Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi Cilt: 13, No: 3, 2016 (55-68) Electronic Journal of Machine Technologies Vol: 13, No: 3, 2016 (55-68) TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR www.teknolojikarastirmalar.com e-issn:1304-4141 Makale (Article) ZEYTİN YAĞI VE PAMUK YAĞI İLE DİZEL YAKIT KARIŞIMLARININ MOTOR PERFORMANSINA VE EGZOZ EMİSYONLARINA ETKİSİNİN ANALİZİ Muharrem İMAL Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü 46000 Kahramanmaraş/TÜRKİYE muharremimal@ksu.edu.tr Geliş Tarihi:27.06.2016 Kabul Tarihi:01.09.2016 Özet Biyoyakıt üretimiyle tarım sektöründe canlılık sağlanmakta, emisyon standartlarının sürekli iyileştirildiği dünyamızda biyodizel yakıtların kullanımı yaygınlaşmaktadır. Biyodizel bitkisel ve hayvansal yağlar gibi kaynaklardan kimyasal reaksiyon ile elde edilen alternatif dizel yakıtıdır. Petrol ürünü motorin ve türevlerine bağımlılığı azaltması, çevreye olumlu etkilerinden dolayı biyodizelin üretimi ve motorlarda kullanımı ile ilgili çok sayıda çalışma yapılmaktadır. Türkiyenin Akdeniz bölgesinde pamuk yağı ve zeytin yağının yüksek üretim potansiyelinin olması nedeniyle bu ürünler enerji üretimi için alternatif bir kaynak oluşturmaktadır. Bu deneysel çalışmada fiziksel özellikleri ve ısıl değerleri birbirine uyumlu olan Zeytin yağı-pamuk yağı ve dizel yakıt karışımları ( %0 BY0, %20 BY20, %40 BY40) tek silindirli, direkt püskürtmeli, hava ile soğutmalı bir dizel motorda tam yükte denenmiş, motor performansı ve egzoz emisyonu üzerindeki etkileri incelenmiştir. Tüm deney koşullarında düşük biyodizel katkılı karışımların motor performansının yüksek olduğu, biyodizel katkı oranı artırıldıkça egzoz emisyonunun dizel yakıtının egzoz emisyonuna göre daha yüksek olduğu görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Biyodizel; Dizel motor; Egzoz emisyonları An Effect Analysis of the Mixtures of Olive Oil, Cotton Oil and Diesel Fuel on Engine Performance and Emissions Abstract Biofuel production is increasing due to environmental advantages and reduces dependence on petroluem based diesel fuels. Biofuel is an alternative fuel source and main features were listed as; biodegradeble, sulphur-free, non-poisonous, consisting oxygen and high cetane values. Mediterranean region's of Turkey has high potential for production of cotton and olive oil are an alternative source for energy production. In this study, performance and emission characteristics of a four-stroke, one cylinder diesel engine operating with olive oil and cotton oil based biodiesel, and a combination of these mixtures were analyzed. In order to identify the performance and emission characteristics, the engine was tested with full load-varied speed tests. Experimental tests showed that increasing the proportion of the biodiesel in the mixture, with respect to petroleum based diesel fuel, increases the specific fuel consumption while causes a decrease in Bu makaleye atıf yapmak için İmal M., Zeytin Yağı Ve Pamuk Yağı İle Dizel Yakıt Karışımlarının Motor Performansına Ve Egzoz Emisyonlarına Etkisinin Analizi, Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi, 2016, 13(3) 55-68 How to cite this article İmal M., An Effect Analysis of the Mixtures of Olive Oil, Cotton Oil and Diesel Fuel on Engine Performance and Emissions, Electronic Journal of Machine Technologies, 2016, 13(3) 55-68
