TARIM TRAKTÖRLERĠNDE BĠYODĠZELĠN KULLANILMASI ĠLE PERFORMANS DEĞERLERĠNĠN BELĠRLENMESĠ

Transkript

1 KAHRAMANMARAġ SÜTÇÜ ĠMAM ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ TARIM MAKĠNALARI ANABĠLĠM DALI TARIM TRAKTÖRLERĠNDE BĠYODĠZELĠN KULLANILMASI ĠLE PERFORMANS DEĞERLERĠNĠN BELĠRLENMESĠ YÜKSEK LĠSANS TEZĠ KAHRAMANMARAġ Aralık 2008

2 T.C. KAHRAMANMARAġ SÜTÇÜ ĠMAM ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ TARIM MAKĠNALARI ANABĠLĠM DALI TARIM TRAKTÖRLERĠNDE BĠYODĠZELĠN KULLANILMASI ĠLE PERFORMANS DEĞERLERĠNĠN BELĠRLENMESĠ EMRULLAH BAġER YÜKSEK LĠSANS TEZĠ Kod No : Bu Tez 31/12/2008 Tarihinde AĢağıdaki Jüri Üyeleri Tarafından Oy Birliği ile Kabul EdilmiĢtir. Yrd. Doç. Dr. Prof. Dr. Yrd. Doç. Dr. Ali AYBEK M. Hakkı ALMA Selçuk ARSLAN DANIġMAN ÜYE ÜYE Yukarıdaki imzaların adı geçen öğretim üyelerine ait olduğunu onaylarım. Prof. Dr. Süleyman TOLUN Enstitü Müdürü Bu çalıģma KSÜ AraĢtırma Projeleri Yönetim Birimi BaĢkanlığı tarafından desteklenmiģtir. Proje No: 2008/1-4YLS Not: Bu tezde kullanılan özgün ve baģka kaynaktan yapılan bildiriģlerin, çizelge, Ģekil ve fotoğrafların kaynak gösterilmeden kullanımı, 5846 sayılı Fikir ve Sanat Eserleri Kanunundaki hükümlere tabidir.

3 ĠÇĠNDEKĠLER ĠÇĠNDEKĠLER ĠÇĠNDEKĠLER... I ÖZET... III ABSTRACT... IV ÖNSÖZ... V ÇĠZELGELER DĠZĠNĠ... VI ġekġller DĠZĠNĠ... VII 1. GĠRĠġ Genel Biyodizel Biyodizelin Tanımı Biyodizelin Teknik Özellikleri Biyodizelin Yararları Biyodizelin Sakıncaları Biyodizel Üretiminde Kimyasal Süreç Traktör Performans Testleri ÇalıĢmanın Amacı ÖNCEKĠ ÇALIġMALAR MATERYAL VE METOT Materyal Testlerde Kullanılan Tarım Traktörü Testlerde Kullanılan Yakıtlar Testlerin GerçekleĢtirildiği Birim ve Test Düzenekleri Testlerin GerçekleĢtirildiği Birim Testlerin GerçekleĢtirildiği Düzenekler Kuyruk Mili (PTO) Performans Testi Düzeneği Çeki Deneyi Test Düzeneği Deney Pisti Çeki Arabası ve ÇalıĢma Prensibi Metot Biyodizelin Kullanılabilmesi Ġçin Yapılan Hazırlıklar OECD Standart Kod 2 Kuyruk Mili ve Çeki Performansı Test Prosedürü Performans Testlerinde Kullanılan Terimler Traktörün Boyutsal Ölçülerinin Belirlenmesi ve Kontroller Testler Ġçin Öncelikli Gereklilikler Testler Ġçin Genel Kurallar ve Talimatlar Kuyruk Mili ve Motor Testleri Çeki Gücü ve Yakıt Tüketimi Testleri Verilerin Toplanması Verilerin Değerlendirilmesi BULGULAR VE TARTIġMA Kuyruk Mili Performans Testleri Petrodizel Yakıtı Testleri B10 Yakıtı Testleri B20 Yakıtı Testleri B30 Yakıtı Testleri Yakıtların Motor Devrine Bağlı Kuyruk Mili Gücü Değerleri Yakıtların Motor Devrine Bağlı Motor Torku Değerleri I

4 ĠÇĠNDEKĠLER Yakıtların Motor Devrine Bağlı Saatlik Yakıt Tüketimi Değerleri Yakıtların Motor Devrine Bağlı Özgül Yakıt Tüketimi Değerleri Yakıtların Kuyruk Mili Gücüne Bağlı Özgül Yakıt Tüketimi Değerleri Çeki Performans Testleri SONUÇ VE ÖNERĠLER KAYNAKLAR ÖZGEÇMĠġ II

5 ÖZET T.C. KAHRAMANMARAġ SÜTÇÜ ĠMAM ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ TARIM MAKĠNALARI ANABĠLĠM DALI YÜKSEK LĠSANS TEZĠ ÖZET TARIM TRAKTÖRLERĠNDE BĠYODĠZELĠN KULLANILMASI ĠLE PERFORMANS DEĞERLERĠNĠN BELĠRLENMESĠ DANIġMAN : Yrd. Doç. Dr. Ali AYBEK Yıl : 2008, Sayfa : 64 Jüri : Yrd. Doç. Dr. Ali AYBEK : Prof. Dr. M. Hakkı ALMA : Yrd. Doç. Dr. Selçuk ARSLAN Bu çalıģmanın amacı, farklı oranlarda biyodizel ile karıģtırılmıģ petrodizelin traktör performansına etkisini belirlemektir. Bu amaçla ülkemiz tarımında yaygın kullanılan güç grubundan bir traktörde (Massey Ferguson WD), 4 farklı yakıt (petrodizel, B10, B20 ve B30) kullanılmıģ, kuyruk mili ve çeki performans testleri yapılmıģtır. Kuyruk mili performans testlerinde, maksimum kuyruk mili gücü en fazla B20 yakıtında 2100 d/d da 32,35 kw, maksimum motor torku B30 yakıtında 1030 d/d da 185,1 Nm bulunmuģtur. Maksimum kuyruk mili gücünün elde edildiği devirlerdeki saatlik yakıt tüketimi değeri en az B20 yakıtında 11,08 L/h, özgül yakıt tüketimi değeri de en az B20 yakıtında 288,72 g/kwh olarak ölçülmüģtür. Çeki performans testlerinde; maksimum çeki kuvveti (11,96 kn) en fazla petrodizel yakıtıyla TH-1 vites kademesinde, minimum saatlik yakıt tüketimi (4,12 L/h) B30 yakıtıyla TL-1 vites kademesinde, en küçük özgül yakıt tüketimi değeri (354 g/kwh) ise B10 yakıtıyla KH-2 vites kademesinde ölçülmüģtür. Test edilen yakıtlardan B20 nin (%20 biyodizel + %80 petrodizel) petrodizele göre en uygun ve verimli alternatif seçim olabileceği görülmüģtür. Anahtar Kelimeler: Traktör, performans testi, biyodizel. III

6 ABSTRACT T.R. UNIVERSITY OF KAHRAMANMARAġ SÜTÇÜ ĠMAM INSTITUTE FOR GRADUATE STUDIES IN SCIENCE AND ENGINEERING DEPARTMENT OF AGRICULTURAL MACHINERY MSc THESIS ABSTRACT DETERMINATION OF PERFORMANCE CHARACTERISTICS USING BIODIESEL ON AN AGRICULTURAL TRACTOR SUPERVISOR: Assist. Prof. Dr. Ali AYBEK Year : 2008, Pages : 64 Jury : Assist. Prof. Dr. Ali AYBEK : Prof. Dr. M. Hakkı ALMA : Assist. Prof. Dr. Selçuk ARSLAN The objective of this study was to determine the effect of diesel fuel, mixed with biodiesel at different rates, on tractor performance. For this purpose, power take-off and drawbar performance tests were conducted using four different fuels (diesel, B10, B20 and B30) on a tractor (Massey Ferguson WD) whose power range is common in Turkey. Power take-off (PTO) performance tests revealed that the maximum PTO power was 32,35 kw with the B20 fuel at 2100 rpm and the maximum torque was found to be 185,1 Nm with the B30 at 1030 rpm. The minimum hourly fuel consumption that provides with the maximum PTO power was 11,08 L/h using B20 while the minimum specific fuel consumption resulting the greatest PTO power was 288,72 g/kwh with the B20 fuel. Drawbar performance tests showed that the maximum drawbar force (11,96 kn) was achieved using diesel with gear TH-1, minimum hourly fuel consumption (4,12 L/h) with B30 on gear TL-1, and minimum specific fuel consumption (354 g/kwh) with B30 on gear TL-1. It can be concluded that B20 (%20 biodiesel + %80 diesel) was the most appropriate and most efficient alternative to regular diesel fuel. Key Words: Tractor, performance test, biodiesel. IV

