Que combustíveis alternativos existem? Navios de transporte podem usar energia eólica e solar para economizar combustível Aplicação de combustíveis alternativos em navios

Lar

Painéis de alumínio

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Operador E significa que o documento deve corresponder a todos os elementos do grupo:

desenvolvimento de pesquisa

Operador OU significa que o documento deve corresponder a um dos valores do grupo:

estudar OU desenvolvimento

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estudar NÃO desenvolvimento

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Ao escrever uma consulta, você pode especificar o método pelo qual a frase será pesquisada. Quatro métodos são suportados: pesquisa com morfologia, sem morfologia, pesquisa por prefixo, pesquisa por frase.
Por padrão, a pesquisa é realizada levando em consideração a morfologia.
Para pesquisar sem morfologia, basta colocar um cifrão antes das palavras de uma frase:

$ estudar $ desenvolvimento

Para procurar um prefixo, você precisa colocar um asterisco após a consulta:

estudar *

Para pesquisar uma frase, você precisa colocar a consulta entre aspas duplas:

" pesquisa e desenvolvimento "

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Para incluir sinônimos de uma palavra nos resultados da pesquisa, você precisa colocar um hash " # " antes de uma palavra ou antes de uma expressão entre parênteses.
Quando aplicado a uma palavra, serão encontrados até três sinônimos para ela.
Quando aplicado a uma expressão entre parênteses, um sinônimo será adicionado a cada palavra, se alguma for encontrada.
Não é compatível com pesquisa sem morfologia, pesquisa por prefixo ou pesquisa por frase.

# estudar

Agrupamento

Para agrupar frases de pesquisa, você precisa usar colchetes. Isso permite controlar a lógica booleana da solicitação.
Por exemplo, você precisa fazer uma solicitação: encontre documentos cujo autor seja Ivanov ou Petrov, e o título contenha as palavras pesquisa ou desenvolvimento:

Pesquisa de palavras aproximada

Para pesquisa aproximada você precisa colocar um til " ~ " no final de uma palavra de uma frase. Por exemplo:

bromo ~

Na busca serão encontradas palavras como “bromo”, “rum”, “industrial”, etc.
Além disso, você pode especificar o número máximo de edições possíveis: 0, 1 ou 2. Por exemplo:

bromo ~1

Por padrão, são permitidas 2 edições.

Critério de proximidade

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" desenvolvimento de pesquisa "~2

Relevância das expressões

Para alterar a relevância de expressões individuais na pesquisa, use o sinal " ^ " ao final da expressão, seguido do nível de relevância dessa expressão em relação às demais.
Quanto maior o nível, mais relevante é a expressão.
Por exemplo, nesta expressão, a palavra “investigação” é quatro vezes mais relevante que a palavra “desenvolvimento”:

estudar ^4 desenvolvimento

Por padrão, o nível é 1. Os valores válidos são um número real positivo.

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As iniciativas internacionais para reduzir o dióxido de carbono (CO2) e outras emissões nocivas dos navios estão a impulsionar a procura de fontes de energia alternativas.

Em particular, um relatório da sociedade classificadora DNV GL examina a utilização de células de combustível, gás e turbina a vapor juntamente com sistemas de propulsão eléctrica, que só podem ser eficazes em combinação com um tipo de combustível mais ecológico.

O uso de células de combustível em navios está atualmente em desenvolvimento, mas levará muito tempo até que possam substituir os motores principais. Já existem conceitos nesse sentido, por exemplo, um ferry da VINCI Energies. Tal embarcação tem comprimento de 35 m. Será capaz de reter uma carga de energia obtida de fontes renováveis por 4 horas. O site da empresa afirma que tal navio irá operar entre a ilha francesa de Ouessant e o continente a partir de 2020.

Também como tecnologias inovadoras está sendo considerado o uso de baterias e energia eólica.

Navio movido a energia eólica, The Vindskip

Os sistemas de baterias já são utilizados no transporte marítimo, mas o uso da tecnologia para embarcações marítimas é limitado devido à baixa eficiência.

Finalmente, a utilização da energia eólica, embora não seja nova, ainda não provou a sua atractividade económica na construção naval moderna.

Lembramos que a partir de 1º de janeiro de 2020, o teor de enxofre (SOx) nos combustíveis não deverá conter mais de 0,5%, e as emissões de gases de efeito estufa deverão ser reduzidas em 50% até 2050, de acordo com a última decisão da Organização Marítima Internacional ( OMI).

Combustíveis alternativos

Os combustíveis alternativos actualmente em consideração incluem gás natural liquefeito (GNL), gás de petróleo liquefeito (GPL), metanol, biocombustíveis e hidrogénio.

A IMO está actualmente a desenvolver um código de segurança (Código IGF) para navios que utilizam gás ou outros combustíveis ecológicos. O trabalho continua na área de metanol e combustíveis de baixo ponto de inflamação.

Ainda não foi desenvolvido um Código IGF para outros tipos de combustível, o que os armadores devem ter em conta.

Impacto ambiental

De acordo com a DNV GL, o GNL emite a menor quantidade de gases com efeito de estufa (os principais gases com efeito de estufa são o vapor de água, dióxido de carbono, metano e ozônio). No entanto, o metano não queimado, que é o principal componente do GNL, cria emissões com 20 vezes o efeito estufa do dióxido de carbono (CO2 - dióxido de carbono).

