Ултразвучне емулзије за сагоревање воде у дизелу

Генератори енергије, бродски и железнички мотори, који се користе дизел горивом, могу да раде ефикасније када се користе емулзије воде у дизелу. Водо-дизел емулзиона горива смањују потрошњу горива, снижавају температуру сагоревања, чисте опекотине и смањују емисије, као што су НОк и чађ. Ултразвучна емулзификација је поуздана, једноставна и ефикасна метода за производњу висококвалитетних горива воде у дизел.

Ултразвучна емулзификација воде у дизелу

Емулзије вода у дизелу (ВиДЕ; В/Д емулзиона горива) су модификована алтернатива дизел гориву, која садржи до 15% воде. Такође познато као аква-гориво, у емулзијама вода-дизел, капљице воде се ултразвучно емулгују у континуалну дизел фазу. Интензивна соникација течности ствара акустичну кавитацију. Кавитацијске силе смицања ометају капљице и производе хомогену емулзију иначе немешљивих водених и дизел фаза.

Емулзија воде у дизелу

ВиДЕ (В/Д емулзија) се дефинише као мешавина природно немешљивих течности капљица воде (дисперзована/унутрашња фаза) у дизелу (континуирана/спољна фаза). Емулгатор се додаје у ниским концентрацијама да би се побољшала стабилност емулзија и смањила потреба за енергијом мешања.

двофазна емулзија

Двофазна емулзија описује мешавину воде у дизелу без употребе било каквог сурфактанта. За двофазни ВиДЕ, токови воде и дизела су ултразвучно емулговани испред мотора. Ултразвучна двофазна емулзија вода у дизелу иде директно из ултразвучног реактора проточне ћелије у мотор са унутрашњим сагоревањем. Без сурфактанта, емулзија није направљена за складиштење, већ за директно сагоревање.

Студија случаја водено-дизел емулзионог горива

Неопходна подешавања

Итхнин ет ал. (2018) проучавали су ефекат емулзионог горива воде у дизелу (ВиДЕ) на једноцилиндрични дизел мотор са директним убризгавањем. Вода и дизел су ускладиштени у различитим јединицама, из којих су квантитативно пребачени у систем за мешање. Систем мешања се састојао од комбинације миксера са високим смицањем и ултразвучног хомогенизатора. Мешалица за смицање је обезбедила сирову мешавину воде и дизела, док је соникација коришћена за фину, уједначену емулзију. Водо-дизел емулзија је припремљена са 5% воде. Хомогено ВиДЕ гориво је директно пребачено из система за мешање у мотор. Припремљено ВиДЕ гориво није садржало површински активне материје, па се назива дуготрајно нестабилним емулзионим горивом (УВ/Д). Дизел мотор је тестиран под четири различита услова оптерећења (1 кВ (25%), 2 кВ (50%), 3 кВ (74%), 4 кВ (100%)) и са константном брзином од 3000 о/мин. Да би се упоредили ефекти као што су перформансе горива и емисије, емулзионо гориво стабилизовано сурфактантом (стабилна емулзија (СВ/Д)) и чисто дизел гориво (Д2) су такође тестирани на истом мотору. 5% воде се користи и за нестабилну емулзију и за стабилну емулзију.

Резултати

Тест мотора показује да водено-дизел емулзионо гориво без сурфактанта (УВ/Д) доводи до значајног побољшања мотора са повећањем топлотне ефикасности кочница (БТЕ) од 3,59% и смањењем специфичне потрошње горива кочница (БСФЦ) за 3,89% у поређењу на уредно дизел гориво. Емулзиона горива, и стабилизована (СВ/Д) и нестабилизована (УВ/Д), повећала су термичку ефикасност мотора због феномена микро-експлозије. Феномен микро-експлозије изазива брзо испаравање емулгованих капљица воде. Пошто су ситне капљице воде окружене уљем, интензиван процес испаравања разбија капљице насилно у веома фине честице, што подстиче мешање ваздуха и горива. Поремећај капљица и мешање са ваздухом значајно повећава ефикасност сагоревања.
Резултати показују да концепт производње и преноса водено-дизел емулзионог горива у реалном времену у мотор без употребе сурфактанта функционише веома добро. Тренутни пренос ултразвучно припремљене мешавине воде и дизела елиминише проблем стабилизације ускладиштеног емулзионог горива као и зависност од сурфактанта. Нестабилно водо-дизел емулзионо гориво (УВ/Д) је поуздано задржало свој емулзиони облик без достизања фазе седиментације у року од 25 секунди (погледајте слику испод).

