¿Qué combustibles alternativos hay disponibles? Aplicación de combustibles alternativos en motores de turbinas de gas para aviones Aplicación de combustibles alternativos en barcos

Debido a la presencia de varias plantas de energía en un barco grande, por ejemplo, el motor principal, un generador diesel para generar electricidad, una caldera para producir agua caliente y vapor, el combustible marino puede estar representado por varios tipos a la vez.

Además, el motor principal de una embarcación marina a menudo se alimenta no con uno, sino con dos o más tipos de combustible alternativamente. Esto se debe al hecho de que existen zonas de control especial de emisiones de azufre en el océano: los mares del Norte y Báltico, las costas del Atlántico y el Pacífico de los EE. UU. y Canadá.

Al acercarse a ellos, los motores se cambian a combustible diesel con bajo contenido de azufre. La misma técnica se utiliza antes de realizar maniobras en las que a menudo hay que cambiar de modo de motor. Después de salir del puerto, el combustible diesel se reemplaza con fuel oil, sobre el cual pasa el barco. parte principal camino.

Tipos de combustible para el envío

Los principales tipos de combustible para los barcos en la actualidad son:

• combustible diesel;
• combustibles marinos de alta viscosidad;
• otros tipos (KST - un componente de combustible marino a partir de condensado de gas, turbina de gas de petróleo TG y TGVK, LNG - gas natural licuado, etc.)

Los combustibles diésel y de baja viscosidad se clasifican como productos de petróleo ligero. Se diferencian entre sí en el costo (SMT es mucho más barato), así como en las características técnicas.

SMT contiene más azufre (de 0,5 a 1,5% frente a 0,01%), tiene un índice de cetano más bajo (40 frente a 45). La principal ventaja de reemplazar el combustible diesel de baja viscosidad es el bajo costo de este último, así como el hecho de que, en ausencia de azufre, se deben introducir aditivos especiales costosos en el combustible diesel para mantener las propiedades lubricantes.

Los tipos de combustible diesel marino de alta viscosidad se clasifican como grados oscuros de productos derivados del petróleo. Son más baratos que los ligeros, por lo que son muy utilizados para el transporte marítimo. Se subdivide en ligero, pesado y súper pesado. Estos tipos incluyen fueloil naval F-5 y F-12, fueloil de horno M-40 y M-100, combustible marino IFO-30, IFO-180, IFO-380. Se producen mezclando productos derivados del petróleo con fracciones de diésel. Los grados oscuros se utilizan en motores de baja y media velocidad.

Sobre el almacenamiento y preparación de combustible marino

Los búnkeres de combustible ubicados al lado del barco se utilizan para almacenar combustible a bordo. sala de máquinas. Un barco grande puede consumir hasta 40 toneladas de combustible por día, pero el exceso de combustible, a excepción de un suministro de emergencia en caso de tormentas, no se lleva a un vuelo, ya que crea lastre y reduce la carga útil del barco. El lastre también incluye el suministro de combustible muerto en el barco: los restos en los búnkeres debajo de las tuberías de admisión.

Antes de su uso, los fuelóleos se someten a menudo a operaciones de preparación especiales. Ellos consisten:

1. En el calentamiento de la masa combustible de fueloil frío, que ha perdido su fluidez, mediante la adición de fueloil caliente al depósito. El calentamiento también se realiza en tanques equipados con sistemas de calefacción especiales.
2. Limpieza por sedimentación o separación en especial instalaciones navales; durante estos procesos se separan la suciedad, las inclusiones mecánicas y el agua. El combustible purificado desgasta menos los motores, por lo que la limpieza de las instalaciones compensa con creces.

Hoy en día, existen muchas variedades de diésel y otros tipos de combustible para el barco. Para evitar errores al comprar, intente comprar combustible y lubricantes solo de proveedores confiables.

© Tishinskaya Yu.V., 2014

La relevancia de este tema se debe a que la embarcación necesita una gran cantidad de combustible para su funcionamiento, lo que afecta negativamente la condición ambiente, ya que los enormes buques de carga emiten anualmente millones de metros cúbicos de dióxido de carbono a la atmósfera, causando un gran daño a la atmósfera y acercando el derretimiento de los glaciares en los polos. Además, debido a la inestabilidad de los precios de los productos derivados del petróleo y las reservas limitadas de estos minerales, los ingenieros buscan constantemente fuentes de energía y combustibles alternativos.

El transporte marítimo mundial es una fuente importante de contaminación ambiental, ya que comercio mundial requiere gran cantidad consumo de petróleo y otros materiales combustibles para los barcos, pero a medida que se presta más atención a la reducción de las emisiones de CO2, se hace evidente que ha llegado el momento de realizar cambios en las centrales eléctricas o incluso encontrar un reemplazo para ellas.

Actualmente, dentro de un solo país, el consumo de combustibles para motores producidos a partir del petróleo puede llegar a cientos de millones de toneladas. Al mismo tiempo, la industria automotriz y transporte marítimo son uno de los principales consumidores de productos derivados del petróleo y seguirán siendo los principales consumidores de combustibles para motores durante el período hasta 2040-2050.

