DİZEL MOTORLARINDA HİDROJENİN EK YAKIT OLARAK KULLANILIMININ MOTOR PERFORMANSINA ETKİSİNİN İNCELENMESİ ARAŞTIRMA MAKALESİ ÖZET

Benzer belgeler
SIKIŞTIRMA ORANININ BİR DİZEL MOTORUN PERFORMANS VE EMİSYONLARINA ETKİLERİ

Bölüm 3 Motor Çalışma Koşullarının Emisyonlara Etkisi

Dizel Motorlarında Enjeksiyon Basıncı ve Maksimum Yakıt Miktarının Motor Performansı ve Duman Emisyonlarına Etkilerinin İncelenmesi

SAKARYA ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

İçten yanmalı motorlarda temel kavramlarının açıklanması Benzinli ve dizel motorların çalışma prensiplerinin anlatılması

METİL VE ETİL ESTERİN DİZEL YAKITI OLARAK KULLANILMA İMKANLARININ DENEYSEL OLARAK ARAŞTIRILMASI ÖZET

BUJİ İLE ATEŞLEMELİ MOTORLARDA TEK NOKTA YAKIT ENJEKSİYON VE KARBÜRATÖR SİSTEMLERİNİN PERFORMANSA ETKİLERİ ÜZERİNE DENEYSEL BİR ARAŞTIRMA

Karbonmonoksit (CO) Oluşumu

İÇTEN YANMALI MOTORLARDA MOMENT, GÜÇ ve YAKIT SARFİYATI KARAKTERİSTİKLERİNİN BELİRLENMESİ

Atık Kızartma Yağı Metil Esterinin Bir Dizel Motorunda, Motor Performansı ve Egzoz Emisyonlarına Etkisinin Araştırılması

BURSA TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE LABORATUVAR DERSİ. Yakıt Püskürtme Sistemleri Deneyi

Bölüm 2 Kirletici Maddelerin Oluşumu

Temel Motor Teknolojisi

Halit YAŞAR. Doç. Dr. Makina Mühendisliği Bölümü Otomotiv Anabilim Dalı Öğretim Üyesi

İÇTEN YANMALI MOTORLARDA SOĞUTMA SUYU SICAKLIĞININ MOTOR PERFORMANSINA ETKİLERİ ÜZERİNE DENEYSEL BİR ARAŞTIRMA

7. Krank Mili 8. Biyel Kolu 9. Pistonlar 10. Segmanlar 11. Kam Mili 12. Subaplar

Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA

BUJİ İLE ATEŞLEMELİ MOTORLARDA KISMİ GAZ KELEBEK AÇIKLIĞINDA LPG KULLANIMI ÜZERİNE DENEYSEL BİR ARAŞTIRMA

Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesi TÜRKİYE 10. ENERJİ KONGRESİ

MOTORLAR-5 HAFTA GERÇEK MOTOR ÇEVRİMİ

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

İçten Yanmalı Motorların Doğalgazla Çalışır Hale Getirilmeleri ve Dönüştürülmüş Motorların Performans Parametrelerinin Analizi

SEMİH AKBAŞ

KARBÜRATÖRLÜ MOTORA KARIŞIM İÇERİSİNE SAF OKSİJEN İLAVE EDİLMESİNİN MOTOR KARAKTERİSTİKLERİNE ETKİSİ

Suat SARIDEMİR 1 Bülent ERYAKALI 2 TÜRKİYE.

MAKİNE VE MOTOR DERS NOTLARI 4.HAFTA

DİZEL MOTORLARINDA DİZEL YAKITI + LPG KULLANIMININ PERFORMANS VE EMİSYONA ETKİSİ

İÇTEN YANMALI MOTORLAR 2. BÖLÜM EK DERS NOTLARI

Dietil Eter-Dizel Karışımlarının Direkt Enjeksiyonlu Bir Dizel Motorunun Performans ve Emisyonlarına Etkisi

Benzin nitrometan karışımlarının özgül yakıt sarfiyatı ve emisyonlara etkisinin incelenmesi

Buji ile Ateşlemeli Bir Motorda Çalışma Parametrelerinin Egzoz Emisyonlarına Etkilerinin Deneysel Olarak İncelenmesi

BUJİ İLE ATEŞLEMELİ BİR MOTORDA PROPAN VE FARKLI ORANLARDA PROPAN/BÜTAN KULLANIMININ PERFORMANSA ETKİLERİNİN DENEYSEL ANALİZİ

Etanol Dizel Yakıt Karışımlarının Kısmi Homojen Dolgulu Bir Dizel Motorun Performansına Etkisi

Karabük Üniversitesi Teknoloji Fakültesi Mekatronik Mühendisliği Bölümü Karabük TÜRKİYE ÖZET

Motor kullanıcısı açısından seçimi etkileyen faktörler:

BENZİNLİ BİR MOTORDA BENZİN+LPG KULLANIMININ PERFORMANS VE EMİSYONLARA ETKİSİ. Cenk SAYIN*, Mustafa ÇANAKÇI, İbrahim KILIÇASLAN ÖZET

TEKNOLOJĐK ARAŞTIRMALAR

ALTERNATİF YAKITLARIN VE İKİNCİL HAVA ENJEKSİYONUN KATALİTİK KONVERTÖR VERİMİNE ETKİSİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ.