the engine s torque. The emission analysis showed that the CO, HC and exhaust emission is increasing while NOx emissions are increased. Keywords: Biodiesel; Diesel engine; Exhaust emissions 1.GİRİŞ Biyoyakıt üretimiyle tarım sektöründe canlılık sağlanmakta, hizmet sektörlerinde iş hacmi genişlemektedir. Emisyon standartlarının sürekli iyileştirildiği dünyamızda biyodizel, yakıtların kullanımı yaygınlaşmaktadır. Türkiyenin 2014 yılındaki biyodizel esaslı motorin ithalatı 68901 ton dur. Bu değer 2012 yılı verilerine göre % 180 lik artışı ifade etmektedir [1]. Biyodizel bitkisel ve hayvansal yağlar gibi kaynaklardan kimyasal reaksiyon ile elde edilen alternatif dizel yakıtıdır. Petrol ürünü motorin ve türevlerine bağımlılığı azaltması, çevreye olumlu etkilerinden dolayı biyodizelin üretimi ve motorlarda kullanımı ile ilgili çok sayıda çalışma yapılmaktadır. Dizel motorlarda yakıt tüketiminin ve egzoz emisyonların azaltılması için aşırı dolgu, atık egzoz gazlarının tekrar kullanılması, yüksek basınçlı yakıt püskürtme sistemleri, katalizör ve partikül filtresi gibi gelişmiş teknolojiler kullanılmaktadır. Bu teknolojilerin kullanımı ile egzoz emisyonlarında azalma sağlanmaktadır. Emisyon standartlarına uygun motor geliştirmede yatırım maliyetinin yükselmesi ve yeni motor tasarımın zorluğu daha iyi teknolojilerin geliştirilmesini geciktirmektedir [2]. Motor egzoz emisyonlarının standartları karşılamaması nedeniyle oluşan çevresel tehditler, dizel motorlarında farklı yakıtların kullanılması ile aşılabilir. Biyodizel, başlıca oksijen içeren alternatif dizel motor yakıtı olarak dikkate alınmaktadır. Biyodizelin motorda yağlamayı iyileştirmesi, biyolojik olarak bozunabilir olması, zehirleyici etkisinin düşük olması, düşük emisyon profili ve yenilenebilir olması gibi avantajlarından dolayı konvansiyonel dizel motorlarda biyodizel doğrudan kullanılabileceği gibi dizel yakıtı ile karıştırılarakta kullanılabilir [2-3]. Biyodizel kullanımı ile yanmamış hidrokarbon (HC), karbon monoksit (CO) ve partikül madde (PM) emisyonlarında düşüşler sağlanmaktadır. Bu azalmalara karşın, NO x emisyonlarında artış olduğu, bu durumun biyodizelin üretildiği hammaddenin yağ asit bileşimindeki farklılıklardan kaynaklandığı açıklanmaktadır [4]. Farklı hammaddelerden üretilmiş biyodizel yakıtların genel olarak dizel yakıtına göre daha yüksek viskozite, yoğunluk, setan sayısı, parlama noktası ve akma noktasına sahip oldukları Tablo 1. de görülmektedir. Bu bağlamda hayvansal yağ ve bitkisel yağ karışımlarından oluşan hammaddelerden biyodizel üretimi yapılmakta ve soğuk akış özellikleri iyileştirilmektedir [5]. Bununla birlikte biyodizel yakıtların birbirleri ile belirli oranlarda karıştırılmasıyla da dizel motorlarında kullanılmaya daha uygun karışım yakıtlar elde edilmektedir. Buna rağmen biyodizel yakıtların özelliklerinin bir çoğu Avrupa (EN 14214) ve Amerikan (ASTM 6751) biyodizel standartlarına uygun bulunmaktadır. Bununla beraber biyodizellerin ısıl değerleri yakıtın kaynağına bağlı olarak petrol kökenli dizel yakıta göre %8-15 arasında daha düşüktür [6]. 56