No entanto, de acordo com os fabricantes de motores bicombustíveis, o volume de metano não queimado nos equipamentos modernos não é tão grande e a sua utilização reduz os gases com efeito de estufa no transporte marítimo em 10-20%.

A pegada de carbono (a quantidade de gases de efeito estufa causada por atividades organizacionais e atividades de transporte de carga) do uso de metanol ou hidrogênio é significativamente maior do que a do uso de óleo combustível pesado (HFO) e gasóleo marítimo (MGO).

Ao utilizar energias renováveis e biocombustíveis, a pegada de carbono é menor.

O combustível mais ecológico é o hidrogénio, produzido a partir de energias renováveis. O hidrogênio líquido poderá ser usado no futuro. No entanto, apresenta uma densidade de energia volumétrica bastante baixa, o que leva à necessidade de criar grandes áreas de armazenamento.

Em relação às emissões de nitrogênio, os motores de combustão interna do ciclo Otto movidos a GNV ou hidrogênio não necessitam de equipamentos de tratamento de gases de escape para atender ao padrão Tier III. Na maioria dos casos, os motores bicombustíveis que operam no ciclo diesel não são adequados para atender ao padrão.

Emissões de nitrogênio durante o uso tipos diferentes combustível.

© Tishinskaya Yu.V., 2014

A relevância do tema é determinada pelo fato de um navio necessitar de grande quantidade de combustível para seu funcionamento, o que prejudica o meio ambiente, uma vez que enormes navios cargueiros emitem anualmente milhões de metros cúbicos de dióxido de carbono na atmosfera, causando enormes danos à atmosfera e acelerando o derretimento das geleiras nos pólos. Além disso, devido aos preços instáveis dos produtos petrolíferos e às reservas limitadas destes minerais, os engenheiros estão constantemente à procura de visões alternativas combustíveis e fontes de energia.

O transporte marítimo global é uma importante fonte de poluição, uma vez que o comércio global exige enormes quantidades de petróleo e outros materiais combustíveis para os navios de mar, mas à medida que se presta mais atenção à redução das emissões de CO2, torna-se claro que chegou o momento de fazer alterações nos sistemas de propulsão ou encontre um substituto para eles.

Actualmente, num só país, o consumo de combustíveis produzidos a partir do petróleo pode atingir centenas de milhões de toneladas. Ao mesmo tempo, os transportes rodoviário e marítimo estão entre os principais consumidores de produtos petrolíferos e continuarão a ser os principais consumidores de combustíveis para motores no período até 2040-2050.

Além disso, um impulso significativo para o desenvolvimento desta questão é o facto de, de acordo com os requisitos da Convenção Internacional para a Prevenção da Poluição por Navios, haver um reforço sistemático dos requisitos para o teor de óxidos de enxofre, azoto e carbono, bem como partículas nas emissões dos navios de alto mar. Estas substâncias causam enormes danos ao meio ambiente e são estranhas a qualquer parte da biosfera.

Os requisitos mais rigorosos são apresentados para Áreas de Controle de Emissões (ECAs). Nomeadamente:

· Mar Báltico e Mar do Norte

· águas costeiras dos EUA e Canadá

· Mar do Caribe

Mar Mediterrâneo

· costa do Japão

· Estreito de Malaca, etc.

Por isso, as mudanças nos padrões para emissões de óxido de enxofre das embarcações marítimas em 2012 são de 0% e 3,5% em áreas especiais e em todo o mundo, respectivamente. E até 2020, os padrões para as emissões de óxido de enxofre dos navios nestas áreas serão igualmente de 0%, e a nível mundial já cairão para 0,5%. Isto implica a necessidade de resolver o problema da redução das emissões químicas de substâncias nocivas para a atmosfera provenientes das centrais eléctricas dos navios e de procurar novos tipos de combustível ou energia mais “amigáveis” para utilização nos navios.

Para resolver estas questões, propõe-se introduzir inovações em duas direções diferentes:

1) Utilização de novos tipos de combustível, mais ecológicos e econômicos na operação de navios;

2) Recusa do nosso combustível habitual em favor do uso da energia do sol, da água e do vento.

Vamos considerar o primeiro caminho. Os principais tipos de combustíveis alternativos são os seguintes:

O biodiesel é um combustível orgânico produzido a partir de culturas oleaginosas.

O preço do biodiesel de marca é aproximadamente duas vezes superior ao preço do óleo diesel comum. Estudos realizados em 2001/2002 nos EUA mostraram que com um teor de combustível de 20% de biodiesel, o teor de substâncias nocivas nos gases de escape aumenta 11% e apenas a utilização de biodiesel puro reduz as emissões em 50%;

Álcoois são compostos orgânicos que contêm um ou mais grupos hidroxila ligados diretamente a um átomo de carbono. Os álcoois são proibidos como combustíveis de baixo ponto de inflamação;

O hidrogénio é o único tipo de combustível cujo produto de combustão não é o dióxido de carbono;

É utilizado em motores de combustão interna na forma pura ou como aditivo ao combustível líquido. O perigo de armazená-lo em um navio e os caros equipamentos para tal uso tornam esse tipo de combustível completamente não é promissor para navios;

A emulsão água-combustível é produzida no navio em uma instalação especial - economiza combustível, reduz as emissões de óxido de nitrogênio (até 30% dependendo do teor de água na emulsão), mas não tem efeito significativo nas emissões de óxido de enxofre;

Os gases combustíveis liquefeitos e comprimidos permitem eliminar completamente as emissões de enxofre e partículas na atmosfera, reduzir radicalmente as emissões de óxidos de azoto em 80% e reduzir significativamente as emissões de dióxido de carbono em 30%.