Tek silindirli bir dizel motorda atık biyodizel kullanımının motor performansı ve emisyonlarına etkisi

EMME MANİFOLDUNDAKİ TÜRBÜLANS ARTIŞININ MOTOR PERFORMANSINA ETKİSİ ÜZERİNE DENEYSEL BİR ÇALIŞMA

Dört stroklu diesel motor

Bir Dizel Motorda Yakıt Olarak Kullanılan Balık Yağı Metil Esteri Karışımlarının Motor Performans Ve Emisyonlarına Etkisi

MJS

Dizel Motorlarında Yanma Odası İçerisine Su Püskürtmenin Egzoz Emisyonlarına Etkisi

Soru 5) Pistonun, silindir içersinde iki ölü nokta arasında yaptığı tek bir harekete ne denir? a) Çevrim b) Vakum c) Basma d) Zaman

MPI Enjeksiyon Sistemli Araçlarda LPG ve Benzin Kullanımının Taşıt Performansı ve Egzoz Emisyonlarına Etkisinin İncelenmesi

İÇERİK. Amaç Yanma Dizel motorlardan kaynaklanan emisyonlar Dizel motor kaynaklı emisyonların insan ve çevre sağlığına etkileri Sonuç

Tek Silindirli Bir Dizel Motorunda Değişik Püskürtme Zamanlaması Değerlerinin Motor Performansına ve Emisyonlarına Etkisinin Araştırılması

KANOLA YAĞI METİL ESTERİ VE KARIŞIMLARININ MOTOR PERFORMANS VE EGZOZ EMİSYONLARINA OLAN ETKİLERİ

Deðiþik Oktan Sayýlý Yakýtlarýn Farklý Gaz Kelebeði Açýklýklarýndaki Motor Performansý ve Egzoz Emisyonlarý

8. Silindirlerin Düzenleniş Şekline Göre

Aspir Biyodizelinde Farklı Enjektör Basınçlarının Motor Performansına Etkisi

2-Emisyon Ölçüm Raporu Formatı

HAVA SOĞUTMALI BİR SOĞUTMA GURUBUNDA SOĞUTMA KAPASİTESİ VE ETKİNLİĞİNİN DIŞ SICAKLIKLARLA DEĞİŞİMİ

BUJİ ATEŞLEMELİ BİR MOTORDA ALTERNATİF YAKIT OLARAK SAF ETANOLUN KULLANILMASI

DEÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ FEN ve MÜHENDİSLİK DERGİSİ Cilt: 6 Sayı: 2 s Mayıs 2004

4 SİLİNDİR BENZİNLİ MOTOR COK-G.ENRJ.005

MAKİNE MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ Ders 3

TEKNOLOJĐK ARAŞTIRMALAR

Egzoz gazında bulunan ve havayı kirleten bileşenler egzoz emisyonları diye adlandırılır. Bu bileşenlerden bazıları şunlardır:

YTÜ Makine Mühendisliği Bölümü Hidromekanik ve Hidrolik Makinalar Anabilim Dalı Özel Laboratuvar Dersi Kompresör Deneyi Çalışma Notu

14th International Combustion Symposium (INCOS2018) April 2018

Bir Traktör Modelinde Yakıt Olarak Değişik Oranlarda Biodizel Kullanımının Motor Karakteristiklerine Etkilerinin Belirlenmesi*

Biyodizel Yakıtla Çalıştırılan Küçük Güçlü Bir Diesel Motorun Performans ve Emisyonuna Giriş Hava Basıncının Etkisinin İncelenmesi

Şekil 1. Deney düzeneğinin şematik görünümü.

OTOMOTİV TEKNOLOJİLERİ

MOTORLAR. 1 Ders Adi: MOTORLAR 2 Ders Kodu: MAK Ders Türü: Seçmeli 4 Ders Seviyesi Lisans

Termal Bariyer Kaplı Bir Buji Ateşlemeli Motora Su Enjeksiyonunun Motor Performans ve Egzoz Emisyonları Üzerine Etkilerinin İncelenmesi

Đçten Yanmalı Motor Tasarımı

Dizel Yakıtındaki Sıcaklık Değişiminin Püskürtülen Yakıt Miktarına Etkisi ve Dinamik Yakıt Sıcaklığı Kontrolü

FARKLI KATALIZÖR VE YIKAMA SUYU KULLANILAN KANOLA METIL ESTERININ DIZEL MOTORLARDA KULLANIMININ EMISYONLAR ÜZERINE ETKISI

DENİZ MOTORLARI. e. Egzoz Sistemi Motor içinde yanma sonrası oluşan kirli gazların dışarı atılmasını sağlayan sistem.

