B YOD ZEL KULLANIMININ D ZEL MOTORU ÜZER NDEK ETK LER N N UZUN SÜREL TESTLERLE VE MOTOR NLE KAR ILA TIRMALI OLARAK NCELENMES

Transkript

1 EGE ÜN VERS TES FEN B L MLER ENST TÜSÜ (YÜKSEK L SANS TEZ ) B YOD ZEL KULLANIMININ D ZEL MOTORU ÜZER NDEK ETK LER N N UZUN SÜREL TESTLERLE VE MOTOR NLE KAR ILA TIRMALI OLARAK NCELENMES Apturrahman D NÇBA Güne Enerjisi Anabilim Dal Bilim Dal Kodu : Sunu Tarihi: Tez Dan man : Prof. Dr. Günnur KOÇAR Bornova - ZM R

2 IV

3 V ÖZET B YOD ZEL KULLANIMININ D ZEL MOTORU ÜZER NDEK ETK LER N N UZUN SÜREL TESTLERLE VE MOTOR NLE KAR ILA TIRMALI OLARAK NCELENMES D NÇBA, Apturrahman Yüksek Lisans Tezi, Güne Enerjisi Anabilim Dal Tez Yöneticisi: Prof. Dr. Günnur KOÇAR EYLÜL 2007, 170 sayfa Bu tezde; soya ya metil esterinin (SME) uzun süreli kullan m n n dizel motoru üzerindeki etkisi, dört zamanl, dört silindirli, direkt püskürtmeli ve turbo arjl bir dizel motor kullan larak ara t r lm t r. SME ve Motorin, deney motorunun orijinal püskürtme avans nda (15 ) test edilmi ve sonuçlar kar la t r lm t r. SME kullan m neticesinde ortalama olarak moment de erinde % 2,04 dü ü, güç de erinde % 1,98 dü ü ve özgül yak t tüketiminde % 13,07 art tespit edilmi tir. De i ik püskürtme avanslar nda SME kullan larak ayn testler tekrar yap lm ve SME ile motorin kullan larak 15 de yap lan test sonuçlar ile kar la t r lm t r. Test motoru, SME ve motorin ile Türk Standard (TS) 1231 e göre ayr ayr yüz (100) er saatlik dayanma deneyine tabii tutulmu tur. Testler sonucunda motorun, yak t n yanmas yla ilgili olan parçalar sökülmü ve incelenmi tir. SME kullan m sonunda yap lan inceleme neticesinde; yak t filtresinin t kanmas, yanma odas cidarlar nda ve enjektör üzerinde olu an yap kan özellikte kurum fazlal, enjektör iç parças nda olu an izler ve silindir sürtünme yüzeylerinin çok temiz kalmas dikkat çekici bulgulard r. Anahtar Sözcükler: Soya Ya Metil Esteri, Alternatif Yak t, Biyodizel, Dizel Motoru.

4 VI

5 VII ABSTRACT A COMPARATIVE INVESTIGATION ON THE EFFECTS OF BIODIESEL AND DIESEL FUEL ON A DIESEL ENGINES BY MEANS OF LONG TERM TESTS D NÇBA, Apturrahman MSc in Solar Energy Institute Supervisor: Prof. Dr. Günnur KOÇAR SEP. 2007, 170 Pages In this thesis, conducted, it was examined the effect of the use of soybean oil methyl ester (SME) on diesel engine for long duration was tested in a turbo charged diesel engine which has 4 cycles, 4 cylinders and direct injection. SME and Diesel fuel were tested in the experimental engine at 15 injection time and the results were compared. SME tests resulted in an increase of 13,07 % in the specif c fuel consumption and a decrease of 1,98 % - 2,04 % in engine power and torque respectively. By using SME, the same tests were conducted again of different injection timing and compared to test results of SME and diesel fuel (15 ). Test engine has been put on hundred (100) hours resistance experiment according to the Turkish Standard (TS) 1231 with SME and diesel fuel. After the tests, all the parts related to engine burn dissembled and investigated. Consequently, examined SME usage, there are several interesting findings, including getting full of fuel filter, abundant of pose which is sticky around the burn room and on injector, tracks turned out inside injector and getting clean of cylinder friction surface. Keywords: Soybean Oil Methyl Ester, Alternative Fuels, Biodiesel, Diesel Engine.

6 VIII

7 IX TE EKKÜR De erli yorum, öneri ve yol göstermeleri ile çal mama katk da bulunan Say n Prof. Dr. Günnur KOÇAR a, çal mam süresince bana desteklerini esirgemeyen Say n Dr.Ö.Yb. Zafer UTLU ya, beraber çal t m K.K. Astsubay Meslek Yüksek Okulu Otomotiv Grup Ba kanl personeline, deney yak t ile ilgili yard mlar ndan dolay AYYIL Ya San. ve Tic. A.. Genel Müdürü Say n Celal YILMAZ a, projeye verdikleri destekten dolay Ege Üniversitesi Rektörlü ü Bilimsel Ara t rma Fon Saymanl na te ekkür ederim.

8 X

9 XI Ç NDEK LER Sayfa ÖZET.... V ABSRACT VII TE EKKÜR.... IX EK LLER D Z N XVI Ç ZELGELER D Z N XIX S MGELER VE KISALTMALAR D Z N.... XX 1. G R ÖNCEK ÇALI MALAR Bitkisel Ya lar n Ve Esterlerinin Dizel Motorlar nda Yak t Olarak K sa Süreli Kullan m le Yap lan Çal malar Bitkisel Ya lar n Ve Esterlerinin Dizel Motorlar nda Yak t Olarak Uzun Süreli Kullan m le Yap lan Çal malar D ZEL MOTORLARINDA KULLANILAN YAKITLAR VE ÖZELL KLER. 18

10 XII 3.1 Dizel Motorlarda Kullan lan Yak tlar Dizel motorlarda kullan lan yak tlar n özellikleri Viskozite Is l de er Setan say s Akma noktas Yo unluk ve API Parlama ve alevlenme noktas Uçuculuk Korozyon etkisi Biyokütle Enerjisi ve Biyodizel Biyokütle enerjisi Biyodizel Biyodizelin tan m Biyodizelin özellikleri Biyodizelin çevresel etkileri Bitkisel ya lardan biyodizel üretimi Biyodizel standartlar MATERYAL VE METOD Materyal Deney motoru Motor test cihaz

11 XIII So utma kulesi Egzoz emisyonu ölçümünde kullan lan cihaz Deney yak t Metod Fren performans hesab Yak t ölçümü Efektif verim hesab Ortalama efektif bas nç hesab Deney a amalar Deney öncesi haz rl klar Deneyin yap l BULGULAR VE TARTI MA Güç De i imleri Moment De i imleri Özgül Yak t Tüketimi De i imleri Efektif Verim Ortalama Efektif Bas nç De i ikli i Egzoz S cakl De i ikli i I k Absorbsiyon Katsay s (K) De i imi Kar la t rmal Dayanma Deneyi Sonuçlar 73

12 XIV 6. SONUÇ VE ÖNER LER YARARLANILAN KAYNAKLAR EKLER 104 Ek 1 15 Püskürtme Avans nda Yap lan Deney Sonucu De erleri 104 Ek 2 SME LE 12 VE 18 Püskürtme Avans nda Yap lan Deney Sonucu De erleri ÖZGEÇM 106

13 XV EK LLER D Z N ekil Sayfa 3.1. Biyodizel üretimi Deney düzene inin genel görünümü Deney düzene inin ematik yap s Deney motorunun genel görünümü Kontrol paneli So utma kulesi Gaz analiz cihaz Elektronik terazi sensörünün görünümü Yak t ölçüm düzene i Motor devri-güç de i imleri, püskürtme avans Motor devrine göre de i ik avanslardaki güç de i imlerinin kar la t r lmas Motor devri-moment de i imleri, püskürtme avans Motor devrine göre de i ik avanslardaki moment de i imlerinin kar la t r lmas Motor devri-özgül yak t tüketim de i imi, püskürtme avans