Por isso, pode argumentar-se que o único novo tipo de combustível, cuja utilização afecta significativamente o desempenho ambiental dos motores dos navios, é o gás natural.

Vamos considerar a segunda maneira. O vento e o sol são as fontes de energia mais comuns na Terra. Muitas organizações oferecem todos os tipos de projetos para implementá-los em vida diária.

Na prática internacional, já existem vários projetos implementados e ainda não implementados de navios que utilizam energia eólica e solar para a sua navegação.

Num esforço para reduzir o consumo de combustível em grandes navios mercantes nos oceanos do mundo, um grupo da Universidade de Tóquio desenvolveu o projeto “Wild Challenger”.

Usando velas retráteis gigantes medindo 50 metros de altura e 20 metros de largura, o consumo anual de combustível pode ser reduzido em quase 30%. Para máximo impulso, as velas são controladas individualmente e cada vela é telescópica com cinco níveis, permitindo que sejam arrumadas quando o tempo fica desfavorável. As velas são ocas e curvas, feitas de alumínio ou plástico reforçado, o que as torna mais parecidas com asas. Simulações de computador, bem como testes em túnel de vento, mostraram que o conceito pode operar mesmo com ventos laterais. Assim, o projeto “Wind Challenger” pode realmente tornar-se o desenvolvimento de navios eficientes em termos de combustível da geração futura.

A empresa “Eco Marine Power” desenvolveu um projeto “ Aquário", que significa "Aquário". Uma particularidade deste projeto é a utilização de painéis solares como vela.

Essas velas até receberam o próprio nome de “vela rígida”. Eles farão parte de um grande projeto que permitirá que as embarcações marítimas utilizem facilmente fontes alternativas de energia no mar, no ancoradouro e no porto. Cada painel de vela mudará automaticamente de posição por meio de controle de computador, que está sendo desenvolvido por uma empresa japonesa. KEI System Pty Ltd" Os painéis também podem ser removidos durante condições climáticas adversas.

Os últimos avanços na tecnologia solar significam que agora é possível usar uma combinação painéis solares e velas, e este fato deduz este projeto na vanguarda do desenvolvimento da construção naval moderna.

Sistema " Aquário» foi concebido de forma a não exigir muita atenção da tripulação do navio e ser relativamente fácil de instalar. Os materiais com os quais a vela rígida e outros componentes do sistema são feitos são reciclados.

Sistema " Aquário» tornar-se-á atraente para investimentos por parte de companhias marítimas e operadores de navios devido ao rápido retorno do projeto.

Podemos concluir que ambas as formas são projetadas para resolver os mesmos problemas. A implementação destes projetos tem um impacto significativo no transporte marítimo global, contribuindo para uma redução significativa da poluição ambiental e reduzindo os custos de combustível e manutenção. O que escolher é assunto de todos. Uma maneira mais fácil de implementação é a utilização de combustível econômico, uma vez que esta tecnologia não requer substituição completa da frota, mas pode ser utilizada em navios existentes, mas ainda mantém um certo nível de custos com combustível e emissões de substâncias nocivas para a atmosfera. . A opção pela construção de navios que utilizem fontes alternativas de energia na sua operação, por um lado, exige uma substituição completa da frota, mas por outro, elimina custos com combustíveis e reduz significativamente vários tipos de poluição ambiental.

Literatura

1. Sokirkin V.A. Direito marítimo internacional: livro didático / Sokirkin V.A.,

Shitarev V.S. – M: Relações Internacionais, 2009. – 384 p.

2. Shurpyak V.K. Aplicação de tipos alternativos de energia e alternativas

combustíveis em embarcações marítimas [recurso eletrônico]. - Modo de acesso ao documento:

http://www.korabel.ru/filemanager

3. Navios do futuro [recurso eletrônico]. – Modo de acesso ao documento:

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

4. Navios económicos são possíveis [recurso electrónico]. – Modo de acesso

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

5. Sistema Aquarius alternativo pode alterar o envio

[recurso eletrônico]. – Modo de acesso ao documento: http://shipwiki.ru/sovremennye_korabli/na_ostrie_progressa/alternativnaya_sistema_emp_aquarius.html

Transcrição

1 Atas do MAI. Edição 87 UDC Aplicação de combustíveis alternativos em motores de turbina a gás de aviação Siluyanova M.V.*, Chelebyan O.G.** Instituto de Aviação de Moscou (nacional universidade de pesquisa), MAI, Volokolamskoye Shosse, 4, Moscou, A-80, GSP-3, Rússia *е- mail: **е- mail: Resumo Este artigo apresenta os resultados de um estudo experimental da influência das propriedades físicas do líquido nos parâmetros da pluma de pulverização combustível-ar atrás do arranjo frontal da câmara de combustão de motores pneumáticos de turbina a gás. Para determinar as características da pulverização e estudar o processo de britagem e mistura de combustíveis alternativos com maior viscosidade, foi desenvolvido um modelo de biocombustível baseado em querosene TS-1. Como resultado do trabalho realizado, foram obtidas uma série de dependências das características do diâmetro médio, velocidade e concentração das gotículas de combustível no fluxo atrás do queimador de querosene e biocombustível modelo. Resumindo os dados obtidos, constatou-se que na utilização de combustíveis viscosos é necessário utilizar o método de pulverização pneumática para garantir os parâmetros operacionais especificados da câmara de combustão dos motores de turbina a gás.