ZEYTİN YAĞI VE PAMUK YAĞI İLE DİZEL YAKIT KARIŞIMLARININ MOTOR PERFORMANSINA VE EGZOZ EMİSYONLARINA ETKİSİNİN ANALİZİ

Araştırma Makalesi / Research Article. Dizel Motor Performans ve Emisyonları Üzerindeki Biyodizel-Dizel Karışım Yakıtların Etkisi

Hidrojen Depolama Yöntemleri

DEN 322. Diesel Motor Karakteristikleri

Hidrostatik Güç İletimi. Vedat Temiz

Buji ile ateşlemeli motorlar için teorik çevrimin (Hava Standart OTTO çevrimi) Sıkıştırma ile ateşlemeli motorlar için teorik çevrimin (Dizel Teorik

ANADOLU ÜNİVERSİTESİ HAVACILIK VE UZAY BİLİMLERİ FAKÜLTESİ

DEĞİŞKEN SUPAP ZAMANLAMASININ MOTOR PERFORMANSINA ETKİLERİ. * Ali AKBAŞ ** M. Sahir SALMAN

ALTERNATİF ENERJİ KAYNAKLARI

TECHNOLOGICAL APPLIED SCIENCES Received: June Habib Gürbüz Accepted: March 2010

Tek Silindirli Bir Dizel Motorda Atık Biyodizel Kullanımının Motor Performansı ve Emisyonlarına Etkisi

Bir Dizel Motora Metanol Fumigasyonunun Performans ve Emisyonlara Etkisi

Hidrojen - Metanol- Benzin Karışımlarının Deneysel İncelenmesi

4. ELEKTRONİK YAKIT SİSTEMLERİ

BUJİ İLE ATEŞLEMELİ BİR MOTORDA HAVA FAZLALIK KATSAYISININ NO EMİSYONU VE KATALİTİK KONVERTÖR VERİMİNE ETKİSİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ

Gerçek ve ideal çevrimler, Carnot çevrimi, hava standardı kabulleri, pistonlu motolar

SÜLEYMAN DEMĠREL ÜNĠVERSĠTESĠ MÜHENDĠSLĠK FAKÜLTESĠ MAKĠNA MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ MOTORLAR LABORATUARI DENEY FÖYÜ DENEY ADI MOTORLAR DENEYĠ

Tasarruf sağlar! SOCAR CNG. DUAL SYSTEM aracın motorin tüketimini %

Diesel Motorlarında Doldurma Basıncının ve Egzoz Gazı Resirkülasyonunun Azot Oksit ve Partikül Madde Emisyonlarına Etkisi.

OREN303 ENERJİ YÖNETİMİ KERESTE KURUTMADA ENERJİ ANALİZİ/SÜREÇ YÖNETİMİ

tmmob makina mühendisleri odası uygulamalı eğitim merkezi Buhar Kazanı Verim Hesapları Eğitimi

SERAMİK KAPLI BİR DİZEL MOTORUNDA BİYODİZEL KULLANIMININ EMİSYON PARAMETRELERİNE ETKİSİNİN DENEYSEL OLARAK ARAŞTIRILMASI

%20 Fazla hava dikkate alınarak yanma denklemi aşağıdaki şekilde yazılır:

88 x x x x x /56 55/74 31/42 36/49 55/74

Journal of ETA Maritime Science

SAKARYA ÜNİVERSİTESİ SAKARYA MESLEK YÜKSEKOKULU

Bölüm 6 Emisyonların Kontrolu

Dizel Motorlarda Yakıta Hidrojen Katkısının Yanma, Performans ve Emisyonlar Üzerine Etkilerinin İncelenmesi

Transkript:

