BR112018073916B1 - Sistema de controle de combustível, e, método de calcular um consumo de combustível de uma mistura de combustível e água - Google Patents

Sistema de controle de combustível, e, método de calcular um consumo de combustível de uma mistura de combustível e água Download PDF

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Abstract

SISTEMA DE CONTROLE DE COMBUSTÍVEL, E, MÉTODO DE CALCULAR UM CONSUMO DE COMBUSTÍVEL DE UMA MISTURA DE COMBUSTÍVEL E ÁGUA Um sistema de controle de combustível (300) para cálculo de consumo de combustível para uma mistura de combustível e água é previsto. O sistema de controle de combustível (300) inclui um misturador (330), uma fonte de combustível (310) acoplada fluidamente ao misturador (330), a fonte de combustível (310) sendo configurada para medir um fluxo de combustível para o misturador (330), uma fonte de água (315) acoplada fluidamente ao misturador (330), a fonte de água (315) sendo configurada para medir um fluxo de água para o misturador (330), e um medidor de fluxo de mistura (5) acoplado fluidamente ao misturador (330). O medidor de fluxo de mistura (5) é configurado para receber e medir propriedades de uma mistura de combustível/água a partir do misturador (330).

Description

CAMPO TÉCNICO
[001] As modalidades descritas abaixo referem-se ao cálculo de consumo de combustível e, mais particularmente, ao cálculo de consumo de combustível de uma mistura de combustível e água.
FUNDAMENTOS
[002] A indústria naval usa óleos combustíveis pesados para motores em navios. A quantidade de água em uma linha de combustível abastecendo combustível para o motor deve ser pequena com relação à quantidade de óleo combustível pesado. Esta concentração pequena de água vaporiza depois da maior concentração do óleo combustível pesado. Porque água é mais barata do que óleo combustível pesado, a queima de água melhora a eficiência do motor. No entanto, muitos padrões são baseados no consumo de combustível sem a água.
[003] Por exemplo, o valor do consumo específico de óleo combustível (SFOC) é a eficiência de combustível de um motor marítimo. O SFOC do motor pode ser calculado em uma norma padrão ISO (ISO 3046-1) e comparado com o SFOC do teste de aceitação de fábrica a fim de determinar o uso em ciclo de vida corrente do motor. Esta comparação do padrão ISO também pode ser usada para comprovar a eficácia dos programas de manutenção preventiva/serviços de manutenção vendidos pelo fabricante do motor, uma vez que a vida útil típica de um motor é superior a 10 anos. Abaixo são apresentados alguns exemplos de dados de medição que podem ser usados para corrigir um SFOC de um motor para um padrão ISO: • temperatura ambiente • umidade ambiente • teor calorífico do combustível
[004] Quando água é misturada com combustível, o teor calorífico da mistura queimada é diferente do teor calorífico do combustível puro. Se este efeito sobre o teor calorífico não for contabilizado, um cliente pode interpretar dados falsos do SFOC e, portanto, avaliar de modo falso o aumento/diminuição da eficiência de um serviço de manutenção do motor. Consequentemente, nota-se uma necessidade para cálculo de consumo de combustível de uma mistura de combustível e água.
SUMÁRIO
[005] Um sistema de controle de combustível para cálculo de consumo de combustível para uma mistura de combustível e água compreendendo um misturador é previsto. De acordo com uma modalidade, o sistema de controle de combustível compreende uma fonte de combustível acoplada fluidamente ao misturador, a fonte de combustível sendo configurada para medir um fluxo de combustível para o misturador, uma fonte de água acoplada fluidamente ao misturador, a fonte de água sendo configurada para medir um fluxo de água para o misturador, e um medidor de fluxo de mistura acoplado fluidamente ao misturador, o medidor de fluxo de mistura sendo configurado para receber e medir propriedades de uma mistura de combustível/água a partir do misturador.
[006] Um método de calcular um consumo de combustível de uma mistura de combustível e água é previsto. De acordo com uma modalidade, o método compreende fluir uma mistura de combustível/água, medir um fluxo do combustível e da água na mistura de combustível/água, e calcular um consumo de combustível com base no fluxo medido do combustível e da água.
ASPECTOS
[007] De acordo com um aspecto, um sistema de controle de combustível (300) para cálculo de consumo de combustível para uma mistura de combustível e água compreende um misturador (330), uma fonte de combustível (310) acoplada fluidamente ao misturador (330), a fonte de combustível (310) sendo configurada para medir um fluxo de combustível para o misturador (330), uma fonte de água (315) acoplada fluidamente ao misturador (330), a fonte de água (315) sendo configurada para medir um fluxo de água para o misturador (330), e um medidor de fluxo de mistura (5) acoplado fluidamente ao misturador (330), o medidor de fluxo de mistura (5) sendo configurado para receber e medir propriedades de uma mistura de combustível/água a partir do misturador (330).
[008] Preferivelmente, o sistema de controle de combustível (300) compreende adicionalmente um controlador (360) acoplado comunicativamente à fonte de combustível (310), à fonte de água (315) e ao medidor de fluxo de mistura (5), referido controlador (360) sendo configurado para calcular um consumo de combustível com base no fluxo medido do combustível e no fluxo medido da água.