14 XVI EK LLER D Z N (DEVAM) ekil Sayfa 5.6. Motor devrine göre de i ik avanslardaki özgül yak t tüketimlerinin kar la t r lmas Motor devri-efektif verim de i imi, püskürtme avans Motor devrine göre de i ik avanslardaki efektif verimlerin kar la t r lmas Motor devri-efektif bas nç de i imi, püskürtme avans Motor devrine göre de i ik avanslardaki efektif bas nçlar n kar la t r lmas Motor devri-egzoz s cakl k de i imleri, püskürtme avans Motor devrine göre de i ik avanslardaki egzoz s cakl klar n n kar la t r lmas Motor devri- k absorbsiyon katsay s de erleri, püskürtme avans Motor devrine göre de i ik avanslardaki k absorbsiyon katsay s de erlerinin kar la t r lmas Motorinle çal m komple enjektör tak m 74

15 XVII EK LLER D Z N (DEVAM) ekil Sayfa SME ile çal m komple enjektör tak m Motorinle çal m enjektör SME ile çal m enjektör Motorinle çal m enjektör ve i nesi SME ile çal m enjektör ve i nesi Motorinle çal m enjektör iç parças SME ile çal m enjektör iç parças Motorinle çal m silindir blo u SME ile çal m silindir blo u Motorinle çal m silindir ve piston SME ile çal m silindir ve piston Motorinle çal m silindir yüzeyi SME ile çal m silindir yüzeyi Motorinle çal m silindir kapa SME ile çal m silindir kapa.83

16 XVIII EK LLER D Z N (DEVAM) ekil Sayfa Motorinle çal m yanma odas SME ile çal m yanma odas Motorinle çal m silindir kapak contas SME ile çal m silindir kapak contas Motorinle çal m yak t filtresi SME ile çal m yak t filtresi SME nin motor blo u boyas na etkileri SME nin motor blo u boyas na etkileri 2.89

17 XIX Ç ZELGELER D Z N Çizelge Sayfa 3.1. Dizel yak t tiplerine ait baz fiziksel özellikler Çe itli bitkisel ya esterlerinin setan say lar Dizel yak t ve biyodizelin yak t özellikleri Biyodizelle çal an üç motorun emisyon de erleri Çe itli ülkelerdeki biyodizel standartlar Deney motorunun teknik özellikleri Motor test cihaz n n teknik özellikleri Dizel yak t ve soya ya metil esterinin kimyasal ve fiziksel özelliklerinin kar la t r lmas Bir çevrimi meydana getiren müddetler ve s ras....51

18 XX S MGELER VE KISALTMALAR D Z N Simgeler Aç klama b e B dp d G H u K n N e N T r T g Özgül yak t tüketimi (g/kwh) Saatlik yak t tüketimi (g/h) Bas nç art h z de i imi Krank mili aç de i imi A rl k (kg) Alt s l de er (MJ/kg) I k absorpsiyon katsay s Motor devri (l/min) Efektif motor gücü (kw, BG) Duman koyulu u Ortam s cakl ( C) Gaz s cakl ( C) Hava fazlal k katsay s

19 XXI S MGELER VE KISALTMALAR D Z N (DEVAM) K saltmalar Aç klama BY BYME D DDC Series 50 DI D E ID IDI K KA KME-RME KV LPG S SME SS TED Bitkisel ya Bitkisel ya metil esteri Dizel yak t Detroit Dizel irketi 4 silindirli dizel motoru Direkt püskürtmeli yanma odas Devlet statistik Enstitüsü yot de eri Ön yanma odas Kül Karbon at Kanola ya metil esteri Kinematik viskozite S v la t r lm petrol gaz Kükürt içeri i Soya ya Metil Esteri Setan say s Tespit edilemeyen de er

20 XXII S MGELER VE KISALTMALAR D Z N (DEVAM) K saltmalar Aç klama TEP TSE Ü.Ö.N YAME YAMAE Ton e de er petrol Türk Standartlar Enstitüsü Üst ölü nokta Ya asidi metil esteri Ya asidi mono alkil esteri

21 1 1.G R Enerji kayna olarak genellikle petrol kökenli benzin ve motorinin kullan ld içten yanmal motorlar, icad ndan sonra h zl bir ekilde geli me göstermi, endüstride ve günlük hayat m zda önemli bir yere sahip olmu tur. çten yanmal motorlar deniz, kara ve hava ta mac l n n büyük bir bölümünde kullan l r hale gelmi tir. Sahip oldu u bu potansiyele kar n özellikle son y llarda gerek enerji kaynaklar do rultusunda ya anan sorun ve s k nt lar, gerekse bu kaynaklar n kullan m neticesinde meydana gelen çevresel tehditler, kaynak kullan m do rultusunda yeni aray lara yönelimi do urmu, alternatif kaynak aray lar n gündeme getirmi tir (Thring, 1983; Gürleyük ve Akp nar, 2003). Günümüz dünya petrol rezervinin yakla k 135,4 milyar ton, ve do algaz rezervinin yakla k 124 trilyon m 3 oldu u tahmin edilmektedir. Mevcut üretim ve tüketimin bugünkü düzeylerde sürdürülmesi halinde, petrol kaynaklar n n ortalama y l, do algaz kaynaklar n n ise y ll k ömrünün kald hesaplanmaktad r. Bu verilere bak ld nda özellikle motorin ve benzinin ana kayna olan petrolün dünya ölçe inde son derece k sa say lacak bir rezerv ömrüne sahip oldu u görülmektedir. Dünya toplam rezervleri içinde Türkiye nin pay oldukça dü üktür. Türkiye nin üretilebilir petrol rezervleri yakla k 40 milyon ton, do algaz rezervi ise yakla k 8,5 milyar m 3 olarak belirtilmektedir (Ye il, 2000).

22 2 Kaynaklar n s n rl olmas ile birlikte sürekli olarak artan enerji ihtiyac, içinde bulundu umuz yüzy lda ve gelecekte ülkemizi ve tüm dünyay s k nt ya sokabilecek çözüm bekleyen bir problemdir. Enerji ihtiyac n fosil yak tlara ba ml olarak d ar dan kar layan Türkiye gibi ülkeler için bu çözülmesi gereken acil bir sorundur (Yam k, 2002). Türkiye de, 2000 y l nda 3527 PJ olarak gerçekle en y ll k enerji tüketiminin, 2010 y l nda 7558,66 PJ, 2023 y l nda ise PJ olarak gerçekle mesi beklenmektedir (Utlu, 2003). Enerji üretiminde mümkün oldu u kadar yerel kaynaklar kullan lmal d r. Bunun yan nda çevrenin korunmas, verimlili in art r lmas, kaynak çe itlili i ve süreklilik sa lanmas da önem arz etmektedir. Enerji politikalar nda temel al nmas gereken unsur; teknolojik ve sosyal geli meyi destekleyecek ekilde enerji ihtiyac n kar lamak üzere sürekli, güvenilir, kaliteli, temiz ve ekonomik enerji türlerine yönelmektir (Yam k, 2002). Son zamanlarda artan çevresel problemler ve enerji kaynaklar n n azalmas dünyay bir enerji krizi ile yüz yüze getirmi tir. Bu durum sürdürülebilir ve çevresel aç dan güvenli, alternatif enerji kaynaklar aray na yol açm t r. Özellikle geli mi ülkelerde alkoller, bitkisel ya lar, biyogaz ve sentetik yak tlar gibi alternatifler giderek önem kazanmaktad r. Bu yak t türlerinin baz lar petrol kaynakl dizelin yerine direkt olarak kullan labilirken, baz lar için kullanmadan önce iyile tirmeler yapmak gerekir (Barnwal and Sharma, 2004).