7 ÖNSÖZ ÖNSÖZ Traktör performans testleri, traktörlerin iģ yeteneklerinin saptanması, imalatçı ve satıcı firmalar tarafından belirtilen veriler dıģında standart, tarafsız ve karģılaģtırılabilir koģullarda tarım traktörlerinde çeģitli ölçümler yapılarak traktörün yeteneklerini ve özelliklerini belli standartlar dahilinde belirten sonuçların ortaya koyulması amacıyla gerçekleģtirilen testlerdir. Bu sayede uluslararası ticaret daha kolay ve daha güvenilir hale gelmekte ve tarım traktörleri sektöründe Ģeffaflık sağlamaktadır. Bu çalıģmada, farklı oranlarda biyodizelin petrodizelle karıģtırılması ile traktör performans değerleri belirlenmiģtir. ÇalıĢmada 4 farklı yakıt (petrodizel, B10, B20 ve B30) kullanılmıģtır. Kanoladan elde edilen biyodizel yakıtı; %10, %20 ve %30 oranlarında petrodizelle karıģtırılarak B10, B20 ve B30 yakıtları elde edilmiģtir. Performans testleri (kuyruk mili ve çeki gücü) ülkemiz tarımında yaygın kullanılan traktör güç grubundan olan bir traktör (Massey Ferguson WD) üzerinde, Tarım ve Köy ĠĢleri Bakanlığı na bağlı Tarım Alet ve Makinaları Test Merkezi Müdürlüğü nde (TAMTEST) bulunan standart test düzenekleri yardımıyla OECD standart kod 2 ye göre yapılmıģ ve değerlendirilmiģtir. YaĢanılan enerji krizleri karģısında ülkemizde önemli potansiyele sahip alanlardan üretilecek, yenilenebilir enerji kaynaklarından biyodizelin tarım traktörlerinde belli oranlarda petrodizel yakıtıyla karıģtırılarak kullanılması yararlı olabilecektir. AraĢtırma sonuçlarından tarım ve otomotiv baģta olmak üzere pek çok sektör yararlanabilecektir. BeĢ ana bölüm altında incelenen araģtırmanın birinci bölümünde konu ile ilgili genel bilgilere yer verilmiģ, biyodizelin tanımı, teknik özellikleri, yararları, üretilmesi ve araģtırmanın amaçları açıklanmıģtır. Ġkinci bölümde konu ile ilgili önceki çalıģmalar verilmiģ, üçüncü bölümde araģtırmada kullanılan materyal ve yöntem tanıtılmıģtır. AraĢtırmadan elde edilen bulgular ve bunların tartıģılmasına dördüncü bölümde yer verilmiģ, araģtırma sonuçları ve öneriler ise beģinci bölümde özetlenmiģtir. AraĢtırma konusunun seçiminden değerlendirilmesine kadar yakın ilgi ve yardımlarını esirgemeyen danıģmanım Yrd. Doç. Dr. Ali AYBEK e, araģtırmanın maddi desteğini sağlayan KSÜ Bilimsel AraĢtırma Projeleri Yönetim Birimi BaĢkanlığı na, biyodizel temininde yardımcı olan Alternatif Enerji ve Biyodizel Üreticileri Birliği ne ve testlerin gerçekleģtirilmesi için olanak sağlayan T.C. Tarım ve Köy ĠĢleri Bakanlığı, Tarım Alet ve Makinaları Test Merkezi Müdürlüğü ne teģekkür ederim. Aralık 2008, KAHRAMANMARAġ V

8 ÇĠZELGELER DĠZĠNĠ ÇĠZELGELER DĠZĠNĠ Çizelge 1.1. Biyodizel-petrodizel karıģımlarının adlandırılması... 3 Çizelge 1.2. B100 ve B20 yakıtlarının, petrodizel yakıtına oranla emisyon değerleri... 4 Çizelge 1.3. Biyodizel ve petrodizel yakıt özelliklerinin karģılaģtırılması... 4 Çizelge 3.1. Testlerde kullanılan traktörün teknik özellikleri Çizelge 3.2. Traktör performans testlerinde kullanılan yakıtlar Çizelge 4.1. Petrodizel yakıtı ile yapılan kuyruk mili performans testi değerleri Çizelge 4.2. B10 yakıtı ile yapılan kuyruk mili performans testi değerleri Çizelge 4.3. B20 yakıtı ile yapılan kuyruk mili performans testi değerleri Çizelge 4.4. B30 yakıtı ile yapılan kuyruk mili performans testi değerleri Çizelge 4.5. Yakıtların, motor devrine bağlı kuyruk mili gücü değerleri Çizelge 4.6. Yakıtların motor devrine bağlı motor torku değerleri Çizelge 4.7. Yakıtların motor devrine bağlı saatlik yakıt tüketimi değerleri Çizelge 4.8. Yakıtların, motor devrine bağlı özgül yakıt tüketimi değerleri Çizelge 4.9. Yakıtların, kuyruk mili gücüne bağlı özgül yakıt tüketimi değerleri Çizelge Testlerde kullanılan traktöre ait vites kademeleri bilgileri Çizelge Petrodizel yakıtı ile yapılan çeki performans testi verileri Çizelge B10 yakıtı ile yapılan çeki performans testi verileri Çizelge B20 yakıtı ile yapılan çeki performans testi verileri Çizelge B30 yakıtı ile yapılan çeki performans testi verileri VI

9 ġekġller DĠZĠNĠ ġekġller DĠZĠNĠ ġekil 1.1. Metil ester ve gliserin oluģumunun kimyasal Ģeması... 6 ġekil 1.2. Biyodizel üretim sürecinde genel aģamalar... 7 ġekil 3.1. Testlerde kullanılan traktör (Massey Ferguson WD) ġekil 3.2. Yoğunluk ölçer ile yakıt yoğunluğunun ölçülmesi ġekil 3.3. Kuyruk mili test düzeneği ve kuyruk mili bağlantısı ġekil 3.4. Kuyruk mili test düzeneğinde kullanılan MOTEST yazılımı ġekil 3.5. Çeki arabası ġekil 3.6. Çeki arabası bölümleri ġekil 3.7. Yakıt tüketimi ölçüm ünitesi (debi ölçer) ġekil 3.8. Kuyruk mili devir sensörü ġekil 3.9. Çeki arabası hız sensörü ve tekerleği ġekil litre hacmindeki geçici yakıt deposu ġekil 4.1. Petrodizel yakıtının kullanılması ile motor devrine bağlı olarak kuyruk mili gücü değerlerinin değiģimi ġekil 4.2. Petrodizel yakıtının kullanılması ile motor devrine bağlı olarak motor torku değerlerinin değiģimi ġekil 4.3. Petrodizel yakıtının kullanılması ile motor devrine bağlı olarak saatlik yakıt tüketimi değerlerinin değiģimi ġekil 4.4. Petrodizel yakıtının kullanılması ile motor devrine bağlı olarak özgül yakıt tüketimi değerlerinin değiģimi ġekil 4.5. Petrodizel yakıtının kullanılması ile kuyruk mili gücüne bağlı olarak özgül yakıt tüketimi değerlerinin değiģimi ġekil 4.6. B10 yakıtının kullanılması ile motor devrine bağlı olarak kuyruk mili gücü değerlerinin değiģimi ġekil 4.7. B10 yakıtının kullanılması ile motor devrine bağlı olarak motor torku değerlerinin değiģimi ġekil 4.8. B10 yakıtının kullanılması ile motor devrine bağlı olarak saatlik yakıt tüketimi değerlerinin değiģimi ġekil 4.9. B10 yakıtının kullanılması ile motor devrine bağlı olarak özgül yakıt tüketimi değerlerinin değiģimi ġekil B10 yakıtının kullanılması ile kuyruk mili gücüne bağlı olarak özgül yakıt tüketimi değerlerinin değiģimi ġekil B20 yakıtının kullanılması ile motor devrine bağlı olarak kuyruk mili gücü değerlerinin değiģimi ġekil B20 yakıtının kullanılması ile motor devrine bağlı olarak motor torku değerlerinin değiģimi ġekil B20 yakıtının kullanılması ile motor devrine bağlı olarak saatlik yakıt tüketimi değerlerinin değiģimi ġekil B20 yakıtının kullanılması ile motor devrine bağlı olarak özgül yakıt tüketimi değerlerinin değiģimi ġekil B20 yakıtının kullanılması ile kuyruk mili gücüne bağlı olarak özgül yakıt tüketimi değerlerinin değiģimi ġekil B30 yakıtının kullanılması ile motor devrine bağlı olarak kuyruk mili gücü değerlerinin değiģimi ġekil B30 yakıtının kullanılması ile motor devrine bağlı olarak motor torku değerlerinin değiģimi VII