Asimismo, un impulso significativo para el desarrollo de este tema es el hecho de que, de acuerdo con los requisitos del Convenio Internacional para la Prevención de la Contaminación por los Buques, existe un endurecimiento sistemático de los requisitos para el contenido de óxidos de azufre, nitrógeno y carbono, así como material particulado en las emisiones de los buques. Estas sustancias causan un gran daño al medio ambiente y son ajenas a cualquier parte de la biosfera.

Los requisitos más estrictos se presentan para las Áreas de Control de Emisiones (ECA). A saber:

Mares Báltico y del Norte

Aguas costeras de EE. UU. y Canadá

Mar Caribe

· Mar Mediterráneo

la costa de japon

Estrecho de Malaca, etc.

De este modo, el cambio de normativa para las emisiones de óxido de azufre de los buques en 2012 es del 0% y del 3,5% en zonas especiales y en todo el mundo, respectivamente. Y para 2020, las normas para las emisiones de óxido de azufre de los barcos en estas áreas serán igualmente del 0 %, y en todo el mundo ya disminuirán al 0,5 %. De ahí la necesidad de solucionar el problema de la reducción de las emisiones químicas a la atmósfera. sustancias nocivas buques plantas de energía y la búsqueda de nuevos combustibles o energías más “amigables” para usar en los barcos.

Para abordar estos problemas, se propone introducir innovaciones en dos varias direcciones:

1) El uso de tipos de combustible nuevos, más ecológicos y económicos en la operación de barcos;

2) Rechazo del combustible al que estamos acostumbrados a favor de utilizar la energía del sol, el agua, el viento.

Consideremos la primera forma. Tipos principales combustibles alternativos son los siguientes:

El biodiesel es un combustible fósil producido a partir de cultivos oleaginosos.

El precio del biodiésel de marca es aproximadamente el doble del precio del diésel convencional. Estudios realizados en 2001/2002 en EE.UU. demostraron que cuando el combustible contiene un 20% de biodiesel, el contenido de sustancias nocivas en los gases de escape aumenta un 11% y sólo el uso de biodiesel puro reduce las emisiones un 50%;

Los alcoholes son compuestos orgánicos que contienen uno o más enlaces hidroxilo directamente unidos a un átomo de carbono. Los alcoholes están prohibidos como combustibles de bajo punto de inflamación;

El hidrógeno es el único combustible cuyo producto de combustión no es dióxido de carbono;

Se utiliza en motores de combustión interna en forma pura o como aditivo de combustibles líquidos. El peligro de almacenarlo en un barco y el costoso equipo para tal uso hacen esta especie combustible completamente no prometedor para barcos;

La emulsión agua-combustible se produce en el barco en una instalación especial - esto ahorra combustible, reduce las emisiones de óxido de nitrógeno (hasta un 30% dependiendo del contenido de agua en la emulsión), pero no tiene un efecto significativo sobre las emisiones de óxido de azufre;

Los gases combustibles licuados y comprimidos permiten eliminar por completo las emisiones de azufre y partículas a la atmósfera, reducir drásticamente las emisiones de óxido de nitrógeno en un 80 % y reducir significativamente las emisiones de dióxido de carbono en un 30 %.

De este modo, se puede argumentar que el único nuevo tipo de combustible, cuyo uso afecta significativamente al comportamiento medioambiental de los motores marinos, es gas natural.

Pasemos a la segunda forma. El viento y el sol son las fuentes de energía más comunes en la tierra. Muchas organizaciones ofrecen todo tipo de proyectos para implementarlos en la vida cotidiana.

En la práctica internacional, ya hay varios proyectos implementados y aún no realizados de barcos que utilizan energía eólica y solar para su navegación.

En un esfuerzo por reducir el consumo de combustible en los buques mercantes de gran flota en los océanos del mundo, un grupo de la Universidad de Tokio desarrolló el proyecto "Wild Challenger".

Mediante el uso de velas retráctiles gigantes que miden 50 metros de alto y 20 metros de ancho, el consumo anual de combustible se puede reducir en casi un 30 por ciento. Las velas se gobiernan individualmente para obtener la máxima potencia y cada vela es telescópica con cinco niveles, lo que les permite plegarse cuando el clima se vuelve desfavorable. Las velas son huecas y curvas, hechas de aluminio o plástico reforzado, haciéndolas más como alas. Las simulaciones por computadora, así como las pruebas en el túnel de viento, han demostrado que el concepto es capaz de operar incluso con viento cruzado. Por lo tanto, el proyecto "Wind Challenger" realmente puede convertirse en el desarrollo de barcos económicos de la próxima generación.

La empresa “Eco Marine Power” desarrolló el proyecto “ Acuario”, que significa “Acuario” en la traducción. Una característica de este proyecto es el uso de paneles solares como vela.

Tales velas incluso obtuvieron su propio nombre "vela rígida". Se convertirán en parte de un gran proyecto que permitirá a los barcos utilizar fácilmente fuentes de energía alternativas mientras están en el mar, en la rada y en el puerto. Cada panel de vela cambiará automáticamente de posición mediante el control por computadora, que está siendo desarrollado por la empresa japonesa " Sistema KEI Pty Ltd". Los paneles también se pueden quitar en condiciones climáticas adversas.

El último avance en tecnología solar significa que ahora es posible usar una combinación de paneles solares y una vela, y este hecho trae este proyecto a la vanguardia en el desarrollo de la construcción naval moderna.