23 3 Alternatif bir yak t; teknik olarak uygulanabilir, ekonomik olarak geleneksel dizel yak tla rekabet edebilir, çevresel aç dan güvenli ve kolay temin edilebilir olmal d r. Bu kriterlerden yola ç k ld nda trigliseritler (bitkisel ve hayvansal ya lar) ve türevleri, geleneksel dizel yak ta alternatif olabilecek niteliktedir. Bitkisel ya lar çok çe itli kaynaklardan oldukça yüksek miktarda elde edilmektedir. Dizel yak tlarda bulunan kükürt bile ikleri atmosfere yay larak sülfürik asit ya murlar na yol açarken bitkisel ya lar n sülfür içerikleri s f ra yak n oldu undan çevresel aç dan daha güvenlidirler (Srivastava and Prasad, 2000). Rudolph DIESEL ilk olarak 1893 te Almanya da kendi icad olan motorunun denemesini gerçekle tirmi ve 1898 te Paris Dünya Fuar nda yer f st ya n yak t olarak kullanan motorunu sergilemi tir y l nda Bitkisel ya lar n motor yak t olarak kullan m n n ülkelerin tar m n n geli imine ciddi bir katk s olaca n ifade etmi ve 1912 de Bitkisel ya lar n motorlarda kullan m günümüzde önemsiz görünebilir, ancak bitkisel ya lar zamanla petrol ve kömür katran kadar önem kazanacak demi tir (Demirba, 2003; Artuko lu, 2006). Bu çal mada, uzun süreli biyodizel kullan m n n, dizel motorunda bulunan yak t n haz rlanmas ve yanmas yla ilgili motor parçalar üzerindeki etkileri deneysel olarak motorinle kar la t r larak incelenmi tir. Böylece, k sa süreli motor testleriyle tespit edilmesi mümkün olmayan veriler elde edilmi ve biyodizel kullan m n n yayg nla abilmesini sa layacak olan tedbirlerin al nabilece i öngörülmü tür.

24 4 Çal man n sonucunda; bitkisel ya lardan elde edilen biyodizelin varl ndan haberdar olan, fakat uzun vadeli etkilerini bilmedi i için kendi arac nda kullanmaktan çekinen dizel araç sahiplerine, yol gösterici sonuçlar n ortaya konmas hedeflenmi tir. Çal man n sonucuna göre, uzun süreli biyodizel kullan m n n motorin kullan m na göre motor parçalar üzerindeki etkisinin çok farkl olmamas halinde; gerek rezervlerinin giderek azalmas na kar n fiyatlar artmakta olan fosil yak tlara ba ml dizel araç sahipleri, gerekse sürekli artan d ticaret aç n dü ürmeye çal an yöneticiler daha sa l kl de erlendirme yapabileceklerdir. Ayr ca, elde edilen verilerin, biyodizelin içeri inin motor parçalar na uyumlu hale getirilmesi çal malar nda kullan lmas da mümkün olabilecektir.

25 5 2. ÖNCEK ÇALI MALAR Bitkisel ya lar n direkt olarak, seyreltme tekni i kullan larak veya esterle me reaksiyonlar ile dönü türülerek dizel motorlar nda yak t olarak kullan m dünyada birçok ara t rmac taraf ndan incelenmi tir. Bitkisel ya lar n ve esterlerinin dizel motorlar nda kullan m yla ilgili yap lan çal malar iki grupta toplamak mümkündür. Bunlar; K sa süreli çal malar, Uzun süreli çal malard r Bitkisel Ya lar n Ve Esterlerinin Dizel Motorlar nda Yak t Olarak K sa Süreli Kullan m le lgili Çal malar Braun ve Stephenson, motorin, soya ya, etanol ve bunlar n % ve % oranlar ndaki kar mlar yla elde ettikleri alternatif yak tlar n, viskozitelerini ve yanmalar n incelemi lerdir. Motor gücü de erlerinin motorinle sa lanan güce oranla % kar mlar nda % 98,5 ve % kar mlar nda % 95,9 oran nda gerçekle ti ini ortaya koymu lard r (O uz, 1998). Sims et al., Yeni Zelanda da yapt çal mada, bitkisel ya lar n motorin yerine kullan labilece ini göstermi tir. K sa süreli motor testlerinde % 50 motorin - % 50 bitkisel ya kar m n n motora olumsuz bir etki yapmad görülmü tür (Yam k, 2002).

26 6 Baranescu ve Lusco, yapt klar k sa süreli test çal mas nda, alternatif yak t olarak % 25, % 50, % 75 oranlar nda ayçiçe i ya -dizel yak t kar mlar n n fiziksel ve kimyasal özelliklerini belirlemi ler, yak t kar mlar n n enjektörlerde püskürtülmesini incelemi ler, birbirleriyle mukayese etmi ler ve k sa süreli testlerde motor parçalar nda herhangi bir kurum birikmesinin meydana gelmedi ini belirtmi lerdir (O uz, 1998). Tahir vd., 1997 y l nda yapt klar çal malarda ayçiçe i ya transesterifikasyonu sonucu elde ettikleri ayçiçe i metil esterinin, fiziksel özelliklerini belirleyerek motorlarda yak t olarak kullanm lar, motorin ile mukayese etmi lerdir. Motor denemeleri sonucu elde edilen güç e rilerinde önemli bir de i me olmad n buna kar l k maksimum gücün % 60' nda özgül yak t tüketiminin dizelden % 6 daha fazla oldu unu; bunun nedeninin ayçiçe i metil esterinin s l de erinin motorinden % 13 daha dü ük olmas ndan kaynakland n belirtmi lerdir (O uz, 1998). Ziejeswski ve Kaufman (1983), yapt klar çal mada, % 25/75 oran nda ayçiçe i ya ile motorini kar t rarak dizel motorlar nda denemi ler, elde edilen sonuçlar motorin denemeleri ile mukayese etmi lerdir. Denemeler sonucunda enjeksiyon memelerinde t kanma, egzoz manifoldunda karbon birikmesi gibi problemlerin ortaya ç kt n belirtmi lerdir.

27 7 Bitkisel ya larla motorin aras nda özgül a rl k ile alt s l de eri aç s ndan önemli bir farkl l k olmamas na ra men kinematik viskozitelerinin oldukça farkl oldu unun belirtildi i bir çal mada, ya lar n viskozitelerinin motorininkinden yakla k kat daha fazla oldu u bildirilmektedir. Bitkisel ya lar n avantaj, motorlarda minimum de i iklik ile kullan labilmeleridir. Bu yak tlar n en az motorin kadar güvenilir oldu u ve motorinin yerini alaca tahmin edilmektedir (Pryde, 1983). Engler et al. (1983), taraf ndan yap lan çal mada, kullan lan bitkisel ya türlerinden pamuk ya için performans de erleri olumlu bulunmu tur. Bununla beraber, enjektör memesi üzerinde a r derecede karbon birikimi, motor parçalar n n korozyonu gibi baz olumsuz sonuçlar n da ortaya ç kt belirtilmektedir. Bitkisel ya larla ilgili yap lan bir çok ara t rmada, yanma odas nda ve özellikle enjektör memesinde karbon birikimi olu tu u gözlenmi tir. Yak t atomizasyonunun azalmas sonucu, yanma veriminin dü mesi, ya lama ya n n kat la mas, piston segman yap mas gibi problemlerin de ortaya ç kt ve bu durumlara kar yeni tedbirlerin al nmas n n zorunlu hale geldi i belirlenmi tir. Bunun için de farkl deneylerin yap lmas gerekti i tavsiye edilmi tir (Ziejewski and Kaufman, 1983). Pryde et al. (1983) taraf ndan küçük dizel motorlar nda yak t olarak soya ya kullan larak yap lan çal mada, esas al nan ya rafine edilmi olup, s l de eri kj/kg ve yo unlu u 0,923 kg/1, viskozitesi ise 60 C s cakl kta motorinden [2D] 11 kez daha yüksektir. Sonuç olarak