2 Palavras-chave: dispositivo frontal, atomização, biocombustível, pneumático, tocha de atomização, bico, turbilhonador, câmara de combustão. Reforçar os requisitos ambientais da ICAO ( Organização Internacional Aviação Civil) sobre as emissões nocivas dos motores das aeronaves, obrigam as principais potências a procurar fontes de energia alternativas, em particular para alargar o âmbito dos biocombustíveis. Os combustíveis alternativos têm propriedades físicas um pouco diferentes do querosene de aviação convencional. A utilização de biocombustíveis renováveis derivados de plantas ou ácidos graxos é muito promissora. Actualmente, a aviação é responsável por cerca de 2% das emissões de CO 2 produzidas pelo homem. Ao utilizar biocombustíveis, as emissões de fumo, partículas de carbono, monóxido de carbono, enxofre e dióxido de carbono são geralmente reduzidas. Assim, o uso de bioquerosene na aviação, obtido a partir de óleos processados de sementes de pinhão-manso, em vez do querosene tradicional reduzirá a pegada de carbono em quase 80%. Empresas estrangeiras em últimos anos realizar pesquisas sobre a possibilidade de utilização de combustíveis alternativos sem alterar o projeto do motor de turbina a gás. O primeiro voo de uma aeronave biocombustível ocorreu em 2008 pela companhia aérea britânica Virgin Atlantic Airways Ltd, proprietária desta aeronave. Boeing e seus

Três parceiros internacionais já estão a trabalhar para passar os biocombustíveis da fase de testes para a fase de produção. O Boeing Freighter e o 787 fizeram os primeiros voos transatlânticos de demonstração através do Pacífico usando biocombustível em 2011 e 2012. Em maio de 2014, a companhia aérea holandesa KLM começou a operar voos internacionais semanais no Airbus A entre o Aeroporto Queen Beatrix, Oranjestad e Schiphol em Amsterdã, usando óleo vegetal reciclado como combustível de aviação. A Rússia ainda não possui produção de biocombustíveis em escala industrial. Porém, esta direção tem um grande futuro devido à presença de grandes áreas cultivadas e superfícies de água em nosso país. 1. Declaração do problema. Neste trabalho investigamos a influência dos parâmetros de líquidos inflamáveis nas características de atomização atrás do dispositivo frontal da câmara de combustão de um motor pneumático de turbina a gás. O objetivo do experimento foi determinar as características de dispersão do aerossol, campos de velocidade e distribuição de partículas no fluxo utilizando o método pneumático de pulverização de combustíveis padrão (querosene TS-1) e viscoso (biocombustível). A maioria dos combustíveis utilizados em motores de aeronaves são líquidos em condições normais e, portanto, devem ser atomizados antes de serem introduzidos na zona de combustão. Nas usinas modernas

4, são utilizados vários dispositivos injetores, diferindo não apenas no design, mas também nos princípios em que se baseia o sistema de atomização de combustível. O tipo de pulverização é mais facilmente dividido pela energia principal gasta na pulverização do líquido, ou seja, usar a chamada abordagem energética para classificação. A ignição do combustível, a estabilidade e eficiência da combustão e os níveis de emissão de substâncias nocivas estão intimamente relacionados aos processos de trituração do combustível líquido e sua mistura com o ar no sistema de atomização. Como tipo alternativo de combustível, uma mistura de querosene de aviação TS-1 (40%), etanol (40%) e óleo de rícino(20%). As proporções selecionadas do biocombustível modelo garantem uma composição homogênea e bem misturada, sem estratificação ou precipitação. Para a mistura resultante foram determinadas propriedades físicas que na maioria dos casos afetam o processo de pulverização e esmagamento das gotas. A viscosidade cinemática do líquido F foi medida com um viscosímetro VPZh-1 com diâmetro capilar de 1,52 mm. O coeficiente de tensão superficial F foi calculado a partir dos valores medidos de densidade e temperatura. A Tabela 1 mostra as propriedades físicas a uma temperatura de 20 C do querosene de aviação TS-1 e de diversos biocombustíveis, incluindo os utilizados neste trabalho.

5 Tipo de líquido em consideração Densidade, kg/m 3 Viscosidade cinemática 10 6, m 2 /s Querosene TC, 3 24,3 Modelo 860 6,9 28 biocombustível Álcool etílico 788 1.550 22,3 Óleo de rícino, 4 Óleo de colza, 62 33 2 Tabela 1. Superfície coeficiente de tensão 10 3, N/m A tabela mostra que a principal diferença nas propriedades de um indicador como a viscosidade, cujo valor para o modelo de biocombustível é mais de 5 vezes maior que a viscosidade do querosene, e outros parâmetros diferem por apenas 10 15%. Na pulverização pneumática de líquidos, os fatores determinantes são as forças aerodinâmicas externas e os mecanismos internos de influência na forma inicial do jato. O valor da viscosidade cinemática determina a espessura do filme formado na saída do bico de combustível, e a tensão superficial determina o tamanho das partículas no fluxo durante a britagem pela pressão do ar em alta velocidade. Para os testes, foi utilizado um módulo de câmara de combustão frontal com atomização pneumática de combustível. Este dispositivo frontal consiste em um redemoinho tangencial central no qual um fluxo de ar giratório se move ao longo do canal ar-combustível axial, misturando-se com os jatos de combustível, um redemoinho de pás periférico e um redemoinho tangencial externo. O fornecimento de combustível é projetado de tal forma que