[009] Preferivelmente, o controlador (360) sendo configurado para calcular o consumo de combustível com base no fluxo medido do combustível e no fluxo medido da água compreende o controlador (360) sendo configurado para calcular o consumo de combustível com base na equação:
Figure img0001
em que: SFOC = consumo específico de óleo combustível (g/kWh); QTEST = valor calorífico líquido do óleo combustível durante teste (MJ/kg); QCONT = valor calorífico líquido do óleo combustível durante a caracterização da linha de base do motor (MJ/kg), que pode ser referido como teste de aceitação na fábrica; α = fator de ajuste de potência; K = razão de potência indicada; Be = consumo de óleo combustível em leito de teste (g/kWh); e EDP = bombas acionadas por motor (g/kWh).
[0010] Preferivelmente, o teor calorífico líquido do combustível durante teste (QTEST) é atualizado usando a seguinte equação: QNEW = (QFUEL * mFUEL) + (Q WATER * mWATER); em que: QNEW = teor calorífico da mistura de combustível/água; QFUEL = valor do teor calorífico de óleo combustível; QWATER = valor do teor calorífico de água; mFUEL = fator de concentração de fluxo mássico de combustível; e mWATER = fator de concentração de fluxo mássico de água.
[0011] Preferivelmente, o controlador (360) sendo configurado para calcular um consumo de combustível com base no fluxo medido do combustível e da água compreende o controlador (360) sendo configurado para calcular um fator de concentração de fluxo mássico do combustível (mFUEL) e um fator de concentração de fluxo mássico da água (mWATER) com base no fluxo medido do combustível, o fluxo medido da água, e um fluxo medido da mistura de combustível/água fornecido pelo medidor de fluxo de mistura (5).
[0012] Preferivelmente, a fonte de água (315) compreende um medidor de fluxo de fonte de água (5w) e a fonte de combustível (310) compreende um medidor de fluxo de fonte de combustível (5f).
[0013] Preferivelmente, a fonte de água (315) sendo configurada para medir o fluxo de água compreende a fonte de água (315) sendo configurada para medir um fluxo mássico da água (mFLOW WATER) e a fonte de combustível (310) sendo configurada para medir o fluxo do combustível compreende a fonte de combustível (310) sendo configurada para medir um fluxo mássico de combustível (mFLOW FUEL).
[0014] Preferivelmente, o medidor de fluxo de mistura (5) sendo configurado para receber e medir propriedades de uma mistura de combustível/água a partir do misturador (330) compreende o medidor de fluxo de mistura (5) sendo configurado para medir um fluxo mássico da mistura de combustível/água (mFLOW TOTAL).
[0015] Preferivelmente, o fluxo medido do combustível e o fluxo medido da água são taxas de fluxo volumétrico, e em que a fonte de combustível (310) é configurada adicionalmente para medir uma densidade do fluxo do combustível, a fonte de água (315) é configurada adicionalmente para medir uma densidade do fluxo da água, e as propriedades da mistura de combustível/água compreendem, pelo menos, uma dentre uma taxa de fluxo volumétrico e uma densidade da mistura de combustível/água.
[0016] De acordo com um aspecto, um método de calcular um consumo de combustível de uma mistura de combustível e água compreende fluir uma mistura de combustível/água, medir um fluxo do combustível e da água na mistura de combustível/água, e calcular um consumo de combustível com base no fluxo medido do combustível e da água.
[0017] Preferivelmente, calcular o consumo de combustível com base no fluxo medido do combustível e da água compreende calcular o consumo de combustível com base na equação:
Figure img0002
em que: SFOC = consumo específico de óleo combustível (g/kWh); QTEST = valor calorífico líquido do óleo combustível durante teste (MJ/kg); QCONT = valor calorífico líquido do óleo combustível durante a caracterização da linha de base do motor (MJ/kg), que pode ser referido como teste de aceitação na fábrica; α = fator de ajuste de potência; K = razão de potência indicada; Be = consumo de óleo combustível em leito de teste (g/kWh); e EDP = bombas acionadas por motor (g/kWh).
[0018] Preferivelmente, o teor calorífico líquido do combustível durante teste (QTEST) é atualizado usando a seguinte equação: QNEW = (QFUEL * mFUEL) + (Q WATER * mWATER); em que: QNEW = teor calorífico da mistura de combustível/água; QFUEL = valor do teor calorífico de óleo combustível; QWATER = valor do teor calorífico de água; mFUEL = fator de concentração de fluxo mássico de combustível; e mWATER = fator de concentração de fluxo mássico de água.
[0019] Preferivelmente, calcular um consumo de combustível com base no fluxo medido do combustível e da água compreende calcular um fator de concentração de fluxo mássico do combustível (mFUEL) e um fator de concentração de fluxo mássico da água (mWATER) com base no fluxo medido do combustível e da água, e um fluxo medido da mistura de combustível/água.
[0020] Preferivelmente, medir o fluxo do combustível e da água compreende medir um fluxo mássico da água (mFLOW WATER) e medir um fluxo mássico de combustível (mFLOW FUEL).
[0021] Preferivelmente, medir a taxa de fluxo do combustível e da água compreende medir um fluxo mássico da mistura de combustível/água (mFLOW TOTAL).