Tablo 1. Biyodizellerin yakıt özelliklerinin dizel yakıtı ve biyodizel standartları ile karşılaştırılması Biyodizel yakıt Viskozite (mm 2 /sn) ( 40 o C de) Yoğunluk (kg/m 3 ) (15 o C de) Parlama Noktası ( o C) Setan Sayısı Isıl Değer (Mj/kg) Akma Noktası ( o C) Dizel Yakıtı 2-4.5 820-860 55 51 43.35-25 Zeytin Yağı 2.9-3.3 919 210 37 37.8-9 Pamuk Yağı 3.05 885 200 52 36.896-4 EN 14214 3.5-5 860-890 >101 Min.51 - - Kanola Yağı 5.5 882 110 46.7 39.5-9 Ayçiçeği Yağı 4.22 880 85 46.6 37.2-4 Soya Yağı 4.08 884 141 46.2 39.8-1 Hayvansal Yağ* 4.11 877 96 57.78 39.949 9 Karanja 5.72 885 170 48 37.4-6 Tall yağı 6.7 883 111 53 40-6 *40/60 hayvansal iç yağ/ayçiçek yağı karışımından üretilmiş biyodizel Biyodizel yakıtların viskozite ve yoğunluklarının dizel yakıtına göre yüksek oluşu, yakıt olarak kullanımlarında püskürtme karakteristiklerini olumsuz yönde etkilemektedir. Düşük alt ısıl değere sahip olmaları ise motorda güç ve moment kaybı ile özgül yakıt tüketiminin artmasına sebep olmaktadır. Farklı hammaddelerden üretilmiş biyodizel yakıtlar ile farklı tip motorlarda yapılmış çalışmalarda soya ve kanola yağı metil esteri ve atık palmiye yağı metil esterini [5], tall yağı metil esteri ve dizel yakıtı karışımını [6], fındık yağı metil ve etil esterini [7], karpuz çekirdeği ve keten tohumu yağı metil esterlerini [8], atık palm yağı metil esterini ve dizel yakıtı ile karışımlarını [5], pamuk ve ayçiçeği yağı metil esterini ve dizel yakıtı ile karışımını doğal emişli ve endirekt püskürtmeli bir dizel motorunda [9], ayçiçeği yağı metil esterini, direkt püskürtmeli bir dizel motorunda kullanmışlardır [10]. Yapılan araştırmaların önemli bir kısmı biyodizel yakıtların dizel motorlarda kullanılması durumunda biyodizelin düşük ısıl değere sahip olmasından dolayı motor gücünde bir düşmeye ve buna karşılık özgül yakıt tüketiminde artışa neden olduğu gösterilmektedir [11]. Tablo 1 de görüldüğü gibi biyodizel yakıtların ısıl değerleri dizel yakıtına göre düşüktür. Düşük ısıl değere sahip yakıtlar kullanıldığında eşit güç üretilebilmesi için daha fazla yakıt harcanması gerekmektedir [6]. Biyodizelin dizel yakıtına göre farklı olan özelliklerinden dolayı yanma odasında hava ile daha homojen bir karışım oluşturulamaması durumunda yüksek CO ve HC emisyonlarının oluştuğu belirtilmiştir. Bununla beraber setan sayısı, kaynama noktası, kükürt ve aromatik bileşen içeriği gibi özelliklerin de CO, yanmamış HC ve duman emisyonlarındaki değişim üzerinde etkili olduğu gösterilmiştir. Farklı hammaddelerden üretilmiş biyodizel yakıtların farklı tasarımlı motor ve değişik işletme şartlarında kullanılmaları sonucu NO x emisyonlarında artış olduğu kabul edilmektedir. CO, HC ve duman emisyonları gibi yanma ürünlerinin azalmasına neden olarak 57
gösterilen biyodizelin oksijen içeriği aynı zamanda yüksek NO x emisyonlarının oluşmasının nedeni olarak gösterilmiştir. [13]. Bu çalışmada farklı miktarlarda biyodizel olarak zeytin yağı ve pamuk yağının eşit hacimli karışımı hacimsel olarak %0(BY0), %20(BY20), %40(BY40) oranlarında motorine karıştırılarak tek silindirli, direkt püskürtmeli, hava ile soğutmalı bir dizel motorda deneyler yapılmıştır. Dizel motorunun tam yükte ve devir sayıları için, Zeytin yağı-pamuk yağı motorin karışımının performansa ve egzoz emisyonlarına etkileri analiz edilmiştir. Tüm deney koşullarında elde edilen egzoz emisyonları dizel yakıtının egzoz emisyonlarına göre daha yüksek çıkmıştır. Bununla beraber biyodizel yakıtların dizel motorlarında kullanılmasıyla özellikle NO x emisyonlarının arttığı gözlemlenmiştir. 