10 ġekġller DĠZĠNĠ ġekil B30 yakıtının kullanılması ile motor devrine bağlı olarak saatlik yakıt tüketimi değerlerinin değiģimi ġekil B30 yakıtının kullanılması ile motor devrine bağlı olarak özgül yakıt tüketimi değerlerinin değiģimi ġekil B30 yakıtının kullanılması ile kuyruk mili gücüne bağlı olarak özgül yakıt tüketimi değerlerinin değiģimi ġekil Yakıtların motor devrine bağlı kuyruk mili gücü değerlerinin değiģimi ġekil Yakıtların motor devrine bağlı motor torku değerlerinin değiģimi ġekil Yakıtların motor devrine bağlı saatlik yakıt tüketimi değerlerinin değiģimi ġekil Yakıtların motor devrine bağlı özgül yakıt tüketimi değerlerinin değiģimi ġekil Yakıtların kuyruk mili gücüne bağlı özgül yakıt tüketimi değerlerinin değiģimi ġekil Ele alınan yakıtların farklı vites kademelerindeki çeki gücü değerleri ġekil Ele alınan yakıtların farklı vites kademelerindeki çeki kuvveti değerleri.. 54 ġekil Ele alınan yakıtların farklı vites kademelerindeki saatlik yakıt tüketimi değerleri ġekil Ele alınan yakıtların farklı vites kademelerindeki özgül yakıt tüketimi değerleri VIII

11 GĠRĠġ 1. GĠRĠġ 1.1. Genel GüneĢin sonsuz kabul edilen enerjisi ile karbondioksitin yeģil bitkilerde besine dönüģmesi sürecinde depolanan enerjinin geri kazanılması esasına dayanan biyokütle enerjisi, 1800 lü yılların ortalarına kadar dünyanın enerji ve yakıt ihtiyacını büyük ölçüde karģılasa da, fosil yakıt çağının baģlaması ile birlikte, özellikle sanayileģen ülkelerdeki kullanımı giderek azalmıģtır. Ancak son yıllarda çevresel ve ekonomik kaygılar nedeniyle biyokütle enerjisi, sosyal hayatı devam ettirecek potansiyel bir yenilenebilir enerji kaynağı olarak tekrar gündeme gelmiģtir. Bu nedenle enerji kaynağı olarak biyokütle kullanımının artması, sera etkisi yapan gaz emisyonlarının ve ithal enerjiye olan talebin azalmasına, kırsal kesim ekonomisinin canlanmasına katkı sağlayacaktır (Anonim, 2006). Ülkemizin zengin biyokütle kaynaklarına sahip bir tarım ülkesi olduğu göz önüne alınırsa, yenilenebilir enerji kaynaklarının alternatif motor yakıtı üretiminde değerlendirilmesi büyük önem taģımaktadır. Herkesin özen göstermesi gereken çevrenin korunması konusunda bitkisel yağlar, organik kökenli olması nedeniyle çevreyi kirletmeden doğaya kazandırılabilir. Yapılan çalıģmalarda bitkisel yağların emisyon değerleri, motorine nazaran daha olumlu çıkmaktadır (Oğuz ve Öğüt, 2001). Bitkisel yağlar, dizel motorlarında yakıt olarak kullanıma sunulduğunda, bu yağların üretimini arttıracak ve petrol tüketiminden önemli ölçüde tasarruf sağlanabilecektir. Bitkisel yağlar dizel motorlarda petrodizel yakıtı ile belli oranda karıģtırılarak kullanılabileceği gibi yalnız olarak da kullanılabilmektedir (Ulusoy ve AlibaĢ, 2001). Fosil yakıtlar içindeki karbon, havadaki oksijen ile birleģerek tam yanma halinde karbondioksit gazları (C0 2 ) veya eksik yanma ile karbon monoksit gazları (CO) ortaya çıkmaktadır. Petrodizel yakıtı içinde oransal olarak çok az miktarda bulunan kurģun (Pb), kükürt (S) gibi elementler yanma sıcaklığında oksijen ile birleģerek insan ve çevre sağlığı açısından önemli tehditler yaratmaktadır. Ayrıca sera etkisi de oluģturan SO X, PbO, NO X vb. gazların zararlı etkisi, biyodizel kullanımı ile önemli ölçüde azalmaktadır (Anonim, 2008a, Anonim, 2008b). Günümüzde tarım traktörlerinin motorları petrol kökenli yakıtlardan, özellikle dizel yakıtlardan enerji sağlamaktadır. Petrol rezervlerinin gelecek yüzyıla kadar bitme olasılığına karģılık alternatif ve yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelim gündeme gelmiģtir. Bu yeni enerji kaynaklarından biri de biyodizeldir (Ulusoy ve AlibaĢ, 2001; Sabancı ve ark., 2006). Biyolojik bir yakıt oluģu, doğada kolayca ve hızla parçalanarak bozunması (örneğin suda 28 günde %95'i, motorinin ise %40'ı) biyodizelin önemli bir çevreci özelliğidir. Biyodizelin petrodizele göre en büyük üstünlüğü çevreci olmasıdır. Karbonmonoksit (CO) emisyonu %43, C0 2 emisyonu %78, hidrokarbon emisyonu %56, atık parçacık emisyonu azalırken azot emisyonu ise %5-10 artmaktadır (KarabektaĢ, 2004; Sabancı ve ark., 2006). 1

12 GĠRĠġ Türkiye'de biyodizel mevcut olanaklarla uygulamaya alınabilecek en önemli yerli yakıt seçeneklerinden birisidir. Aslında biyodizel, üretim maliyeti yüksek olan bir yakıttır. Yağlı bitki tohumundan üretim yapan tesislerde biyodizel maliyetindeki en büyük pay yağ bitkisi tohumuna aittir. Herhangi bir yasal destek olmadan geleneksel yakıtlara göre belirgin bir fiyat üstünlüğü sağlamamaktadır (Sabancı, 2006). Ancak üretim sonrası oluģan yan ürünler, örneğin gliserinin sabun ve kozmetik gibi alanlarda kullanım olanağının bulunması, oluģan ürün artıklarının hayvan yemi olarak kullanımı, diğer artıkların gübre olarak değerlendirilmesi gibi dolaylı faydaları da bulunmaktadır. Yakın gelecekte fosil kaynaklı yakıtların rezervlerinin tükeneceği ve küresel ısınmaya neden olan sera gazlarının oluģumunda en büyük payın da yine fosil kaynaklı yakıtlara ait olduğu düģünüldüğünde çevre dostu, yenilenebilir bir yakıt olan biyodizelin kullanım olanakları ve kapasitelerinin her alanda belirlenmesi son derece önemlidir. Özellikle büyük çoğunluğu yağ bitkilerinden elde edilen biyodizel, bu yağ bitkilerinin üretiminde tarım traktörlerinde kullanılarak çevresel bir döngü oluģturulmuģ olacaktır. Ortaya çıkan CO 2 gazının ise yine bu yağ bitkileri tarafından tüketilmesi sayesinde, küresel ısınma sürecinde olumlu etki yapacağını öngörmek mümkündür. Günümüzde Türkiye de yaklaģık bir milyon adet traktör olduğu düģünüldüğünde, biyodizelin sadece traktörlerde kullanılmasıyla bile ekonomi, tarım, dıģa bağımlılık ve çiftçilere sağlanacak faydalarla tarımsal üretim artıģı gibi çok büyük yararları olacağı bir gerçektir. Elektrik ĠĢleri Etüt Ġdaresi Genel Müdürlüğü nün yaptığı analizler sonucu, tarıma elveriģli olduğu halde kullanılmayan tarım arazileri esas alınarak 2 milyon hektar arazide ekilecek yağlı tohumlu bitkilerden 1,5 milyon ton biyodizel üretilebileceği ve 54 bin kiģiye istihdam sağlanabileceği belirtilmiģtir. Bu miktardaki biyodizel, 2004 yılı petrodizel tüketiminin (10,2 milyon ton) yaklaģık %15 ine karģılık gelmektedir. Bununla birlikte atık yağlar da, uygun teknolojiler kullanılarak yağlı tohumlarda olduğu gibi biyodizele dönüģtürülebilmektedir. Türkiye de tüketilen yıllık yaklaģık 1,5 milyon ton bitkisel yağın, bin ton civarında atık bitkisel yağ olarak geri kazanılabileceği tahmin edilmektedir (Anonim, 2006). Henüz gelinen aģamada, doğrudan saf biyodizele geçmek için yeterli çalıģmalar yapılmamıģtır. Termik motorlarda bu konuda iyileģtirmeler gerekebilmektedir. Özellikle soğuk hava koģullarında viskozitenin daha da artması ve bulutlanma noktasının (yakıtta mum oluģumunun yakıt filtresini tıkamaya baģlayabileceği sıcaklık) azalması yüzünden yakıt kalitesi ve motor uyumu konusunda geliģme kaydedilmesi gerekmektedir. Bu nedenlerle belirli bir geçiģ sürecine ihtiyaç vardır. Bu süreçte uygulanabilecek en iyi yöntem, biyodizelin belli oranlarda petrodizele karıģtırılması ve bu Ģekilde kullanılmasıdır. Böylece biyodizelin olumsuz özelliklerini en aza indirgemek mümkündür Biyodizel Biyodizelin Tanımı Biyodizel, bitkisel yağlı tohumlardan, kullanılmıģ atık kızartma yağlardan, hayvansal yağlardan ve her türlü biyolojik kökenli yağlardan bir katalizör transesterifikasyonu reaksiyonu sonucu oluģan yağ asitlerinin mono alkol esteridir (Karaosmanoğlu, 2005). 2

13 GĠRĠġ Biyodizel, bitkisel yağların yeni üretilmiģ veya kullanılmıģlarından ve hayvansal yağlardan kimyasal yöntemlerle üretilen biyoyakıtlar kapsamında olan, çevre dostu ve yenilenebilir nitelikli sıvı halde bulunan bir yakıttır (Öğüt ve Oğuz, 2006). BaĢka bir tanımla, bitkisel ve hayvansal yağlardan türetilmiģ, uzun yağ asidi zincirlerinin monoalkil esterlerinden oluģan ve B100 olarak adlandırılan bir yakıttır (Anonim, 2003) Biyodizelin Teknik Özellikleri Biyodizelin alevlenme noktası, petrodizelden daha yüksektir (>110 C). Bu özellik biyodizelin kullanımında, taģınma ve depolanmasında daha güvenli bir yakıt olmasını sağlamaktadır. Biyodizel petrodizel ile her oranda tam olarak karıģtırılabilmektedir. Bu özellik petrodizelin kalitesini yükseltmektedir. Örneğin yanma sonucu oluģan çevreye zararlı gazların emisyon değerlerini düģürmekte, motordaki yağlanma derecesini artırmakta ve motor gücünü azaltan birikintileri çözmektedir. Biyodizel, petrodizel yakıt kullanan termik motorlarda herhangi bir teknik değiģiklik yapılmadan veya küçük değiģiklikler yapılarak kullanılabilir yılı öncesinde üretilen bazı araçlarda kullanılan doğal kauçuk malzemesi biyodizel ile uyumlu kullanılamamıģtır. Çünkü biyodizel, doğal kauçuktan yapılan yakıt sistemindeki hortum ve contaları tahrip etmiģtir. Ancak, bu problemler B20 (% 20 biyodizel - % 80 petrodizel) ve daha düģük oranlı biyodizel/petrodizel karıģımlarında görülmemiģtir. Bununla birlikte, biyodizelin çözücü özelliği nedeniyle petrodizel yakıtının depolanmasından kaynaklanan yakıt deposu duvarlarındaki ve borulardaki kalıntı ve tortuları çözdüğü için filtrelerin tıkanmamasına yönelik önlemler alınmalıdır. Ayrıca yakıt istasyonları ve araç bakımonarım servislerinde herhangi bir değiģikliğe gerek yoktur (Anonim, 2008c). Biyodizel ile petrodizel, karıģım oranları bazında Çizelge 1.1 deki gibi adlandırılmaktadır. Çizelge 1.1. Biyodizel-petrodizel karıģımlarının adlandırılması Kısaltma B5 B20 B50 B100 KarıĢım Oranı % 5 biyodizel + %95 petrodizel % 20 biyodizel + %80 petrodizel % 50 biyodizel + %50 petrodizel %100 biyodizel B20, genelde emisyon ve yakıt tüketimi açısından uzlaģılan bir orandır. Ancak yapılan çalıģmalar genellikle laboratuar ortamında ve tek silindirli motorlarla gerçekleģtirilmekte, özgül yakıt tüketimi ve emisyon değerleri ölçülmektedir. Bu çalıģmada ise biyodizel karıģımlı yakıtların (B10, B20 ve B30) doğrudan traktör üzerinde ve standart traktör test prosedürene uygun olarak performans testleri yapılarak çeki ve kuyruk mili performans değerlerindeki değiģimler belirlenmiģtir. B50 kullanımında motorda bazı parçaların biyodizele uygun hale getirilmesini, B100 kullanımı ise özellikle hortum ve contaların dayanıklı malzemeden üretilmesini gerektirmektedir. 3

14 GĠRĠġ Saf biyodizel (B100) ve %20 oranında biyodizel-petrodizel karıģımı (B20) kullanılması durumunda ortaya çıkabilecek emisyon değerlerinin petrodizel yakıtıyla karģılaģtırmalı değerleri Çizelge 1.2'de verilmiģtir (Anonim, 2008d). Çizelge 1.2. B100 ve B20 yakıtlarının, petrodizel yakıtına oranla emisyon değerleri Özellik B100 B20 YanmamıĢ Hidrokarbonlar % -93 % -30 Karbon Monoksit % -50 % -20 Partikül Madde % -30 % -22 NO x (Azot Oksitler) % +13 % +2 Sülfatlar % -100 % -20 Polisiklik Aromatik Hidrokarbonlar (PAH) (Kanserojen Maddeler) % -80 % -13 npah (nitratlı PAH'lar) % -90 % -50 Hidrokarbonların Ozon Tabakasına Etkisi % -50 % -10 Biyodizelin ısıl değeri petrodizele göre düģük olmasına rağmen yanma verimi yüksektir. Biyodizelin parlama noktası, petrodizelden daha yüksektir ve bu özellik biyodizelin kullanılması, taģınması ve depolanmasında daha güvenli bir yakıt olmasını sağlamaktadır (Çizelge 1.3). Çizelge 1.3. Biyodizel ve petrodizel (motorin) yakıt özelliklerinin karģılaģtırılması (Oğuz ve Öğüt, 2001; Sabancı ve ark., 2006, Anonim, 2008e). Yakıt özellikleri Biyodizel Petrodizel Kapalı formül C 19 H 35,2 O 2 C 12,226 H 23,29 S 0,0575 Yoğunluk (kg/m 3 ) (15 C) Vizkozite (mm 2 /s) (40 C) 3,5-5,0 2,0-4,5 Parlama noktası ( C) > = 120 >55 Yağlayıcılık (pm) - <=460 Su Ġçeriği (mg/kg) <=500 <=200 Alt ısıl değeri (MJ/kg) 37,1 42,7 Setan sayısı Yağlayıcılık Oldukça iyi Çok düģük Biyolojik ayrıģabilirlik Kolayca ayrıģabilir Zayıf Toksik Gerçekte toksik değil Yüksek toksik Oksijen % 11 den fazla serbest oksijen Çok düģük Aromatikler Aromatik içermez 18-22% Kükürt Yok 0.05% Dökülme zararı Yok Yüksek Malzeme uyuģabilirliği Kauçuk hariç doğal malzemelerle az uyuģabilir Kauçuk hariç doğal malzemelerde etkili değildir TaĢınması Zarar vermeden ve patlamadan Tehlikelidir taģınabilir Temin kaynağı Yenilenebilir Yenilenemez Temini Çok geniģ Sınırlı Enerji teminatı Ulusal ham materyal Ulusal ve ithalat karıģımı Alternatif yakıt Evet Hayır Üretim iģlemleri Kimyasal reaksiyonlar Reaksiyon + parçalanma 4

15 GĠRĠġ Biyodizelin Yararları Biyodizelin doğrudan, dolaylı ve olası yararlar olmak üzere pek çok olumlu özelliği ve potansiyeli bulunmaktadır. Biyodizelin bu yararlı özellikleri Ģu Ģekilde sıralanabilmektedir (Öğüt ve KuĢ, 1999; Anonim, 2001; Alptekin ve Çanakçı, 2006; Öğüt ve Oğuz, 2006): Biyodizelin setan sayısı, petrodizelin setan sayısından daha yüksek olduğu için motor daha az vuruntulu çalıģmaktadır, Petrodizel yakıtına oranla motorda daha iyi yağlayıcı özelliğe sahiptir. Özellikle düģük sülfürlü petrodizel yakıtlarda azalan yağlayıcılığı biyodizel kullanarak artırmak mümkündür, Biyodizelin alevlenme noktası, petrodizelden daha yüksektir ve bu sayede taģıma ve depolamada daha güvenlidir, Emisyon değerleri daha az (NO x hariç) olduğundan dolayı, sürdürülebilir gelecek, sağlıklı bir kalkınma, çevrenin korunması ve küresel ısınma gibi konularda petrodizel yakıtlara oranla oldukça zararsız bir yakıttır, Yenilenebilir bir kaynaktır ve yerel imkânlarla üretilebilir, Biyolojik olarak kolay ayrıģabilen ve toksik olmayan bir yakıttır, Petrole bağımlılığı azaltması nedeniyle ekonomik ve stratejik olarak katkı sağlar, Kırsal kesimin sosyo-ekonomik yapısında iyileģme sağlar ve bu sayede kırsal alandan kentlere göçün önlenmesine katkıda bulunur, ĠĢ imkânları yaratır, yan sanayinin geliģmesine katkıda bulunur, Ekonomide katma değer yaratır, Petrol yüzünden çıkan devletlerarası sorunlar, devletlerin bir nevi kendi petrolünü üretmeleri sayesinde çözülmüģ olacaktır (Brezilya örnek olarak verilebilir), Biyolojik olarak kolay ayrıģabildiği ve toksik olmadığı için biyodizelin kullanımı daha güvenlidir, Ekonomik olarak gelir elde edilemeyen bazı tarım arazileri veya alternatif ürün ihtiyacı duyulan bölgelerde yağ bitkileri yetiģtiriciliği sayesinde daha yüksek verim ve gelir elde edilerek kırsal kesimde yaģayan nüfusun gelir ve refah düzeyinde artıģ sağlanabilecektir, Biyodizel üretiminin artmasıyla petrol fiyatlarındaki anormal artıģlar, talebin bir kısmının veya tamamının biyodizelle karģılanması ile önlenmiģ ve bu sayede ulaģım, ısınma, tarımsal ve endüstriyel üretim maliyetlerinin kontrol altına alınmasıyla enflasyon artıģı belli ölçüde kontrol altında tutulmuģ olacaktır, Gübre, küspe ve gliserin gibi yan ürünlerle tarım ve sanayiye katkı sağlar, Biyodizel kullanılan araçlardaki egzoz gazının kokusu insanları daha az rahatsız etmektedir. Bazı saf biyodizel kullanımıyla oluģan egzoz gazlarının yanık kızartmaya benzediği söylenmektedir, Biyodizelin Sakıncaları Biyodizel kullanımıyla ortaya çıkabilecek sakıncalar ise Ģu Ģekilde sıralanabilmektedir (Öğüt ve Oğuz, 2006; Alptekin ve Çanakçı, 2006): Isıl değeri petrodizele göre bir miktar daha düģüktür. Bu durum motordaki yanma sonucunda azda olsa güç düģüģüne neden olmaktadır. 5

16 GĠRĠġ Soğuk hava Ģartlarından petrodizele göre daha çabuk etkilenir. Özellikle bulutlanma daha erken görülmektedir. Bu durum biyodizelin soğuk iklim bölgelerinde kullanımını sınırlandırıcı bir faktördür. Bunu aģabilmek için B20 kullanım formu tercih edilmektedir. (NO x ) emisyonları petrodizele göre bir miktar yüksektir. Yakıt tüketimi hacim esasında %11, ağırlık esasında ise %5-6 daha fazla olmaktadır (bu çalıģmada biyodizel-petrodizel karıģımlarıyla elde edilen yakıt tüketimi değerlerinin petrodizele göre daha az olduğu görülmüģtür). Saf biyodizel (B100) kullanımında motor malzemelerinin (özellikle yakıt sistemindeki hortum, bağlantı elemanı ve contalar) biyodizele uygun seçilmesi, uygun değilse değiģtirilmesi gerekmektedir. Tarım arazilerinde gıda üretimi için ayrılan arazilerin bir kısmının daha çok kâr elde edileceği düģünülerek yağ bitkisi tarımına ayrılması sonucunda özellikle az geliģmiģ ülkelerde gıda fiyatlarında artıģ ve gıda temininde zorluk yaģanması muhtemeldir Biyodizel Üretiminde Kimyasal Süreç Bitkisel yağdan biyodizel üretimi, kimya biliminde transesterifikasyon olarak adlandırılmaktadır. Transesterifikasyon, esterin bir tipinin baģka bir tipine dönüģümünü ifade etmektedir. Ester ise, hidrokarbon zincirinin baģka bir moleküle bağlanmıģ halidir. Bitkisel yağlar, trigliserid olarak adlandırılmaktadır. Gliserin bitkisel yağı kalın ve yapıģkan yapmaktadır. Transesterifikasyon sırasında gliserin bitkisel yağdan uzaklaģtırılmaktadır. Böylece yağ daha ince hale gelmekte ve viskozitesi azalmaktadır. Biyodizel üretiminin esası, bitkisel yağın içerisindeki esterle gliserini ayırma iģlemidir. Transesterifikasyon iģlemi sırasında bitkisel yağdaki gliserin komponentleri, alkolle yer değiģtirmektedir. Bu iģlemde, alkol olarak, metil ya da etil alkol kullanılmaktadır. Metil alkol kömür, doğalgaz veya odundan elde edilmektedir. Biyodizel üretiminde metil alkol, daha dengeli bir reaksiyon sağladığı için etil alkole oranla daha az toksik etkiye sahiptir ve yenilenebilir kaynaklardan sürekli olarak elde edilebilmektedir. Ülkemiz Ģartlarında, Ģeker pancarından Ģeker üretiminden geriye kalan melastan etil alkol üretimi yapılmaktadır. Ayrıca reaksiyonda kullanılacak etil alkol miktarı, aynı yağ miktarı için metil alkolden daha fazla olmaktadır. Yine kullanılacak etil alkol de, metil alkol gibi %100 saflıkta olmalıdır. Kimyasal anlamda biyodizel, metil alkol ve bitkisel yağ esterlerinden yapılan metil esterdir, etil alkol kullanımında ise etil esterdir (Öğüt ve Oğuz, 2006). Metil ester ve gliserin oluģumunun kimyasal olarak gösterimi ġekil 1.1 de verilmiģtir (Alptekin ve Çanakçı, 2006). ġekil 1.1. Metil ester ve gliserin oluģumunun kimyasal Ģeması 6

17 GĠRĠġ Benzer olmakla birlikte biyodizel elde etmek için kullanılan, çeģitli yollar vardır. Genel olarak biyodizelin üretimi ġekil 1.2 de gösterildiği gibidir. ġekil 1.2. Biyodizel üretim sürecinde genel aģamalar 1.3. Traktör Performans Testleri Traktör performans testleri, traktörlerin iģ yeteneklerinin saptanması, imalatçı ve satıcı firmalar tarafından belirtilen veriler dıģında standart, tarafsız ve karģılaģtırılabilir koģullarda tarım traktörlerinde çeģitli ölçümler yapılarak traktörün yeteneklerini ve özelliklerini belli standartlar dahilinde belirten sonuçların ortaya koyulması amacıyla gerçekleģtirilen testlerdir. Bu sayede uluslararası ticaret daha kolay ve daha güvenilir hale gelmekte ve tarım traktörleri sektöründe Ģeffaflık sağlamaktadır. Tarım traktörlerinin performansını belirlemenin pek çok yolu vardır. Traktör seçiminde en belirleyici ölçüt traktörün performansıdır. Çiftçiler genellikle traktörün kaç kulaklı pulluk çekebildiğine göre değerlendirme yapmaktadırlar. Bu yöntemin doğru bir ölçüt olamayacağını anlamak zor değildir. Maksimum çeki gücü traktörlerin karģılaģtırılması ve performansının değerlendirilmesinde sık kullanılan bir değerdir. Ancak maksimum çeki gücü, toprak, tekerlek ya da paletin durumu, zemin, iklim Ģartları ve aynı zamanda kullanılan vites ve ağırlıklar gibi birçok unsur tarafından etkilenmektedir (Liljedahl ve ark., 1996). Bu yüzden tarım traktörlerini performans yönünden değerlendirirken, kuyruk mili performans değerlerinin kullanılması bahsedilen bu unsurlardan en az düzeyde etkilenerek daha doğru bir değerlendirme yapılmasına olanak sağlayacaktır. 7

18 GĠRĠġ Ġlk kez 1919 yılında ABD de kabul edilen bir kanunla testler eyalet içinde satılan traktörler için zorunlu hale getirilmiģtir. Tarım iģletmesindeki makineler içerisinde traktörün çok kullanılan ve aynı zamanda pahalı bir makine olmasından dolayı iģletme yeteneklerinin detaylı olarak bilinmesi gerekmektedir. Bu amaçla geliģtirilen standart deneyler, Ekonomik ĠĢbirliği ve Kalkınma Örgütü (OECD) ve Uluslararası Standardizasyon TeĢkilatı (ISO) tarafından da kabul edilerek uygulanmaya baģlamıģtır (Sabancı, 1993). OECD ye üye ülkeler, deneyleri gereği gibi yürütebilecek ve deney sonuçlarını yayınlayacak resmi bir test merkezi bulundurmak zorundadırlar. Türkiye de bu koģullara sahip deney merkezi, Tarım Alet ve Makinaları Test Merkezi Müdürlüğü (TAMTEST) dür. Tarım traktörlerinin motor ve güç aktarma organlarına iliģkin deneylerin nasıl yapılacağını belirleyen temel esaslar, OECD tarafından standart deney kodu haline getirilmiģtir. Yapılan çalıģmalarla bu kodlar güncellenmektedir. Traktör testleri ülkemizde bu kodlara uygun olarak yapılmaktadır (Saral ve Avcıoğlu, 2002) ÇalıĢmanın Amacı Bu çalıģmanın amacı, farklı oranlarda biyodizel ile karıģtırılmıģ petrodizelin traktör performansına etkisini belirlemektir. Bu amaçla çalıģmada ülkemiz tarımında yaygın kullanılan traktör güç grubundan bir traktör olan Massey Ferguson WD üzerinde, en verimli yağ bitkilerinden olan kanoladan (kolza) elde edilmiģ biyodizel, %10, %20 ve %30 oranlarında petrodizel yakıtıyla karıģtırılarak, traktör performans değerleri belirlenmiģ ve bu değerler petrodizelle elde edilen performans değerleriyle karģılaģtırılmıģtır. Testler Tarım ve Köy ĠĢleri Bakanlığı na bağlı Tarım Alet ve Makinaları Test Merkezi (TAMTEST) Müdürlüğü nde bulunan standart test düzenekleri yardımıyla OECD standart kod 2 ye göre gerçekleģtirilmiģtir. 8

19 ÖNCEKĠ ÇALIġMALAR 2. ÖNCEKĠ ÇALIġMALAR AlibaĢ ve Ulusoy (1995), bitkisel yağların dizel motorlarında yakıt olarak kullanım olanakları baģlıklı çalıģmalarında bitkisel yağların içten yanmalı motorlarda motorin yerine kullanılabilecek özelliklere sahip olduklarını, motor yakıtı olarak kullanılabilecek bitkisel yağların; soya yağı, ayçiçeği yağı, aspir yağı, kolza yağı, yer fıstığı yağı, keten tohumu yağı ve pamuk tohumu yağı olduğunu belirtmiģlerdir. ÇalıĢmada yağ bitkilerinin ülkemizdeki potansiyeli, bitkisel yağların kimyasal özellikleri, yakıt özellikleri, yakıt özelliklerinin iyileģtirme özellikleri ve dizel motoruna etkileri açıklanmıģtır. Rick ve Reisewitz (1995), yıllarında RGH Hannover firması ve FENDT traktör fabrikasında biyodizelin tarım traktörlerinde kullanımı konusunda denemeler yapmıģlardır. Bu denemeler Niedersachsen Tarım Bakanlığı nın desteğiyle gerçekleģmiģtir. Denemelerde farklı yapıda 40 adet traktör kullanılmıģtır. Sonuç olarak biyodizelin problemsiz ve teknik değiģiklik yapılmaksızın traktörlerde kullanılabileceği belirtilmiģtir. ÇalıĢma sonunda elde edilen sonuçlar ise; Biyodizelin kıģ koģullarında kullanımında önemli bir probleme rastlanmadığı, Biyodizel kullanımında elde edilen sonuçların genel olarak olumlu olduğu, Verim kaybı ve araçlarda fazla aģınmanın görülmediği, Maksimum %5 lik bir verim kaybının ancak aģırı yük gibi özel durumlarda belirlenebildiği, Yakıt filtrelerinde veya yakıt pompalarında herhangi bir probleme rastlanmadığı, Olumsuz bir sonuç olarak kaporta üzerinde özellikle doldurma ağzı yakınında boya dökülmelerinin olduğu bildirilmiģtir. Demirsoy ve Kındıroğlu (1997), ayçiçeği, soya ve pamuk yağını çeģitli oranlarda petrodizel yakıtıyla karıģtırarak kullanılabilirliğini araģtırmıģlardır. Testler sonunda %85 ayçiçek yağı, %15 petrodizel yakıtı kullanıldığında elde edilen motor momentinin, petrodizel yakıtı kullanıldığında elde edilen motor momentinden daha yüksek olduğunu, diğer yağ karıģımlarında elde edilen performans değerlerinin bu yakıttan düģük ancak buna yakın olduğunu bulmuģlardır. Soya, ayçiçek ve pamuk yağı ve bu yağlardan elde edilen metil esterlerinin dizel motorlarında yakıt olarak kullanımında motor performansının petrodizel yakıtıyla elde edilen performansa yakın olduğunu belirtmiģlerdir. Altın ve Yücesu (1998), çalıģmalarında tek silindirli bir dizel motorunda yakıt olarak ham pamuk yağı ve pamuk yağı metil esterinin kullanılabilirliğini deneysel olarak araģtırmıģlardır. Her iki yakıtın performansı ve egzoz emisyonlarını petrodizel yakıtı ile karģılaģtırmalı olarak incelemiģlerdir. AraĢtırma sonuçlarında kısa süreli çalıģmalarda ham pamuk yağının, orta ve uzun süreli çalıģmalarda da pamuk yağı metil esterinin dizel motorlarda alternatif yakıt olarak kullanılabileceği gösterilmiģtir. Ulusoy ve AlibaĢ (2001), yaptıkları çalıģmada ham pamuk yağı metil esterinin ve petrodizel yakıtı ile olan karıģımlarının alternatif yakıt olarak kullanımını deneysel olarak incelenmiģ, kullanılan bu yakıtlar için motor performans eğrilerini çıkartarak sonuçları karģılaģtırmıģlardır. Elde edilen bu sonuçlar ve yapılan değerlendirmelerle, pamuk yağı metil esteri performans değerlerinin petrodizel yakıtına benzer özellikler taģıdığını ve alternatif yakıt olarak kullanılabileceğini göstermiģtir. 9

20 ÖNCEKĠ ÇALIġMALAR Oğuz ve Öğüt ( 2001), tarım traktörlerinde bitkisel kökenli yağ ve yakıt kullanımı baģlıklı çalıģmalarında, bitkisel esaslı yağların tarım traktörlerinde yakıt, motor yağı, ve hidrolik yağı olarak kullanım imkânları ve bunların avantaj ve dezavantajlarını irdelemiģlerdir. Yücesu ve ark., (2001), tek silindirli bir dizel motorunda alternatif yakıt olarak bitkisel yağ kullanımının motor performansı ve egzoz emisyonlarına etkilerini deneysel olarak incelemiģlerdir. Deneylerde No 2-D petrodizel yakıtı ile birlikte dokuz değiģik bitkisel yağ (ham ayçiçek yağı, ham pamuk yağı, ham soya yağı ve bunlardan elde edilen ayçiçek yağı metil esterleri, pamuk yağı metil esterleri, soya yağı metil esterleri ile rafine edilmiģ haģhaģ yağı, kanola yağı ve mısır yağı) kullanmıģlardır. Motor performansı ve egzoz emisyon karakteristiklerini belirlemek amacıyla motoru tam gaz-değiģik devir ve sabit devir-değiģik yük deneyine tabi tutmuģlardır. Yapılan testler sonucunda bitkisel yağların performans değerlerinin petrodizel yakıtından daha düģük, duman koyuluğunun bitkisel yağlarda daha yüksek, NO X emisyonlarının ise No 2-D petrodizel yakıtından daha yüksek olduğunu ortaya koymuģlardır. EsterleĢtirme iģlemi ile ham yağların fiziksel ve kimyasal özelliklerinde bir miktar iyileģme olduğunu, üretilen bitkisel yağ metil esteri esaslı yakıtların motor performansı değerlerinin ham yağlardan daha iyi ve petrodizel yakıtı performans değerlerine daha yakın olduğunu belirlemiģlerdir. Altun ve Gür (2005), bitkisel yağların dizel motorlarda alternatif yakıt olarak kullanım olanaklarını, karģılaģılan sorunlar ve çözüm önerilerini, motor performansını, egzoz emisyonlarını ve motor elemanları üzerindeki etkilerini literatür irdeleyerek incelemiģtir. Altun ve Öner (2005), dizel motor yakıtına alternatif olarak susam yağını araģtırmıģ ve bu amaçla susam yağını, tek silindirli dört zamanlı ve direkt püskürtmeli bir dizel motorunda yakıt olarak kullanarak, motor performansı ve motor elemanları üzerindeki etkilerini petrodizel ile karģılaģtırmalı olarak incelenmiģlerdir. ÇalıĢmada %75 susam yağı ve %25 petrodizel karıģımı ile petrodizel yakıt olarak kullanılmıģlardır. KarıĢım yakıt kullanıldığında, motorun düzensiz, sarsıntılı ve sesli çalıģtığını, motorun yakıt püskürtme basıncı artırılarak tekrar kullanılan karıģım yakıt ile motorun normal çalıģtığını ve motorine yakın performans değerleri elde edildiğini bildirmiģlerdir. Ayrıca susam yağı ile çalıģmada motorine nazaran motor elemanlarında normalden fazla is ve kurum oluģtuğunu belirlemiģlerdir. Öğüt ve Oğuz (2006), Üçüncü milenyum yakıtı biyodizel adlı kitaplarında fosil kökenli yakıt kullanımından kaynaklanan sorunlar, yenilenebilir enerjiler, dizel motorlarda yakıt olarak bitkisel yağ kullanımının tarihi geliģimi, biyodizelin dünyadaki durumu, motor yakıtı olarak biyodizel, biyodizelin teknik özellikleri, bazı yağ bitkilerinin yetiģtiriciliği, tohumlardan yağ elde etme, biyolojik yağların yakıta dönüģtürülme yöntemleri, biyodizel üretimi, yakıt üreteçleri, biyodizel üretiminde otomasyon sistemi uygulanması, biyodizel üretim maliyeti, biyodizelin standartları ve teknik özellikleri, biyodizelin motorlarda yakıt olarak kullanımına ait değerlendirmeler, biyodizel çevre ve sağlık, Türkiye de biyodizele ait mevzuat, Türkiye de biyodizel üretiminin mevcut durumu konularını açıklamıģlardır. 10