[0022] Preferivelmente, o fluxo medido do combustível e no fluxo medido da água são taxas de fluxo volumétrico, e em que o método compreende adicionalmente medir uma densidade de, pelo menos, um dentre o fluxo do combustível e o fluxo da água.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0023] O mesmo número de referência representa o mesmo elemento em todos os desenhos. Deve ser entendido que os desenhos não estão necessariamente em escala.
[0024] Figura 1 mostra um sistema de controle de combustível 100 para cálculo de consumo de combustível de uma mistura de combustível e água.
[0025] Figura 2 mostra outro sistema de controle de combustível 200 para cálculo de consumo de combustível de uma mistura de combustível e água.
[0026] Figura 3 mostra outro sistema de controle de combustível 300 para cálculo de consumo de combustível de uma mistura de combustível e água.
[0027] Figura 4 mostra um método 400 para cálculo de consumo de combustível de uma mistura de combustível e água.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[0028] Figuras 1 - 4 e a descrição seguinte mostram exemplos específicos para ensinar aos versados na técnica como realizar e usar o melhor modo das modalidades de um cálculo do consumo de combustível de uma mistura de combustível e água. Com a finalidade de ensinar os princípios inventivos, alguns aspectos convencionais foram simplificados ou omitidos. Os versados na técnica apreciarão variações destes exemplos que se enquadram no escopo da presente descrição. Os versados na técnica apreciarão que as características descritas abaixo podem ser combinadas de vários modos para formar múltiplas variações do cálculo do consumo de combustível de uma mistura de combustível e água. Como resultado, as modalidades descritas abaixo não são limitadas aos exemplos específicos descritos abaixo.
Sistema de controle de combustível
[0029] Figura 1 mostra um sistema de controle de combustível 100 para um cálculo de consumo de combustível para uma mistura de água e combustível. Como mostrado em Figura 1, o sistema de controle de combustível 100 é constituído por um medidor de fluxo de mistura 5 acoplado fluidamente a um motor 20. Também é mostrado um re-circulador 150, que é constituído por uma linha de combustível transportando combustível não consumido fornecido pelo motor 20. O re-circulador 150 re-circula o combustível não consumido de volta ao motor 20 para ser consumido. O medidor de fluxo de mistura 5 é acoplado fluidamente ao motor 20 via o re-circulador 150.
[0030] Como mostrado na Figura 1, o medidor de fluxo de mistura 5 pode ser um medidor de fluxo vibratório, tal como um medidor de fluxo Coriolis, embora possa ser usado qualquer medidor de fluxo apropriado em modalidades alternativas. O medidor de fluxo de mistura 5 pode ser configurado para medir e/ou determinar propriedades e características do combustível fluindo através do medidor de fluxo de mistura 5. Por exemplo, o medidor de fluxo de mistura 5 pode medir um fluxo da mistura de combustível/água fluindo através do medidor de fluxo de mistura 5.
[0031] Embora o medidor de fluxo de mistura 5 seja mostrado como uma única unidade integrada, o medidor de fluxo de mistura 5 pode ser constituído por componentes separados distribuídos por todo o sistema de controle de combustível 100. Por exemplo, uma eletrônica de medidor no medidor de fluxo de mistura 5 pode fazer parte de um controlador separado que é acoplado comunicativamente a, por exemplo, o motor 20. Adicionalmente ou alternativamente, o medidor de fluxo de mistura 5 pode ser constituído por componentes separados que desempenham funções específicas, como um primeiro componente que mede a densidade do combustível; um segundo componente que mede a taxa de fluxo, etc. O medidor de fluxo de mistura 5 também pode estar disposto em locais diferentes no sistema de controle de combustível 100. Por exemplo, o medidor de fluxo de mistura 5 pode estar disposto mais próximo do motor 20, fazer parte do re-circulador 150, etc.
[0032] Como mostrado em Figura 1, o medidor de fluxo de mistura 5 recebe a mistura de combustível/água e fornece a mistura de combustível/água para o re- circulador 150. A mistura de combustível/água fornecida pelo medidor de fluxo de mistura 5 é misturada com a mistura não consumido de combustível/água fornecida pelo motor 20. Como pode ser apreciado, o medidor de fluxo de mistura 5 fornece a mistura de combustível/água para o re-circulador 150 a uma taxa que é a mesma como uma taxa de consumo pelo motor 20. Como também pode ser apreciado, Figura 1 mostra uma configuração em série. Isto é, apenas um medidor de fluxo de mistura 5 é empregado para fornecer a mistura de combustível/água para o motor 20. Além disso, a taxa de consumo pelo motor 20 é determinada a partir do medidor de fluxo de mistura 5. Outras configurações podem ser empregadas, como ilustrado pela seguinte discussão.