28 8 yak t tüketiminde art gözlendi i, özgül yak t tüketiminin % daha yüksek oldu u belirtilmektedir. Soya ya kullan ld nda motorine göre efektif gücün, % 3 daha yüksek oldu u da bildirilmi tir. Geyer et al. (1984), ayçiçe i ve pamuk tohumu ya ile bunlar n metil esterleriyle yapt klar çal mada elde ettikleri yak tlar, tek silindirli direkt püskürtmeli dizel motorunda denemi lerdir. Denemeler esnas nda emisyon de erlerini incelemi ler, sonuçta tam yükte ayçiçe i ya hariç di er bitkisel ya lar n partikül art klar n n motorinden daha fazla, metil ester yak tlar n partikül art klar n n motorinden daha az ç kt n belirtmi lerdir. Konuya ili kin olarak yap lan bir di er çal mada, soya ya n n etil, metil ve bütil esterleri direkt püskürtmeli turbo arjl motorda test edilmi tir. Performans olarak motorin ile esterler aras nda önemli fark olmad, HC, CO ve partiküller aç s ndan da motorinle benzerlik gösterdi i, NO X emisyonlar n n ise esterlerde yüksek ç kt gözlenmi tir (Wagner, Clark and Schrock, 1983). Bruwer et al. (1991), ayçiçe i ya n yak t olarak kulland klar bir ara t rmada, bu yak t n k sa süreli çal malarda motorin ile kar la t r labilir özelliklere sahip oldu unu belirtmi lerdir. Schumacher et al. (1992), bir Dodge kamyonunda yak t olarak SME denemi ve SME nin dizel motorlar nda kolayca kullan labilece i sonucuna varm t r. Ayn zamanda motorlarda hacimsel olarak % SME-motorin kar mlar n n kullan m sonucunda; kar mdaki

29 9 SME oran n n artmas yla güç, duman koyulu u, CO ve HC emisyon de erlerinin dü tü ü, NO x emisyonlar ve yak t tüketiminin artt tespit edilmi tir. Scholl ve Sorenson taraf ndan 1993 y l nda yap lan bir çal mada, bitkisel ya lar n metil esterleri, dizel motorlar nda alternatif yak t olarak önerilmi tir. Direkt püskürtmeli bir dizel motorunda motorin ile SME nin kar la t r lmas amaçlanan bu çal mada, motor performans, egzoz emisyonlar ve s kay plar ara t r lm, deneysel ölçümleri yap lm, de i ik meme çaplar ile de i ik enjeksiyon zamanlamas n n performansa etkileri irdelenmi tir. Soya metil esterinin performans ve s kayb aç s ndan motorin ile kar la t r labilir oldu u görülmü tür. Metil esterin HC emisyonu ve duman koyulu u bak m ndan motorinden daha iyi oldu u görülmü tür. Hassett and Hasan (1992), yapt klar çal mada ayçiçe i metil ester üretimi yaparak s k t rma ate lemeli motorda kullanm lard r. Metil ester üretiminde ayçiçe i ya ile metil alkol kar m na sodyum ilave edilmi ve bu kar m büyük bir kazanda C de 2 saat süreyle kar t r lm t r. Kar m n dibinde gliserin birikmeye ba lay nca kar m so umaya b rak lm ve dipte biriken gliserin kar mdan ayr lm t r. Daha sonra kar m s cak su ile y kanarak kar mda kalan gliserin, reaksiyona girmeyen metanol ve katalizör ham esterden ayr lm t r. Distilasyon yap larak saf metil ester elde edilmi tir. Üretilen metil ester dizel motorda yak t olarak kullan lm ve testlerde motor orta yükte ve orta h zda iken performans de erleri tespit edilmi tir. Bu de erlerin motorin kullan m nda elde edilen verilere yak n oldu u bildirilmi tir.

30 10 Çelik ve Cerraho lu, motorin ve ayçiçe i ya n n belirli oranlarda kar t r larak dizel motorlar nda yak t olarak kullan labilirli ini ara t rm lard r. Çal malar nda tek silindirli dört zamanl, direkt püskürtmeli bir dizel motoru kullanm lard r. Denemelerde % 20, % 40, % 80 ayçiçe i-motorin kar mlar kullan lm, bütün denemeler 1400 l/min da yap lm t r. % 100 motorin çal mas da 1400 l/min da yap lm t r. Sonuç olarak motor devir say s n n belirli oranlarda ya ilave edilmesi ile bir miktar azald belirlenmi tir. Bu azalma; 1400 l/min da motorun yüksüz çal mas nda l/min aras nda gerçekle mi tir. Yak t tüketim miktar n n da % 100 motorine göre daha fazla oldu u ortaya konmu tur (Aytaç, 1997). Erdo an ve Onurba (1994), küçük bir dizel motorunda baz bitkisel ya lar n yak t olarak kullan lma olanaklar n incelemek amac yla yapt klar çal mada; % 25, % 50, % 75 oranlar nda bitkisel ya [ayçiçe i, pamuk, m s r özü ya lar ] ve motorin kar mlar ile % 100 bitkisel ya kar m n yak t olarak kullanm lard r. Ara t rmac lara göre hiçbir yak tta ilk hareket zorlu u görülmemi tir. Püskürtme pompas nda bir de i iklik yap lmam ve motorlarda güç dü üklü ü görülmü tür. Kar mlar n özgül yak t tüketimi, motorine göre daha fazla ç km t r. Tüm yak tlar n kullan m nda motor düzgün çal m t r. % 100 ya kar m ile yap lan deneylerde dü ük devirlerde daha s k devir say s de i imi, so utma ve ya lama sistemlerinde yetersizlikler saptanm t r (Aytaç, 1997).

31 11 Çetinkaya, yapt ara t rmada enjeksiyon öncesinde s t lan ve enjeksiyon bas nc artt r lan ayçiçe i ya ve ayçiçe i ya + motorin kar mlar n n türbülans odal bir dizel motorunun performans na etkilerini incelemi tir. Deney sonuçlar, ayçiçe i ya ve ayçiçe i ya /motorin kar mlar n n performans aç s ndan motorine yak n oldu unu, ancak ayçiçe i ya n n viskozitesinin yüksek olu u, zamanla kuruma ve dü ük s cakl klarda kat la ma e ilimi nedeniyle çözümlenmesi gereken ak ve atomizasyon problemleri oldu unu ortaya koymu tur (Alt n vd., 2001). Karaosmano lu vd. (1997) yapt klar ara t rmalar nda, bitkisel ya lar n transesterifikasyon reaksiyonu neticesinde elde edilen yak tlar biyomotorin olarak adland rm lar, biyomotorinin çe itli ülkelerdeki uygulamalar konusunda bilgi vermi lerdir. Türkiye' de her tür ya l tohum ziraat n n mümkün oldu unu, mevcut teknolojiler ile biyomotorin üretiminin yap labilece ini ve uygulamaya geçilebilece ini belirtmi lerdir (O uz, 1998). Çetinkaya (1994), yak t olarak ayçiçe i ya kullanarak dizel motorlar n n performans üzerine çal m t r. 4 silindirli türbülans odal bir traktör motorunda atomizasyon problemlerini gidermek için püskürtme bas nc n artt rarak denemeler yapm t r. Motor devrine ba l olarak, motorin, ayçiçe i ya ve motorin + ayçiçe i ya kar mlar n n egzoz s cakl klar n ölçmü tür. Ya kar mlar n n egzoz s cakl n n motorinden % 1,5 15 daha yüksek oldu unu saptam t r. Bunun yanman n gecikmesi dolay s ile egzoz zaman nda yanmam yak t kal nt lar n n fazla olmas ndan kaynaklanabilece ini belirtmi tir.