21 ÖNCEKĠ ÇALIġMALAR Sabancı ve ark. (2006), yeni ve yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan biyodizelin fosil kaynaklı yakıtlarla belli oranlarda karıģtırılarak veya saf olarak dizel motorlarda yakıt olarak kullanılabilme olanakları ve Türkiye deki kullanım koģullarına yönelik bilgileri açıklamıģlardır. Alpgiray ve ark. (2007), çalıģmalarında kanola yağından elde edilen metil ve etil esterlerin tek silindirli bir dizel motorunda gösterdikleri performans ve emisyon karakteristiklerini incelemiģ ve elde edilen sonuçları petrodizel yakıtıyla karģılaģtırarak değerlendirmiģlerdir. Elde edilen sonuçlara göre moment ve gücün petrodizele yakın, yakıt tüketiminin biraz yüksek olduğunu, ayrıca yeniden esterleme yöntemiyle yağlardaki viskozitenin azaldığını, CO ve CO 2 emisyon değerleri daha yüksek ve NO emisyon değerinin ise daha düģük olduğunu bulmuģlardır. Eliçin ve Erdoğan (2007), araģtırmalarında yakıt olarak kullanılan fındık yağının küçük güçlü bir dizel motor performansına etkilerini incelemiģ, emisyon kontrollerini yapmıģ ve uygulanabilirliğini belirlemiģlerdir. Bu amaçla, doğrudan püskürtmeli, 5,5 kw anma gücünde, 4 zamanlı bir dizel motoru kullanmıģ, yakıt olarak belirli oranlarda fındık yağı ile petrodizel yakıtı karıģımları ve transesterifikasyon yöntemi ile edilen fındık yağı etil ve metil esterlerini kullanmıģlardır. Denemelerde devir sayısına bağlı olarak, dönme momenti, yakıt tüketimi ve emisyon değerlerini ölçmüģlerdir. Yapılan hesaplamalarla, güç, özgül yakıt tüketimi ve saatlik yakıt tüketimlerini belirlenmiģler ve buna göre fındık yağı alkil esterlerinin petrodizel yakıtına benzer değerlere sahip olduğunu ortaya koymuģlardır. Eliçin ve ark. (2007), haģhaģ yağının dizel motor yakıtı olarak kullanım olanaklarını araģtırmıģlardır. Öncelikle haģhaģ yağının yakıt özellikleri belirlendikten sonra bu yağdan elde edilen metil ve etil esterler tek silindirli bir dizel motorda test edilmiģ ve elde edilen sonuçlar diesel yakıtla elde edilen değerlerle karģılaģtırarak değerlendirmiģlerdir. Emiroğlu (2007), bir traktör motorunda yakıt olarak biyodizel karıģımlı petrodizel kullanımının motor performansına ve egzoz emisyonlarına etkilerini araģtırmıģtır. Biyodizel olarak kolza yağı metil esterinin kullanıldığı ve petrodizele hacimsel olarak %2, %5,75, %10 ve %20 oranlarında karıģtırılarak elde edilen yakıtlarla (B2, B5,75, B10 ve B20) yapılan motor denemeleri sonucunda; biyodizel karıģımlı yakıt kullanımına bağlı olarak motorun güç ve tork değerlerinde dikkate alınmayacak düzeyde küçük düģüģler meydana gelmesine karģın, genel olarak petrodizel kullanımıyla elde edilen sonuçlara yakın, hatta bazı durumlarda daha yüksek değerlere ulaģıldığını, yakıt tüketim değerlerinde belirgin bir fark oluģmadığını, termik verim oranlarında artıģ olduğunu, duman, karbon monoksit (CO), hidrokarbon (HC) ve partikül madde (PM) emisyon değerlerinde düģüģ, azot oksit (NO X ) emisyon değerlerinde ise artıģ olduğunu tespit etmiģtir. Ġlkılıç (2007), yaptığı çalıģmada pamuk yağını metil esterine dönüģtürmüģ ve hacimsel olarak %60 oranında petrodizel yakıtı ile karıģtırmıģtır. Elde edilen karıģımı tek silindirli, hava soğutmalı bir dizel motorunun değiģik devir ve enjeksiyon basınçlarında denemiģ ve motor performansına etkisini incelemiģtir. Pamuk yağı metil esteri ve petrodizel yakıtı karıģımıyla elde edilen momentin %2, güç değerinin %3 petrodizel yakıtından daha düģük, özgül yakıt tüketiminin ise yaklaģık %4 civarında yüksek olduğunu tespit etmiģtir. Yapılan kısa süreli deneylerde pamuk yağı metil esteri ve petrodizel yakıtı karıģımında bir sorun olmadan alternatif yakıt olarak kullanıldığını bildirmiģtir. 11

22 ÖNCEKĠ ÇALIġMALAR KarabektaĢ ve Ergen (2007), rafine soya yağından transesterifikasyon yöntemiyle elde edilen soya yağı metil esterinin bir dizel motorunda kullanılması sonucu elde edilen motor performans karakteristiklerini ve NO X emisyon değerlerindeki değiģimleri, petrodizel yakıtı ile karģılaģtırılmalı olarak değerlendirmiģlerdir. Biyodizel yakıtının testlerinde petrodizele oranla daha düģük ısıl değer, yüksek viskozite ve yoğunluk sapmıģlardır. Motor testlerinde ise petrodizele oranla efektif güçte ortalama %3,92 azalma ortaya çıktığını, özgül yakıt tüketiminde artıģ görüldüğünü, NO X emisyonlarının soya yağı metil esteri ile belirgin artıģ gösterdiğini ve yapılan testlerde yakıtın kullanımı ile ilgili önemli bir sorunla karģılaģılmadığını bildirmiģlerdir. HaĢimoğlu ve ark. (2008), kullanılmamıģ rafine ayçiçeği yağından transesterifikasyon yöntemi ile biyodizel üreterek, bu yakıtın aģırı doldurmalı direkt püskürtmeli bir dizel motorunun kısmi yük Ģartlarındaki performansına ve egzoz emisyonlarına olan etkisini deneysel olarak incelemiģlerdir. Deneysel çalıģmalar sonucunda motor performansı ve egzoz emisyonlarındaki değiģimlerde biyodizelin alt ısıl değerinin petrodizele göre daha düģük olmasının baģlıca etken olduğu sonucuna varmıģlardır. Yakıt olarak biyodizel kullanılması ile genel olarak özgül yakıt tüketimi, verim ve azot oksit emisyonlarının arttığını, egzoz gazı sıcaklığı ve duman koyuluğunun ise azaldığını ortaya koymuģlardır. 12

23 MATERYAL VE METOT 3. MATERYAL VE METOT 3.1. Materyal Testlerde Kullanılan Tarım Traktörü ÇalıĢmada performans testleri için ülkemizde yaygın kullanılan güç grubundan seçilmiģ bir traktör (Massey Ferguson WD) kullanılmıģtır (ġekil 3.1). Testlerde kullanılan traktöre ait özellikler Çizelge 3.1 de verilmiģtir. Çizelge 3.1. Testlerde kullanılan traktörün teknik özellikleri Tip/model WD Motor Perkins Gücü (kw) 43 Vites kutusu Doğrudan kavramalı, senkromeç, 3 kollu, Kuyruk mili 540 için çevrim oranı 3,66/1 540E için çevrim oranı 2,63/1 Hız 28 km/h 13.6 R28 lastik ile Marka ve modeli Massey Ferguson WD, bağ-bahçe Silindir sayısı, pozisyonu, HACMĠ 3, dikey, 3300 cm³ Yakıt besleme sistemi Direk enjeksiyonlu Yakıt tankı kapasitesi 80 L Motor devir sınırı d/d Nominal motor devri 2200 d/d Transmisyon tipi Valeo, çift kademeli, kuru tip DiĢli sayısı Ġleri: 3, geri: 1 Vites sayısı Ġleri: 12, geri: 4 Ġmalatçı tarafından yapılan püskürtme pompası ayarları Enjeksiyon zamanı Ü.Ö.N'dan -1⁰ önce 1200 d/d Ü.Ö.N'dan 2⁰ önce 2200 d/d Püskürtme basıncı 29 ± 0,5 Mpa Uzunluk 3335 mm GeniĢlik mm En üst nokta yüksekliği 2380 mm (roll bar) Traktör kütlesi (ağırlıksız) Ön 798 kg Arka 1425 kg Toplam 2223 kg Lastik ölçüleri Lastik özellikleri Ön Arka Lastik ölçüleri 5,50 R16 13,6 R24 Kat adedi 6 121A8 Tipi diagonal radial ġiģirme basıncı 370 kpa 160 kpa Dinamik yarıçap indeksi 328 mm 560 mm Seçilen iz geniģliği 1360 mm 1285 mm 13