[0033] Figura 2 mostra outro sistema de controle de combustível 200 para um cálculo de consumo de combustível para uma mistura de combustível e água. Como mostrado em Figura 2, o sistema de controle de combustível 200 é constituído por medidores de fluxo de entrada 5i acoplados fluidamente a motores 20. Os medidores de fluxo de retorno 5r são também acoplados fluidamente aos motores 20. Também é mostrado um re-circulador 250, que é constituído por uma linha de combustível re-circulando a mistura não consumida de combustível/água fornecida pelo motor 20. O re-circulador 250 transporta a mistura de combustível/água re- circulada de volta para o motor 20 para ser consumida. Os medidores de fluxo de entrada 5i são acoplado fluidamente ao motor 20 e os medidores de fluxo de retorno 5r são acoplados fluidamente aos medidores de fluxo de entrada 5i via o re- circulador 250. Os medidores de fluxo de entrada e de retorno 5i, 5r podem ser iguais que o medidor de fluxo de mistura 5 descrito com referência à Figura 1. Também é mostrado um medidor de fluxo de fonte de água 5w e um medidor de fluxo de fonte de combustível 5f, que são acoplados fluidamente a um misturador 230. O misturador 230 é acoplado fluidamente aos medidores de fluxo de entrada e de retorno 5i, 5r.
[0034] O medidor de fluxo de fonte de água 5w e o medidor de fluxo de fonte de combustível 5f respectivamente fornecem água e combustível para o misturador 230. O medidor de fluxo de fonte de água 5w e o medidor de fluxo de fonte de combustível 5f medem um fluxo da água e combustível fornecido para o misturador 230. O fluxo medido pode ser qualquer fluxo apropriado, como uma taxa de fluxo volumétrico ou mássico. O misturador 230 mistura o combustível e água em uma mistura de combustível/água e fornece a mistura de combustível/água para os medidores de fluxo de entrada 5i.
[0035] Os medidores de fluxo de entrada 5i recebem uma mistura de combustível/água a partir do misturador 230 e fornecem a mistura de combustível/água para os motores 20. A mistura de combustível/água fornecida pelos medidores de fluxo de entrada 5i é misturada com a mistura não consumida de combustível/água fornecida pelos motores 20. Como pode ser apreciado, os medidores de fluxo de entrada 5i fornecem a mistura de combustível/água re- misturada para os motores 20 a uma taxa que pode ser similar a uma taxa de consumo pelos motores 20. A taxa de consumo pelos motores 20 também pode ser similar à diferença em taxas de fluxo medidas pelos medidores de fluxo de entrada 5i e os medidores de fluxo de retorno 5r. Como também pode ser apreciado, Figura 2 mostra uma configuração paralela dos medidores de fluxo de entrada 5i, motores 20, e medidores de fluxo de retorno 5r.
[0036] Figura 3 mostra outro sistema de controle de combustível 300 para cálculo de consumo de combustível para uma mistura de combustível e água. Como mostrado em Figura 3, o sistema de controle de combustível 300 é constituído por uma fonte de combustível 310 acoplada fluidamente à válvula 320. A válvula 320 é acoplada fluidamente ao primeiro misturador 330, que é configurado para receber combustível abastecido via a válvula 320. O primeiro misturador 330 é acoplado fluidamente a uma fonte de água 315 e é configurado para receber água fornecida pela fonte de água 315. O primeiro misturador 330 é acoplado fluidamente ao medidor de fluxo de mistura 5 mostrado em Figura 3, e é configurado para abastecer a mistura de combustível/água para o medidor de fluxo de mistura 5. O medidor de fluxo de mistura 5 é configurado para receber e medir propriedades da mistura de combustível/água abastecida. O medidor de fluxo de mistura 5 é acoplado fluidamente ao segundo misturador 340. O segundo misturador 340 é também acoplado fluidamente ao motor 20 e um re-circulador 350. O segundo misturador 340 e re-circulador 350 são acoplados fluidamente ao motor 20. O segundo misturador 340 é configurado para receber e misturar a mistura de combustível/água abastecida fornecida pelo medidor de fluxo de mistura 5 e mistura de combustível/água re- circulada a partir do re-circulador 350 em uma mistura de combustível/água re- misturada. O segundo misturador 340 fornece a mistura de combustível/água re- misturada para o motor 20. O medidor de fluxo de mistura 5, motor 20, fonte de combustível 310, fonte de água 315, válvula 320, e re-circulador 350 são acoplados comunicativamente a um controlador 360.
[0037] A fonte de combustível e água 310, 315 pode ser constituída por ou incluir o medidor de fluxo de fonte de água 5w e o medidor de fluxo de fonte de combustível 5f. Por exemplo, a fonte de combustível e água 310, 315 pode incluir um tanque que é acoplado fluidamente a entradas no medidor de fluxo de fonte de água 5w e no medidor de fluxo de fonte de combustível 5f. Consequentemente, o medidor de fluxo de fonte de água 5w e o medidor de fluxo de fonte de combustível 5f são acoplados comunicativamente ao controlador 360. O medidor de fluxo de fonte de água 5w e o medidor de fluxo de fonte de combustível 5f também fornecem combustível e água para o primeiro misturador 330. O medidor de fluxo de mistura 5 pode ser uma representação simplificada dos medidores de fluxo de entrada e de retorno 5i, 5r. O medidor de fluxo de mistura 5 pode medir o consumo da mistura de combustível/água pelo motor 20.