Sistema " Acuario» está diseñado de tal manera que no requiere mucha atención por parte de la tripulación del barco y es relativamente fácil de instalar. Los materiales de los que está hecha la vela rígida y otros componentes del sistema son reciclados.

Sistema " Acuario» será atractivo para las inversiones de las compañías navieras y los operadores de buques, debido a recuperación rápida proyecto.

Se puede concluir que ambas formas están diseñadas para resolver los mismos problemas. La implementación de estos proyectos tiene un impacto significativo en el transporte marítimo mundial, contribuyendo a una reducción significativa de la contaminación ambiental y una reducción en los costos de combustible y mantenimiento. Qué elegir es asunto de todos. Una forma más fácil de implementar es el uso de combustible económico, ya que esta tecnología no requiere reemplazo completo flota, y se puede utilizar en barcos existentes, pero al mismo tiempo conserva un cierto nivel de costos de combustible y emisiones de sustancias nocivas a la atmósfera. La elección a favor de la construcción de buques que utilicen fuentes de energía alternativas en su operación, por un lado, requiere un reemplazo completo de la flota, pero por otro lado, elimina los costos de combustible y reduce significativamente diferentes tipos contaminación ambiental.

Literatura

1. Sokirkin V. A. Derecho marítimo internacional: libro de texto / Sokirkin V.A.,

Shitarev VS – M: Relaciones Internacionales, 2009. - 384 págs.

2. Shurpyak V. K. Solicitud especies alternativas energía y alternativa

combustibles en embarcaciones marítimas [Recurso electrónico]. - Modo de acceso al documento:

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3. Barcos del futuro [ recurso electronico]. – Modo de acceso al documento:

http://korabley.net/news/korabli_budushhego/2010-04-05-526

4. Los buques económicos son posibles [recurso electrónico]. – Modo de acceso a

documento: http://korabley.net/news/ehkonomichnye_suda_vozmozhny/2014-01-06-

5. El sistema alternativo Aquarius podría cambiar el envío

[recurso electrónico]. – Modo de acceso al documento: http://shipwiki.ru/sovremennye_korabli/na_ostrie_progressa/alternativnaya_sistema_emp_aquarius.html

Durante los últimos veinte años, la industria del automóvil ha logrado grandes resultados en la reducción del contenido de sustancias nocivas en los gases de escape. Prohibir el uso de gasolinas con plomo, el uso de convertidores catalíticos y sistemas modernos suministro de energía de los motores de combustión interna, permitió reducir significativamente los efectos nocivos del transporte por carretera en el medio ambiente y la salud humana.
Durante el funcionamiento de los motores de combustión interna de los automóviles, no solo se emiten gases tóxicos a la atmósfera, sino también dióxido de carbono (CO 2 ).
Los motores de los automóviles modernos se han vuelto más eficientes y esto ha llevado a una disminución de las emisiones de dióxido de carbono. El uso de combustibles alternativos también contribuye tanto a la reducción de sustancias nocivas en los gases de escape como a la reducción del dióxido de carbono.
gases licuados de petroleo(GLP - Gas Licuado de Petróleo) permiten reducir el contenido de sustancias nocivas en los gases de escape y al mismo tiempo reducir la cantidad de CO 2 emitido durante el funcionamiento del motor de combustión interna en aproximadamente un 10%.
Gas natural comprimido(GNC - Gas Natural Comprimido) es un combustible alternativo que se puede utilizar en motores diesel y de encendido por chispa. Para ser utilizado como combustible en un motor de combustión interna, debe ser comprimido a alta presión para ocupar un volumen menor. Este gas se puede transportar en cilindros de alta presión. Cuando se utiliza como combustible, se reduce la emisión de sustancias nocivas a la atmósfera.
metanol(Metanol) - combustible de alcohol obtenido en el proceso de refinación de petróleo o carbón. Cuando se utiliza metanol como combustible para motores de combustión interna, el nivel de dióxido de carbono en los gases de escape se reduce en un 5% en comparación con la gasolina. Sin embargo, para obtener la misma potencia, se necesita el doble gran cantidad combustible que con gasolina.
etanol(Etanol) - un combustible de alcohol derivado de plantas como el maíz, la caña de azúcar, etc., tiene aproximadamente las mismas propiedades que el metanol y produce menos óxidos de nitrógeno y una reducción del 4% en dióxido de carbono cuando se quema en comparación con la gasolina. Los gases de escape de un motor de combustión interna que funciona con etanol contienen aldehídos nocivos que tienen un olor desagradable, irritan las membranas mucosas del cuerpo humano y no se pueden eliminar con la ayuda de convertidores catalíticos.
Hidrógeno(H 2) - un gas combustible que, cuando se quema, se combina con oxígeno para formar agua. El hidrógeno es la alternativa más prometedora a los combustibles de hidrocarburos. El hidrógeno también es un combustible prometedor para su uso en plantas de energía sobre celdas de combustible.
Los combustibles alternativos enumerados pueden, en algunos casos, usarse para motores de automóviles. Muchos fabricantes de automóviles tienen en su programa el lanzamiento de automóviles que pueden utilizar combustibles alternativos. Los vehículos más comunes que pueden utilizar gas licuado o gas natural comprimido junto con gasolina.