32 12 Ayçiçe i ya kar m kullan m ndan sonra enjektör ve silindir kapa sökülerek incelenmi ve ince bir karbon tabakas ile kapland görülmü tür. Bu tabakan n motorun çal mas na engel olmayaca belirtilmi tir (Aytaç, 1997). Peterson et al.(1995) çal malar nda, bitkisel ya lar n üstünlüklerini; yenilenebilir enerji kayna olmas, emniyetli olmas, biyolojik ayr abilir olmas ve egzoz gaz at klar n n daha az olmas eklinde s ralam lar; fiyatlar n n yüksek olmas n önlemede, k zartma at ya lar n yak t olarak de erlendirilmesinin maliyeti azalt c bir yol oldu u üzerinde durmu lard r. Elde ettikleri soya etil esterini 4 silindirli direkt püskürtmeli John Deere 4239 T turbo arjl dizel motorda k sa süreli testlerde denemi lerdir. Sonuç olarak, güç ve moment de erlerinde % 5 azalma, yak t tüketiminde % 7 art oldu u, emisyon testlerinde ise HC nun % 54, CO in % 46, NO X in % 14,7 oranlar nda azald ; CO 2 de erinin ise % 14 artt bildirilmi tir (O uz, 1998). Bir ba ka çal mada, Ayçiçe i ya ile kullan lm ayçiçe i ya, fiziksel ve kimyasal olarak kar la t r lm ve özellikle yo unluk ile viskozitenin kullan lm ayçiçe i ya nda daha dü ük oldu u belirlenmi tir. Ölçülen viskozitenin motorine daha yak n oldu u görülmü tür. Testler s ra tipi alt silindirli bir motorda yap lm t r. Yap lan testler sonucu, kullan lm ayçiçe i ya n n motorine göre 2/3 yükte özgül yak t tüketiminin daha yüksek oldu u saptanm t r. Fakat tam yükte yap lan testlerde, dizel yak t karakteristiklerine yak n de erler bulunmu tur (Ci izo lu vd., 1997).

33 13 Radu and Mircea 1997 y l nda yapt klar çal mada, Bitkisel ya lar n yenilenebilir olmas, dü ük oranda sülfür içermesi, güvenli depolanabilmesi ve sa l k aç s ndan risk ta mamas ndan dolay alternatif yak t olarak kullan labilece i fakat direkt püskürtmeli motorlarda dü ük s l de er ve yüksek viskozitelerinin problem olabilece i gözlenmi tir. Direkt püskürtmeli, üç silindirli, 17:1 s k t rma oran na sahip bir dizel motorunda motorin yerine ayçiçe i ya /motorin kar m kullan lm t r. Bu çal mada sedimente edilmi ayçiçe i ya, ya asitleri al nm ayçiçe i ya ve ham ayçiçe i ya ile bu üç ya n motorinle kar t r lmas sonucu alt ayr yak t elde edilmi ve bu yak tlar motorda testlere tabi tutulmu lard r. Motor % 20, % 40 ve tam yükte testlere tabii tutularak, maksimum güç, moment, yak t tüketimi testleri yap lm t r. Test sonuçlar nda ya ve ya /dizel kar mlar n n dü ük yanma s s ve yüksek viskoziteye sahip oldu u, ya /motorin kar mlar n n ham olarak kullan lan ya lara göre güç, moment ve yak t tüketimi aç s ndan daha iyi oldu u belirlenmi tir. Bundan sonra yap lacak çal malar n ç k gücünü artt rmaya yönelik sürdürülmesi tavsiye edilmi tir (Radu and Mircea, 1997). Alt n (1998), soya ya metil esterlerinin viskozitelerini dü ürmek için alkollerle kar t rarak dizel motorlarda kullanm ve dizel yak t ile kar la t rarak motor performans de erlerini ölçmü tür. SME kullan ld nda dizel yak ta göre motor performans nda çok az bir dü ü gözlenmi tir. Bunun da SME nin s l de erinin motorinin s l de erinden dü ük olmas ndan kaynakland belirtilmektedir. leri (2005), yapt çal mada kanola ya metil esterinin dizel motorlarda alternatif yak t olarak kullan labilirli ini test etmi tir. Kanola ya metil esteri, 4 silindirli direkt püskürtmeli ve turbo arjl bir dizel motorunda l/min aras nda tam yük testine tabi tutulmu tur.

34 14 Test esnas nda motor performans ve emisyon de erleri ölçülmü tür. Çal man n sonucuna göre; kanola ya metil esteri ile elde edilen motor performans de erleri motorin de erlerine yak nd r. Kanola ya metil esterinin tork ve güç de erlerine bak ld nda ortalama olarak s ras yla % 0,63 ve % 1,21 oranlar nda azald belirlenmi tir. Kanola ya metil esteri özgül yak t tüketiminin, s l de erinin dü ük ve yo unlu unun yüksek olmas ndan dolay art gösterdi i saptanm t r. Özgül yak t tüketiminde ortalama art miktar % 11,1 dir. Ayr ca CO emisyonlar nda ve k absorbsiyon katsay s nda s ras yla % 18,83 ve % 58,75 oran nda azalma oldu u tespit edilmi tir. Koçak (2005) çal mas nda, fiziksel ve kimyasal özelikleri belirlenen f nd k ya metil esterinin dizel motorlarda alternatif yak t olarak kullan labilirli ini test etmi tir. F nd k ya metil esteri, 4 silindirli direkt püskürtmeli ve turbo arjl bir dizel motorunda l/min aras nda tam yük testine tabi tutulmu tur. Test sonuçlar na göre; f nd k ya metil esteri ile elde edilen motor performans de erleri motorin de erlerine yak nd r. Tork ve güç de erlerine bak ld nda ortalama azalma oran s ras yla % 1,16 ve % 1,61 dir. F nd k ya metil esterinin özgül yak t tüketimi, s l de erinin dü ük olmas ndan ve yo unlu un yüksek olmas ndan dolay art göstermi tir. Özgül yak t tüketiminde ortalama art miktar % 11,8 dir. I k absorbsiyon katsay s n n ortalama olarak % 68,6 oran nda azald tespit edilmi tir.

35 2.2. Bitkisel Ya lar n Ve Esterlerinin Dizel Motorlar nda Yak t Olarak Uzun Süreli Kullan m le lgili Çal malar 15 Schinstock (1988), direkt enjeksiyonlu bir motorda, rafine edilmi soya ve ayçiçe i ya n motorinle 25/75 hacimsel oran nda kar t rm ve kullan m n n performansa etkilerini de erlendirmi tir. Sonuçlar n elde edilmesi için, 200 saat süreyle sabit güç testi uygulam t r. Yanma odalar nda görülen a r birikintilerin deney yap lan motorda bu yak tlar n kullan m n engelleyecek düzeyde olmad n ifade etmi tir. Sims et al. Yeni Zelanda da, % 50 motorin - % 50 bitkisel ya kar m ile yapt uzun süreli motor testlerinde enjektörlerde ve ilk çal mada baz problemlerin ortaya ç kt n tespit etmi lerdir. Yanma odalar ndaki karbon birikintilerinin ise % 100 motorin kullan lan motorlardakiyle yakla k ayn oldu u görülmü tür (Yam k, 2002). Blumberg ve Ford, yedi çe it yak t [Hacimsel olarak; % 30 pamuk çekirde i ya, % 70 2D motorin; % 50 pamuk çekirde i ya, % 50 2D motorin; % 65 pamuk çekirde i ya, % 35 2D motorin; % 80 pamuk çekirde i ya, % 20 2D motorin; % 50 pamuk çekirde i ya, % 50 pamuk çekirde i metil esteri; % 50 pamuk çekirde i metil esteri, % 50 2D motorin ve % 100 pamuk çekirde i metil esteri] kullanarak k sa ve uzun (200 saat) periyotlu motor performans ve emisyon testleri yapm lard r. Çal malar sonucunda k sa periyotlu sonuçlar n uzun periyotlu sonuçlara göre daha cazip oldu unu belirlemi lerdir. Uzun periyotlu testler, yanma odas nda karbon birikintileri, kül ve a nt ve