[0038] O primeiro e segundo misturadores 330, 340 podem ser tanques configurados para reter e misturar a mistura de combustível/água em uma mistura homogênea. O primeiro e segundo misturadores 330, 340 podem ser baseados em vários mecanismos para homogeneizar o combustível. Por exemplo, o primeiro e segundo misturadores 330, 340 podem empregar, por exemplo, vibrações ambientais, agitadores, ou similares, para homogeneizar o combustível. No entanto, qualquer configuração apropriada pode ser empregada em modalidades alternativas. Ao ser homogeneizada, a mistura de combustível/água é constituída uniformemente pelo combustível e água recebidos. Como pode ser apreciado, embora homogêneas, as concentrações do combustível e água podem variar ao longo do tempo.
[0039] O re-circulador 350 pode ser configurado para condicionar a mistura de combustível/água re-circulada pelo motor 20 para consumo pelo motor 20. O re- circulador 350 pode ser constituído por um controlador de pressão, controlador de temperatura, ou similares, embora qualquer configuração apropriada possa ser empregada. O condicionamento da mistura de combustível/água re-circulada pelo motor 20 pode incluir o controlador 360 controlando a pressão, temperatura, etc., de modo que a mistura de combustível/água re-circulada é apropriada para uso pelo motor 20. No entanto, em modalidades alternativas, o recondicionamento da mistura de combustível/água pode incluir utilizar componentes que não são controlados pelo controlador 360.
[0040] O controlador 360 pode ser uma placa de circuito que inclui um processador acoplado comunicativamente à memória e portas I/O, embora qualquer controlador apropriado possa ser empregado em modalidades alternativas. O controlador 360 pode incluir programas de software que executam os métodos, como os métodos descritos aqui, para controlar o fluxo da mistura de combustível/água através do sistema de controle de combustível 300 mostrado em Figura 3. O software pode ser armazenado na memória e executado pelo processador no controlador 360. Embora o controlador 360 seja descrito como sendo uma placa de circuito única, em modalidades alternativas, outros controladores podem ser constituídos por duas ou mais placas, como sub-placas, módulos ou similares.
[0041] Embora não mostrado em Figura 3, o sistema de controle de combustível 300 pode ser constituído por componentes adicionais, como sensores de temperatura ou sensores de pressão, válvulas de controle de fluxo, reguladores de pressão, ou similares. Alternativamente, outras modalidades podem não empregar todos os componentes mostrados em Figura 3. Por exemplo, as outras modalidades podem não empregar o primeiro e segundo misturadores 330, 340, re- circulador 350, etc. Adicionalmente ou alternativamente, os componentes mostrados em Figura 3 podem apresentar outras configurações. Por exemplo, o primeiro e segundo misturadores 330, 340 podem incluir sensores e/ou atuadores que são controlados pelo controlador 360 para misturar a mistura de combustível/água recebida pelo primeiro e segundo misturadores 330, 340.
[0042] Como mostrado, o controlador 360 pode ser configurado para se comunicar com o medidor de fluxo de mistura 5, motor 20, fonte de combustível 310, fonte de água 315, válvula 320, e re-circulador 350 usando as portas I/O. As portas I/O podem ser configuradas para se comunicar usando qualquer meio de comunicação apropriado, como, por exemplo, serial, paralelo, baseado em pacote, etc. O controlador 360 pode receber, por exemplo, dados das medições de taxa de fluxo a partir da fonte de combustível 310, fonte de água 315, medidor de fluxo de mistura 5, consumo de combustível a partir do motor 20, informação de posição da válvula a partir da válvula 320, e dados da recirculação da mistura de combustível/água a partir do re-circulador 350 via as portas I/O. O controlador 360 também pode enviar comandos, como comandos de abertura/fechamento da válvula para uma válvula 320 e comandos de condicionamento do combustível para o re- circulador 350.
[0043] O processador no controlador 360 pode usar os dados de taxa de fluxo recebidos para calcular uma taxa de fluxo da mistura de combustível/água fluindo através do medidor de fluxo de mistura 5. O processador no controlador 360 pode ser também configurado para determinar uma taxa de consumo de mistura de combustível/água usando a taxa de fluxo da mistura de combustível/água fornecida pelo medidor de fluxo de mistura 5. O processador no controlador 360 também pode enviar comandos para abrir e fechar a válvula 320 sobre as portas I/O. O controlador 360 também pode incluir um temporizador usado pelo processador para determinar o tempo em que os comandos são enviados para a válvula 320. Como será explicado em maiores detalhes a seguir, o controlador 360 pode calcular um consumo de combustível da mistura de combustível/água.
[0044] O teor calorífico para combustível (sem o teor de água) é usado dentro do cálculo de ISO-SFOC, visto abaixo em equação (1) como QTEST:
Figure img0003
em que: SFOC = consumo específico de óleo combustível (g/kWh); QTEST = valor calorífico líquido do óleo combustível durante teste (MJ/kg); QCONT = valor calorífico líquido do óleo combustível durante a caracterização da linha de base do motor (MJ/kg), que pode ser referido como teste de aceitação na fábrica; α = fator de ajuste de potência; K = razão de potência indicada; Be = consumo de óleo combustível em leito de teste (g/kWh); e EDP = bombas acionadas por motor (g/kWh).
[0045] Embora o termo “SFOC” seja empregado, termos alternativos, como, por exemplo, BISO também podem ser empregados - que também se refere ao consumo de óleo combustível de acordo com ISO 3046-1.