6 distribua o combustível na proporção de 1/3 entre os canais periférico e central. Um redemoinho tangencial externo fornece mistura adicional da mistura ar-combustível parcialmente preparada nos canais axial e periférico. A utilização de um turbilhão tangencial central permite aumentar o grau de turbulência do fluxo e organizar uma zona estável de correntes reversas no eixo do dispositivo. Um redemoinho de lâmina intermediária com um grande ângulo de fluxo garante a atomização do combustível principal em um aerossol fino. O turbilhão tangencial externo elimina a possibilidade de grandes gotas serem ejetadas na saída do bocal de ar e além do limite externo da tocha ar-combustível. A injeção distribuída de combustível ao longo dos canais de ar central e intermediário permite obter um aerossol com distribuição mais uniforme da concentração de combustível em toda a seção transversal da tocha ar-combustível atrás da saída do bico. O dispositivo frontal desenvolvido possui design dobrável, o que possibilita a utilização vários tipos bicos de ar e redemoinhos tangenciais dependendo dos requisitos, inclusive para pulverização de óleo viscoso e biocombustíveis. 2. Técnica experimental. Estudos experimentais foram realizados em uma bancada de diagnóstico a laser para as características das tochas combustível-ar, mostradas na Figura 1. A bancada de diagnóstico a laser permite obter características

7 (campos de finura de pulverização, campos de concentrações e suas pulsações, ângulos da tocha, etc.) de tochas combustível-ar criadas por bicos e dispositivos frontais. Além disso, o estande permite a visualização do fluxo em modelos transparentes com vidro quartzo. O estande utiliza sistema fechado de aproveitamento de combustível, no qual o combustível atomizado deposita-se em um eliminador de gotas, é coletado em um reservatório de combustível, filtrado e devolvido ao cilindro. Arroz. 1. Esquema do suporte de diagnóstico a laser. O estande está equipado com equipamentos para medição de vazões, pressões e temperaturas de combustível e ar. O fluxo GT e a densidade do combustível são medidos por um medidor de vazão KROHNE, o fluxo de ar G B por um medidor de vazão PROMASS. A medição da pressão é realizada por sensores ADZ. A fotografia digital é realizada com uma câmera de vídeo colorida de três matrizes Canon XL-H1. A parte óptica do estande está equipada com equipamentos para medições a laser

8 qualidade de atomização e velocidade de gotículas com base na dispersão da luz pelas gotículas. Neste trabalho foram realizados estudos físicos por meio da anemometria Doppler de fase (PDPA). 3. Resultados do estudo experimental. Os testes começaram com a determinação das características de fluxo do dispositivo frontal ao longo do canal de combustível para querosene e biocombustível, bem como através dos canais de fornecimento de ar ao módulo. As Figuras 2 e 3 mostram gráficos das características do fluxo, onde P T e P B significam a diferença de pressão do combustível e do ar, respectivamente. Arroz. 2. Gráfico das características do fluxo ao longo do canal de combustível.

9 Fig. 3. Gráfico das características do fluxo de ar através do módulo. Para determinar as características de atomização, foram estudados três modos principais, simulando o funcionamento da câmara de combustão nos modos partida, marcha lenta e cruzeiro. Os testes foram realizados em espaço aberto com pressão barométrica P=748 mmHg. Arte. e à temperatura ambiente de 20 C. Os parâmetros de atomização foram medidos na seção transversal da tocha ar-combustível a uma distância de 30 mm da saída do bico de ar até o plano da faca óptica do laser com intervalo de 5 mm . Os experimentos foram realizados sob os seguintes parâmetros operacionais do módulo frontal: No fornecimento de querosene TS-1: 1. Pv=3,0 kpa; G=8,9 g/s; Gt = 1,0 g/s; Pt=5,6 kPa; 2. Pv=3,0 kpa; G=8,9 g/s; GT=3,0 g/s; Pt=23,6 kpa; 3. Pv = 20,0 kpa; G=22,5 g/s; Gt = 0,25 g/s; Pt=9,7 kpa;

10 Ao fornecer biocombustível modelo: 1. Pв=3,0 kPa; G=8,9 g/s; Gt = 1,0 g/s; Pt=7,9 kpa; 2. Pv=3,0 kpa; G=8,9 g/s; GT=3,0 g/s; Pt=7,9 kpa; 3. Pv = 20,0 kpa; G = 22,3 g/s; Gt = 0,25 g/s; Pt=9,7 kpa; Fotografias ilustradas de tochas de atomização de acordo com os modos de operação do dispositivo frontal para cada tipo de combustível são apresentadas nas Figuras 4 e 5. Pv=3,0 kpa; GT = 1 g/s P = 3,0 kpa; GT = 3 g/s

11 Pv=20,0 kpa; GT = 0,25 g/s Fig. 4. Fotos de maçaricos de acordo com os modos do querosene TS-1. Pv=3,0 kpa; GT = 1 g/s P = 3,0 kpa; GT = 3 g/s