Politeknik Dergisi Journal of Polytechnic Cilt: 7 Sayı: 2 s. 119-128, 2004 Vol: 7 No: 2 pp. 119-128, 2004 DİZEL MOTORLARINDA HİDROJENİN EK YAKIT OLARAK KULLANILIMININ MOTOR PERFORMANSINA ETKİSİNİN İNCELENMESİ İhsan BATMAZ *, Ahmet MURCAK ** * Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Makine Eğitimi Bölümü 06500 Teknikokullar, ANKARA ** Gölcük Mesleki Eğitim Merkezi 41650 KOCAELİ ARAŞTIRMA MAKALESİ ÖZET Motorlu taşıtlarda kullanılan fosil kökenli yakıtların, mevcut rezervler bakımından yeterli olmadığı açıktır. Bu sebeple taşıtlarda kullanılabilecek yeni alternatif yakıtlara ihtiyaç vardır. Bu alternatif yakıtlardan birisi de doğada bol miktarda bulunan, geleneksel yakıtlara göre motorlardan daha yüksek güç elde edilmesini sağlayan ve çevreye olumlu etkileri olan hidrojendir. Bu çalışmada tek silindirli, dört zamanlı, hava soğutmalı bir dizel motoru üzerinde motorin ve motorin-hidrojen karışımları yakıt olarak denenmiştir. Hidrojen, karıştırıcı vasıtasıyla motorun emme manifoldun dan belirli oranlarda verilmiştir. Deneyler tam yük şartlarında yapılarak, sonuçlar her iki yakıt için karşılaştırılmıştır. Deneyler sonucunda, dizel motoruna hidrojen ilavesinin motorun volümetrik verimini kötüleştirdiği ve motorun vuruntulu çalışmasına sebep olduğu görülmüştür. Bu sebeple hidrojenin dizel motorlarında ilave yakıt olarak kullanılmasının uygun olmadığı kanaatine ulaşılmıştır. Anahtar Kelimeler:Hidrojen, Dizel motoru, Egzoz emisyonları, Alternatif yakıtlar EXPERIMENTAL ANALYSIS OF THE EFFECT OF USING HYDROGEN AS AN ADDITIONAL FUEL ON THE PERFORMANCE OF DIESEL ENGINES ABSTRACT Considering the current reservoirs it is clear that fossil based fuels used in motor vehicles would not satisfy the future needs. For this reason, new alternative fuels are necessary to be used in vehicles. One of these alternative fuels is hydrogen, Which is present widely in nature, at produes more power than the conventional fuels and has no negative effects on the environment. In this study, diesel fuel and diesel fuel+hydrogen mixture were tested in a single cyclinder, four stroke, air cooled diesel engine. Hydrogen was added at the engine s intake manifold at determined rates. The experiment were conducted at full laod conditions and the results were compared for both of the fuels. As the result of the experiments, it was observed that the adding of hydrogen to diesel fuel worseres the volumetric efficiency and causes knock. Consequently, it was concluded that, addition of hydrogen to diesel fuel was not suitable for use in diesel engines. 1. GİRİŞ Key Words: Hydrogen, Diesel engines, Exhaust emissions, Alternative fuels İnsanlık tarihi, ikinci büyük enerji geçişinin ortasındadır. Birinci geçiş ağaç kaynaklarından kömür, petrol, doğal gaz gibi fosil kökenli yakıtlara olmuştur. Bu yakıtlar yaklaşık 150 yıl boyunca enerji üretiminde kütlesel bir artış sağlamıştır. Böylece çok büyük gelişmeler kısa bir süreye sığdırılmıştır. İkinci enerji dönüşümü ise daha az karbon daha fazla hidrojen içeren temiz, güvenli ve yenilenebilir enerji kaynaklarına olacaktır (1). Dünyadaki toplam enerji gereksiniminin artmasına karşın, günümüzde kullanılmakta olan enerji kaynakları hızla tüketilmektedir. Bilimsel tespitlere göre, rezervlerin üretime oranı baz alındığında 40 yıllık petrol rezervi bulunmaktadır. Yukarıda bahsedilen bu sebeplerden dolayı fosil kökenli yakıtların yerini alabilecek alternatif yakıtlara ihtiyaç vardır (1). Elektroliz ile sudan elde edilebilmesi, fiziksel ve kimyasal özellikleri, yüksek güç sağlaması ve çevreye olumlu etkileri hidrojeni önemli bir alternatif yakıt durumuna getirilebilir. Motor yakıtı olarak hidrojen kullanımı 1920 li yıllarda başlamış ve günümüze kadar yapılan çalışmalarla kullanım aşamasına gelinmiştir. Uygulamanın yaygınlaştırılmasının önündeki engeller; ekonomik faktörler, mevcut enerji sistemleri ve geleneksel motorların güncelliğini kaybetmesinin getirebileceği sakıncalardır. Ancak çevre koşulları hidrojenin bir an önce kullanımının başlamasını zorunlu kılmaktadır (2). Hidrojen, fosil yakıtlara olan bağımlılığı ortadan kaldırarak kirliliğin önlenmesini sağlayabilir. Bu amaçla ülkeler engellerin aşılması için gereken teknolojilere ulaşabilmek için belli programlar oluşturarak bu yönde araştırma ve geliştirme çalışmaları yapmaktadırlar. Hidrojen; içten yanmalı motorlarda petrol, etan, metan, doğal gazla birlikte yakıt olarak kullanılabilir. Böylece 119