[0046] Quando a mistura de combustível/água é abastecida para o medidor de fluxo de mistura 5, um valor do teor calorífico atualizado da mistura de combustível/água é calculado, visto abaixo em equação (2): QNEW = (QFUEL * mFUEL) + (QwATER * mWATER) (2) em que: QNEW = teor calorífico da mistura de combustível/água; QFUEL = valor do teor calorífico de óleo combustível; QWATER = valor do teor calorífico de água; mFUEL = fator de concentração de fluxo mássico de combustível; e mWATER = fator de concentração de fluxo mássico de água.
[0047] Os fatores de concentração de fluxo mássico, mFUEL e mWATER, são calculados abaixo em equação (3) e equação (4) respectivamente:
Figure img0004
em que: mFLOW FUEL = fluxo mássico de combustível; mFLOW WATER = fluxo mássico de água; e mFLOW TOTAL = fluxo mássico da mistura de combustível/água.
[0048] O fluxo mássico do combustível, água, e mistura de combustível/água são medidos pelos medidores de fluxo de fonte de água e combustível 5w, 5f e medidor de fluxo de mistura 5 descrito com referência à Figura 3. Os medidores de fluxo de fonte de água e combustível 5w, 5f e o medidor de fluxo de mistura 5 podem fornecer os fluxos mássicos medidos para o controlador 360, que pode calcular os fatores de concentração de fluxo mássico usando equações (3) e (4), o teor calorífico da mistura de combustível/água QNEW usando equação (2), e o SFOC para a mistura de combustível/água. Quando calculando SFOC para a mistura de combustível/água, o teor calorífico da mistura de combustível/água QNEW é usado em vez do QTEST como mostrado na seguinte equação (5):
Figure img0005
em que: SFOCCORR = consumo específico de óleo combustível (g/kWh), corrigido para a mistura de combustível/água.
[0049] Consequentemente, o consumo específico de óleo combustível corrigido SFOCCORR inclui o teor calorífico de água mesmo que a linha de base ou teste de aceitação na fábrica SFOC usasse apenas o teor calorífico do óleo combustível QCONT.
[0050] Outros métodos podem ser usados para corrigir SFOC. Por exemplo, um método alternativo para corrigir SFOC para mistura é por correção do valor ‘mássico de combustível consumido’ e deixando o valor de ‘teor calorífico do combustível’ não corrigido. O valor ‘mássico de combustível consumido’ é corrigido usando somente o combustível adicionado à mistura de combustível, em vez de usar a medição de fluido total queimado. Alternativamente, as medições de fluxo pelos medidores de fluxo de fonte de água e combustível 5w, 5f e medidor de fluxo de mistura 5 podem ser medições de fluxo volumétrico. Consequentemente, o cálculo de consumo de combustível pode ser baseado em volume em vez de massa. O seguinte ilustra um método que calcula um consumo de combustível da mistura de combustível/água.
Método
[0051] Figura 4 mostra um método 400 para cálculo de consumo de combustível de uma mistura de combustível e água. O método 400 começa fluindo uma mistura de combustível/água em etapa 410. A mistura de combustível/água pode ser uma mistura de óleo combustível fornecida pela fonte de combustível 310 e água fornecida pela fonte de água 315, embora qualquer mistura de combustível/água apropriada possa ser empregado. A mistura de combustível/água pode ser misturada no primeiro misturador 330 e fornecida para o medidor de fluxo de mistura 5. As concentrações do combustível e água podem variar com o tempo por, por exemplo, controle da taxa de fluxo do combustível ou da água.
[0052] Em etapa 420, o método 400 mede um fluxo do combustível e da água na mistura de combustível/água. Devido às concentrações do combustível e da água variarem, o fluxo mássico medido do combustível e/ou da água pode variar. O fluxo da água e combustível pode ser medido pelos medidores de fluxo de fonte de água e combustível 5w, 5f. Os medidores de fluxo de fonte de água e combustível 5w, 5f podem fornecer o fluxo medido do combustível e da água para o controlador 360. Similarmente, o fluxo da mistura de combustível/água pode ser medido pelo medidor de fluxo de mistura 5 e fornecido para o controlador 360.
[0053] Em etapa 430, o método 400 calcula o consumo de combustível com base no fluxo medido do combustível e da água. O consumo de combustível calculado pode ser o consumo específico corrigido de óleo combustível SFOCCORR calculado usando equação (5), embora qualquer cálculo de consumo de combustível apropriado possa ser empregado. Com referência às equações (2) - (5), o teor calorífico líquido da mistura de combustível/água QNEW pode ser calculado com base em fluxos mássicos do combustível e da água mFLOW FUEL, mFLOW WATER. O consumo específico corrigido de óleo combustível SFOCCORR pode ser calculado com base no teor calorífico líquido da mistura de combustível/água.