Coche Mini Cooper propulsado por hidrógeno

Los motores de los vehículos de prueba BMW 750hL y Mini Cooper Hydrogen están equipados con un sistema de inyección de hidrógeno líquido y refrigerado que se mezcla con el aire en el colector de admisión. Este enfoque permite mejorar el llenado de los cilindros del motor de combustión interna con una mezcla de aire y combustible y minimizar la contaminación ambiental.
El uso de tipos alternativos de combustible para automóviles puede ralentizar un poco la posibilidad de agotar las reservas mundiales de petróleo, pero no resuelve por completo este problema. Por lo tanto, la mayoría de los principales fabricantes de automóviles del mundo están ahora muy involucrados en el desarrollo de centrales eléctricas que utilizan fuentes de energía alternativas.

transcripción

1 Actas del MAI. Edición 87 UDC El uso de combustibles alternativos en motores de turbinas de gas para aeronaves Siluyanova M.V.*, Chelebyan O.G.** Instituto de Aviación de Moscú (Universidad Nacional de Investigación), MAI, Volokolamsk Highway, 4, Moscú, A-80, GSP-3, Rusia *e -mail: **e-mail: Anotación Este artículo presenta los resultados de un estudio experimental de la influencia de las propiedades físicas del líquido sobre los parámetros del chorro de aire-combustible detrás del dispositivo frontal de la cámara de combustión de gas neumático. motores de turbina Para determinar las características de aspersión y estudiar el proceso de trituración y mezcla de combustibles alternativos de mayor viscosidad, se desarrolló un modelo de biocombustible a base de queroseno de la marca TS-1. Como resultado del trabajo realizado se obtuvo una serie de dependencias de las características de diámetro promedio, velocidad y concentración de las gotas de combustible en el flujo detrás del quemador para queroseno y biocombustible modelo. Resumiendo los datos obtenidos, se encontró que cuando se utilizan combustibles viscosos, es necesario utilizar el método de pulverización neumática para garantizar los parámetros de funcionamiento especificados de la cámara de combustión de los motores de turbina de gas.

2 Palabras clave: dispositivo frontal, atomización, biocombustible, neumática, soplete de atomización, boquilla, remolino, cámara de combustión. Reforzar los requisitos ambientales de la OACI ( Organización Internacional Aviación Civil) sobre las emisiones nocivas de los motores de las aeronaves, obligan a las principales potencias a buscar fuentes de energía alternativas, en particular, para ampliar el alcance de los biocombustibles. Los combustibles alternativos tienen propiedades físicas algo diferentes del queroseno de aviación convencional. El uso de biocombustibles renovables derivados de plantas o ácidos grasos es muy prometedor. Actualmente, la aviación representa alrededor del 2% de las emisiones antropogénicas de CO 2. Cuando se utilizan biocombustibles, las emisiones de humo, partículas de carbono, monóxido de carbono, azufre y dióxido de carbono generalmente se reducen. Así, el uso de bioqueroseno obtenido a partir de aceites de semillas de jatrofa procesados ​​en aviación, en lugar del queroseno tradicional, reducirá la huella de carbono en casi un 80%. Compañías extranjeras En los últimos años se han realizado estudios sobre la posibilidad de utilizar combustibles alternativos sin cambiar el diseño de los motores de turbina de gas. El primer vuelo de un avión biocombustible tuvo lugar en 2008 por la aerolínea británica Virgin Atlantic Airways Ltd, propietaria de este avión. Boeing y su

3 socios internacionales ya están trabajando para llevar los biocombustibles de las pruebas a la producción. Boeing Freighters y 787 realizaron los primeros vuelos transatlánticos de demostración a través del Pacífico utilizando biocombustibles en 2011 y 2012. Schiphol en Amsterdam utilizando aceite vegetal reciclado como combustible de aviación. Aún no disponible en Rusia escala industrial producción de biocombustibles. Sin embargo, esta dirección tiene un gran futuro debido a la presencia de grandes superficies sembradas y espejos de agua en nuestro país. 1. Planteamiento del problema. En este trabajo se estudió la influencia de los parámetros de los líquidos combustibles sobre las características de pulverización detrás del dispositivo frontal de la cámara de combustión de un motor de turbina de gas de tipo neumático. El propósito del experimento fue determinar las características de dispersión del aerosol, los campos de velocidad y la distribución de partículas en el flujo durante la pulverización neumática de combustibles estándar (queroseno TS-1) y viscosos (biocombustibles). La mayoría de los propulsores utilizados en los motores de las aeronaves son normalmente líquidos y, por lo tanto, deben atomizarse antes de introducirse en la zona de combustión. En las centrales eléctricas modernas