12 Pv=20,0 kPa; GT = 0,25 g/s Fig. 5. Fotos de maçaricos de acordo com os modos de biocombustível. Pelas fotografias apresentadas podemos afirmar que a qualidade visual da pulverização de querosene é muito melhor que a do biocombustível. Os limites da pluma são claros, sem presença de grandes gotas na periferia e ângulo de abertura de ordem estável. A distribuição das gotas no fluxo é bastante uniforme, sem aparecimento de zonas enriquecidas. Ao fornecer biocombustível com propriedades mais viscosas, o aspecto geral do aerossol resultante, mostrado nas fotografias, é inferior na presença de partículas grandes nos limites da pluma de pulverização. Mais gotas grandes voam ao longo do limite periférico da tocha do que para o querosene. A razão para isso é o processo de britagem na câmara de mistura do agitador, que não consegue lidar com um grande volume de líquido com propriedades físicas aumentadas. Partículas não esmagadas no fluxo de ar em turbilhão são separadas até a borda do bico de ar, onde uma certa concentração é coletada, e caem até o limite da tocha de pulverização. No entanto, essas gotas são esmagadas

13 já está a uma distância de um calibre do bocal do agitador. Isso se deve ao fato de que o fluxo de líquido na saída do bico de combustível forma um filme que se move ao longo da parte cilíndrica e começa a ser esmagado pela pressão do ar em alta velocidade e pelas gotículas que não têm tempo de esmagar são separados e depositados em grandes raios das superfícies de pulverização. Uma propriedade característica da presença de tais gotículas é o aumento da espessura da película de combustível formada, que para o biocombustível viscoso excede mais de 5 vezes em comparação com o querosene padrão. Daí o aparecimento de grandes partículas nos limites da tocha, que são claramente observadas com o aumento do fluxo de combustível através do dispositivo. E com o aumento da queda de pressão na parte frontal, grandes gotas têm tempo de ser esmagadas em um volume maior de ar. 4. Análise dos resultados obtidos. Consideremos as curvas de distribuição medidas das características de fluxo atrás do módulo frontal para cada tipo de combustível. Todas as características de pulverização foram obtidas nas mesmas condições de operação do módulo frontal. A atenção principal foi dada à influência da viscosidade do líquido e do coeficiente de tensão superficial no processo de atomização, britagem e mistura com ar. Além disso, com o método selecionado de atomização pneumática completa do líquido, uma condição característica para a eficiência da formação da mistura é a relação ar-combustível AAFR, que normalmente deve ser de pelo menos 5.

14 Ao utilizar combustíveis mais viscosos, quanto maior o valor deste parâmetro, mais eficiente se torna o processo de atomização, e o processo de mistura do combustível com o ar é homogeneizado. Este método de pulverização pneumática é ativamente estudado e utilizado na prática mundial pelas principais empresas fabricantes de motores de aeronaves no desenvolvimento de novas frentes para câmaras de combustão de baixa emissão. As Figuras 6 e 7 mostram um gráfico da distribuição das características da pluma de pulverização no fornecimento de querosene de aviação TS-1 (com média do conjunto em um ponto fixo no espaço).

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 Fig. 6. Gráficos da distribuição dos diâmetros médios (D 10) e médios das gotas de Sauter (D 32) na seção transversal ao longo do diâmetro da pluma de pulverização do querosene 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 da distribuição da velocidade axial (U) e dos campos de concentração volumétrica dos fluxos de partículas na seção transversal ao longo do diâmetro da pluma de pulverização do querosene TS-1.

17 As distribuições obtidas de dispersão de aerossóis mostram que a principal diferença quando se alteram as taxas de fluxo aparece nos pontos extremos da pluma. Em geral, a pluma de pulverização apresenta uma estrutura homogênea e bem misturada. As gotículas são distribuídas no fluxo de tamanho uniforme, e os valores médios de Sautersky dos diâmetros D 32 sobre o plano de medição para os modos são: 1 44,9 μm, 2 48,7 μm, 3 22,9 μm. Uma zona estável de correntes reversas é formada no eixo do dispositivo variando de 2,5 a 8,0 m/s com uma queda de pressão de 3 kPa e o valor máximo da velocidade negativa atinge 12 m/s no modo Pv = 20 kPa , e a largura é de 20 mm. O nível de parâmetros de tal aerossol permitirá que o combustível seja queimado na câmara de combustão de um motor de turbina a gás com alta eficiência de combustão e garanta um baixo nível de emissões nocivas. Consideremos agora as características do aerossol quando um líquido mais viscoso é fornecido sob condições experimentais semelhantes. Os gráficos de distribuição de dispersão, velocidade e concentração de partículas no fluxo atrás do queimador são apresentados nas Figuras 8 e 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 da distribuição dos diâmetros médios (D 10) e médios das gotas de Sauter (D 32) em seção transversal ao longo do diâmetro da pluma de pulverização para um modelo de biocombustível.

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 da distribuição da velocidade axial (U) e do campo de concentração volumétrica dos fluxos de partículas na seção transversal ao longo do diâmetro da pluma de pulverização para um modelo de biocombustível.