2. MALZEME ve METOT Biyodizel yakıtı olarak zeytin yağı (ZY) ve pamuk yağı (PY) ile dizel yakıt %0 BY0, %20 BY20 ve %40 BY40 oranlarında karıştırılarak BY0, BY20, BY40, yakıt karışımları elde edilmiştir. Bu karışımlarda sırasıyla %0 tamamen dizel yakıtından, %20 hacimsel olarak %10 zeytin yağı, %10 pamuk yağı ve %80 dizel yakıtından ve %40 hacimsel olarak %20 zeytin yağı, %20 pamuk yağı ve %60 dizel yakıtından oluşturulmuştur. Elde edilen yakıt karışımlarının tam yükte ve farklı devirlerde tek silindirli dizel bir motorun performansına ve egzoz emisyona etkileri araştırılmıştır. 3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR 3.1. Ölçüm Cihazları Standart dizel yakıtı ile %0, %20, %40 oranlarında karışımı yapılan BY0, BY20, BY40 yakıtlar bir motor test düzeneğinde test edilmiştir. Deneylerde kullanılan dizel motorunun özellikleri Tablo 2. de verilmiştir. Tablo 2. Deneylerde kullanılan dizel motorunun özellikleri Marka Antor Model 6LD400 Silindir sayısı 1 Yanma odası Yakıt Silindir çapı Silindir stroğu Direkt püskürtmeli Dizel 86 mm 68 mm Silindir hacmi 395 cm³ Sıkıştırma oranı 18:1 Yakıt Sarfiyatı 2,1 L/saat Maksimum tork (2200 d/d) Nominal devir Maksimum güç 19,6 Nm 3600 dev/dak 6,25 kw 58
Deneysel çalışmalarda kullanılan motor test düzeneğinde, direkt enjeksiyonlu, 4 zamanlı ve tek silindirli hava ile soğutmalı bir dizel motor ve 15 kw güç absorbe edebilen bir elektrikli dinamometre kullanılmıştır. Tablo 2' de deney motoruna ait teknik özellikler Şekil 1a da deney düzeneğinin şematik diyagramı ve Şekil 1b de deney düzeneği görülmektedir. Deney sistemi kontrol panelinde bulunan motor dönme sayısı ve dinamometreye etki eden kuvveti görüntüleyen dijital göstergeler, 100 ml'lik yakıt tüketimi ölçme büreti ve motor yük kontrol kolu bulunmaktadır. Tablo 3.Gaz analiz cihazı ölçüm parametre ve aralıkları Marka K Test O2 konsantrasyonu (%) 0-25 (%) CO konsantrasyonu (%) 0-15 (%) NO x konsantrasyonu (ppm) HC (ppm) 0-5000 (ppm) 0-20.000(ppm) CO2 konsantrasyonu (%) 0-20 (%) OPASİTE % 0-99.99 OPASİTE K 0-9.99 Lambda 0,5-2,0 Şekil 1a. Deney düzeneğinin şematik diyağramı 59
Şekil 1b. Deney düzeneğinin görünümü. 3.2. Motor Momenti ve Güç Deneyler sırasında motor yükte çalışırken, kuvvet değeri dinamometreye 0,17 m uzaklıktaki yük hücresinden okunmuştur. Motor döndürme momenti aşağıdaki eşitlikten hesaplanmaktadır. Md = F l ( 1) Burada Md, Motor döndürme momentini (Nm), F, Frenleme kuvvetini (N), l ise kuvvet kolu (m) göstermektedir. Motor gücü ise Pe = Md n 9549 eşitliğinden hesaplanır. Bu eşitlikte Pe; Motorun effektif gücü (kw), n; devir sayısı (dev/dak) olarak ifade edilir. Deneyler sırasında motor gücünün ölçümünde çekme prensibine göre çalışan Esit STCS 50 model S tipi yük hücresi kullanılmıştır. Yakıt tüketiminin belirlenmesinde 1 ml hassasiyetli 100 ml hacme sahip ölçekli bir cam büret ve %1 hassasiyetli kronometre kullanılmıştır. Yakıt ölçümünde 60 s de tüketilen yakıt miktarı esas alınmış ve motorun tam yük ve farklı devir sayılarında bu sürede ne kadar yakıt tükettiği cam büret ve kronometre yardımı ile tespit edilmiştir. ( 2) 60