[0054] O consumo de combustível pode ser calculado continuamente. Por exemplo, o controlador 360 pode receber continuamente as medições de fluxo mássico mFLOW FUEL, mFLOW WATER a partir de medidores de fluxo de fonte de água e combustível 5w, 5f e o fluxo mássico total mFLOW TOTAL a partir do medidor de fluxo de mistura 5 para calcular, de modo contínuo e iterativo, o consumo específico corrigido de óleo combustível SFOCCORR. Adicionalmente ou alternativamente, um atraso de tempo entre as medições de fluxo mássico mFLOW FUEL, mFLOW WATER, mFLOW TOTAL e o consumo da mistura de combustível/água correspondente pode ser incluído. Por exemplo, o consumo específico corrigido de óleo combustível SFOCCORR pode ser calculado com dados de medição que são desviados por um atraso para assegurar que a razão de potência indicada K e bombas acionadas por motor EDP, assim como quaisquer outros fatores de correção que variam com o tempo, correspondam a uma mistura de combustível/água sendo realmente consumida pelo motor 20. O atraso pode ser um valor fixo ou pode estar correlacionados com o fluxo mássico mFLOW TOTAL da mistura de combustível/água.
[0055] Como explicado acima, o sistema de controle de combustível 300 e o método 400 calculam o consumo de combustível da mistura de combustível e água. O consumo de combustível pode ser calculado com base no fluxo mássico do combustível e no fluxo mássico da água, que podem ser medidos por medidores de fluxo de fonte de água e combustível 5w, 5f. O controlador 360 pode calcular o consumo de combustível usando teores caloríficos de tanto o combustível como de água na mistura de combustível/água. O teor calorífico da mistura de combustível/água pode ser com base em concentrações mássicas do combustível e da água na mistura de combustível/água. Por exemplo, o consumo específico corrigido de óleo combustível SFOCCORR pode ser calculado com um teor calorífico corrigido da mistura de combustível/água QNEW, assim corrigindo o teor calorífico da água na mistura de combustível/água.
[0056] Como um resultado, o consumo específico de óleo combustível do motor 20 SFOC pode ser calculado para um padrão ISO (por exemplo, ISO 3046-1) e comparado com seu teste de aceitação na fábrica SFOC, a fim de determinar o uso de ciclo de vida útil corrente do motor, apesar do motor 20 estar consumindo a mistura de combustível/água. Esta comparação de padrão ISO também pode ser usada para provar a eficácia de programas de manutenção preventiva/manutenção de serviço pelo fabricante do motor 20. A eficácia de programas de manutenção preventiva/manutenção de serviço pode ser avaliada com maior precisão com o consumo específico corrigido de óleo combustível SFOCCORR do que se o cálculo do consumo específico não corrigido de óleo combustível SFOC fosse usado.
[0057] As descrições detalhadas das modalidades acima não são descrições exaustivas de todas as modalidades contempladas pelos inventores como estando dentro do escopo da presente descrição. De fato, versados na técnica reconhecerão que certos elementos das modalidades descritas acima podem ser combinados de forma variável ou eliminados para criar outras modalidades, e tais outras modalidades estão dentro do escopo e ensinamentos da presente descrição. Também será evidente para os versados na técnica que as modalidades descritas acima podem ser combinadas no todo ou em parte para criar modalidades adicionais dentro do escopo e ensinamentos da presente descrição.
[0058] Assim, embora modalidades específicas sejam descritas aqui para fins ilustrativos, várias modificações equivalentes são possíveis dentro do escopo da presente descrição, como os versados na técnica relevante irão reconhecer. Os ensinamentos aqui apresentados podem ser aplicados a outros cálculos de consumo de combustível de uma mistura de combustível e água e não apenas para as modalidades descritas acima e mostradas nas figuras em anexo. Consequentemente, o escopo das modalidades descritas acima deve ser determinado a partir das seguintes reivindicações.

Claims (13)

1. Sistema de controle de combustível (300) para cálculo de consumo de combustível para uma mistura de combustível e água, o sistema de controle de combustível (300) compreendendo: um misturador (330); uma fonte de combustível (310) acoplada fluidamente ao misturador (330), a fonte de combustível (310) sendo configurada para medir um fluxo de combustível para o misturador (330); uma fonte de água (315) acoplada fluidamente ao misturador (330), a fonte de água (315) sendo configurada para medir um fluxo de água para o misturador (330); um medidor de fluxo de mistura (5) acoplado fluidamente ao misturador (330), o medidor de fluxo de mistura (5) sendo configurado para receber e medir propriedades de uma mistura de combustível/água a partir do misturador (330); e caracterizado por um controlador (360) acoplado comunicativamente à fonte de combustível (310), à fonte de água (315), e ao medidor de fluxo de mistura (5), referido controlador (360) sendo configurado para calcular um consumo de combustível com base no fluxo medido do combustível, no fluxo medido da água, e no fluxo medido da mistura de combustível/água fornecido pelo medidor de fluxo de mistura (5), em que o controlador (360) sendo configurado para calcular o consumo de combustível com base no fluxo medido do combustível, no fluxo medido da água, e no fluxo medido da mistura de combustível/água compreende o controlador (360) sendo configurado para calcular o consumo de combustível com base na equação:
Figure img0006
em que: SFOC = consumo específico de óleo combustível (g/kWh); QTESTE = valor calorífico líquido do óleo combustível durante teste (MJ/kg); QCONT = valor calorífico líquido do óleo combustível durante a caracterização da linha de base do motor (MJ/kg), que pode ser referido como teste de aceitação na fábrica; α = fator de ajuste de potência; K = razão de potência indicada; Be = consumo de óleo combustível em leito de teste (g/kWh); e EDP = bombas acionadas por motor (g/kWh).