36 16 yak t sistemi parçalar nda reçine gibi olumsuzluklar n meydana geldi ini göstermi tir (Yam k, 2002). Schoedder, kanola ya ile yap lan uzun süreli (100 saat) motor testleri sonucunda piston segmanlar nda, valflerde ve enjektörlerde kal nt lar meydana geldi ini tespit etmi tir (Yam k, 2002). Baranescu ve Lusco, % 50 ayçiçe i ile % 50 motorin kar t rarak yapt klar 200 saatlik deneme sonunda motorun çe itli parçalar nda meydana gelen de i meleri incelemi lerdir. K sa süreli testlerde motor parçalar nda herhangi bir kurum birikmesinin meydana gelmemesine ra men uzun süreli testlerde yanma odas nda kal nt lar oldu unu belirtmi lerdir. (O uz, 1998). Vellguth (1983) taraf ndan, düz yanma odal dizel motorlar nda bitkisel ya ve esterleri yak t olarak kullan lm t r. K sa süreli testlerde problem olmamas na kar l k uzun süreli çal malarda motor elemanlar nda çe itli ar zalar oldu u belirlenmi tir. Wagner ve Peterson (1982) taraf ndan yap lan ve % 70 kanola ya ve motorin kar m n n kullan ld uzun süreli testlerde [850 h] motor, önemli bir a nt, ya lama ya nda kirlenme veya güç kayb meydana gelmeden ba ar ile çal t r lm t r. Schlick, Hamma ve Schinstock (1988), soya ve ayçiçe i ya lar n motorin ile hacimsel yüzde olarak 25/75 (bitkisel ya /motorin kar m ) oranlar nda kar t rm ve dizel motorlar nda yakla k 200 saatlik

37 17 performans testleri yapm lard r. Denemede kullan lan soya ve ayçiçe i ya n n s l de erlerinin s ras yla kj/kg ve kj/kg, motorinin ise kj/kg oldu u, yo unlu u aç s ndan soya ya n n 0,846 kg/dm 3, ayçiçe i ya n n 0,842 kg/dm 3 ve motorinin ise 0,824 kg/dm 3 gibi de erlere sahip olduklar belirtilmektedir. Denemede özgül yak t sarfiyat n n ayçiçe i ya /motorin kar m nda, soya ya /motorin kar m na göre daha dü ük oldu u, moment-devir de erlerlerinin ise ayçiçe i ya /motorin kar m nda, yaln z motorin kullan ld nda elde edilen de erlerden daha büyük oldu u görülmü tür (Alt n, 1998). Höck 1983 y l nda yapt ara t rmada, rafine kolza ya, kolza ya metil esteri ve motorini yak t olarak kullanm t r. Çal mas nda 55 adet traktör ve i makinesi ile 7 adet motorlu ta tta denemeler yapm t r. Traktörlerle saat ve di er araçlarla km ye yak n bir çal ma gerçekle tirmi tir. Sonuç olarak; rafine ya kullan m sonucu yak t borular ve rakorlarda ar za ortaya ç kt, filtrelerde bozulma oldu u ve bu yüzden bir enjektörün ar zaland n, ya lama ya nda incelmeler oldu unu, yak t pompas nda t kanmalar oldu unu, bo ta çal malarda beyaz duman at ld n, deponun kirlendi ini, so ukta ilk hareket zorlu u oldu unu, metil ester kullan m nda ise bu sorunlar n ço unun ortadan kalkt n, motor üzerinde bir de i iklik yap lmadan ester yak tlar n kullan labilece ini ve atmosferdeki CO 2 miktar n n bu sayede azalt labilece ini belirtmi tir (Vellguth, 1983).

38 18 3. D ZEL MOTORLARINDA KULLANILAN YAKITLAR VE ÖZELL KLER 3.1. Dizel Motorlarda Kullan lan Yak tlar çten yanmal motorlarda mekanik enerjiyi sa layacak olan s enerjisi, silindir içerisine belirli oranlarda al nm olan yak t ile hava ars ndaki kimyasal reaksiyon sonucunda olu ur. Kullan lan yak t n fiziksel ve kimyasal özellikleri silindirlerde olu an yanma olay n ve neticede elde edilecek olan enerjiyi do rudan etkiler. çten yanmal motorlarda genel olarak ham petrolden elde edilen s v hidrokarbonlar ve s n rl olarak da alkoller yak t olarak kullan lm t r. Elde edildikleri yerlerde de erlendirilmek üzere hava gaz, metan, biyogaz ve özellikle hava kirlenmesinin sorun oldu u ehir içi ta mac l nda s v petrol gaz (LPG) ve do al gaz gibi gaz yak tlar da kullan lmaktad r. Ayr ca ekonomik üretim ve emniyetli olarak depolama sorunlar n n çözülerek hidrojenin de yak t olarak kullan lmas için çal malar yap lmaktad r (Yam k, 2002) Dizel Motorlar nda Kullan lan Yak tlar n Özellikleri Ham petrolün dam t m esnas nda ºC kaynama noktas aral nda al nan üçüncü ana ürün motorindir. Motorin için parafin, aromat, ve naften grubu hidrokarbonlar daha uygundur. Motorini de içine alan ve kerozen ile ya lama ya aras nda özgül a rl k ve dam tma bak m ndan çok geni üretim aral bulunan yak tlar grubu içerisinde,

39 kullan m alan na ba l olarak en ideal olan dizel motoru yak t türü belirlenir (Yam k, 2002). 19 ASTM standartlar na göre dizel yak tlar u üç derecede de erlendirilmektedir: a) No.1-D: Petrolün dam t lmas ndan elde edilir. De i ik h zlarda ve yüklerde çal an motorlarda kullan lan uçucu-dam t k motorindir. b) No.2-D: Dam t k ve kraking ürünlerini ihtiva eden, No.1-D ye göre buharla ma özelli i az olan a r hizmet ve endüstri motorlar yak t d r. c) No.4-D: Dam t k ve kracking ürünlerinden ve baz at klardan olu an dü ük veya orta h z motorlar n n yak t d r (Yam k, 2002). Çizelge 3.1. Dizel yak t tiplerine ait baz fiziksel özellikler (Yam k, 2002). Özellik 1-D 2-D 4-D Setan Say s [Minimum] Parlama Noktas [ºF] Viskozite Saybolt [S], [100ºF] Kül [% Kütlesel] 0,01 0,02 0,10 Kükürt [ % Kütlesel] 0,50 1,0 2,0

40 Viskozite Motorin viskozitesi, ideal yak t-hava kar m n n elde edilmesini ve buna ba l olarak da silindir içerisinde meydana gelecek yanmay do rudan etkilemektedir. Viskozite küçüldükçe enjektörlerden silindirlere gönderilen yak t n daha küçük zerrelere ayr lmas ve hava ile homojen bir kar m olu turarak daha düzgün bir yanman n sa lanmas gerçekle mektedir. Viskozitenin çok dü ük olmas durumunda ise püskürtme sisteminin farkl bölgelerinde kaçaklar olu abilmektedir. Viskozitenin büyük olmas durumunda ise yak t n enjektörlerden yeterince küçük zerreler eklinde püskürtülmesi ve homojen yak t-hava kar m n n olu mas sa lanamaz. Buna ilave olarak özellikle so uk havalarda yak t n püskürtülmesinde sorunlar ya anabilmektedir. Bu da yanma olay n n verimini dü ürerek yanmam hidrokarbonlar n miktar n art r r. S cakl k viskoziteye önemli derecede etki etti inden, viskozite her zaman s cakl kla bir verilmelidir. Motor yak tlar n n viskoziteleri 50 ºC de 1,5-5 Engler derecesi olmal d r. Viskoziteleri bu Engler derecesinin üzerinde olan yak tlar ºC e kadar s t larak kullan l rlar (Yam k, 2002).