Tork (Nm) İmal M. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2016 13(3) 55-68 4. TARTIŞMA Tek silindirli, dört zamanlı dizel motora sahip olan deney düzeneğinde yapılan testlerde en yüksek moment değerlerine standart dizel yakıtı ile ulaşılmıştır. Şekil 2. incelendiğinde, karışımdaki biyodizel yüzdesi arttıkça motorun döndürme momentinde azalma meydana gelmektedir. Bunun nedeni standart dizel yakıtı ısıl değerinin, biyodizel yakıt karışımlarının ısıl değerinden yüksek olmasıdır. Standart dizel yakıtı ile 2000 d/d da 19 Nm moment elde edilirken, aynı devirde BY20 ile 17Nm, BY40 ile 16.6 Nm, moment elde edilmiştir. Karışımlardaki biyodizel oranına bağlı olarak tork ve güçteki düşüşün biyodizelin yüksek yoğunluk ve viskozitesinden kaynaklandığı bu durumun daha önce yapılan çalışmaları desteklediği görülmektedir. Bu durum Şekil 3. te biyodizel oranına ve motor devir sayısına bağlı olarak güç değişiminde verilmiştir. Yüksek viskozite ve yoğunluk, yakıtın enjektörlerden istenilen şekilde püskürtülememesine neden olmaktadır. Bu durum yanmayı etkileyen tutuşma gecikmesinin süresini artırmakta ve yanmanın verimsizleşmesine yol açmaktadır. Ayrıca biyodizelin ısıl değerinin standart dizelden daha düşük olması da güçteki azalmanın nedenlerinden biri olarak karşımıza çıkmaktadır. 20 19 18 17 16 15 14 13 Şekil 2. Biyodizel oranına ve motor devir sayısına bağlı olarak moment değişimi. 61
Özgül Yakıt Tüketimi (g/kwh) Motor Gücü (kw) İmal M. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2016 13(3) 55-68 6,50 6,00 5,50 5,00 4,50 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 Şekil 3. Biyodizel oranına ve motor devir sayısına bağlı olarak güç değişimi Farklı oranlardaki biyodizel-standart dizel karışımlarının motor devrine bağlı olarak özgül yakıt tüketimine olan etkileri Şekil 4. de görülmektedir. 2000 d/d de standart dizel yakıtı ile en düşük özgül yakıt tüketimi(267 gr/kwh) değeri elde edilmiştir. Aynı devir için, BY20 ile 288.6 gr/kwh, BY40 ile 320.4 gr/kwh, değerleri elde edilmiştir. Özgül yakıt tüketiminin karışımlardaki biyodizel oranına bağlı olarak artmasının nedeni, biyodizelin yoğunluğunun standart dizel yakıtından yüksek olmasıdır. Ayrıca biyodizelin ısıl değerinin standart dizel yakıtın ısıl değerinden düşük olması nedeniyle, aynı miktarda güç elde etmek için motorun daha fazla biyodizel karışımlı yakıt tüketmesi gerekmektedir. 450 425 400 375 350 325 300 275 250 Şekil 4. Biyodizel oranına ve motor devir sayısına bağlı olarak özgül yakıt tüketimi Şekil 5. de biyodizel karışımlı yakıtlardaki O 2 miktarının, biyodizel oranına bağlı olarak tüm devir sayılarında standart dizel yakıtına göre fazla olduğu görülmektedir. Bu durumun nedeni biyodizel 62
CO (%) O 2 (%) İmal M. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2016 13(3) 55-68 içerisinde O 2 bulunmasıdır. Motorun düşük devir sayılarında volumetrik verimi yüksek olduğundan dolayı, en yüksek O 2 miktarı 1400 d/d da elde edilmiştir. 1400 d/d dan sonra tüm yakıtlar için O 2 miktarı 2600 d/d ya kadar düşme eğilimine girmiştir. Motorun devir sayısının artışı ile yanma odasındaki türbülans artarak ideal karışım şartları oluşmakta ve yanma hızı artmaktadır. Bu nedenle yanma verimi iyileştiğinden O 2 tüketimi artmakta ve egzozdan atılan O 2 miktarı azalmaktadır. 11 10 9 8 7 6 5 Şekil 5. Biyodizel oranına ve motor devir sayısına bağlı olarak oksijen oranının değişimi Dizel motorlarda CO emisyonu, ısı enerjisine dönüşemeyen kimyasal enerjiyi gösteren bir parametredir. Yanma ürünleri içerisinde CO nun bulunmasının nedeni, yanma ortamındaki oksijenin yetersiz olması, bu nedenle yanma veriminin düşük olmasıdır. 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 Şekil 6. Biyodizel oranına ve motor devir sayısına bağlı olarak CO değişimi Şekil 6. Biyodizel oranına ve motor devir sayısına bağlı olarak CO değişimi verilmiştir. CO emisyonları tüm yakıt karışımları için 2600 d/d ye kadar artmakta, daha sonra düşme eğilimi göstermektedir. Bu düşme eğiliminin nedeni, artan devir sayısıyla homojen karışımın oluşması 63
CO 2 (%) NOx (ppm) İmal M. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2016 13(3) 55-68 sonucu yanmanın iyileşmesidir. Standart dizel yakıtına göre, BY40 kullanılmasıyla maksimum CO azalması 2600 d/d de %28 olarak ölçülmüştür.. NO x gazlarının oluşumunda, oksijen miktarı, sıcaklık ve zaman olmak üzere üç önemli faktör vardır. Silindir sıcaklığı 1600 K ni aşması durumunda, yeterli oksijenin ve yanma süresinin olması halinde, oksijen azotla reaksiyona girerek NO x leri oluşturmaktadır. Şekil 7. de biyodizel karışımlı yakıtlardaki NO x miktarının, tüm devir sayılarında standart dizel yakıtına göre fazla olduğu görülmektedir. 600 575 550 525 500 475 450 425 400 Şekil 7. Biyodizel oranının motor devir sayısına bağlı olarak NO x miktarı ile değişimi. Küresel ısınmanın sebeplerinden biri, artan CO 2 emisyonunun atmosferde sera etkisi göstermesidir. Egzoz gazları arasında bulunan CO 2 tam yanmayı gösteren önemli bir parametredir. Şekil 8. de biyodizel karışımlı yakıtlardaki CO 2 miktarının, motor devir sayısına bağlı olarak değişimi görülmektedir. 10,00 9,50 9,00 8,50 8,00 7,50 7,00 Şekil 8. Biyodizel oranının motor devir sayısına bağlı olarak CO 2 ye olan etkisi. Yanma ürünleri arasında yanmamış HC ların bulunmasının nedeni, yakıt sıcaklığının tutuşma 64
HC (ppm) İmal M. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2016 13(3) 55-68 sıcaklığına ulaşmaması veya ortamda oksijenin yetersiz olmasından dolayı verimsiz yanmanın olmasıdır. Şekil 9 da biyodizel karışımlı yakıtlardaki HC miktarının, motor devir sayısına bağlı olarak değişimi görülmektedir. Tüm devir sayılarında, HC emisyonu standart dizel yakıta göre daha yüksek seviyededir. 20,00 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 Şekil 9. HC miktarının, motor devir sayısına bağlı olarak değişimi Biyodizel yakıtların yanma odasında hava ile yeterli karışım oluşturamamasından dolayı biyodizel içerikli yakıt karışımlarının HC oranı standart dizel yakıta göre daha yüksek çıkmıştır. 5. SONUÇ VE ÖNERİLER Biyoyakıt üretimiyle tohumdan gübreye tarım sektöründe canlılık sağlanmakta, ulaştırmadan sigortacılık sektörüne kadar iş hacmi genişlemektedir. Emisyon standartlarının sürekli iyileştirildiği dünyamızda biyodizel, yakıtların kullanımı yaygınlaşmaktadır. Türkiyenin 2014 yılındaki biyodizel esaslı motorin ithalatı 68901 ton dur. Dizel motorlarda yakıt tüketiminin ve emisyonların azaltılması için aşırı dolgu, atık egzoz gazlarının tekrar kullanılması, yüksek basınçlı yakıt püskürtme sistemleri, katalizör ve partikül filtresi gibi gelişmiş teknolojiler kullanılmaktadır. Bu çalışmada biyodizel olarak zeytin yağı ve pamuk yağının eşit hacimli karışımı hacimsel olarak %0(BY0), %20(BY20), %40(BY40) oranlarında motorine karıştırılarak tek silindirli, direkt püskürtmeli, hava ile soğutmalı bir dizel motorda deneyler yapılmıştır. Dizel motorunun tam yük ve farklı devir sayıları için, zeytin yağı - pamuk yağı ve dizel yakıt karışımının performansa ve egzoz emisyonlarına etkileri analiz edilmiştir. Tüm deney koşullarında elde edilen egzoz emisyonu dizel yakıtının egzoz emisyonuna göre daha yüksek ölçülmüştür. Bununla beraber biyodizel