Ai fini delle applicazioni pratiche dei dispositivi a strato di vortice di particelle ferromagnetiche, vorremmo parlare del settore come la preparazione del carburante sulle navi.

Tipi di carburante marino

Se confrontiamo una nave con un veicolo a motore per aspetti particolari del consumo di carburante, si possono evidenziare due importanti differenze. La prima differenza è che le navi sono meno esigenti riguardo al tipo di carburante utilizzato. Le loro centrali elettriche possono funzionare con diversi combustibili:

• Carburante diesel (carburante leggero);
• Olio combustibile (carburante pesante);
• Varie miscele di idrocarburi, inclusa una miscela di gasolio e olio combustibile.

Il motore di un veicolo a motore è solitamente progettato per consumare un tipo di carburante: benzina, gasolio, biodiesel.

La seconda differenza è che un autoveicolo cerca una stazione di rifornimento per fare rifornimento. E nel caso di una nave, la stazione di rifornimento la trova da sola. Una speciale nave di rifornimento funge da “stazione di rifornimento” e trasporta carburante marino in serbatoi, e ciascun serbatoio è progettato per un determinato tipo di carburante.

Nelle stazioni di servizio autostradali, di norma, il carburante ha già il livello di qualità richiesto; il motore può essere riempito con esso e avviato. La situazione è leggermente diversa per le navi, perché è necessaria la preparazione del carburante.

Preparazione del carburante marino: principali problemi

Parliamo di un esempio con l’olio combustibile per bunker. La qualità di questo prodotto petrolifero si deteriora durante il trasporto e lo stoccaggio. Le reazioni di ossidazione e polimerizzazione si verificano nell’olio combustibile e provocano la trasformazione degli idrocarburi in solidi e la precipitazione. Nella stagione fredda, l’olio combustibile viene riscaldato nei serbatoi ferroviari utilizzando vapore riscaldato; allo stesso tempo, l’olio combustibile viene tagliato dall’acqua. Nei casi peggiori, la quantità di acqua nell’olio combustibile può raggiungere il 10–15%. Inoltre, l’olio combustibile per bunker è una sostanza viscosa in quanto tale. E per garantire che venga pompato da una cisterna di rifornimento alla nave, è necessario anche il riscaldamento a vapore. Implica un ulteriore taglio dell’acqua. L’olio combustibile tagliato ad acqua brucia male, la torcia viene continuamente spenta. Il carburante viene consumato in eccesso a causa di una combustione insufficiente. Le impurità meccaniche che penetrano nel carburante marino durante lo stoccaggio e il trasporto influiscono sulla completezza della combustione. Pertanto, è necessaria la preparazione del carburante prima della combustione nelle centrali elettriche navali.

Schemi convenzionali per la preparazione del combustibile marino

Prima della combustione, il carburante marino deve essere pulito dalle impurità meccaniche e l’acqua deve essere rimossa. È ammesso anche l’utilizzo di combustibile tagliato ad acqua, ma in questo caso è necessario ottenere un’emulsione acqua-combustibile stabile ed omogenea. L’uso di emulsioni acqua-carburante nelle centrali elettriche navali presenta ulteriori vantaggi:

• quantità ridotta di emissioni nocive;
• maggiore efficienza di atomizzazione del carburante;
• maggiore stabilità della combustione del carburante.

Quando si sceglie la prima opzione, cioè quando si utilizza combustibile marino puro, per la sua preparazione vengono utilizzati separatori. Questo metodo è caratterizzato dalla perdita del 2–3% della materia combustibile del combustibile che si deposita sotto forma di fango, nonché dalla difficoltà di smaltimento differenziato dei rifiuti.

La preparazione del carburante sotto forma di emulsione acqua-carburante viene effettuata utilizzando omogeneizzatori. Ma questi dispositivi richiedono azionamenti potenti per funzionare e la capacità delle apparecchiature rimane ancora bassa.

Dispositivo a strato vortex come alternativa ai metodi convenzionali di preparazione del carburante

GlobeCore offre agli operatori navali un’alternativa per la preparazione del carburante. L’idea principale è quella di cessare di utilizzare separatori e omogeneizzatori. Il loro posto nel processo tecnologico di preparazione del carburante è occupato da un dispositivo a strato di vortice di particelle ferromagnetiche (AVS).

Come i separatori, anche AVS funziona basandosi su principi fisici. Ma sotto questo aspetto, un fenomeno fisico dà origine all’altro e, a causa dell’influenza di questi fenomeni sul combustibile marittimo, l’efficienza della sua preparazione aumenta notevolmente.

In termini di progettazione, un dispositivo a strato di vortice costituisce un induttore di campo elettromagnetico, una camera operativa e particelle ferromagnetiche collocate nella camera operativa. Quando viene applicata tensione all’avvolgimento dell’induttore, nella camera operativa emerge un campo elettromagnetico rotante che mette in movimento le particelle ferromagnetiche lungo traiettorie complesse. Un cambiamento nella direzione del movimento avviene a causa delle continue collisioni delle particelle tra loro, con le pareti della camera operativa e con le particelle della sostanza lavorata. In questo momento, nella camera operativa si verificano i processi fisici e chimici sopra discussi. Ad esempio, quando entrano in un campo elettromagnetico alternato, le particelle ferromagnetiche sviluppano magnetostrizione; significa che il loro volume e le loro dimensioni lineari iniziano a cambiare. Questi cambiamenti portano a vibrazioni acustiche. Inoltre nella camera operativa si verificano elevate pressioni locali, intensi effetti di impatto delle particelle ferromagnetiche sulle particelle della sostanza lavorata, elettrolisi dell’acqua, ecc. Questi processi portano ad un’intensa miscelazione e dispersione del carburante. L’asfalto e la resina intrappolati, l’acqua e le impurità meccaniche vengono macinati e distribuiti uniformemente sul volume del carburante.