41 Is l De er Yak t n s l de eri genellikle birim kütlesinin enerjisi ile verilmektedir (kj/kg). Motorlardaki yanma sonu s cakl klar nda su her zaman buhar olarak bulundu undan, s l de er, alt s l de er olarak verilmelidir (Yam k, 2002) Setan Say s Motorinin en önemli özelliklerinden birisi setan say s d r. S k t rma zaman sonunda bas nc ve s cakl artm olan havan n içerisine püskürtülen motorinin kendi kendine tutu ma kabiliyetini gösteren bir ölçüdür. Dizel motorunda yak t buhar -hava kar m n n s k t rma sonu bas nç ve s cakl klar nda kendi kendine tutu abilmesi için dizel yak tlar n n tutu ma meyillerinin benzinin aksine yüksek olmas istenir. Tutu ma meylinin dü ük, yani tutu ma gecikmesi (TG) nin zaman olarak büyük olmas durumunda yanma için ayr labilen krank mili aç s aral azal r. Ayr ca TG süresince yanma odas nda biriken ve ani olarak yanan yak t miktar da artaca ndan mekanik zorlamalara neden olan yüksek bas nçlar ortaya ç kar (dizel vuruntusu) (Yam k, 2002).

42 Akma Noktas Motorinin özellikle so uk havalarda ak c l k özelli ini kaybetmemesi gerekir. Akma noktas n n yüksek olmas, yak t n so uk havalarda yak t sisteminden ak n güçlendirerek motorun çal mas n engelleyebilir. Özellikle so uk bölgelerde çal an dizel motorlar nda yak t n akma noktas n dü ürmek için içerisine belirli oranlarda gaz ya ve de i ik kimyasal maddeler kat lmaktad r Yo unluk ve API Özgül a rl k; birim hacmin a rl olarak tan mlan r. Yanmaya do rudan ba l de ildir fakat özgül a rl büyük olan yak tlar fazla miktarda karbon atomu içerdikleri için s l de erleri yüksektir. Ayr ca özgül a rl ne kadar küçük ise yak t o kadar kolay tutu ur. Genel olarak dizel yak tlar n n özgül a rl klar 0,815-0,934 gr/dm³ aras ndad r (Yam k, 2002) Parlama ve Alevlenme Noktas Bir yak t n parlama noktas, bir kapta s t lan yak t n üzerine yakla t r lan alev ile geçici olarak tutu ma halinde yak t buhar te ekkül etti i en dü ük s cakl k olarak tarif edilir.

43 23 Alevlenme noktas ise tutu ma buhar n n sönmeden devam etme s cakl d r. Alevlenme s cakl parlama s cakl ndan biraz yüksektir. Motorinin alevlenme s cakl ASTM-93 e göre 55 ºC nin alt nda olmamal d r Uçuculuk Motorun özellikle so uk havalarda kolay çal mas nda kullan lan yak t n uçuculuk özelli i çok etkilidir. Uçuculuk özelli inin yüksek olmas yanman n daha verimli ve dumans z olmas n sa lamaktad r. Dü ük uçuculuk özelli ine sahip yak tlar en iyi gücü temin edebilmek ve duman azaltmak amac yla yüksek h zl motorlar için uygundur (Yam k, 2002) Korozyon Etkisi Motorinde bulunan kükürt oran hem korozif hem de partikül olu umunu art r c yönde etki ederek zararl bir özellik olarak kar m za ç kmaktad r. Özellikle dü ük çal ma s cakl klar nda motor parçalar nda iddetli korozyona sebep olmaktad r. Kükürt miktar ASTM 129 da ve IP 3362 ye göre motor h z na ba l olarak yüksek h zl motorlarda % 1 in alt nda olmal d r (Yam k, 2002).

44 Biyokütle Enerjisi ve Biyodizel Biyokütle Enerjisi Biyokütle biyolojik kökenli, fosil olmayan organik madde kütlesidir. Ana bile enleri karbonhidrat bile ikleri olan bitkisel ve hayvansal kökenli tüm organik maddeler biyokütle enerji kayna, bu kaynaklardan elde edilen enerji ise biyokütle enerjisi olarak tan mlanmaktad r. Biyokütle enerjisi üretimi için kullan labilecek ba l ca kaynaklar, tar msal ve hayvansal at klar, organik içerikli evsel, kentsel ve endüstriyel at k/at k sular, biyolojik ar tma çamurlar, enerji bitkileri, klasik ormanlar, enerji ormanlar, sucul ekosistemlerde yeti en alg ve yosun gibi canl lard r. Ayr ca biyokütlenin olu tu u alanlar u ekilde özetlemek mümkündür: Kültür bitkileri, çay r, mera ve enerji bitkilerinin yeti tirildi i tar msal alanlar, Klasik orman alanlar ile enerji elde etmek amac yla yeti tirilen ormanl k alanlar, Bitki kal nt lar ve hayvan at klar, Belediyeye ait kat at klar, biyolojik ar tma çamurlar, endüstri at k ve art klar, Sucul ekosistem (Koçar, 2002).

45 25 Biyokütle, bir türe veya çe itli türlerden olu an bir topluma ait ya ayan organizmalar n belirli bir zamanda sahip oldu u toplam kütle olarak da tan mlanabilir (Uyar ve Turan, 2003). Bitkilerin fotosentezi s ras nda kimyasal olarak karbonhidrat eklinde depo edilen ve daha sonra çe itli ekillerde kullan labilen bu enerjinin kayna güne tir. Güne enerjisinin biyokütle biçimindeki depolanm enerjiye dönü ümü, insan ya am için esast r. Canl organizmalar n fotosentez sonucu olu mas ve bütün ya am n güne enerjisinin depo edildi i oksijene ba l olmas yenilenebilir enerji olu turan fotosentez olay n n önemini aç kça göstermektedir. Fotosentez yoluyla enerji kayna olan organik maddeler sentezlenirken tüm canl lar n solunumu için gerekli olan oksijen de atmosfere verilir. Üretilen organik maddelerin yak lmas sonucu ortaya ç kan karbondioksit ise, daha önce bu maddelerin olu mas s ras nda atmosferden al nm oldu undan, biyokütleden enerji elde edilmesi s ras nda çevre, CO 2 emisyonu aç s ndan korunmu olacakt r. Görüldü ü gibi bitkiler yaln z besin kayna de il, ayn zamanda çevre dostu tükenmez enerji kaynaklar d r (Koçar, 2002). Bitkilerin toprak alt nda milyonlarca y l kalmas yla olu an fosil yak tlar, biyokütle ile ayn özellikleri ta malar na kar n yeralt ndaki s cakl k ve bas nçla de i ime u rad klar ndan, yanmalar sonucunda atmosfere zararl birçok madde sal nmaktad r. Ayr ca, bu yak tlar n k sa süre içinde yak lmas, havadaki karbondioksit dengesinin bozulmas na yol açmaktad r ki bunun sonucu olarak da tüm dünyay tehdit eden çevresel bir sorun olarak küresel s nmaya sebep olmaktad r. Fosil

46 26 yak tlar n di er zararlar aras nda asit ya murlar ile ormanlar n yan s ra canl varl klar n ve hatta binalar n d yüzeylerinin bozulmas n da saymak mümkündür. Enerji bitkileri, enerji ormanlar ve a aç endüstrisi at klar ndan elde edilen biyodizel, etanol gibi çe itli yak tlar, modern biyokütle enerjisinin kayna olarak tan mlan r (Uyar ve Turan, 2003). Dünyan n ço alan nüfusu ve sanayile mesi ile giderek artan enerji gereksinimini çevreyi kirletmeden ve sürdürülebilir olarak sa layabilecek kaynaklardan belki de en önemlisi biyokütle enerjisidir. Ayr ca, biyokütle içinde fosil yak tlarda bulunan kanserojen maddeler ve kükürt olmad için, çevreye zarar son derece azd r. Bütün bunlar n ötesinde, bitki yeti tiricili i, güne var oldu u sürece devam edece i için, biyokütle tükenmez bir enerji kayna d r (Uyar ve Turan, 2003) Biyodizel Biyodizelin Tan m Biyodizel kavram, Rudolf Diesel in 1898 de dizel motorda ilk olarak f st k ya n yak t olarak kullanmas na kadar dayanmaktad r (Demirba, 2003). Biyodizel ismi ilk olarak 1992 y l nda Amerika Ulusal Soy Dizel Geli tirme Kurulu u taraf ndan telaffuz edilmi tir. Kimyasal olarak yenilenebilir ya kayna ndan türetilen uzun zincirli ya l asitlerin mono