20 Depois de gastar análise comparativa Com base nos gráficos apresentados das características de fluxo atrás do módulo frontal, vemos que ao utilizar combustível alternativo para o dispositivo selecionado com método de pulverização pneumática, a estrutura do aerossol praticamente não se alterou. Em termos de dispersão, o aerossol resultante não é inferior ao querosene e, em alguns locais, ainda melhor. Diferenças são observadas na densidade de distribuição das gotículas na periferia da pluma, onde se concentra a maior parte das partículas grandes. Na zona central, são semeadas mais partículas de tamanho pequeno do que no TS-1. O tamanho médio medido das gotículas D 32 ao longo da seção transversal da chama para biocombustíveis de acordo com os modos é: 1 32 μm, 2 50 μm, 3 20 μm. O nível resultante da característica de dispersão do aerossol, calculado em média ao longo do plano de medição, D 32 para o modelo de biocombustível é 30% maior que D 32 para TS-1 no modo de inicialização do módulo frontal. Nos outros dois modos com grandes valores de AAFR, a dispersão do aerossol permanece praticamente inalterada. Como as propriedades do líquido de teste diferem principalmente na viscosidade, o campo de distribuição de velocidade das partículas no fluxo mudou na zona de corrente reversa. A velocidade máxima negativa permaneceu apenas em dois modos, e diminuiu para 5 m/s, e a largura da zona de separação variou de 6 mm a 9 mm. Em altas vazões de combustível (modo 2), a velocidade negativa desaparece e se torna positiva e chega a 4 m/s. Isso é explicado pela inibição do fluxo de ar por grandes gotas nele, que têm massa maior que gotas de querosene. Na zona

21 correntes reversas concentram principalmente as menores partículas, que estão em constante movimento dentro do ciclone. A energia do ar em turbilhão gasta na trituração das gotículas de líquido começa a ser insuficiente para gerar uma velocidade negativa das partículas na zona de corrente reversa, daí a redução deste componente para o biocombustível. Ao mesmo tempo, os valores de velocidade máxima não mudaram e estão na faixa de 10 m/s a 23 m/s. As gotículas são distribuídas no fluxo uniformemente em tamanho e em todo o diâmetro da tocha de pulverização. 5. Conclusão. Como resultado dos estudos experimentais realizados sobre a influência dos parâmetros do líquido no processo de atomização e mistura de combustível com ar em um dispositivo frontal pneumático, podem-se tirar as seguintes conclusões. 1. Ao utilizar o método pneumático de pulverização de líquidos com propriedades diferentes, a viscosidade tem pouco efeito na dispersão das gotículas no fluxo. O principal parâmetro que influencia o processo de britagem e o tamanho das gotas é o coeficiente de tensão superficial. 2. Ao pulverizar combustíveis alternativos, a alta viscosidade é refletida principalmente no campo de velocidade axial na zona de corrente reversa, mas a natureza geral do fluxo não é perturbada. Valores de pico

22 velocidades não mudam, mas a zona de estabilização é reduzida pela metade, e o componente máximo do componente negativo da velocidade das partículas no fluxo é mantido apenas em baixas taxas de fluxo de fluido. 3. A atomização pneumática de líquido fornece o nível necessário de características do fluxo combustível-ar, podendo ser utilizada tanto para petróleo quanto para combustíveis alternativos na preparação de uma mistura homogênea e combustão eficiente na câmara de combustão de modernos e promissores motores de turbina a gás. Os experimentos realizados permitiram estudar a influência das propriedades físicas dos combustíveis líquidos nas características de um aerossol pelo método pneumático de atomização de líquidos. Bibliografia 1. Proteção ambiental. Anexo 16 da Convenção sobre Aviação Civil Internacional. Emissão de motores de aeronaves, URL: y.pdf 2. Vasiliev A.Yu., Chelebyan O.G., Medvedev R.S. Características do uso de mistura de biocombustível nas câmaras de combustão de modernos motores de turbina a gás // Boletim da SSAU (41). Com Liu, K., Wood, J. P., Buchanan, E. R., Martin, P., e Sanderson, V., Biodiesel as an Alternative Fuel in Siemens DLE Combustors: Atmospheric and

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Aluno do 5º ano, Faculdade de Engenharia Marinha, Instituto Omsk de Transporte Aquático (filial) da Instituição Educacional Orçamentária Federal de Educação Profissional Superior "Novosibirsk academia estadual transporte aquaviário", Omsk

E-correspondência: banana 1990@ aposta . ru

Dergacheva Irina Nikolaevna

supervisor científico, Ph.D. ped. Ciências, Professor Associado, Chefe. Departamento de ENiOPD Instituto de Transporte Aquático de Omsk (filial) Orçamento Federal Instituição Educacional de Educação Profissional Superior "Academia Estadual de Transporte Aquático de Novosibirsk", Omsk

Atualmente, cerca de 100 milhões de toneladas de combustíveis produzidos a partir do petróleo são consumidos anualmente na Rússia. Ao mesmo tempo, os transportes rodoviário e marítimo estão entre os principais consumidores de produtos petrolíferos e continuarão a ser os principais consumidores de combustíveis para motores no período até 2040-2050. Num futuro próximo, espera-se um aumento do consumo de produtos petrolíferos, com volumes aproximadamente constantes da sua produção e uma crescente escassez de combustíveis para motores.

Esses fatores levaram relevante Hoje, a reconstrução do complexo de combustíveis e energia através de um refino mais profundo do petróleo, do uso de tecnologias de economia de energia e da transição para tipos de combustíveis mais baratos e ecológicos. Portanto, uma das principais formas de melhorar os motores de combustão interna, que continuam sendo os principais consumidores de combustíveis petrolíferos, é a sua adaptação para trabalhar com combustíveis alternativos.

