjell një përmirësim të ndjeshëm të motorit, me një rritje prej 3,59% të rendimentit termik efektiv (BTE) dhe një ulje prej 3,89% të konsumit specifik efektiv të karburantit (BSFC), krahasuar me naftën e pastër. Karburantet në formë emulsioni, si ato të stabilizuara (SW/D), ashtu edhe ato të pastabilizuara (UW/D), e rritën rendimentin termik të motorit për shkak të fenomenit të mikroshpërthimit. Fenomeni i mikroshpërthimit shkakton një avullim të shpejtë të pikëzave të ujit të emulsionuara. Meqenëse pikëzat shumë të vogla të ujit janë të rrethuara nga vaji, procesi intensiv i avullimit i copëton vrullshëm pikëzat në grimca shumë të imëta, gjë që nxit përzierjen e ajrit me karburantin. Copëtimi i pikëzave dhe përzierja me ajrin e rrisin ndjeshëm efikasitetin e djegies.
Rezultatet tregojnë se koncepti i prodhimit dhe transferimit në kohë reale të karburantit në formë emulsioni ujë–naftë në motor pa përdorur surfaktant funksionon shumë mirë. Transferimi i menjëhershëm i përzierjes ujë–naftë të përgatitur me ultratinguj eliminon problemin e stabilizimit të karburantit në formë emulsioni që ruhet, si edhe varësinë nga surfaktanti. Karburanti i paqëndrueshëm në formë emulsioni ujë–naftë (UW/D) e ruajti në mënyrë të besueshme formën e tij të emulsionit pa arritur në fazën e sedimentimit brenda 25sec (shih figurën më poshtë).

Sjellja e pikëzave të karburantit në formë emulsioni ujë në naftë, të emulsionuar me ultratinguj, me kalimin e kohës: a) 10 s, b) 25 s, c) 50 s dhe d) 132 s. (zmadhim 1000×) – Ithnin et al. 2018

Krahasuar me naftën e pastër, karburanti në formë emulsioni ujë në naftë ka emetime dukshëm më të ulëta të oksideve të azotit (NOx) dhe lëndës së grimcuar (PM) në gazrat e shkarkimit, me një ulje mesatare përkatësisht prej 31,66% dhe 16,33%.

Në përgjithësi, emulsionet e përgatitura me ultratinguj – qofshin të paqëndrueshme ose të stabilizuara me surfaktant – ndihmojnë në kursimin e naftës dhe në uljen e emetimeve të gazrave të shkarkimit.
Emetime më miqësore ndaj mjedisit dhe kursim karburanti me ultratinguj!

Atomizimi parësor dhe dytësor në flakën e spërkatjes së karburantit të emulsionuar.

Emulsion trefazor

Një emulsion me tri faza, i njohur edhe si emulsion trefazor, përbëhet nga uji, vaji dhe një surfaktant. Gjatë emulsionimit me ultratinguj të ujit në fazën e naftës, shtohet një surfaktant. Agjenti emulsionues zgjat qëndrueshmërinë e emulsionit dhe mundëson ruajtjen e karburantit ujë në naftë. Qëndrueshmëria e emulsionit W/D varet nga emulsionuesi, parametrat e procesit me ultratinguj dhe temperatura. Me kombinimin e duhur të surfaktantit dhe parametrave të trajtimit me ultratinguj, mund të arrihet një qëndrueshmëri e konsiderueshme afatgjatë e WiDE.

Instalimi dhe integrimi i një sistemi emulsionimi me ultratinguj në pajisjet ekzistuese është i thjeshtë, i sigurt dhe me kosto të ulët. Karburantet në formë emulsioni W/D mund të përdoren me çdo motor konvencional me naftë (p.sh., gjeneratorë elektrikë, motorë hekurudhorë, motorë anijesh) pa modifikime.

Çfarë i bën karburantet WiDE më efikase? – Fenomeni i mikroshpërthimit

Karburantet në formë emulsioni ujë në naftë përbëhen nga grimca uji të pezulluara në një fazë të vazhdueshme nafte. Gjatë djegies, pikëzat e imëta të ujit në karburantin në formë emulsioni arrijnë gjendjen e tyre të mbinxehur më shpejt se nafta dhe shkaktojnë copëtim nga zgjerimi i avullit (shpërthim spontan) gjatë djegies, duke krijuar grimca shumë të imëta. Falë sipërfaqes së rritur të grimcave shumë të vogla në kombinim me ajrin e thithur, përzierja e ajrit me karburantin përmirësohet ndjeshëm dhe në këtë mënyrë rrit efikasitetin e djegies. (Ivanov, Nevedov 1965)

Sisteme emulsionimi me ultratinguj me performancë të lartë

Hielscher Ultrasonics furnizon procesorë ultrasonikë me performancë të lartë për prodhimin e vazhdueshëm të (nano-)emulsioneve me cilësi të lartë. Performanca superiore ultrasonike, qëndrueshmëria dhe hapësira e vogël që zënë i bëjnë pajisjet ultrasonike Hielscher sistemin ideal të përzierjes për karburantet në formë emulsioni ujë-në-naftë. Pavarësisht nëse dëshironi të prodhoni karburante në formë emulsioni për injektim të drejtpërdrejtë në një motor me djegie ose karburante në formë emulsioni të qëndrueshëm për ruajtje dhe djegie të mëvonshme, Hielscher Ultrasonics ka konfigurimin më të përshtatshëm për aplikimin tuaj. Nga sistemet më të vogla ultrasonike të emulsifikimit për integrim në lokomotiva hekurudhore dhe mjete lundruese në ujëra të brendshme deri te prodhimi i vëllimeve të mëdha të karburantit me ujë për centrale elektrike dhe anije gjigante – grupet tona të procesorëve ultrasonikë mundësojnë përpunimin e karburantit në formë emulsioni në çdo vëllim.
Përveç fuqisë së lartë ultrasonike në dalje, besueshmërisë dhe qëndrueshmërisë, procesorët ultrasonikë industrialë të Hielscher Ultrasonics mund të kontrollohen dhe të monitorohen me saktësi. Sensorët e temperaturës dhe presionit i transmetojnë të dhënat te gjeneratori, ku të gjithë parametrat e rëndësishëm të procesit, si amplituda, energjia neto dhe totale, temperatura dhe presioni, regjistrohen në një kartë SD të integruar. Kontrolli inteligjent me softuer mundëson përcaktimin dhe vendosjen e parametrave të saktë të procesit për një karburant të standardizuar në formë emulsioni me cilësi vazhdimisht të lartë. Reaktori ultrasonik me rrjedhje dhe me këmishë mund të ftohet në mënyrë efikase dhe mundëson përpunimin e emulsionit në temperatura të përcaktuara. Qëndrueshmëria e pajisjeve tona ultrasonike mundëson funksionimin 24/7 nën ngarkesë të rëndë dhe në mjedise me kërkesa të larta.
Tabela më poshtë ju jep një ide të kapacitetit të përafërt të përpunimit të pajisjeve tona ultrasonike: