Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 187 KÜÇÜK GÜÇLÜ İÇTEN PATLAMALI MOTORLARIN KARAKTERİSTİK ÖZELLİKLERİ VE POMPA AKUPLASYONU

Transkript

1 Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 187 KÜÇÜK GÜÇLÜ İÇTEN PATLAMALI MOTORLARIN KARAKTERİSTİK ÖZELLİKLERİ VE POMPA AKUPLASYONU Characteristic Specifications of Low Power Internal Combustion Engines and Pump Coupling A. ONURBAŞ 1 M. VATANDAŞ 1 R. GÜRHAN 1 Ö Z E T Bu çalışmada, 2,6-8,6 kw güç aralığında yer alan altı adet içten patlamalı motorun performansı değerlendirilmiştir. Ayrıca motorlara iki adet santrifüj pompanın akuplasyon olanakları irdelenmiştir. Yapılan deneyler sonucunda bazı karakteristik özellikler incelenmiş, minimum özgül yakıt tüketimi g/kwh ve motor özgül ağırlığı 3,63-5,10 dan/kw arasında bulunmuştur. Motorların moment elastikiyetlerinin ise 1,1-1,23 arasında değişim gösterdiği belirlenmiştir. A B S T R A C T In this study, performance evaluation of six internal combustion engines were made between 2,6-8,6 kw power range. Further, coupling possibilities of two centrifugal pumps to these engines were inspected. Some characteristics according to test results were examined and minimum specific fuel consumption was found between g/kwh and engine specific weight between 3,63-5,10 dan/kw. Torque elasticity of the engines were fixed between 1,1-1,23.

2 Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ Doç.Dr., Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü, Ankara. 1. GİRİŞ Uygulamada kullanılan termik motorlar, sabit motorlar ve araç motorları olmak üzere iki ana grupta toplanmaktadır. Sabit motorlar içsel tarım makinalarının çalıştırılmasında, pompaj tesislerinde ve diğer stasyoner tip makinaların tahrikinde kullanılmaktadır. Sabit motorlar çoğunlukla tek silindirli, 4 zamanlı, hafif yapılı, küçük güçlü içten patlamalı ve içten yanmalı motorlar olarak imal edilmektedir. Tarımda kullanılan motorlar dahil, genelde motorların teknik karakteristikleri olarak, anma gücü, anma gücün sağlandığı devir sayısındaki moment, maksimum moment ve minimum özgül yakıt tüketimi değerleri dikkate alınmaktadır. Kural olarak, bir motor belirli bir devirle çalışırken yük artışıyla karşılaşırsa devri düşer; moment değeri ise yükselir. Eğer maksimum moment yeterli değilse motor durur. Uygulamada maksimum momentin maksimum güce karşılık gelen motor devrinden daha düşük devir koşulunda gerçekleştirilmesi esastır. Bu moment artışı motorun elastikiyet ölçüsünü oluşturmaktadır. Moment elastikiyeti veya motor elastikiyeti, doğrudan bir motorun performansını değerlendirmede kullanılabilmektedir. Örneğin ivmelenme yeteneği gibi. Ayrıca, motorların tasarım özelliklerinin değerlendirilmesinde ve birbirleriyle kıyaslanmasında çeşitli parametreler de kullanılmaktadır. Bu parametreler, strok/çap oranı, özgül güç, birim piston alanına düşen güç, birim strok hacmine düşen ağırlık, birim ağırlığa düşen motor gücü ve özgül ağırlık değerleridir. Çalışmada, motorların karakteristik özelliklerinin belirlenmesi yanında, ayrıca iki santrifüj pompanın motorlara akuplasyonuyla pompa-motor uygunluğu da test edilmiştir. 2. MATERYAL ve YÖNTEM 2.1. Materyal Denemelerde altı adet aynı seriden dört zamanlı, bir silindirli, hava soğutmalı içten patlamalı motor ve iki motora direkt akuple edilen pompalar kullanılmıştır. Motorlara ait katalogdan alınan teknik özellikler çizelge 1 de verilmiştir. Pompalar, tek kademeli ve santrifüj tipte olup; A pompası 47 mm, B pompası ise 73 mm basma hattı çapına sahiptir. Motor deneme düzeni, materyal olarak kullanılan motor ve ölçme düzenlerinden oluşmaktadır. Denemelerde motorların frenlenerek dönme momentinin saptanmasında hidrolik dinamometre kullanılmıştır. Motor devrinin ölçümünde ise dijital takometreden yararlanılmıştır. Pompa deneme düzeni, emme ve basma hattı boruları, vana ve savaktan oluşmaktadır. Manometrik yüksekliğin belirlenmesinde manometre ve vakummetre, debi ölçümünde ise savaktan yararlanılmıştır.

3 Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 189 Çizelge 1. Denemelerde kullanılan içten patlamalı motorlara ait teknik özellikler. Motor I II III IV V VI Anma Gücü (kw) 2,9 4,1 4,8 6,6 8,1 9,6 Sürekli Güç (kw) 2,6 3,5 4,2 6,0 7,5 8,6 Piston Çapı (mm) Strok (mm) Strok Hacmi (cm 3 ) Sıkıştırma Oranı 8,5 8,5 8,5 8,2 8,0 8,0 Ağırlığı (dan) Yöntem Motorların çalışmasına ait performans değerlerinden dönme momenti, devir sayısı, yakıt tüketimi ölçülerek; güç ve özgül yakıt tüketimi ise hesaplanarak belirlenmiştir. Motor gücü, dönme momenti, özgül yakıt tüketimi TS 5674 e göre ölçülmüş ve hesaplanmıştır. Motorlara ait teknik veriler ve deneme sonuçlarından yararlanılarak karakteristik değerler hesaplanmıştır. Bu karakteristik değerler, strok/çap oranı, özgül güç (motorun birim strok hacmi başına düşen güç değeri), birim piston alanına düşen güç değeri, birim strok hacmine düşen motor ağırlığı, birim motor ağırlığına düşen güç değeri ve özgül ağırlık (birim güce düşen motor ağırlığı) değerlerleridir. Motor karakteristik özelliklerinden olan moment elastikiyeti, devir elastikiyeti ve motor elastikiyeti değerlerinin hesaplanmasında aşağıdaki eşitliklerden yararlanılmıştır (Kadayıfçılar 1992): e t = M 2 / M 1 e r = n 1 / n 2 e m = e t. e r Bağıntılarda; e t : Motor momentinin elastikiyeti, e r : Motor devrinin elastikiyeti, e m : Motor elastikiyeti, M 2 : Maksimum dönme momenti (Nm), M 1 : Anma gücün sağlandığı devir sayısındaki dönme momenti (Nm),

4 Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 190 n 1 : Anma devir sayısı (d/min), n 2 : Maksimum dönme momentinin elde edildiği devir dayısı (d/min) dir. 3. BULGULAR ve TARTIŞMA 3.1. Performans Değerleri Denemeler sonucunda elde edilen motor karakteristik değerleri çizelge 2 de verilmiştir. İçten patlamalı motorlar için, özgül güç kw/litre, birim piston alanına düşen güç 0,074-0,147 kw/cm 2, birim strok hacmine düşen ağırlık dan/litre, birim ağırlığa düşen güç 0,07-0,4 kw/dan, özgül ağırlık 2,5-13,6 dan/kw olarak verilmektedir d/min lik içten patlamalı motorlar için strok/çap oranı ise 0,6-1 olarak bildirilmektedir (Buschmann ve Koessler 1976, Kadayıfçılar 1992, Saral 1996). Buna göre denemeye alınan motorların performans değerleri, literatür verileriyle uyum sağlamaktadır. Motorlara ait moment elastikiyeti, devir sayısı elastikiyeti ve motor elastikiyeti değerleri çizelge 3 de; elastikiyet değerlerinin güce bağlı olarak değişimleri ise şekil 1 de verilmiştir. Çizelge 2. Motorların karakteristik değerleri. Karakteristik Değerler I II III IV V VI Anma Gücü (kw) 2,55 3,47 4,15 6,06 7,66 8,53 Anma Devir Sayısı (d/min) Anma Devir Sayısındaki 6,76 8,53 10,16 14,93 18,87 21,05 Moment (Nm) Maksimum Moment (Nm) 7,45 10,53 12,16 17,79 20,88 25,41 Maks. Momentin Elde Edildiği Devir Sayısı (d/min) Min. Özgül Yakıt Tüketimi (g/kwh) Strok/Çap Oranı 0,70 0,66 0,79 0,75 0,78 0,73 Özgül Güç (kw/l) 21,61 21,29 21,17 22,44 22,73 21,93 Birim Piston Alanına Düşen Güç (kw/cm 2 ) 0,090 0,096 0,110 0,130 0,145 0,140