4 utiliza una variedad de dispositivos de boquilla que difieren no solo en el diseño, sino también en los principios en los que se basa el sistema de rociado de combustible. El tipo de atomización se divide simplemente por la energía principal gastada en la atomización del líquido, es decir utilizar el llamado enfoque energético para la clasificación. La ignición del combustible, la estabilidad y eficiencia de la combustión, los niveles de emisión de sustancias nocivas están estrechamente relacionados con los procesos de trituración del combustible líquido y su mezcla con el aire en el sistema de atomización. Como tipo de combustible alternativo se eligió una mezcla de queroseno de aviación TS-1 (40 %), etanol (40 %) y aceite de ricino (20 %). Las proporciones seleccionadas del biocombustible modelo proporcionan una composición homogénea y bien mezclada sin estratificación ni precipitación. Para la mezcla resultante se determinaron las propiedades físicas que en la mayoría de los casos afectan el proceso de pulverización y trituración de las gotas. La viscosidad cinemática del líquido F se midió con un viscosímetro VPZh-1 con un diámetro capilar de 1,52 mm. El coeficiente de tensión superficial F se calculó a partir de los valores medidos de densidad y temperatura. La Tabla 1 muestra las propiedades físicas a una temperatura de 20 C del queroseno de aviación TS-1 y varios biocombustibles, incluidos los utilizados en este trabajo.

5 Tipo de líquido bajo consideración Densidad, kg/m 3 Viscosidad cinemática 10 6, m 2 /s Queroseno TS,3 24.3 Modelo 860 6.9 28 2 Tabla 1. Coeficiente de tensión superficial 10 3, N/m La tabla muestra que el principal diferencia en las propiedades de un indicador como la viscosidad, cuyo valor para los biocombustibles modelo es más de 5 veces mayor que la viscosidad del queroseno, y otros parámetros difieren solo en un 10 15 %. En la atomización neumática de líquidos, los factores determinantes son las fuerzas aerodinámicas externas y los mecanismos internos de influencia en la forma inicial del chorro. El valor de la viscosidad cinemática determina el grosor de la película formada a la salida de la boquilla de combustible, y la tensión superficial determina el tamaño de las partículas en el flujo durante la trituración por la presión del aire a alta velocidad. Para las pruebas se utilizó un módulo de cámara de combustión frontal con atomización neumática de combustible. Este dispositivo frontal consiste en un torbellino tangencial central, en el que un flujo de aire en torbellino se mueve a lo largo de un canal axial de aire-combustible, mezclándose con chorros de combustible, un torbellino de palas periférico y un torbellino tangencial externo. El suministro de combustible está diseñado de tal manera que

6 distribuir el combustible en una proporción de 1/3 entre el canal periférico y el central. Un remolino tangencial externo proporciona una mezcla adicional de la mezcla de aire y combustible parcialmente preparada en el canal axial y periférico. El uso de un remolino tangencial central permite aumentar el grado de remolino del flujo y organizar una zona estable de corrientes inversas en el eje del dispositivo. El remolino de paleta central con un ángulo de remolino de flujo grande proporciona la atomización del combustible principal a un aerosol fino. Un remolino tangencial externo elimina la posibilidad de expulsión de gotas grandes en la salida de la boquilla de aire y más allá del límite exterior del chorro de aire-combustible. La inyección de combustible distribuida a través de los canales de aire central y medio permite obtener un aerosol con una distribución más uniforme de la concentración de combustible sobre la sección transversal de la llama de aire-combustible detrás de la salida de la boquilla. El dispositivo frontal desarrollado tiene un diseño plegable, lo que hace posible su uso diferentes tipos boquillas de aire y remolinos tangenciales, según los requisitos, incluso para rociar aceite viscoso y biocombustibles. 2. Técnica experimental. Se realizaron estudios experimentales en el soporte para diagnóstico láser de las características de las antorchas de aire-combustible, que se muestra en la Figura 1. El soporte para diagnóstico láser le permite obtener características

7 (campos de finura de pulverización, campos de concentraciones y sus pulsaciones, ángulos de llama, etc.) de antorchas de aire-combustible creadas por boquillas y dispositivos frontales. Además, en el stand es posible la visualización del flujo en modelos transparentes con cristales de cuarzo. El soporte utiliza un sistema de utilización de combustible cerrado, en el que el combustible atomizado se deposita en el separador de gotas, se recoge en el sumidero de combustible, se filtra y se retroalimenta al cilindro. Arroz. 1. Esquema del soporte de diagnóstico láser. El stand está equipado con equipos para medir los caudales, presiones y temperaturas de combustible y aire. El consumo G T y la densidad del combustible se miden con un caudalímetro KROHNE, el consumo de aire G B - con un caudalímetro PROMASS. La medición de la presión se realiza mediante sensores ADZ. La fotografía digital se lleva a cabo mediante una cámara de video en color de tres matrices Canon XL-H1. La parte óptica del stand está equipada con equipos para mediciones láser

8 calidad de atomización y velocidad de gota por dispersión de luz de gota. En este trabajo se realizaron estudios físicos mediante el método de anemometría fase-Doppler (PDPA). 3. Resultados de un estudio experimental. Las pruebas comenzaron con la determinación característica de flujo dispositivo frontal a través del canal de combustible para queroseno y biocombustibles, así como a través de los canales de suministro de aire al módulo. Las figuras 2 y 3 muestran gráficos de características de flujo, donde PT y P B significan la diferencia de presión entre el combustible y el aire, respectivamente. Arroz. 2. Gráfico de características de flujo para el canal de combustible.