Passiamo ora ai risultati pratici dell’utilizzo dei dispositivi a strato di vortice nella preparazione dei combustibili marini. Parliamo di come viene eseguita la preparazione del carburante prendendo l’esempio dell’olio combustibile.

Diagramma di flusso del processo per la preparazione dell’olio combustibile per bunker

Una delle possibili opzioni di un diagramma di flusso del processo per la preparazione dell’olio combustibile con taglio ad acqua mediante dispositivi a strato di vortice è mostrata nella Figura 1.

Figura 1 – Diagramma di flusso del processo per la preparazione dell’olio combustibile per bunker con taglio ad acqua mediante dispositivi a strato di vortice con particelle ferromagnetiche: 1 – dispositivo a strato di vortice AVS-100, 2 – filtro magnetico, 3 – dosatore, 4 – riscaldatore di carburante, 5 – pompa , 6 – filtro grosso

Dai serbatoi di decantazione con l’olio combustibile riscaldato al suo interno alla temperatura di 40–45 °С, l’olio combustibile viene immesso in un riscaldatore del carburante con una pompa di alimentazione del carburante autonoma e da lì a Dispositivo a strato di vortice AVS-100. Successivamente, il carburante entra nei serbatoi di rifornimento giornaliero del motore principale. È necessario un filtro magnetico per rimuovere le particelle ferromagnetiche macinate dal carburante.

Risultati del test di un dispositivo a strato di vortice nella pratica reale

I test operativi dei dispositivi a strato di vortice sono stati effettuati presso la compagnia di navigazione lettone, la petroliera Friedrich Zander. Durante i test sono stati ottenuti i parametri ottimali per il funzionamento del dispositivo a strato di vortice:

• capacità — 5–6 m3/h;
• temperatura della preparazione dell’olio combustibile all’ingresso AVS — 80–85°С;
• peso delle particelle ferromagnetiche nella camera operativa del dispositivo — 250 g.

Il dispositivo AVS-100 funzionava 4 ore al giorno. Questo periodo di tempo è sufficiente per preparare 24-25 tonnellate di carburante pesante per il motore principale. Si è scoperto che durante la preparazione del carburante nell’AVS-100 si formava un’emulsione acqua-carburante finemente dispersa resistente alla decomposizione; la sua combustione non causa complicazioni e l’attrezzatura per il carburante funziona senza intoppi. I risultati della microscopia dei campioni di olio combustibile hanno mostrato che circa il 75% delle particelle di impurità meccaniche e di asfalto e resina intrappolati vengono macinati a una dimensione di 1 micron o inferiore, e il restante 25% viene macinato a una dimensione di 3-5 micron.

L’analisi dei campioni di olio combustibile tagliato ad acqua trattato nell’AVS-100 ha mostrato che dopo 10 giorni di conservazione non si è verificata alcuna coagulazione considerevole delle impurità meccaniche e nessun ingrossamento dei globuli d’acqua.

Inoltre, è stata studiata l’efficienza di combustione dell’emulsione acqua-carburante in base al contenuto di acqua nell’olio combustibile. Si è scoperto che le miscele acqua-carburante preparate in AVS-100 con un contenuto di acqua fino al 25% erano finemente disperse e resistenti alla decomposizione. La loro combustione nelle caldaie ausiliarie procedeva senza complicazioni; il bagliore non pulsava; l’accensione è avvenuta senza intoppi e la combustione è avvenuta senza fumo.

GlobeCore effettuato prove per ottenere emulsioni acqua-carburante a base di gasolio e acqua. I risultati ottenuti indicano che un dispositivo a strato di vortice è versatile e può essere utilizzato anche nella preparazione del carburante diesel marino.

Vantaggi dei dispositivi a strato di vortice nella preparazione di combustibili marini

• Un dispositivo a strato di vortice è a tenuta di pressione e non ha guarnizioni dinamiche: il processo viene effettuato all’interno della tubazione che passa attraverso il foro centrale dell’induttore.
• Il consumo energetico del dispositivo a strato di vortice AVS-100 è di 4,5 kW e la capacità ottimale è di 4–5 m3/h. Ciò significa che l’apporto energetico specifico non sarà superiore a 1,1 kW • h/m3, ovvero dieci volte inferiore a quello dei dispositivi convenzionali per la preparazione del carburante marino.
• Grazie alla dispersione fine e alla miscelazione intensiva, un AVS può sostituire più dispositivi contemporaneamente nei processi di preparazione del carburante: (filtri fini, separatori, ecc.).
• Se si applica l’AVS, non vi è combustibile di scarto presente quando si utilizzano i separatori.
• I processi per ottenere emulsioni e sospensioni finemente disperse vengono accelerati cento volte in AVS a causa dei fattori di intensificazione nella camera operativa.
• Il trattamento del carburante in un campo magnetico impedisce la deposizione di resina e paraffina.
• Riduzione delle emissioni nocive in atmosfera dovute alla produzione e successiva combustione di emulsioni acqua-combustibili finemente disperse e stabili.

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