yakıtların dizel motorlarında kullanılmasıyla özellikle NO x emisyonlarının arttığı gözlemlenmiştir. Biyodizel kullanımı ile motor momenti ve gücünde standart dizel yakıta kıyasla düşüşler görülmüştür. Deneylerde, tüm yakıt karışımları için maksimum moment değerleri, 2000 d/d da elde edilmiştir. Maksimum moment standart dizel yakıtı için 19 Nm, BY20 için 17 Nm, BY40 için 16.6 Nm elde edilmiştir. Dizel yakıtına göre, biyodizel içerikli yakıtlardan ortalama %12.25 daha düşük güç elde edilmiştir. Bu durum, biyodizelin ısıl değerinin düşük olması, yüksek viskoziteye ve yoğunluğa sahip olmasından kaynaklanmaktadır. Biyodizel karışımlı yakıtların özgül yakıt tüketimi değerlerinin, standart dizel yakıtı değerlerine göre yüksek olduğu görülmüştür. Özgül yakıt 65
tüketiminin biyodizel oranına bağlı olarak artmasının nedeni, biyodizelin yoğunluğunun standart dizel yakıtından yüksek olmasıdır. Ayrıca biyodizelin ısıl değerinin standart dizel yakıtın ısıl değerinden düşük olması nedeniyle, aynı miktarda enerji elde etmek için motorun daha fazla biyodizel karışımlı yakıt kullanması gerekmektedir. Tam yanmanın gerçekleşememesi nedeniyle karışımların içerdiği biyodizel oranlarına bağlı olarak, egzoz gazı içerisinde bulunan O 2 miktarının ve CO 2 emisyonunda bir miktar arttığı gözlemlenmiştir. Ayrıca, biyodizel karışımlı yakıtların ısıl değerleri düşük olduğu için, egzoz gazı sıcaklıkları dizel yakıtına göre düşük ölçülmüştür. En yüksek NO x emisyonu, B40 yakıtının kullanımında görülmüştür. Yakıt karışımlarındaki biyodizel oranı arttıkça, NO x emisyonları artmaktadır. NO x emisyonlarının yüksek elde edilmesinin nedenlerinden biri biyodizelin oksijen içeriğinin yüksek olmasına bağlı olarak yanma sonu gaz sıcaklıklarının yüksek olmasıdır. Yüksek gaz sıcaklıklarında azot ile oksijen daha kolay reaksiyona girebilmektedir. HC emisyonlarının oluşmasının nedenlerinden biri de alevin soğuk silindir cidarlarına temas ettiğinde sönmesidir. Bununla birlikte piston, segman kenarları gibi hava ile yakıtın homojen karışım oluşturamadığı bölgelerde yanmanın kötüleşmesidir. Bu araştırmanın sonuçları ile zeytin yağı ve pamuk yağı karışımlarının biyodizel yakıt olarak belli oranlarda motorin ile karıştırılmasıyla dizel motorlarında kullanılabileceği sonucuna varılmıştır. 6. KAYNAKLAR Ar, F., 2016. Türkiyenin Enerji Görünümü, Makine Mühendisleri Odası Raporu, 267-271, Ankara. Abu-Qudais, M., Al-Widyan, M., 2002, Performance and Emissions Characteristics of a Diesel Engine Operating on Shale-Oil, Energy Conversion and Management, 43, 673-682. Alpgiray B., 2006. Kanola Yağı Metil Esteri ve Karışımlarının Dizel Motoru Performansına Etkisinin Deneysel İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 33-45. Altın R., 1998. Bitkisel Yağların Dizel Motorlarında Kullanılmasının Deneysel Olarak İncelenmesi, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara. Schumacher, L., Borgelt, S., Hıres, W., Spurling, C., Humphrey, J., Fınk, J., 1993, Fueling Diesel Engines with Esterified Soybean Oil, ASAE Paper, MC 93-101. Özsezen, A.N. ve Çanakçı, M., 2009. Atık Palmiye ve Kanola Yağı Metil Esterlerinin Kullanıldığı Direkt Püskürtmeli Bir Dizel Motorda Performans ve Yanma, Gazi Üniversitesi Mühendislik. Mimarlık Fakültesi Dergisi, Cilt 24, No 2, 275-284. Keskin, A. Gürü, M. Altıparmak, D., 2007. Tall Yağı Biyodizelinin Dizel Yakıtı ile %90 Oranındaki Karışımının Alternatif Dizel Yakıtı Olarak İncelenmesi, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi. Dergisi, Cilt 22, No 1, 57-63. 66