İhsan BATMAZ, Ahmet MURCAK/POLİTEKNİK DERGİSİ,CİLT 7, SAYI 2, 2004 hava kirliliği azaltıldığı gibi performans da artırabilir (1). Bu çalışmada, tam gazda ve değişik devirlerde, tek yakıtlı (motorin) ve çift yakıtlı (motorin+hidrojen) kullanımının motor performansı üzerindeki etkisinin incelenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, tek silindirli direkt püskürtmeli bir dizel motoru motorin+hidrojen yakıtı ile çalışabilecek şekilde düzenlenmiştir. 2. HİDROJENİN ÖZELLİKLERİ Atomik sembolü H olan hidrojenin atom ağırlığı 1,00797, atom sayısı 1 dir. Doğada bulunan en basit ve hafif elementtir. 0 C deki yoğunluğu 0,08987 g/lt ve havaya göre özgül ağırlığı 0,0695 dir. Hafifliği sebebi ile atmosferde yükselip orada serbest kaldığından, yeryüzünde serbest halde çok az bulunur ve diğer elementlerle bileşik yapmış halde rastlanır (3). Hidrojen havayla % 4 75 hacimsel oranlarında yanar (Hava fazlalık katsayısı = 0,15 4,35). Çok geniş bir yakıt karışım oranı ağırlığını ifade eden bu değerler, hidrojenin motorlarda kullanımı için avantaj sağlayacak en önemli özelliklerdendir. Hidrojen hava karışımlarını ateşlemek için gerekli enerji miktarı da diğer yakıtlara oranla çok düşüktür. Bu durum tutuşma garantisi sağlaması açısından Otto ilkesi ile çalışan motorlarda avantaj sağlamakla birlikte erken tutuşma ve geri yanma gibi sorunları da beraberinde getirmektedir (1). Hidrojenin kendi kendine tutuşma sıcaklığının oldukça yüksek olması (1 Atm basınçta 574 591 0 C) ve oktan sayısının yüksek olması, hidrojenin Dizel motorlarından çok Otto ilkesi ile çalışan motorlar için daha uygun bir yakıt olacağını göstermektedir. Dizel motorlarında hidrojenin tek başına veya ilave yakıt olarak kullanımının gerçekleştirildiği örnekler de bulunmaktadır (1). Hidrojenin yanma ısısı oldukça yüksektir. Yanma sonucunda ise sadece su buharı meydana gelir. Aynı ağırlıktaki benzine göre sıvı hidrojenin enerjisi 2,75 kat daha fazladır (4). Hidrojenin alev hızı da oldukça yüksektir. Bu değer stokiyometrik benzin hava karışımı alev hızının yaklaşık 4 katı kadardır. Alev hızının yüksek olması otto motorlarında ideale yakın bir yanmanın oluşmasını sağlayarak ısıl verimi artırır (5). Hidrojenin yüksek sıkıştırma oranlarında, fakir karışımlarda yanabilmesi yakıt tüketimini azalttığı gibi yanma sonucu oluşan maksimum sıcaklığı da azaltır. Alev parlaklığının düşük olması, diğer karbon esaslı yakıtlara göre radyasyon yolu ile ısı kaybını azalttığından daha yüksek verimde sağlar (2). Akaryakıt ile çalışan motorlarda görülen buhar tıkacı, soğuk yüzeylerde yoğuşma ve yeterince buharlaşmama gibi sorunlar hidrojenle çalışan motorlarda görülmemektedir (6). 3. HİDROJENİN DİZEL MOTORLARINDA KULLANIMI Hidrojenin dizel yakıtıyla birlikte İçten Yanmalı Motorlarda kullanımı, dizel yakıtının kullanımına çok benzer şekilde uygulanabilir. Erken tutuşmaya sebep olmayacak bir orana sahip hidrojen hava karışımı silindir içerisine alındıktan sonra piston Ü.Ö.N. ya yaklaştığında normal püskürtme işlemi yapılarak karışım ateşlenebilir. Bu yöntem, klasik yakıt ekipmanlarının kullanımını da mümkün kılar. Dizel motorunun vuruntusuz çalışabilmesi için yakıtın ateşleme aralığı, dizel yakıt besleme çevriminin asgari % 20 si seviyesinde olmalıdır. (7). Bir dizel motorunda, köklü değişikliklere gidilmeden, hidrojenin verimli kullanımı ilave edilebilecek hidrojen miktarı ile sınırlıdır. Hidrojen ilavesi ile ısıl değer düşmekte ve vuruntuya bağlı olarak güç artmaktadır. Ancak dizel yakıt tüketimi, duman yoğunluğu, NO x, CO, HC emisyonları azalmaktadır (8). Dizel motorlarında hidrojenin kullanılmasında karşılaşılan başlıca problemler; dizel-hidrojen ve dizel seçeneklerinin uyumlu olarak ayarlanabilmesi ile hidrojen besleme sisteminin düzenlenmesi ve vuruntudur. Bu problemlerin en önemlisi vuruntudur. Sıkıştırma oranına bağlı olarak, vuruntu oluşumu silindir içerisine alınan hidrojenhava karışımındaki hidrojen oranını sınırlamaktadır. Bu oranı artırmak için hidrojen-hava karışımı içerisine uygun oranda azot ve su ilavesi motordaki vuruntuyu azaltmakta, yanma verimini artırmaktadır (9). 4. DENEY DONANIMI VE YÖNTEM Deney Donanımı Deneyler Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Otomotiv Anabilim Dalı İçten Yanmalı Motorlar Laboratuarında gerçekleştirilmiştir. Deney düzeneğinin şematik görünüşü Şekil 4.1 de, deneylerde kullanılan motora ait bilgiler Tablo 4.1 de verilmiştir. 120

