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 en el océano hay zonas de control especial de las emisiones de azufre: 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 por fuel oil, en el que el barco recorre la mayor parte de la ruta.

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). El principal beneficio 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

Para almacenar combustible en el barco, se utilizan depósitos de combustible ubicados junto a la 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. Depuración por decantación o separación en instalaciones especiales de buques; 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.

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. La prohibición del uso de gasolina con plomo, el uso de convertidores catalíticos de gases de escape y los modernos sistemas de energía del motor de combustión interna han reducido 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, se necesita el doble de combustible para obtener la misma potencia que cuando se usa 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 de 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 alta viscosidad, se desarrolló un biocombustible modelo a base de queroseno grado 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 aplicar el método de aspersión neumática para garantizar los parámetros de operación 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. El endurecimiento de los requisitos ambientales de la OACI (Organización de Aviación Civil Internacional) para las emisiones nocivas de los motores de los aviones está obligando 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%. En los últimos años, empresas extranjeras han estado investigando 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. Rusia aún no tiene una producción de biocombustibles a escala industrial. 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 (biocombustible). 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 espesor 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 le 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 permite el uso de varios tipos de boquillas de aire y remolinos tangenciales, según los requisitos, incluso para rociar petróleo 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 de las características de flujo del dispositivo frontal a través del canal de combustible para queroseno y biocombustible, así como a través de los canales para el 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 gotas en el flujo es bastante uniforme, sin aparición de zonas enriquecidas. Cuando se suministra un biocombustible más viscoso, el aspecto 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 aplastadas

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 de dispersión de aerosol obtenidas 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, y 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 Habiendo realizado un análisis comparativo de los gráficos presentados de las características del flujo detrás del módulo frontal, vemos que al usar un combustible alternativo para el dispositivo seleccionado con un método de pulverización neumática, la estructura del aerosol prácticamente no cambió. 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 promedio medido de gota de 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 gastado 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 pulverización. 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 Aviación Civil Internacional. 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

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ANÁLISIS DE LA EXPERIENCIA EN LA APLICACIÓN DE COMBUSTIBLES ALTERNATIVOS EN AERONAVES

DR.SARGSYAN

El artículo es presentado por el Doctor en Ciencias Técnicas, Profesor Zubkov B.V.

El artículo analiza la experiencia del uso de combustibles alternativos en aeronaves, tipos y características de los combustibles. Describe los requisitos para el suministro de GNL y BP.

Palabras clave: combustible alternativo, tipos de combustibles alternativos, gas natural licuado (GNL), seguridad de vuelo (BP).

Introducción

La demanda cada vez mayor de transporte aéreo en los últimos años, el desarrollo de la economía, así como el equipamiento y la tecnología, ha provocado una gran necesidad de recursos combustibles. Como resultado, los ingenieros de muchas de las principales empresas de fabricación de aeronaves en diferentes países, incluida Rusia, comenzaron el desarrollo para proporcionar a la aviación un nuevo tipo de combustible. Se están considerando una gran cantidad de alternativas al queroseno: biocombustibles, aceite sintético, gas natural licuado (GNL), hidrógeno. Toda la experiencia acumulada desde el primer vuelo mundial con combustible alternativo (avión Tu-155 en 1988) demuestra la eficacia, la eficiencia y el respeto por el medio ambiente de los desarrollos en esta dirección.

En la aviación rusa, se está considerando la posibilidad de utilizar GNL, en particular, debido a las reservas de gas natural, así como a los gases asociados que se queman en los campos durante la producción de petróleo. En esta etapa del desarrollo de la aviación civil, los proyectos de helicópteros y aviones que utilizan como combustible los gases licuados asociados obtenidos durante la producción de petróleo (propano y butano) están más próximos a la ejecución.

El reequipamiento de aeronaves requiere costos mínimos: solo alteraciones de los tanques de combustible y los sistemas de suministro de combustible para los motores. También se requiere dotar a los aeropuertos de estaciones de servicio criogénico, almacenamiento de combustible e infraestructura de entrega de GNL a las instalaciones de almacenamiento. En esta etapa, no solo se requiere la participación del complejo de la industria de la aviación, sino también la participación de las empresas productoras de gas para crear la infraestructura adecuada.

experiencia de aplicación

A mediados del siglo XX se comenzó a buscar una alternativa al combustible para aviones. Historia del trabajo en OKB A.N. Tupolev sobre combustibles alternativos se remonta a los años 60. - incluso entonces, la posibilidad de transferir las centrales eléctricas diseñadas por A.N. Aviones Tupolev sobre hidrógeno líquido.

A mediados de los 70. La Academia de Ciencias de la URSS, junto con varios institutos de investigación y oficinas de diseño, desarrolló un programa de trabajo de investigación y desarrollo para la introducción generalizada de combustibles alternativos en la economía nacional. Así, el 15 de abril de 1988, el Tu-155 despegó por primera vez con un motor experimental de combustible criogénico NK-88, que realizó casi 100 vuelos con GNL e hidrógeno. En octubre de 1989, esta aeronave realizó un vuelo de demostración en la ruta Moscú-Bratislava-Niza (Francia) al 9º Congreso Internacional de Gas Natural. En julio de 1991, la aeronave voló en la ruta Moscú-Berlín para participar en el Congreso Internacional de Gas Natural.

Durante el desarrollo de este avión, se creó una base experimental para probar crio-

Se ha desarrollado equipo genético y el único equipo del mundo de especialistas altamente calificados en el campo de la aviación criogénica. Como resultado de este trabajo, se determinaron las formas de crear sistemas y equipos criogénicos para aeronaves y aeródromos. Sin embargo, la Oficina de Diseño de Tupolev continuó trabajando en esta dirección, a nivel de propuestas técnicas, proyectos de aviones criogénicos modificados Tu-204 (Tu-204K), Tu-334 (Tu-334K), Tu-330 (Tu-330SPG) , nuevo avión regional Tu-136. Además, estas aeronaves podrán utilizar combustibles alternativos y turbosina al mismo tiempo, lo que las hará más versátiles y confiables. Las modificaciones del avión Tu-204 (Tu-204K) y el proyecto del nuevo avión regional Tu-136, que tiene en cuenta las características del combustible criogénico, se han elaborado con mayor profundidad (Fig. 1).

La eficiencia de combustible de los aviones Tu-334K y Tu-330SPG prácticamente no diferirá de los Tu-334 y Tu-330 básicos. Todos estos aviones se pueden convertir para usar GNL dentro de 3-4 años. Debe prestarse especial atención al proyecto del avión criogénico regional de carga y pasajeros Tu-136 con dos motores turbohélice TV7-117SF, capaz de utilizar GNL, hidrógeno líquido y combustible propano-butano con modificaciones menores.

Tipos y características de los combustibles alternativos.

El gas natural licuado (GNL) es el combustible alternativo más utilizado. El gas pertenece a la categoría de combustibles criogénicos. Las características termofísicas y térmicas muestran una serie de ventajas de los combustibles condensados ​​de aviación (ACF) sobre el combustible para aviones TS-1 tradicional. También existen combustibles sintéticos derivados del carbón, gas, biomasa y aceite vegetal. Pero la síntesis de tales sustancias requiere costos adicionales para el procesamiento de carbón, biomasa y aceites vegetales, que es más costoso que el queroseno, y está acompañado por los mismos problemas ambientales y de recursos. Por lo tanto, difícilmente puede considerarse prometedor. Los alcoholes (etílico y metílico) y el amoníaco también pueden reemplazar al queroseno, pero son casi dos veces inferiores a él en términos de

calor de combustión, por tanto, su consumo específico será mayor. Además, los gases de escape de la combustión de estos combustibles contienen óxidos de nitrógeno y carbono nocivos.

Como alternativa al queroseno para la aviación, se puede considerar el combustible criogénico: hidrógeno líquido H2 e hidrocarburos ligeros desde metano CH4 hasta pentano C5H12.

Las ventajas del hidrógeno como combustible de aviación incluyen las siguientes:

En primer lugar, el mayor calor de combustión por unidad de masa, lo que da un consumo específico de combustible unas tres veces menor que el del queroseno. Esto le permite mejorar significativamente el rendimiento de la aeronave;

En segundo lugar, el mayor recurso frío por unidad de masa (12-15 veces más que el queroseno), que se puede utilizar eficazmente para enfriar partes calientes del motor y la aeronave;

En tercer lugar, una mayor temperatura de autoignición y una menor emisividad, lo que afectará positivamente el funcionamiento de la cámara de combustión.

Sin embargo, el combustible de hidrógeno tiene desventajas inherentes que requieren la solución de problemas técnicos complejos. El hidrógeno líquido es muy inferior al combustible para aviones estándar en términos de valor calorífico volumétrico debido a su baja densidad (casi 11 veces menor que la del queroseno), lo que empeora significativamente las características generales de peso de la aeronave cuando se cambia de combustible para aviones a hidrógeno.

Las ventajas de los hidrocarburos livianos también pertenecen a la categoría de ventajas del hidrógeno, pero difieren en disponibilidad y bajo costo de producción (Tabla 1).

tabla 1

Características termofísicas y termotécnicas del hidrógeno, componentes hidrocarbonados del ASCT y combustible de aviación TS-1

Índice H (hidrógeno) CH4 (metano) C2H6 (etano) C3H8 (propano) C4H10 (butano) C5H12 (pentano) TS-1

H 2.016 16.04 3007 44.10 5812 7215 140

t cuadrada, C -259,21 -182,49 -183,27 -187,69 -138,33 -129,72 -60

С -252,78 -161,73 -88,63 -42,07 -0,50 36,07 180

t f.s., C 6.43 20.76 94.64 145.62 137.83 165.79 290

cuadrados kg/m 77,15 453,4 650,7 733,1 736,4 762,2 835

fardo, kg/m 71,05 422,4 546,4 582,0 601,5 610,5 665

Qn, kJ/kg 114480 50060 47520 46390 45740 45390 43290

Qv.pl, kJ/dm 8832 22700 30920 34010 33680 34550 36150

Qv, kip, kJ/dm 8136 21150 25970 27000 27530 27710 28900

Nisp, kJ/kg 455,1 511,2 485,7 424,0 385,5 3575 287

yo, C 510 542 518 470 405 284 -

^n, cm/s 267 33,8 40,1 39,0 37,9 38,5 39

Сн, % (vol) 4,1 5,3 3,0 2,2 1,9 - 1,2

Sv,% (vol) 75,0 15,0 12,5 9,5 8,5 - 7,1

Ro, J/(kg C) 4157,2 518,8 276,7 188,6 143,2 115,5 59,4

Lo, kgclavo/kgcombustible 34,5 17,19 16,05 15,65 15,42 15,29 -

GNL - (metano) su densidad (incluso en el punto de ebullición) es 1,7 veces mayor que la del queroseno, lo que lleva a la necesidad de aumentar el volumen de los tanques de combustible en más de 1,5 veces (con la misma intensidad energética). Además, el metano tiene un rango muy bajo de estar en fase líquida (-20 C), una temperatura crítica baja (-82,6 C). Esto requiere

creación de nuevas estructuras resistentes al frío para materiales de sellado de tanques, accesorios y comunicaciones de líneas de combustible, así como aislamiento térmico de alta calidad a baja temperatura que evita la rápida ebullición del metano y la formación de hielo en la estructura.

A diferencia del queroseno, el metano deberá suministrarse a la cámara de combustión del motor en forma gaseosa para excluir un estado de dos fases, lo que elimina por completo el uso de unidades de combustible estándar, comunicaciones, colectores e inyectores. Esto complica mucho el diseño del motor, y en algunos casos imposibilita modificarlo para que funcione con dos tipos de combustible.

Debido a las mismas propiedades del metano líquido, se requerirán medios terrestres muy voluminosos y costosos para su transporte, almacenamiento, recarga, etc., cercanos en sus parámetros a los del hidrógeno. El equipamiento adicional de la base de combustible criogénico del aeropuerto debe incluir instalaciones especiales de almacenamiento dotadas de protección térmica, medios para mantener el estado criogénico del combustible y dispositivos para evitar su pérdida, así como una red de dispositivos de recepción y distribución, una flota de vehículos especiales con -Tanques aislados, etc.

Al mismo tiempo, el metano supera al queroseno en un 14 % en términos de calor de combustión másico, lo que garantizará la autonomía de vuelo y la carga útil. El metano licuado tiene una capacidad de enfriamiento 5 veces mayor que la del queroseno, lo que permite utilizar el recurso de enfriamiento para enfriar piezas y conjuntos de motores. La experiencia operativa de los motores de turbina de gas utilizados como sobrealimentadores en estaciones compresoras de gasoductos y que funcionan con gas natural ha demostrado que la vida útil de dichos motores aumenta en un 25%.

Seguridad de vuelo al utilizar GNL

Los principales tipos de peligros creados por propiedades específicas, la licuefacción de gases de hidrocarburos, incluido el GNL, así como las condiciones de su producción, almacenamiento, transporte y repostaje incluyen: inflamabilidad (peligro de incendio), peligro de explosión, actividad química, exposición a bajas temperaturas , toxicidad. Las normas de seguridad para la producción, el almacenamiento y la distribución de gas natural licuado (GNL) en las estaciones de distribución de gas de los principales gasoductos (GDS MG) y las estaciones compresoras de llenado de gas para automóviles (GNC) contienen requisitos organizativos, técnicos y tecnológicos para la organización de la seguridad de la producción. , cuya implementación es obligatoria para todas las empresas productoras y transportadoras de GNL, en el diseño y operación de instalaciones para la producción, almacenamiento y entrega de GNL.

Para garantizar la operación segura de tales combustibles, es necesario contar con métodos cualitativos y cuantitativos para evaluar y comparar cada tipo de peligro. Evaluación cualitativa y cuantitativa, es decir, La determinación del tipo y grado de peligrosidad permite realizar un análisis comparativo del combustible condensado de acuerdo con los criterios de peligrosidad y, en el futuro, formalizar la tarea de elegir medios y métodos técnicos para la operación segura de los sistemas de combustible que utilizan GNL, así como como su almacenamiento y transporte.

Los requisitos para los candidatos a obtener un Certificado de Aptitud Técnica para el Mantenimiento de Aeronaves se presentan en términos de aquellas características que afectan directamente la provisión de seguridad de vuelo y el cumplimiento de las tareas de producción a tiempo.

Éstas incluyen:

A - edad;

B - capacidad psicofísica para realizar el próximo trabajo;

B - formación básica (universidad, colegio, escuela técnica, escuela vocacional, etc.);

G - entrenamiento especial para trabajar en un determinado tipo de aeronave o AT, conocimiento de equipos de aviación específicos, el propósito y contenido de su mantenimiento, la tecnología para realizar y controlar la calidad del trabajo en él, el equipo utilizado;

D - la capacidad para realizar el trabajo previsto por las funciones, el derecho a realizar que está representado por el Certificado solicitado;

E - experiencia general en tecnología de aviación.

Como muestra el análisis de los requisitos para la operación segura de la aeronave Tu-154 durante el reabastecimiento y almacenamiento de combustible (GNL), el personal de ingeniería y técnico del IAS debe conocer las características del uso de este tipo de combustible.

LITERATURA

1. Tipos alternativos de combustible de aviación / Actas de la reunión sobre aviación internacional y cambio climático. Documento OACI HLM-ENV/09-WP/9.- Montreal, 10.08.09.

2. www.tupolev.ru Tecnología criogénica.

3. Normas de seguridad para la producción, almacenamiento y distribución de gas natural licuado (GNL) en las estaciones de distribución de gas de los principales gasoductos (GDS MG) y estaciones compresoras de llenado de gas para automóviles (GNC) PB 08-342-00.

EXPERIENCIA DE ANÁLISIS DE COMBUSTIBLES ALTERNATIVOS EN AERONAVES

En el artículo se presenta la técnica de realización de apreciaciones de expertos de la actividad de la empresa de aviación de la aeronave civil dirigida al aumento del nivel de seguridad de los vuelos.

Palabras clave: aumento del nivel de seguridad de los vuelos, cuestionamiento, empresas aeronáuticas, estimaciones de expertos.

Sargsyan David Robertovich, nacido en 1982, se graduó de la Universidad Técnica Estatal de Aviación Civil de Moscú (2010), estudiante de posgrado de la Universidad Técnica Estatal de Aviación Civil de Moscú, autor de 2 artículos científicos, área de interés científico: seguridad de vuelo, combustible alternativo , reparación y modernización de aeronaves.

Las iniciativas internacionales para reducir el dióxido de carbono (CO2) y otras emisiones nocivas de los barcos están impulsando la búsqueda de fuentes de energía alternativas.

En particular, el informe de la sociedad de clasificación DNV GL considera el uso de celdas de combustible, turbinas de gas y vapor junto con sistemas de accionamiento eléctrico, que solo pueden ser efectivos en combinación con un tipo de combustible más ecológico.

El uso de pilas de combustible en barcos está actualmente en desarrollo, pero pasará mucho tiempo antes de que puedan reemplazar los motores principales. Ya existen conceptos en esta dirección, por ejemplo, el ferry de VINCI Energies. Dicho buque tiene una eslora de 35 m y podrá albergar una carga de energía recibida de fuentes renovables durante 4 horas. El sitio web de la compañía dice que dicho buque operará entre la isla francesa de Ouessant y el continente, a partir de 2020.

Asimismo, se considera como tecnologías innovadoras el uso de baterías y energía eólica.

Embarcación eólica, The Vindskip

Los sistemas de baterías ya se están utilizando en el transporte marítimo, pero el uso de la tecnología para aplicaciones marinas es limitado debido a la baja eficiencia.

Finalmente, el uso de la energía eólica, aunque no es una novedad, todavía tiene que demostrar su atractivo económico en la construcción naval moderna.

Te recordamos que a partir del 1 de enero de 2020, el contenido de azufre (SOx) en el combustible no deberá superar el 0,5%, y las emisiones de gases de efecto invernadero deberán reducirse en un 50% para 2050, según la última decisión de la Organización Marítima Internacional (OMI) .

Combustibles alternativos

Los combustibles alternativos que se están considerando actualmente son el gas natural licuado (GNL), el gas licuado de petróleo (GLP), el metanol, los biocombustibles y el hidrógeno.

La OMI está desarrollando actualmente un código de seguridad (Código IGF) para buques que utilicen gas u otros combustibles ecológicos. Se continúa trabajando en el uso de metanol y combustibles de bajo punto de inflamación.

Para otros tipos de combustible, aún no se ha desarrollado el Código IGF, que los armadores deben tener en cuenta.

Impacto medioambiental

Según DNV GL, el GNL emite la menor cantidad de gases de efecto invernadero (vapor de agua, dióxido de carbono, metano y ozono son los principales gases de efecto invernadero). Sin embargo, el metano sin quemar, que es el componente principal del GNL, crea emisiones con un efecto invernadero 20 veces más potente que el dióxido de carbono (CO2 - dióxido de carbono).

Sin embargo, según los fabricantes de motores de combustible dual, el volumen de metano no quemado en los equipos modernos no es tan grande y su uso reduce los gases de efecto invernadero en el transporte marítimo en un 10-20%.

La huella de carbono (la cantidad de gases de efecto invernadero causada por las actividades de las organizaciones, las actividades de transporte de mercancías) del uso de metanol o hidrógeno es mucho mayor que cuando se usa fuel oil pesado (HFO) y gas oil marino (MGO).

Al utilizar fuentes de energía renovables y biocombustibles, la huella de carbono es menor.

El combustible más ecológico es el hidrógeno, producido a partir de energías renovables. El hidrógeno líquido puede usarse en el futuro. Sin embargo, tiene una densidad energética volumétrica bastante baja, lo que lleva a la necesidad de crear grandes áreas de almacenamiento.

Con respecto a las emisiones de nitrógeno, los motores de combustión interna de ciclo Otto que funcionan con GNL o hidrógeno no requieren equipos de postratamiento para cumplir con el estándar Tier III. En la mayoría de los casos, los motores de combustible dual que operan en el ciclo diesel no son adecuados para cumplir con el estándar.

El nivel de emisiones de nitrógeno por el uso de diferentes tipos de combustible.