2. Sistema de controle de combustível (300) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o teor calorífico líquido do combustível durante teste (QTEST) é atualizado usando a seguinte equação: QNOVO = (QcOMBUSTÍVEL * mCOMBUSTÍVEL) + (QÁGUA * mÁGUA); em que: QNOVO = teor calorífico da mistura de combustível/água; QCOMBUSTÍVEL = valor do teor calorífico de óleo combustível; QÁGUA = valor do teor calorífico de água; mCOMBUSTÍVEL = fator de concentração de fluxo mássico de combustível; e mÁGUA = fator de concentração de fluxo mássico de água.
3. Sistema de controle de combustível (300) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador (360), sendo configurado para calcular um consumo de combustível com base no fluxo medido do combustível, no fluxo medido da água, e no fluxo medido da mistura de combustível/água, compreende o controlador (360) sendo configurado para calcular um fator de concentração de fluxo mássico do combustível (mCOMBUSTÍVEL) e um fator de concentração de fluxo mássico da água (mÁGUA) com base no fluxo medido do combustível, no fluxo medido da água, e no fluxo medido da mistura de combustível/água fornecidos pelo medidor de fluxo de mistura (5).
4. Sistema de controle de combustível (300) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fonte de água (315) compreende um medidor de fluxo de fonte de água (5w) e a fonte de combustível (310) compreende um medidor de fluxo de fonte de combustível (5f).
5. Sistema de controle de combustível (300) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fonte de água (315) sendo configurada para medir o fluxo de água compreende a fonte de água (315) sendo configurada para medir um fluxo mássico da água (mFLUXO ÁGUA) e a fonte de combustível (310) sendo configurada para medir o fluxo do combustível compreende a fonte de combustível (310) sendo configurada para medir um fluxo mássico de combustível (mFLUXO COMBUSTÍVEL).
6. Sistema de controle de combustível (300) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o medidor de fluxo de mistura (5) sendo configurado para receber e medir propriedades de uma mistura de combustível/água a partir do misturador (330) compreende o medidor de fluxo de mistura (5) sendo configurado para medir um fluxo mássico da mistura de combustível/água (mFLUXO TOTAL).
7. Sistema de controle de combustível (300) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fluxo medido do combustível e o fluxo medido da água são taxas de fluxo volumétrico, e em que a fonte de combustível (310) é configurada adicionalmente para medir uma densidade do fluxo do combustível, a fonte de água (315) é configurada adicionalmente para medir uma densidade do fluxo da água, e as propriedades da mistura de combustível/água compreendem, pelo menos, uma dentre uma taxa de fluxo volumétrico e uma densidade da mistura de combustível/água.
8. Método de calcular um consumo de combustível de uma mistura de combustível e água, o método compreendendo: fluir uma mistura de combustível/água; medir um fluxo da mistura de combustível/água; medir um fluxo do combustível e um fluxo da água na mistura de combustível/água; e caracterizado por calcular um consumo de combustível com base no fluxo medido do combustível, no fluxo medido da água, e no fluxo medido da mistura de combustível/água, em que calcular o consumo de combustível com base no fluxo medido do combustível e da água compreende calcular o consumo de combustível com base na equação:
Figure img0007
em que: SFOC = consumo específico de óleo combustível (g/kWh); QTESTE = valor calorífico líquido do óleo combustível durante teste (MJ/kg); QCONT = valor calorífico líquido do óleo combustível durante a caracterização da linha de base do motor (MJ/kg), que pode ser referido como teste de aceitação na fábrica; α = fator de ajuste de potência; K = razão de potência indicada; Be = consumo de óleo combustível em leito de teste (g/kWh); e EDP = bombas acionadas por motor (g/kWh).
9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o teor calorífico líquido do combustível durante teste (QTESTE) é atualizado usando a seguinte equação: QNOVO = (QcOMBUSTÍVEL * mCOMBUSTÍVEL) + (QÁGUA * mÁGUA); em que: QNOVO = teor calorífico da mistura de combustível/água; QCOMBUSTÍVEL = valor do teor calorífico de óleo combustível; QÁGUA = valor do teor calorífico de água; mCOMBUSTÍVEL = fator de concentração de fluxo mássico de combustível; e mÁGUA = fator de concentração de fluxo mássico de água.
10. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que calcular um consumo de combustível com base no fluxo medido do combustível e da água compreende calcular um fator de concentração de fluxo mássico do combustível (mCOMBUSTÍVEL) e um fator de concentração de fluxo mássico da água (mÁGUA) com base no fluxo medido do combustível e da água, e no fluxo medido da mistura de combustível/água.
11. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que medir o fluxo do combustível e da água compreende medir um fluxo mássico da água (mFLUXO ÁGUA) e medir um fluxo mássico de combustível (mFLUXO COMBUSTÍVEL).
12. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que medir a taxa de fluxo do combustível e da água compreende medir um fluxo mássico da mistura de combustível/água (mFLUXO TOTAL).
13. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o fluxo medido do combustível e o fluxo medido da água são taxas de fluxo volumétrico, e em que o método compreende adicionalmente medir uma densidade de, pelo menos, uma do fluxo do combustível e do fluxo da água.
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