Τα Micro - Emulsions

Η τεχνολογία των micro-emulsions αποτελεί την επανάσταση των ημερών μας στην καύση των υγρών καυσίμων, και ίσως την απάντηση στην χρησιμότητα αερίων καυσίμων.

Παρ’ όλο που είχαν προταθεί από την εταιρεία μας σε διεθνή συνέδρια ήδη από το 1986, μόλις στα τέλη του 2000 έγινε διεθνώς αποδεκτή, και σήμερα πολυεθνικές εταιρείες όπως η Chevron να την προτείνουν και στο Internet.

Τα micro-emulsions είναι σταθερά γαλακτώματα νερού στο καύσιμο σε πολύ μικρή διασπορά σταγονιδίων (5-10 μικρά, δηλαδή χιλιοστά του χιλιοστού).

Στην απλή περίπτωση πρόκειται για απεσταγμένο νερό.

Στην συνέχεια, στο νερό αυτό, μπορούν να προστεθούν ειδικά επιλεγμένα συστατικά, τα οποία έτσι θα κατανεμηθούν ομοιόμορφα στο καύσιμο και θα είναι διαθέσιμα να δράσουν την κατάλληλη στιγμή, επιτυγχάνοντας το επιθυμητό αποτέλεσμα.

Με την χρήση τους επιτυγχάνουμε τέλεια καύση των υγρών καυσίμων, εξοικονόμηση ενέργειας και μηδενισμό των περιβαλλοντικών μολύνσεων από αιθάλη, άκαυστους υδρογονάνθρακες, μονοξείδιο του άνθρακα και οξείδια του αζώτου.

Το πρώτο στάδιο στην διαδικασία καύσης είναι η εκνέφωση σε σταγονίδια. Αυτό γίνεται είτε στο μπεκ του καυστήρα, είτε στα μπεκ του injection.

Το συνηθισμένο μέγεθος των σταγονιδίων της εκνέφωσης είναι περίπου εκατό μικρά.

Τα σταγονίδια αυτά στην συνέχεια παραλαμβάνουν ενέργεια από το περιβάλλον της καύσης, είτε θερμική στην περίπτωση του καυστήρα, είτε μηχανική από την συμπίεση στις μηχανές εσωτερικής καύσης και γίνεται η έναυση, που θα οδηγήσει στην καύση.

Η καύση είναι εξώθερμη χημική αντίδραση με το οξυγόνο του αέρα, με αποτέλεσμα την απελευθέρωση της χημικής ενέργειας του καυσίμου και την δημιουργία καυσαερίων.

Η αντίδραση αυτή πραγματοποιείται στην επιφάνεια της σταγόνας του εκνεφωμένου καυσίμου, και προχωρεί σταδιακά στο βάθος.

Δηλαδή καθώς καίγεται το καύσιμο στην επιφάνεια της σταγόνας, νέα μόρια καυσίμου έρχονται σε επαφή με το οξυγόνο και με την σειρά τους αντιδρούν, ενώ το μέγεθος της σταγόνας μικραίνει.

Η διαδικασία αυτή συνεχίζεται μέχρι την πλήρη καύση της σταγόνας.

Η κακή καύση οφείλεται στο γεγονός ότι η διαδικασία αυτή απαιτεί κάποιον χρόνο για να ολοκληρωθεί, ο οποίος συνήθως δεν είναι διαθέσιμος, επειδή είτε το σταγονίδιο φεύγει από το περιβάλλον της φλόγας στην περίπτωση των καυστήρων, είτε ανοίγουν οι βαλβίδες εξαγωγής στην περίπτωση των μηχανών εσωτερικής καύσης.

Η αντίδραση σταματάει, και το σταγονίδιο που δεν πρόλαβε να αντιδράσει αποβάλλεται σαν σωματίδιο άκαυστης αιθάλης, τα Δε αέρια που δεν πρόλαβαν να αντιδράσουν αποβάλλονται σαν άκαυστα αέρια (υδρογονάνθρακες, μονοξείδιο).