O objetivo deste artigoé considerar os aspectos ambientais da utilização de combustíveis alternativos em embarcações marítimas e fluviais.

A utilização de diversos combustíveis alternativos nos transportes constitui uma solução para o problema da substituição dos combustíveis petrolíferos, expandirá significativamente a base de matérias-primas para a produção de combustíveis para motores e facilitará a resolução de questões de fornecimento de combustível a veículos e instalações estacionárias.

A possibilidade de obtenção de combustíveis alternativos com as propriedades físicas e químicas exigidas permitirá melhorar propositadamente os processos de funcionamento dos motores diesel e, assim, melhorar o seu desempenho ambiental e económico.

Combustíveis alternativos obtidos principalmente a partir de matérias-primas de origem não petrolífera, são utilizados para reduzir o consumo de petróleo através da utilização (após reconstrução) de dispositivos consumidores de energia que funcionam com combustível petrolífero.

Com base na análise da literatura, identificamos os seguintes critérios para a aplicabilidade de fontes alternativas de energia em navios da frota marítima e fluvial:

· baixos custos de construção e operação;

· vida útil;

· características de peso e tamanho dentro das dimensões da embarcação;

Disponibilidade de fonte de energia.

No processo da nossa investigação, foram determinados os principais requisitos para combustíveis alternativos para utilização em navios, nomeadamente:

· atractividade económica e grandes reservas disponíveis de matérias-primas para a sua produção;

· baixos custos de capital para instalação de equipamentos adicionais na embarcação;

· presença no mercado, acessibilidade nos portos, disponibilidade da infra-estrutura necessária ou custos insignificantes para a sua criação;

· segurança, bem como a disponibilidade de documentos regulamentares que regulam a utilização segura a bordo.

De acordo com os requisitos da Convenção Internacional para a Prevenção da Poluição por Navios, existe um reforço sistemático dos requisitos relativos ao teor de óxidos de enxofre, azoto e carbono, bem como de partículas nas emissões dos navios de mar. Estas substâncias causam enormes danos ao meio ambiente e são estranhas a qualquer parte da biosfera.

Os requisitos mais rigorosos são apresentados para Áreas de Controle de Emissões (ECAs). Nomeadamente:

· Mar Báltico e Mar do Norte

· águas costeiras dos EUA e Canadá

· Mar do Caribe

Mar Mediterrâneo

· costa do Japão

· Estreito de Malaca, etc.

Em nossa opinião, principais tipos de combustíveis alternativos são: gases inflamáveis liquefeitos e comprimidos; álcoois; biocombustível; emulsão água-combustível; hidrogênio.

Por sua vez, os seguintes tipos são de particular interesse no âmbito do nosso artigo:

· o biodiesel é um combustível orgânico produzido a partir de culturas oleaginosas.

· álcoois são compostos orgânicos que contêm um ou mais grupos hidroxila diretamente ligados a um átomo de carbono. Os álcoois são proibidos como combustíveis de baixo ponto de inflamação;

· o hidrogénio é o único tipo de combustível cujo produto de combustão não é o dióxido de carbono;

· a emulsão água-combustível é produzida no navio numa instalação especial - isto poupa combustível, reduz as emissões de óxido de azoto (até 30% dependendo do teor de água na emulsão), mas não tem um efeito significativo nas emissões de óxido de enxofre;

· os gases combustíveis liquefeitos e comprimidos permitem eliminar completamente as emissões de enxofre e de partículas na atmosfera, reduzir radicalmente as emissões de óxidos de azoto em 80% e reduzir significativamente as emissões de dióxido de carbono em 30%.

Por isso, podemos afirmar que o único novo tipo de combustível, cuja utilização afecta significativamente o desempenho ambiental dos motores dos navios, é gás natural.

Para confirmar este fato, consideremos os dados sobre a quantidade de emissões durante a combustão do óleo diesel utilizado em navios e comprimido ou gás liquefeito , como combustível alternativo, apresentado na Tabela 1.

Tabela 1.

Quantidade de emissões provenientes da combustão de combustível

Da tabela pode-se ver que, em última análise, pode de fato ser argumentado que gás comprimido ou liquefeito superior em segurança ambiental às fontes de energia atualmente utilizadas em navios. Em outras palavras, o que é mais promissor hoje para uso em marinha e transporte fluvial.

Para concluir De referir que actualmente existe a necessidade da utilização de combustíveis alternativos nos navios da frota marítima e fluvial, o que se concretiza teoricamente neste artigo.

A ênfase é colocada em características ambientalmente valiosas combustíveis alternativos para transporte fluvial e marítimo, nomeadamente: confiabilidade ambiental e baixa presença de produtos químicos nocivos.

Referências:

Erofeev V.L. O uso de combustíveis avançados em usinas navais: livro didático. mesada. L.: Construção Naval, 1989. -80 seg.
Sokirkin V.A., Shitarev V.S. Direito marítimo internacional: livro didático. mesada. M.: Relações Internacionais, 2009. - 384 p.
Shurpyak V.K. Aplicação de tipos alternativos de energia e combustíveis alternativos em embarcações marítimas [Recurso eletrônico] - Modo de acesso. - URL: http://www.korabel.ru/filemanager (acessado em 15 de novembro de 2012)

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