Eliçin, A.K. Erdoğan, D., 2007. Fındık Yağı Metil ve Etil Esteri ile Diesel Yakıtı Karışımlarının Küçük Güçlü Bir Diesel Motorda Yakıt Olarak Kullanım Olanaklarının Belirlenmesi, Tarım Bilimleri Dergisi, 13 (2) 137-146. Sekmen, Y., 2007. Karpuz Çekirdeği ve Keten Tohumu Yağı Metil Esterlerinin Dizel Motorda Yakıt Olarak Kullanılması, Teknoloji, Cilt 10, Sayı 4, 295-302. Sugözü, İ., Aksoy, F., Baydır, Ş. A., 2009. Bir Dizel Motorunda Ayçiçeği Metil Esteri Kullanımının Motor Performans ve Emisyonlarına Etkisi, Makine Teknolojileri Dergisi, 6,(2), 49-56. Haşimoğlu, C., Içingür, Y., Özsert, İ. 2008. Turbo Şarjlı Bir Dizel Motorda Yakıt Olarak Biyodizel Kullanılmasının Motor Performans ve Egzoz Emisyonlarına Etkisi, Gazi Üniversitesi Mühendisli. Mimarlık Fakültesi. Dergisi, Cilt 23, No 1, 207-213. Akgün, G., Bayındır H., Aydın H., Düz C., 2009. Hayvansal Yağlardan Biyodizel Üretimi ve Teknik Değerlerinin Belirlenmesi, V. Yenilenebilir Enerji Sempozyumu Bildiriler Kitabı. Diyarbakır. Ulusoy, Y., 1999. Ayçiçeği, Pamuk ve Soya Yağlarının Diesel Motorlarında Yakıt Olarak Kullanım Olanaklarının Belirlenmesi Üzerine Karşılaştırmalı Bir Araştırma, Uludağ Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 119s., Bursa. Acaroğlu, M, 2013. Alternatif Enerji Kaynakları, Nobel Yayınları, Ankara. Aktaş, A. Sekmen, Y., 2008. Biyodizel ile Çalışan bir Dizel Motorda Yakıt Püskürtme Avansının Performans ve Egzoz Emisyonlarına Etkisi, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, Cilt 23, No 1, 199-206. Altun, Ş., 2010. Dizel Motor Performansı ve Egzoz Emisyonları Üzerinde Biyodizel Etkisi, Taşıt Teknolojileri Elektronik Dergisi, (1), 9-19. Afyon. Yakıtların He, Y., Bao, Y.D., 2005. Study on cottonseed oil as a partial substitute for diesel oil in fuel for single-cylinder diesel engine, Renewable Energy 30: 805-813. Demirel, H.T.,2004. Diesel Motorlarda Alternatif Yakıt Olarak Biodiesel Kullanımının İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, 151s., İstanbul. Dinçbaş A., 2007. Biyodizel Kullanımının Dizel Motoru Üzerindeki Etkilerinin Uzun Süreli Testlerle ve Motorinle Karşılaştırmalı Olarak İncelenmesi, Yüksek Lisans. Tezi, Ege Üniversitesi, 128 s., İzmir. Erdoğan, D., 2007. Bitkisel Yağların Dizel Motorlarında Yakıt Olarak Kullanılması, Tarımsal Mekanizasyon 13.Ulusal Kongresi, 25 27 Eylül 2007, Konya. 67
Gürleyük, S.S. ve Akpınar, S., 2003, Yeni Enerji Kaynakları. Biyodizel, II. Yenilenebilir Enerji Kaynakları Sempozyumu, ISBN. 975-395-643-6, 406-411. Haşimoğlu, C., 2005. Düşük Isı Kayıplı Bir Dizel Motorunda Biyodizel Kullanımının Performans ve Emisyon Parametrelerine Etkisi, Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 140s., Sakarya. Ham Petrol Ve Doğal Gaz Sektör Raporu.,2014. Türkiye Üretilebilir Petrol ve Doğalgaz Rezervi, 2013 Yılı Ham Petrol Ve Doğal Gaz Sektör Raporu, Ankara. Çanakçı, M. and Van Gerpen, J., 2003. Comparison of Engine Performance and Emissions for Petroleum Diesel Fuel, Yellow Grease Biodiesel and Soybean Oil Biodiesel, Transactions of ASAE, 46, 4, 937-944. İleri, E., 2005. Kanola Yağı Metil Esterinin Dizel Motor Performansı ve Emisyonlarına Etkilerinin Deneysel Olarak İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Ege Üniversitesi. 1-45, İzmir. 68