DİZEL MOTORLARINDA HİDROJENİN EK YAKIT OLA... / POLİTEKNİK DERGİSİ, CİLT 7, SAYI 2, 2004 Deneylerde, hidrojen motora emme manifoldunda bulunan bir karıştırıcı vasıtasıyla verilmiştir. Hidrojenin tehlikeli bir yakıt olmasından dolayı deney düzeneğine güvenliği artırıcı ekipmanlar konulmuştur. Bunlar sırasıyla alev geri tepme valfi, tek yönlü çek valf ve sulu güvenliktir. Şekil 4.1. Deney düzeneğinin şematik görünüşü Deneylerde devir sayısını ve kuvveti ölçen Cussons P8160 marka elektrikli dinamometre ile iki adet emisyon ölçüm cihazı kullanılmıştır. Egzoz emisyonlarının ölçümünde Gaco SN marka analiz cihazı kullanılmıştır. Cihaz CO 2, CO, NO X, O 2 ve SO 2 gazlarını mg/m 3 ve ppm olarak ölçebilmektedir.cihazın hassasiyeti NO X için ± 1 ppm, CO 2 emisyonu için ise ± 0,01 dir. Cihaz ayrıca HFK ve yanma verimini de ölçebilmektedir. Duman koyuluğunun ölçülmesinde kullanılan OVLT 2600 tipi emisyon ölçüm cihazı duman miktarını k faktörü ve yüzde (%) olarak ölçebilmektedir, hassasiyeti ise ± 0,01 dir (10). Yakıt sarfiyatı süresinin tespitinde kullanılan Robic Sports Sc 700 marka kronometrenin hassasiyeti 1 salisedir. Yöntem Deneylerde çevre sıcaklığı ortalama 30 o C ve atmosferik basınç 91,6 kpa dır. Deneylere başlamadan önce motor ayarları yapılmış, motor yağı değiştirilmiş, motorun regülatörü sökülmüştür. Deneyler süresince motor sıcaklığı kontrol altında tutulmuştur. Ölçümlere motor çalışma sıcaklığına ulaşıldığı zaman başlanmış, bir deney tamamlandığında motor bir sonraki deney öncesine kadar ara dinlenmeye bırakılmıştır. Deneyler, motorun tam gaz durumunda değişik devirlerinde yapılmıştır. Ölçümler 1800 dev/dak dan başlayarak 200 er devir artırılarak 2600 min -1 e kadar 5 devirde gerçekleştirilmiştir. Motorun öz değerlerinin tespiti için ilk denemeler dizel yakıtı ile yapılmış ve daha sonra çift yakıtlı ( motorin+ hidrojen ) deneylere geçilmiştir. Hidrojen, %5, %10, %15 ve %20 oranlarında hava ile karıştırılarak motorun emme manifolduna verilmiştir. Motora verilen bu oranların tespitinde 4.1 denklemi kullanılmıştır. Tablo 4.1. Deney Motorunun Teknik Özellikleri Marka ve modeli Lombardini, 6LD400 Çalışma prensibi Dört zamanlı Silindir adedi 1 Silindir çapı (mm) 86 Strok (mm) 68 Silindir hacmi (cm 3 ) 395 Sıkıştırma oranı 18/1 Max. Tork 2200 min -1 de 20 Nm Soğutma şekli Hava ile Yağlama şekli Basınçlı besleme Yağ kapasitesi (lt) 1,2 Max. Yağ basıncı (kg/cm 2 ) 1 1,5 Boşta çalışma (min -1 ) 1200 Püskürtme basıncı (bar) 200 H (%) λ = 1 h 2 (4.1) λm Elde edilen verilere göre hesaplamalar Ölçüm yoluyla elde edilen verilerle, motor momenti, gücü, özgül yakıt tüketimi ve volümetrik verimi hesaplanmıştır. Dizeller için düzeltme katsayısı bulunarak moment değerleri bu katsayı ile çarpılarak düzeltilmiştir. Dizeller için düzeltme katsayısı ; 0,65 0,5 100 T Kd =. (4.2) P 298 eşitliği ile hesaplanmıştır. Buradan ; Me = M. Kd (4.3) Güç, düzeltilmiş moment değerinden ; Me.n Ne = (4.4) 9549 121