9 figura 3. Gráfico de la característica de flujo de aire a través del módulo. Para determinar las características de atomización, se investigaron tres modos principales que simulaban el funcionamiento de la cámara de combustión en el arranque, el ralentí y el crucero. Las pruebas se llevaron a cabo en condiciones de espacio abierto con presión barométrica P=748 mm Hg. Arte. y a una temperatura ambiente de 20 C. La medición de los parámetros de pulverización se realizó en la sección transversal del chorro de aire-combustible a una distancia de 30 mm desde la salida de la boquilla de aire hasta el plano de la cuchilla láser-óptica con un intervalo de 5 mm. Los experimentos se realizaron con los siguientes parámetros de funcionamiento del módulo frontal: Al suministrar queroseno TS-1: 1. Pv=3,0 kPa; Gv=8,9 g/s; GT=1,0 g/s; Pt=5,6 kPa; 2. Pv = 3,0 kPa; Gv=8,9 g/s; GT=3,0 g/s; Pt=23,6 kPa; 3. Pv = 20,0 kPa; Gw=22,5 g/s; GT=0,25 g/s; Pt=9,7 kPa;

10 Al suministrar biocombustible modelo: 1. Pb=3,0 kPa; Gv=8,9 g/s; GT=1,0 g/s; Pt=7,9 kPa; 2. Pv = 3,0 kPa; Gv=8,9 g/s; GT=3,0 g/s; Pt=7,9 kPa; 3. Pv = 20,0 kPa; Gw=22,3 g/s; GT=0,25 g/s; Pt=9,7 kPa; En las Figuras 4 y 5 se muestran fotografías ilustradas de sopletes rociadores según los modos de funcionamiento del dispositivo frontal para cada tipo de combustible. Pv = 3,0 kPa; Gt=1 g/s Pv=3,0 kPa; GT=3 g/s

11 Pv = 20,0 kPa; GT=0,25 g/s Fig. 4. Fotografías de chorros de aspersión por regímenes para queroseno TS-1. Pv = 3,0 kPa; Gt=1 g/s Pv=3,0 kPa; GT=3 g/s

12 Pv = 20,0 kPa; GT=0,25 g/s Fig. 5. Fotografías de chorros de aspersión por regímenes para biocombustible. De las fotografías presentadas, se puede decir que visualmente la calidad de atomización del queroseno es mucho mejor que la de los biocombustibles. Los límites de la antorcha son claros, sin presencia de grandes gotas en la periferia y con un ángulo de apertura estable del orden de magnitud.La distribución de las gotas en el flujo es bastante uniforme, sin aparición de zonas enriquecidas. Al alimentar un biocombustible más viscoso, forma general del aerosol resultante, que se muestra en las fotografías, es inferior en presencia de partículas grandes en los límites del chorro de pulverización. Más gotas grandes vuelan a lo largo del límite periférico de la llama que para el queroseno. La razón de esto es el proceso de trituración en la cámara de mezcla del remolino, que no puede hacer frente a un gran volumen de líquido con propiedades físicas mejoradas. Las partículas no trituradas en el flujo de aire arremolinado se separan en el borde de la boquilla de aire, donde se obtiene una cierta concentración, y se descomponen en el borde del chorro de rociado. Sin embargo, tales gotas son trituradas

13 ya está a una distancia de un calibre de la boquilla del remolino. Esto se debe al hecho de que el chorro de líquido a la salida de la boquilla de combustible forma una película que se mueve a lo largo de la parte cilíndrica y comienza a ser aplastada por un remolino de presión de aire a alta velocidad y gotas que no han tenido tiempo de romperse. se separan y se asientan en grandes radios de las superficies de pulverización. Una propiedad característica de la presencia de tales gotitas es el aumento del espesor de la película de combustible formada, que para el biocombustible viscoso supera en más de 5 veces al queroseno estándar. De ahí la aparición de partículas de gran tamaño en los límites de la antorcha, que se observan claramente con un aumento del consumo de combustible a través del dispositivo. Y con un aumento en la caída de presión en la parte frontal, las gotas grandes tienen tiempo de ser aplastadas en un volumen de aire mayor. 4. Análisis de los resultados obtenidos. Consideremos las curvas de distribución medidas de las características de flujo detrás del módulo frontal para cada tipo de combustible. Todas las características de pulverización se obtuvieron en las mismas condiciones de funcionamiento del módulo frontal. Se prestó especial atención a la influencia de la viscosidad del líquido y el coeficiente de tensión superficial en el proceso de atomización, trituración y mezcla con aire. Además, con el método elegido de atomización neumática completa del líquido, una condición característica para la eficiencia de la formación de la mezcla es el parámetro de la relación entre el consumo de aire y el combustible AAFR, que generalmente debe ser de al menos 5.

14 Cuando se utilizan combustibles más viscosos, cuanto mayor sea el valor de este parámetro, más eficiente será el proceso de atomización y se homogeneizará el proceso de mezcla del combustible con el aire. Este método de atomización neumática es activamente estudiado y utilizado en la práctica mundial por las principales corporaciones de motores de aeronaves en el desarrollo de nuevos frentes para cámaras de combustión de bajas emisiones. Las Figuras 6 y 7 muestran un gráfico de la distribución de las características del penacho de rociado cuando se suministra queroseno de aviación TS-1 (promediando sobre el conjunto en un punto fijo en el espacio).