24 MATERYAL VE METOT ġekil 3.1. Testlerde kullanılan traktör (Massey Ferguson WD) Testlerde Kullanılan Yakıtlar Ele alınan traktör performans testleri 4 farklı yakıt kullanılarak gerçekleģtirilmiģtir. Bu yakıtlar, petrodizel ve petrodizele kanola yağ bitkisinden elde edilmiģ bulunan biyodizel belirli oranlarda (%10, %20, %30) karıģtırılarak elde edilen yakıtlardır (Çizelge 3.2). ÇalıĢmada kullanılan standartlara uygun olarak üretilmiģ (TS EN 14213) ve kanola yağ bitkisinden elde edilmiģ biyodizel, Alternatif Enerji ve Biyodizel Üreticileri Birliği (Albiyobir) aracılığıyla temin edilmiģtir. Biyodizel karıģımlı yakıtlar ayrı kaplarda karıģtırılarak bir seferde hazırlanmıģ ve önce kuyruk mili performans testlerinde, daha sonra ise çeki performans testlerinde kullanılmıģlardır. Testlerde kullanılmadan önce yoğunluk ölçer (dansimetre) yardımıyla yakıtların yoğunlukları ölçülmüģ (ġekil 3.2), özgül ve saatlik yakıt tüketimlerinin hesaplanmasında kullanılmak üzere kaydedilmiģtir (Çizelge 3.2). ġekil 3.2. Yoğunluk ölçer ile yakıt yoğunluğunun ölçülmesi 14

25 MATERYAL VE METOT Çizelge 3.2. Traktör performans testlerinde kullanılan yakıtlar Yakıt Açıklama Yoğunluk (g/cm 3 ) Petrodizel Motorin (B0) 0,837 B10 %10 biyodizel + %90 petrodizel 0,840 B20 %20 biyodizel + %80 petrodizel 0,843 B30 %30 biyodizel + %70 petrodizel 0, Testlerin GerçekleĢtirildiği Birim ve Test Düzenekleri Testlerin GerçekleĢtirildiği Birim Traktör performans testleri, Tarım ve Köy ĠĢleri Bakanlığı na bağlı Tarım Alet ve Makinaları Test Merkezi Müdürlüğü nde (TAMTEST) bulunan standart test düzenekleri yardımıyla, OECD standart kod 2 test prosedürleri kapsamında gerçekleģtirilmiģtir. TAMTEST, OECD yetkili test istasyonu görevi yapmakta, OECD tarım ve orman traktörlerinin resmi test kodları çerçevesinde deneylerini yapıp raporlandırmakta ve gerektiğinde OECD onayı alınarak tüm üye ülkelerde geçerli deney raporu olarak yayınlanmaktadır (Anonim, 2008f) Testlerin GerçekleĢtirildiği Düzenekler Kuyruk Mili (PTO) Performans Testi Düzeneği Bu düzenek taģıtların kuyruk mili performans testlerini gerçekleģtirmek amacıyla kullanılmaktadır. TaĢıt laboratuarda sabitlenerek, kuyruk miline bağlanan hassas kontrollü dinamometre ile yük altında performans test prosedürü uygulanmaktadır (ġekil 3.3). Bu sistem özellikle tarım traktörlerinin sertifikalandırılmasında kullanılmaktadır. ġekil 3.3. Kuyruk mili test düzeneği ve kuyruk mili bağlantısı TaĢıt imalatçılarının belirledikleri veya TS ISO 789-1, TS ISO 789-9, TS 5674 vb. uluslararası sertifikalandırma testi prosedürlerinde tanımlanan otomatik yükleme çevrimi programlanarak test sertifika raporları çıkartılabilmektedir. Bu düzenekle kuyruk mili devri, kuyruk mili momenti, yakıt tüketimi, duman koyuluğu, çevre Ģartları (sıcaklık, basınç vb.) ölçülmektedir. Böylece taģıtın güç (kw) ve 15

26 MATERYAL VE METOT diğer performans parametreleri hesaplanabilmektedir. Sonuçlar grafik veya tablo Ģeklinde raporlandırılmaktadır. Motor gaz kolunun otomatik kontrolü ile traktör motorunun gaz kolu açısı hassas Ģekilde kontrol edilmekte ve böylece her noktada ve her modda yükleme yapılabilmektedir. Tüm kontrollerin ve toplanan değerlerin MOTEST bilgisayar sistemine entegre edilmiģ olması dolayısıyla özel test adımları otomatik olarak gerçekleģtirilebilmekte ve test raporları otomatik olarak çıkartılmaktadır. Traktör motorunun otomatik çalıģtırılması, durdurulması, ölçülen değerlerde daha önceden tanımlanmıģ limitlerin aģılması gibi durumlarda, operatör kontrolü olmadan test otomatik olarak ve güvenli biçimde durdurulmakta ve operatöre testin neden durdurulduğu raporlanmaktadır. Sistem ilgili tüm standartlara uygun test yapabilme ve rapor üretebilme yeteneğine sahiptir. Testlerde kullanılan kuyruk mili (PTO) test sisteminin özellikleri Ģu Ģekilde sıralanabilmektedir: Hassas yükleme yeteneği, Motor/traktör gaz kolu otomatik kontrolü, Yük altında performans, ömür ve kalite testi, Anlık veri görüntüleme, Traktörün yakıt tüketiminin ölçümü, Ortam sıcaklığı, nemi ve basıncı ölçümü ve test esnasında motorun yakıt, emme havası, yağ ve motor suyu sıcaklıkları gibi verilerin hassas olarak ölçümü, Ölçümlerin rapor formatında çıktısının alınabilmesi. Kuyruk mili test düzeneğinde kullanılan MOTEST yazılımı ile (ġekil 3.4) test prosedürü oluģturulabilmekte ve sistem otomatik olarak çalıģtırılabilmektedir. Test esnasında sistemde oluģabilecek limit aģımlarında, testi durduracak otomatik alarm sistemi de bulunmaktadır. MOTEST yazılımı ile verilerin anlık görüntülenebilmesinin yanı sıra, otomatik testlerin yapılabilme özelliği, kullanıcı tarafından test prosedürünün tanımlanabilmesi, yapılan test prosedürlerinin ve verilerinin kaydedilerek yeniden çalıģtırabilmesi, alarm özellikleri ve mevcut verilerin tanımlanan formatta çıktısının alınabilmesi özelliği bulunmaktadır. ġekil 3.4. Kuyruk mili test düzeneğinde kullanılan MOTEST yazılımı 16

27 MATERYAL VE METOT Çeki Deneyi Test Düzeneği Deney Pisti TAMTEST te bulunan çeki gücü deney pisti yaklaģık olarak 400 m uzunluğunda beton zeminden oluģmaktadır. Pistte 65 m uzunluğunda, düz, üzeri ve yanları kapalı bir bölüm olan çeki deney tüneli bulunmaktadır. Testler sırasında ölçüm değerleri pistin kapalı olan bu bölümünde alınmaktadır. Çeki tüneli boyunca lastiklerin daha iyi tutunmasını sağlamak ve %15 patinajın aģılmasını güçleģtirmek amacıyla beton zemin yüzeyi pürüzlü hale getirilmiģtir Çeki Arabası ve ÇalıĢma Prensibi Özel olarak tasarlanmıģ çeki arabasının (ġekil 3.5) ön kısmında bulunan kumanda kabini; operatör ve kumanda bölümü olarak iki bölüme ayrılmaktadır. Kumanda bölümünde dümenleme, yakıt ölçüm ünitesi, test kumanda birimi gibi donanımlar bulunmaklardır. Operatör bölümünde ise dizüstü bilgisayarın konumlandırıldığı bir yer ve iletiģim için telsiz bulunmaktadır. Elektrik ihtiyacı devamlı Ģarj edilen akü ile veya güç üreten bir jeneratör ile sağlanmaktadır. Ayrıca çeki arabasında fazladan bir adet yakıt deposu vardır (ġekil 3.6). ġekil 3.5. Çeki arabası ġekil 3.6. Çeki arabası bölümleri (Anonim, 2007) 17