5 Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 191 Birim Strok Hacmine Düşen 110,17 92,02 81,63 92,59 91,99 79,69 Ağırlık(daN/l) Birim Ağırlığa Düşen Güç 0,20 0,23 0,26 0,24 0,25 0,28 (kw/dan) Özgül Ağırlık (dan/kw) 5,10 4,32 3,86 4,13 4,05 3,63 Çizelge 3. Denemesi yapılan motorlara ait hesaplanan elastikiyet değerleri. Motor Moment Elastikiyeti (e t ) Devir Sayısı Elastikiyeti (e r ) Motor Elastikiyeti (e m ) I 1,102 1,440 1,587 II 1,234 1,440 1,778 III 1,197 1,440 1,724 IV 1,191 1,440 1,715 V 1,106 1,440 1,593 VI 1,207 1,440 1,738 Aynı seriye ait bu motorların tümünde anma momenti ve maksimum moment aynı devir sayılarında elde edilmektedir. Bu nedenle tüm motorların devir sayısı elastikiyetleri aynıdır. Motorlara ait moment elastikiyeti değerleri 1,1-1,23 arasında değişim göstermektedir. Yani, anma devrinde elde edilen moment, devrin düşmesiyle % arasında artırılabilmektedir. Motor güçleriyle moment elastikiyetleri arasında ise önemli bir değişim görülmemiştir. Şekil 1. Denemesi yapılan motorların moment elastikiyeti (e t ), devir sayısı

6 Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 192 elastikiyeti (e r ) ve motor elastikiyeti (e m ) değerlerinin anma gücüne göre değişimleri Pompa Akuplasyonu Denemeye alınan I ve II nolu motorlara santrifüj pompa akuple edilerek testleri yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar şekil 2 de görülen grafiklerle verilmiştir. Şekilde görülen A pompasına ait akuplasyonda, pompanın maksimum veriminde debi 4,6 litre/s olarak elde edilirken; bu sırada pompanın fren gücü 1,5 kw olarak ölçülmüştür. Bu noktada motorun sürekli verebileceği güç 2,6 kw olduğundan, Hicks (1985) tarafından önerilen % 20 lik rezerv güç değerinin de üzerinde bir yedek güç kalmaktadır. Motor ve pompanın moment karakteristikleri incelendiğinde ise, motorun her debide pompanın gereksinim duyduğu frenleme momentini karşılayabildiği görülmektedir. Sonuç olarak bu motor ve pompa akuplasyonu uygun olarak yapılmıştır.

7 Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 193 Şekil 2. Motor-pompa direkt akuplasyonuna ait moment karakteristikleri. B pompasına ait akuplasyonda ise, pompa en büyük verimde 2,66 kw lık güce gereksinim duyarken; motor 3,6 kw verebilmektedir. Bu değerler de % 20 den fazla rezerv güç bırakmaya olanak vermektedir. Ancak motor ve pompanın moment karakteristikleri incelendiğinde, 9,5 litre/s lik debi değerinden sonra motorun geliştirebildiği momentin; pompanın gereksinim duyduğundan daha az olduğu görülmektedir. Bu durum deneyler sırasında belirtilen debi değerinin aşılmasından sonra motorun durma eğilimine girmesiyle de tespit edilmiştir. Buna göre belirtilen akuplasyon 9,5 litre/s den sonraki debi değerleri için uygun değildir. Sonuç olarak tarımsal önemi büyük olan küçük güçlü içten patlamalı motorların seçiminde ve kullanımında; güç, devir sayısı vb gibi teknik özelliklerin yanısıra, motor ile iş makinasının moment karakteristiklerinin uyumu da göz önünde bulundurulmalıdır. 4. KAYNAKLAR 1. Buschmann, H., und P. Koessler, Handbuch der Kraftfahrzeugtechnik Band 1. Wilhelm Heyne Verlag, München. 2. Hicks, T.G., Standard Handbook of Engineering Calculations. McGraw-Hill, USA. 3. Kadayıfçılar, S., Tarımda Kullanılan Termik Motorlar ve Özellikleri. Tarım Makinaları Bilimi ve Tekniği Dergisi, 2(2): 1-12, Ankara. 4. Saral, A., Termik Motorlar. A.Ü.Ziraat Fakültesi Yayınları: 1436, Ankara.