47 27 alkol esterleri olarak tan mlanmaktad r. Yani biyolojik kaynaklardan elde edilen ester tabanl bir tür oksijenli yak tt r ve s k t rma ile ate lemeli (dizel) motorlarda kullan labilmektedir (Conneman, 2000). Karaosmano lu (2002) taraf ndan, biyokütle kökenli en önemli dizel motoru alternatif yak t n n biyodizel oldu u ifade edilmektedir. Biyodizel; bitkisel (kanola, soya, f nd k, ayçiçe i, pamuk, m s r v.b bitkilerin) ya da hayvansal kökenli ya lar n bir katalizör e li inde k sa zincirli bir alkol ile (metanol veya etanol) reaksiyonu sonucunda aç a ç kan, yak t amaçl ürünün ad d r Biyodizelin Özellikleri Biyodizelin alevlenme noktas, dizel yak t ndan daha yüksektir (>110 C). Bu özellik biyodizelin kullan m, ta n m ve depolanmas nda daha güvenli bir yak t olmas n sa lar. Biyodizel, petrol kaynakl motorin ile her oranda tam olarak kar t r labilmektedir ve bu özellik, petrol kaynakl motorinin kalitesini yükseltmektedir. Yanma sonucu olu an çevreye zararl gazlar n emisyon de erlerini azalt r, motordaki ya lanma derecesini art r r ve motor gücünü azaltan birikintileri çözer. Biyodizel orta uzunlukta C16-C18 ya asidi zincirlerini içeren metil veya etil ester tipi bir yak tt r. Oksijen içeren zincir yap s, biyodizeli, petrol kökenli dizel yak t ndan ay rmaktad r (Karaosmano lu, 2002). Motorinin silindire püskürtülmesi ile ilk alev çekirde inin olu mas aras ndaki tutu ma gecikmesi olarak tarif edilen zaman, yüksek setan say s na sahip yak tlarda daha k sad r. Biyodizelin setan say s

48 28 motorinin setan say s ndan daha yüksek oldu u için tutu ma gecikmesi daha da k salmakta ve motor daha az vuruntulu çal maktad r (Freedman and Pryde, 1982). Motorlu ta tlarda kullan lan motorinin 40 veya daha yüksek setan say s na sahip olmas gerekir. Motorinde yüksek setan say s yüksek maliyeti de beraberinde getirir. Bu yüzden ço u rafineride motorinin setan say s 40 ile 48 aras nda tutulmaktad r. Çizelge 3.1 de çe itli bitkisel ya esterlerinin setan say lar görülmektedir. Biyodizelin setan say s, kullan lan bitkisel ya lara ba l olarak aras ndad r. Hayvansal ya lar ile restoranlardan al nan k zarm ya lar gibi doymu ya lardan elde edilen biyodizelin setan say s, soya ya gibi az doymu ya lardan yap lan biyodizelin setan say s ndan daha yüksektir (Bugby, 1987). Çizelge 3.2. Çe itli bitkisel ya esterlerinin setan say lar (Bugby, 1987) Is l de er [MJ/kg] Setan say s Soya ya metil esteri 39,8 46,2 Soya ya etil esteri 40,0 48,2 Soya ya butil esteri 40,7 51,7 Ayçiçe i ya metil esteri 39,8 47,0 Yer f st metil esteri - 54,0 Kanola ya metil esteri 40,1 - Kanola ya etil esteri 41,4 - Dizel No. 2 45,3 47,0

49 29 Biyodizel, dizel yak t kullanan motorlarda herhangi bir teknik de i iklik yap lmadan veya küçük de i iklikler yap larak kullan labilir y l öncesinde üretilen baz araçlarda kullan lan do al kauçuk malzemesi, biyodizel ile uyumlu kullan lamam t r. Çünkü biyodizel, do al kauçuktan yap lan hortum ve contalar tahrip etmi tir. Ancak, bu problemler B20 (% 20 biyodizel - % 80 dizel) ve daha dü ük oranl biyodizel/dizel kar mlar nda görülmemektedir. Bununla birlikte, biyodizelin çözücü özelli i nedeniyle motorinin depolanmas ndan kaynaklanan yak t deposu duvarlar ndaki ve borulardaki kal nt lar, tortular çözdü ü için filtrelerin t kanmamas na yönelik önlemler al nmal d r. Çizelge 3.2 de motorin ile biyodizelin yak t özellikleri kar la t rmal olarak verilmi tir. Çizelge 3.4 incelendi inde her iki yak t aras nda büyük farkl l klar n olmad görülmektedir (Ulusoy ve Aliba, 2002).

50 30 Çizelge 3.3. Motorin ve biyodizelin yak t özellikleri (Ulusoy ve Aliba, 2002) Yak t özellikleri Birim S n r de eri Min-Max Biyodizel Motorin Kapal formül C 19 H 35,2 O 2 C 12,226 H 23,29 S 0,0575 Molekül a rl g/mol Alt s l de eri MJ/kg 37,1 42,7 Kütlesel Hacimsel MJ/L 32,6 35,5 Özgül a rl 15 C kg/l 0,875-0,900 0,87-0,88 0,82-0,86 Kinematik viskozite [40 C] mm 2 /s 2-4,5 4,3 2,5-3,5 Tutu ma noktas C 55 - >100 >55 Kükürt içeri i % Kütlesel... 0,05 <0,01 <0,05 Tutu ma katsay s Setan Say s > Kül % Kütlesel ,01 <0,01 <0,01 Su miktar mg/kg <300 < Biyodizelin Çevresel Etkileri Sera gazlar içinde büyük bir pay sahibi olan CO 2, dünyan n en önemli çevre sorunu olan küresel s nmaya neden olmaktad r ve yanma sonucu ortaya ç kan bir emisyondur. Yine yanma sonucu aç a ç kan ve sera gazlar aras nda yer alan CO, SO x, NO x emisyonlar da insan sa l na zararl d r.

51 31 Biyodizelin bitkilerden de elde edilmesi nedeniyle, biyolojik karbon döngüsü içinde, fotosentez ile CO 2 i kullanarak karbon döngüsünü h zland rd için sera etkisini art r c yönde etki göstermez. Yani biyodizel CO 2 emisyonlar için do al bir yutak olarak dü ünülebilir. Ayr ca CO, SO x, partikül madde ve yanmam hidrokarbon (HC) sal n m n n da daha az oldu u belirlenmi tir (Acaro lu, 2003). Biyodizelin dizel yak ta göre daha az veya daha fazla NO x emisyonu olu turdu u hakk nda literatürde farkl görü ler belirtilmi tir. Ayr ca emisyon miktar, motorun biyodizel yak ta uygunlu una ba l olarak de i mektedir. Ozon tabakas na olan olumsuz etkiler, biyodizel kullan m nda dizel yak ta nazaran % 50 daha azd r. Asit ya murlar na neden olan kükürt bile enleri, biyodizel yak tlarda yok denecek kadar azd r. Biyodizel yak tlar n n yanmas sonucu ortaya ç kan CO [zehirli gaz] oran nda dizel yak tlar n yanmas sonucu olu an CO oran na göre %50 ye varan azalmalar tespit edilmi tir. Biyodizel, motorin kullan m ndan kaynaklanan ve insan sa l n tehdit eden bir çok çevresel faktörü ortadan kald rmaktad r. Biyodizel emisyonlar nda, potansiyel kanser nedeni olan polisiklik aromatik hidrokarbon (PAH) ve türevlerinden kaynaklanan emisyonlarda % oranlarda azalmalar belirlenmi tir. Bu azalma de eri dikkate al nmas gereken bir orand r ve biyodizelin çevre dostu özelli ini peki tirmektedir (Acaro lu, 2003).