Βασική παράμετρος στην όλη διαδικασία είναι η σχέση διατιθέμενου μηχανικά χρόνου, σε συνδυασμό με τον απαιτούμενο χρόνο για την ολοκλήρωση της αντίδρασης.

Ο απαιτούμενος χρόνος για την ολοκλήρωση της αντίδρασης εξαρτάται από την χημεία της αντίδρασης (είδος υδρογονανθράκων, θερμοκρασία, περίσσεια οξυγόνου) και από το μέγεθος του αρχικού σταγονιδίου

Τα προηγούμενα χρόνια έγιναν σοβαρές προσπάθειες επίδρασης στην χημεία της αντίδρασης με την δημιουργία των καταλυτών καύσης, οι οποίοι προσπαθούσαν να επιταχύνουν την αντίδραση καύσης, ώστε αυτή να πραγματοποιηθεί γρηγορότερα και κυρίως με μικρότερη περίσσεια αέρα.

H προσπάθεια αυτή είχε αρκετή επιτυχία, αλλά στις περισσότερες περιπτώσεις ο νέος απαιτούμενος χρόνος ήταν μεγαλύτερος από τον διατιθέμενο.

Συγκεκριμένα στους καυστήρες είχε αποτέλεσμα όταν ξεκινούσαμε από έναν βαθμό αιθάλης μέχρι έξι στην κλίμακα Bacharach, ενώ στις μηχανές εσωτερικής καύσης δεν είχε σχεδόν κανένα αποτέλεσμα.

Για να αντιληφθούμε την σημασία της διάσπασης αυτής στην πορεία της καύσης, γνωρίζοντας για την σφαίρα ότι ο όγκος της ισούται με V=4 πR³/3 ενώ η επιφάνεια της S=4πR² .

Έτσι εάν σπάσουμε στα δύο μία σφαίρα ρευστού, όγκου ενός κυβικού μέτρου, θα προκύψουν δύο σφαίρες όγκου μισού κυβικού μέτρου.

Η επιφάνεια της πρώτης σφαίρας είναι 4.8359 τετραγωνικά μέτρα, ενώ η κάθε μία από τις δύο μικρότερες θα έχει όγκο 3,0465 τετραγωνικά μέτρα.

Επομένως η συνολική επιφάνεια θα αυξηθεί κατά 26%.

Αν αντί για δύο, σπάσει σε τέσσερις, η συνολική επιφάνεια θα αυξηθεί κατά 59%, ενώ αν σπάσει σε είκοσι, τότε θα αυξηθεί κατά 172%. (λεπτομέρεια στο κατωτέρω διάγραμμα).

Από τους υπολογισμούς αυτούς, μπορούμε να καταλάβουμε την σημασία της καλής εκνέφωσης, και πόσο οι ατέλειες της επιδρούν στην ποιότητα καύσης του καυσίμου.

O μηχανισμός δράσης των micro-emulsions συνίσταται στην ακόλουθη διαδικασία:

Η διαδικασία της μικρό-έκρηξης παρουσιάζεται στις κατωτέρω μικροφωτογραφίες.

Ο στόχος έχει ήδη επιτευχθεί. Η επιφάνεια και η ταχύτητα της αντίδρασης έχει αυξηθεί κατά χιλιάδες φορές. Η αιθάλη εξαφανίζεται, τα άκαυστα εξαφανίζονται, η φλόγα μικραίνει και η θερμοκρασία της αυξάνει, όπως φαίνεται και στα κατωτέρω infrared scans.

Μη επεξεργασμένο καύσιμο

Micro emulsion

Επίσης όταν χρησιμοποιούμε βαριά καύσιμα πλούσια σε θειάφι και βανάδιο (όπως το Μ-3500¨ επαρχίας ) έχουμε μηδενισμό του παραγόμενου τριοξειδίου του θείου και των βαναδυλίων, με αποτέλεσμα την ελάττωση του σημείου δράσου (dew point), της διαβρωτικότητας και των ανόργανων αποθέσεων.