İhsan BATMAZ, Ahmet MURCAK/POLİTEKNİK DERGİSİ,CİLT 7, SAYI 2, 2004 Özgül yakıt tüketimi ; 3 B.10 be = (4.5) Ne ifadesi ile g/kwh olarak bulunmuştur. Volümetrik verim ; 2 0,1123. d. h η = (4.6) V. n / 2 formülünden hesaplanmıştır. h 5. ARAŞTIRMA SONUÇLARI VE TARTIŞMA Gerçekleştirilen motor deneyleri sonucunda tam yük durumunda, H 2 oranına bağlı olarak, güç, moment, özgül yakıt tüketimi ve volümetrik verimdeki değişimler aşağıda grafiklerle gösterilmiştir. Ölçümler 1800, 2000, 2200, 2400 ve 2600 min -1 de yapılmıştır. Dinamometre ile deney motorunu birbirine bağlayan milde, motor 1800 min -1 in altına yüklendiğinde burulma meydana geldiğinden deneyler bu devrin altında gerçekleştirilememiştir. Aşağıdaki grafiklerde değişik devirlerdeki güç, moment, özgül yakıt tüketimi ve volümetrik verim değişimleri görülmektedir. Güç (kw) 4,25 4 3,75 3,5 Güç Şekil 5.1 1800 min -1 farklı H 2 oranlarındaki motor güç değişimi 1800 min -1 deki ölçümlerde H 2 oranının artışına bağlı olarak güç artmıştır. Standart yakıtla elde edilen güç değeri 3,77 kw iken % 20 H 2 oranı için ise güç 4,12 kw olarak ölçülmüştür. Yaklaşık olarak hidrojen oranı artışına bağlı olarak güçte % 10 luk bir artış gerçekleşmiştir. Moment (Nm) 22 21,5 21 20,5 20 19,5 Moment Şekil 5.2. 1800 min -1 farklı H 2 oranlarındaki motor moment değişimi Motor momenti, grafikte de gösterildiği gibi, hidrojen oranının artışına bağlı olarak artmıştır. En yüksek moment % 20 H 2 oranında elde edilmiştir. Şekil 5.4 deki grafikte görüldüğü gibi, volümetrik verim hidrojen oranı artışına bağlı olarak azalmaktadır. Bu durum ilk başta motor momentinde hidrojen oranının artışına bağlı olarak bir azalma olmasını gerektirirse de motor devrinin düşük olmasından dolayı içeriye giren hidrojen, yanma için yeterli süreyi bulduğundan momentte bir artış görülmüştür. Hidrojen oranının artışına bağlı olarak özgül yakıt tüketimi değişimi Şekil 5.3 de görülmektedir. 1800 min -1 de ve farklı H 2 oranlarındaki özgül yakıt tüketimi standart yakıtla elde edilen özgül yakıt tüketiminden daha iyi gerçekleşmektedir. Özgül yakıt tüketimi en düşük düzeyine % 20 H 2 oranında inmektedir. Volümetrik verim, deneyler sırasında havametre ile ölçülen hava tüketiminin, motorun çalışması sırasında tüketmesi gereken teorik hava miktarına oranı olarak belirlenmiştir. Volümetrik verim, yakıt cinsi, motor tasarımı ve motorun çalışma koşullarına göre değişim gösterir. Volumetrik verim; yakıt tipi, H/Y oranı, emme manifoldu sisteminde yakıt buharlaşma durumu ve yakıtın buharlaşma basıncı, ısı transferi sonucu değişim gösteren karışım sıcaklığı, art gazların basıncı, motorun sıkıştırma oranı, motor hızı, emme ve egzoz tasarımı ve supapların açılma zamanları ve açıklık pozisyonları gibi faktörlerden etkilenmektedir. Şekil 5.4 de motor devir sayısına bağlı olarak farklı H 2 oranlarındaki motor volümetrik verimi görülmektedir. 122