15 D10 (µm) D32 (µm) Z (mm) Z (mm) dpar=3 kpa, GT=1 g/s dpar=3 kpa, Gt=3 g/s dpar=20 kpa, Gt=0,25 g/s Higo. Fig. 6. Gráficos de distribución de los diámetros de gota promedio (D 10) y promedio Sauter (D 32) en sección transversal a lo largo del diámetro del cono de aspersión para queroseno TS-1.

16 U (m/s) Cv*pow(10.5) 10 Z (mm) Z (mm) dpar=3 kpa, GT=1 g/s dpar=3 kpa, GT=3 g/s dpar=20 kPa, Gt=0,25 g/s Fig. 7. Gráficos de distribución de velocidad axial (U) y campos de concentración volumétrica de flujos de partículas en la sección transversal a lo largo del diámetro del cono de aspersión para queroseno TS-1.

17 Las distribuciones obtenidas de la dispersión del aerosol muestran que la principal diferencia con un cambio en las tasas de flujo se manifiesta en los puntos extremos de la antorcha. En general, el patrón de rociado tiene una estructura uniforme y bien mezclada. Las gotas se distribuyen en el flujo de tamaño uniforme, y los valores medios de los diámetros Sauter D 32 para los modos sobre el plano de medición son: 1 44,9 µm, 2 48,7 µm, 3 22,9 µm. En el eje del dispositivo, se forma una zona estable de corrientes inversas en el rango de 2,5 a 8,0 m/s con una caída de presión de 3 kPa, y el valor máximo de la velocidad negativa alcanza los 12 m/s en el modo a Pv = 20 kPa, mientras que el ancho es de 20 mm. El nivel de parámetros de dicho aerosol permitirá quemar combustible en la cámara de combustión de un motor de turbina de gas con una alta eficiencia de combustión y garantizar un bajo nivel de emisiones nocivas. Consideremos ahora las características de un aerosol cuando se suministra un líquido más viscoso en condiciones similares del experimento. Los gráficos de distribución por dispersión, velocidad y concentración de partículas en el flujo detrás del quemador se muestran en las Figuras 8 y 9.

18 D10 (µm) D32 (µm) 100 Z (mm) Z (mm) dpar=3 kpa, GT=1 g/s dpar=3 kpa, GT=3 g/s dpar=20 kpa, GT= 0,25 g/ s Fig. 8. Gráficos de la distribución de los diámetros de gota promedio (D 10) y Sauter promedio (D 32) en sección transversal a lo largo del diámetro del cono de aspersión para el biocombustible modelo.

19 U (m/s) Cv*pow(10.5) 10 Z (mm) Z (mm) dpar=3 kpa, GT=1 g/s dpar=3 kpa, Gt=3 g/s dpar=20 kpa, Gt=0,25 g/s Fig. 9. Gráficos de la distribución de la velocidad axial (U) y el campo de concentración volumétrica de los flujos de partículas en la sección transversal a lo largo del diámetro del cono de aspersión para biocombustible modelo.

20 Después de gastar análisis comparativo De los gráficos de las características de flujo detrás del módulo frontal, vemos que cuando se utiliza un combustible alternativo para el dispositivo seleccionado con un método de pulverización neumática, la estructura del aerosol prácticamente no cambia. En términos de dispersión, el aerosol resultante no es inferior al queroseno y, en algunos lugares, incluso mejor. Se observan diferencias en la densidad de distribución de las gotas en la periferia del penacho, donde se concentra la mayor parte de las partículas grandes. En la zona central se sembraron más partículas de pequeño tamaño que para TS-1. El tamaño medio medido de gota D 32 sobre la sección transversal de la antorcha para biocombustible según los modos es: 1 32 µm, 2 50 µm, 3 20 µm. El nivel obtenido de la característica de dispersión del aerosol D 32 promediado sobre el plano de medición para el biocombustible modelo es un 30 % más alto que el D 32 para TS-1 en el modo de inicio del módulo frontal. En los otros dos regímenes con valores altos de AAFR, la dispersión del aerosol permanece prácticamente sin cambios. Dado que las propiedades del líquido de prueba difieren principalmente en la viscosidad, el campo de distribución de la velocidad de las partículas en el flujo ha cambiado en la zona de corrientes inversas. La velocidad negativa máxima se conservó solo en dos modos y disminuyó a 5 m/s, y el ancho de la zona de separación es de 6 mm a 9 mm. A altas tasas de suministro de combustible (modo 2), la velocidad negativa desaparece y se convierte en una positiva y asciende a 4 m/s. Esto se debe a la desaceleración del flujo de aire, las grandes gotas que contiene, que tienen una masa mayor que las gotas de queroseno. En la zona