Понашање капљица ултразвучно емулгованог атер-ин-диесел емулзионог горива током времена а) 10 с, б) 25 с, ц) 50 с и д) 132 с. (увећање 1000×) – Итхнин ет ал. 2018

У поређењу са чистим дизел горивом, емулзионо гориво вода-у-дизел има значајно смањену емисију издувних гасова азотних оксида (НОк) и честица (ПМ) са просечним смањењем од 31,66% и 16,33% респективно.

Све у свему, ултразвучно припремљене емулзије – временски нестабилни или стабилизовани сурфактантом – помажу у уштеди дизел горива и смањењу емисије издувних гасова.
Еколошка емисија издувних гасова и уштеда горива уз ултразвук!

Примарна и секундарна атомизација у распршеном пламену емулгованог горива.

Емулзија тројне фазе

Емулзија трофазне фазе, позната и као трофазна емулзија, састоји се од воде, уља и сурфактанта. Током ултразвучног емулговања воде у дизел фазу додаје се сурфактант. Емулгатор продужава стабилност емулзије и омогућава складиштење воде у дизел гориву. Стабилност В/Д емулзије зависи од емулгатора, параметара ултразвучног процеса и температуре. Уз праву комбинацију сурфактанта и параметара соникације, може се постићи значајна дугорочна стабилност ВиДЕ-а.

Инсталација и накнадна монтажа ултразвучног система за емулзију је једноставна, сигурна и јефтина. В/Д емулзиона горива могу се користити у комбинацији са било којим конвенционалним дизел моторима (нпр. генератори енергије, железнички мотори, бродски мотори) без модификација.

Шта ВиДЕ горива чини ефикаснијим? – Феномен микроексплозије

Емулзиона горива вода у дизелу састоје се од суспендованих честица воде у непрекидној дизел фази. Када се сагоре, мале капљице воде у емулзионом гориву достижу прегрејану фазу брже од дизела и стварају распад експанзије паре (спонтану експлозију) током сагоревања, стварајући веома фине честице. Због повећане површине ситних честица у комбинацији са усисним ваздухом, мешање ваздуха и горива је значајно побољшано и тиме се повећава ефикасност сагоревања. (Иванов, Неведов 1965)

Ултразвучни системи за емулзију високих перформанси

Хиелсцхер Ултрасоницс снабдева ултразвучне процесоре високих перформанси за континуирану производњу висококвалитетних (нано)емулзија. Врхунске ултразвучне перформансе, робусност и мали отисак чине Хиелсцхер Ултрасоницаторс идеалним системом мешања за емулзиона горива воде у дизелу. Било да желите да производите емулзиона горива за директно убризгавање у мотор са сагоревањем или стабилна емулзиона горива за складиштење и касније сагоревање, Хиелсцхер Ултрасоницс има најпогодније подешавање за вашу примену. Од мањих ултразвучних емулзионих система за интеграцију у железничке локомотиве и унутрашње поморске бродове до стварања великих количина воденог горива за електране и огромна поморска пловила – наше групе ултразвучних процесора омогућавају обраду емулзионог горива било које запремине.
Поред високог ултразвучног излаза, поузданости и робусности, Хиелсцхер Ултрасоницс’ индустријски ултразвучни процесори могу се прецизно контролисати и надгледати. Сензори температуре и притиска преносе податке до генератора, где се сви важни параметри процеса као што су амплитуда, нето и укупна енергија, температура и притисак снимају на уграђену СД картицу. Интелигентна софтверска контрола омогућава успостављање и постављање тачних параметара процеса за стандардизовано емулзионо гориво континуирано високог квалитета. Ултразвучни проточни реактор са омотачем може се ефикасно охладити и омогућити да се емулзија обрађује на одређеним температурама. Робусност наше ултразвучне опреме омогућава рад 24 сата дневно у тешким условима иу захтевним окружењима.
Табела у наставку даје вам индикацију приближних капацитета обраде наших ултразвучних апарата: