Emulgacja ultradźwiękowa biodiesla i oleju napędowego i wody

Co to jest emulsja wodna oleju napędowego?

Aby najlepiej zrozumieć, czym jest emulsja wodna oleju napędowego, najpierw musimy omówić proces emulgowania cieczy. Z chemicznego punktu widzenia emulgowana ciecz, znana również jako dyspersja, to ciecz, w której rozproszone cząstki jednego materiału są rozproszone w innym materiale.

Wodna emulsja oleju napędowego jest mieszaniną wody, oleju napędowego i kilku dodatków. Należy pamiętać, że olej napędowy, który jest olejem, nie może rozpuszczać się w wodzie. Oznacza to, że woda rozproszona w oleju napędowym może zostać zemulgowana, ale nigdy nie utworzy jednorodnej cieczy.

Gdzie stosuje się paliwa zemulgowane?

W każdym silniku Diesla można stosować mieszaninę wody, oleju napędowego i kilku dodatków, zwaną emulsją wodną oleju napędowego.

Należy jednak pamiętać, że dodanie wody do mieszanki paliwowej powoduje zmniejszenie energii wytwarzanej przez generator. Paliwa zemulgowane mają tę zaletę, że większa redukcja emisji będzie odpowiadać większemu zmniejszeniu mocy generatora. Redukcja wydajności będzie się różnić w zależności od poziomów emisji, które próbuje się osiągnąć, ale typowe redukcje wydajności wynoszą około 10–35%.

Często połączenie stosowania emulsji wodnej oleju napędowego z wydajnym generatorem diesla zapewnia lepsze zużycie paliwa przez emulsję. W wielu przypadkach korzyści wynikające z mniejszego zużycia paliwa i redukcji szkodliwych emisji z silnika znacznie przewyższają niezbyt pożądaną redukcję mocy silnika. Oprócz możliwości wykorzystania emulsji oleju napędowego jako źródła paliwa, istnieją dodatkowe korzyści, w tym łagodzenie wysokich temperatur powstających podczas spalania, a także redukcja emisji.

Obniżone temperatury spalania

W wielu przypadkach pożądane jest zmniejszenie i kontrolowanie ilości ciepła wytwarzanego przez silnik lub generator pod obciążeniem. Zwiększone ciepło może powodować przedwczesne zużycie elementów silnika, uszkodzenie płynów i skrócenie okresu użytkowania sprzętu. Wiele badań wykazało, że zastosowanie emulsji oleju napędowego jako źródła paliwa może skutecznie obniżyć temperaturę spalania, co daje wszystkie korzyści wynikające z niższej temperatury pracy, w tym zwiększoną wydajność silnika, mniejsze zużycie podzespołów i wydłużenie żywotności sprzętu.

Inną główną zaletą emulsji wodno-paliwowej obniżającej temperaturę roboczą jest to, że może to zwiększyć sprawność cieplną silnika. Z definicji sprawność cieplna to stosunek pracy wykonanej przez silnik do ilości ciepła wytworzonego przez paliwo i silnik w tym samym czasie pracy. Zwiększona sprawność cieplna oznacza chłodniejszą pracę sprzętu i mniejsze zużycie paliwa.

Ultradźwiękowe emulsje typu woda w paliwie

Ultradźwięki mocy to dobrze znana i sprawdzona technologia tworzenia drobnoziarnistych emulsji z kropelkami w zakresie mikronów i nano. Technologia emulgowania ultradźwiękowego opiera się na kawitacyjnych siłach ścinających. Dzięki kawitacji ultradźwiękowej kropelki wody i paliwa są minimalizowane do rozmiarów nano i mieszane ze sobą, w wyniku czego powstaje drobnoziarnista (nano-/mini-)emulsja.

W przypadku ultradźwiękowej emulgacji inline oddzielne strumienie paliwa i wody można precyzyjnie regulować, aby zapewnić stały stosunek wody i paliwa.

Homogenizatory ultradźwiękowe można instalować bezpośrednio przed pompą wtryskową, dzięki czemu można natychmiast wtryskiwać jednorodną emulsję wodno-paliwową do silnika i uniknąć magazynowania emulsji paliwowej. Kiedy emulsja wodno-paliwowa wtryskiwana jest do komory spalania, kropelki wody pod wpływem wysokich temperatur szybko odparowują, gdyż temperatura wrzenia wody jest znacznie niższa niż paliwa. Podczas procesu odparowania kropelki wody pękają w sposób mikrowybuchowy i rozbijają paliwo na mniejsze kropelki.

W ten sposób woda i paliwo są rozpylane w komorze spalania, dzięki czemu paliwo i powietrze w komorze spalania są lepiej wymieszane i paliwo może zostać całkowicie spalone. Bardzo małe kropelki zapewniają bardzo dużą powierzchnię cząstek, co skutkuje dużą powierzchnią międzyfazową woda-olej o niskim napięciu, co jeszcze bardziej poprawia atomizację. Zwiększa to wydajność spalania, co ostatecznie skutkuje znaczną redukcją kosztów paliwa, która przekracza koszty emulgowania. Technologia mieszania ultradźwiękowego to proces inline, który można łatwo zamontować w istniejących silnikach. Sam silnik nie wymaga żadnych przeróbek.

Korzyści środowiskowe i ekonomiczne:

niższa emisja NOx

mniejsza emisja sadzy

zmniejszone zużycie paliwa

pełniejsze spalanie

niższe szczytowe temperatury spalania

mniej zanieczyszczeń w kotle