21 corrientes inversas se concentran, principalmente, en las partículas más pequeñas que se encuentran en constante movimiento dentro del ciclón. La energía del aire arremolinado gastada en triturar gotas de líquido para triturar gotas de líquido comienza a ser insuficiente para generar una velocidad de partícula negativa en la zona de corrientes inversas, de ahí la disminución de este componente para el biocombustible. Al mismo tiempo, los valores de velocidad máxima no han cambiado y se encuentran en el rango de 10 m/s a 23 m/s. Las gotas se distribuyen en la corriente uniformemente en tamaño y en el diámetro del chorro de rociado. 5. Conclusión. Como resultado de los estudios experimentales sobre la influencia de los parámetros del líquido en el proceso de atomización y mezcla de combustible con aire en un dispositivo neumático frontal, se pueden extraer las siguientes conclusiones. 1. Con el método neumático de pulverización de líquidos con diferentes propiedades, la viscosidad tiene poco efecto sobre la dispersión de las gotas en el flujo. El principal parámetro que afecta el proceso de trituración y el tamaño de las gotas es el coeficiente de tensión superficial. 2. Cuando se atomizan combustibles alternativos, la alta viscosidad se refleja principalmente en el campo de velocidad axial en la zona de corrientes inversas, pero la naturaleza general del flujo no se altera. Valores pico

La velocidad no cambia, pero la zona de estabilización se estrecha a la mitad, y el componente máximo de la velocidad negativa de las partículas en el flujo se retiene solo a caudales de líquido bajos. 3. La atomización líquida neumática proporciona el nivel requerido de características de flujo de aire y combustible, y puede usarse para el uso de petróleo y combustibles alternativos en la preparación de una mezcla homogénea y una combustión eficiente en la cámara de combustión de motores de turbina de gas modernos y avanzados. . Los experimentos realizados permitieron estudiar la influencia de las propiedades físicas de los combustibles líquidos sobre las características del aerosol en el método neumático de atomización de líquidos. Referencias 1. Protección del medio ambiente. Anexo 16 del Convenio sobre Derecho Internacional aviación Civil. Emisiones de motores de aeronaves, URL: y.pdf 2. Vasiliev A.Yu., Chelebyan O.G., Medvedev R.S. Características del uso de la mezcla de biocombustibles en las cámaras de combustión de los motores de turbina de gas modernos // Vestnik SSAU (41). Con Liu, K., Wood, J. P., Buchanan, E. R., Martin, P. y Sanderson, V., Biodiesel as An Alternative Fuel in Siemens DLE Combustors: Atmospheric and

23 Pruebas de equipos de alta presión, ASME Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, vol. 132, núm. 1, Damskaya I.A., Raznoschikov V.V. Método para determinar nuevas composiciones de combustibles alternativos // Boletín del Instituto de Aviación de Moscú T C Lefebvre A.H., Ballal D.R. Combustión de turbinas de gas: combustibles alternativos y emisiones, 3.ª ed., CRC Press, Siluyanova M.V., Popova T.V. Estudio de un intercambiador de calor para motores de turbina de gas de un ciclo complejo // Actas del MAI, 2015, número 80, URL: 7. Siluyanova M.V., Popova T.V. Desarrollo de una metodología para diseñar y calcular un intercambiador de calor para motores de turbina de gas de un ciclo complejo // Actas del MAI, 2016, número 85, URL: 8. Dityakin Yu.F., Klyachko L.A., Novikov B.V., Yagodkin V.I. Pulverización de líquidos. - M.: Mashinostroenie, pág. 9. Leyes de la combustión / Ed. edición Yu.V. Polezhaev. - M.: Energomash, pág. 10. Lefebvre A. Procesos en cámaras de combustión de motores de turbinas de gas. - M.; Paz, pág. 11. Anna Maiorova, Aleksandr Vasil "ev y Oganes Chelebyan, "Biofuels - Status and Perspective", libro editado por Krzysztof Biernat, ISBN, Publicado: 30 de septiembre de 2015, cap.16, págs.

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Aquí hay algunos proyectos de barcos de transporte que utilizan fuentes alternativas para la entrega de mercancías.

Eco Marine Power: los paneles solares funcionan como velas

EMP es una empresa innovadora que aplica nuevas tecnologías al diseño y construcción de embarcaciones marinas. Los ingenieros e investigadores de la compañía se han fijado el objetivo de desarrollar motores para el transporte marítimo y fluvial más respetuosos con el medio ambiente, con el fin de reducir tanto las fuentes de energía tradicionales como los daños causados ​​por su uso al medio ambiente.

En lugar de velas tradicionales, utilizaron paneles solares controlables. En primer lugar, su gran área y la presencia de un mecanismo de giro controlado permitirán que los paneles se utilicen como velas ordinarias. Y en segundo lugar, acumulado durante el período de navegación Energía eléctrica se gastará para alimentar los motores al maniobrar el buque en el puerto.

El sistema giratorio de cada panel solar le permite colocarlo perfectamente con el viento o quitarlo por completo con mal tiempo. En la posición horizontal plegada, los paneles solares seguirán siendo superficies activas orientadas hacia la luz solar y, además, cargarán las baterías de a bordo.

Los representantes de EMP afirman que la rigidez y la fiabilidad del diseño de sus velas de alta tecnología podrán resistir incluso una tormenta muy fuerte en el mar y, por lo tanto, el barco se mantendrá a flote y se moverá en el rumbo aprobado incluso cuando los barcos de vela convencionales no puedan hacerlo. Además, las velas nuevas requieren un mantenimiento mínimo.
Los ingenieros de EMP calcularon que equipar una embarcación convencional con velas tan peculiares reduciría el consumo de combustible en un 20 %, y si al mismo tiempo se equipa la embarcación con motores eléctricos adicionales, el consumo de combustible se reduciría casi a la mitad, aproximadamente un 40 %.

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