DİZEL MOTORLARINDA HİDROJENİN EK YAKIT OLA... / POLİTEKNİK DERGİSİ, CİLT 7, SAYI 2, 2004 300 6 290 Özgül yakıt tüketimi 5,5 Güç be (g/kwh) 280 270 Güç (kw) 5 4,5 4 260 Şekil 5.3. 1800 min -1 farklı H 2 oranlarındaki özgül yakıt tüketimi değişimi V. Verim (%) 84 81 78 75 Volümetrik verim 72 Şekil 5.4. 1800 min -1 farklı H 2 oranlarındaki volümetrik verim değişimi Karışımdaki H 2 oranı artışına bağlı olarak volümetrik verim kötüleşmektedir. Hidrojenin motora gaz halinde verilmesinden dolayı hidrojen silindir içinde çok yer kaplamakta, buna bağlı olarak da silindire yeterince hava giremediğinden volümetrik verim giderek bozulmaktadır. 3,5 Şekil 5.5. 2000 min -1 farklı H 2 oranlarındaki güç değişimi Motorun ürettiği güç, % 5 ve % 15 hidrojen oranlarında artmış, %10 ve % 20 hidrojen oranında ise standart yakıtın verdiği gücün altına düşmüştür. Bu durum volümetrik verimin kötüleşmesi ile açıklanabilir. Şekil 5.6 de görüldüğü gibi moment % 10 ve % 20 hidrojen oranlarında standart yakıtla elde edilen moment değerinin altına düşmüştür. Şekil 5.7 de H 2 oranına bağlı olarak özgül yakıt tüketimi değişim grafiği görülmektedir. Bütün hidrojen oranlarında elde edilen özgül yakıt tüketimi standart yakıtla elde edilen özgül yakıt tüketiminden daha iyidir. En iyi özgül yakıt tüketimi %10 H 2 oranında elde edilmiştir. Bu yanmanın en verimli olduğu hidrojen oranının %10 hidrojen oranında olduğunu göstermektedir. Moment (Nm) 23 22 21 20 Moment 19 H 2 (%) Şekil 5.6. 2000 min -1 farklı H 2 oranlarındaki motor moment değişimi 123

İhsan BATMAZ, Ahmet MURCAK/POLİTEKNİK DERGİSİ,CİLT 7, SAYI 2, 2004 305 Özgül yakıt tüketimi 24 Moment be (g/kwh) 295 285 Moment (Nm) 22 20 275 18 Şekil 5.7. 2000 min -1 farklı H 2 oranlarındaki özgül yakıt tüketimi değişimi Şekil 5.8 de H 2 oranına bağlı olarak volümetrik verim değişim grafiği görülmektedir. Volümetrik verim hidrojen oranının artışına bağlı olarak gittikçe azalmaktadır. Hidrojenin motora gaz olarak verilmesi nedeniyle hidrojen çok yer kaplamakta ve içeriye yeterli havanın girmesine engel olarak volümetrik verimi kötüleştirmektedir. V. Verim (%) 84 81 78 75 Volümetrik verim 72 Şekil 5.8. 2000 min -1 farklı H 2 oranlarındaki volümetrik verim değişimi 5,5 Şekil 5.10. 2200 min -1 farklı H 2 oranlarındaki motor moment değişimi Şekil 5.9 den görüldüğü gibi hidrojen oranı artışına bağlı olarak motor gücünde çok az bir artış olmaktadır. 2200 devri deney motorundan en fazla momentin alındığı devirdir. Şekil 5.10 dan görüldüğü gibi hidrojen oranının artışına bağlı olarak motor momenti artmaktadır. be (g/kwh) 320 310 300 290 280 Özgül yakıt tüketimi 270 H 2 (%) Şekil 5.11. 2200 min -1 farklı H 2 oranlarındaki özgül yakıt tüketimi değişimi 87 Volümetrik verim Güç (kw) 5 4,5 V. Verim (%) 84 81 Güç 4 Şekil 5.9. 2200 min -1 farklı H 2 oranlarındaki motor güç değişimi 78 Şekil 5.12. 2200 min -1 farklı H 2 oranlarındaki motor moment değişimi 124

DİZEL MOTORLARINDA HİDROJENİN EK YAKIT OLA... / POLİTEKNİK DERGİSİ, CİLT 7, SAYI 2, 2004 Şekil 5.11 de hidrojen oranının artışına bağlı olarak özgül yakıt tüketimi standart yakıtın vermiş olduğu özgül yakıt tüketimi değerinin altına düşmektedir. Volümetrik verim, şekil 5.12 de görüldüğü gibi hidrojen oranı artışına bağlı olarak gittikçe azalmıştır. En düşük volümetrik verim % 20 H 2 oranında elde edilmiştir. Hidrojenin emme manifolduna gaz olarak verilmesi içeriye girmesi gereken havayı azaltmış, bu da volümetrik verimin kötüleşmesine neden olmuştur. Güç (kw) 6 5,5 5 4,5 Güç Şekil 5.13. 2400 min -1 farklı H 2 oranlarındaki motor güç değişimi Devir arttıkça bazı hidrojen oranlarında, motor performans ve emisyon parametrelerinde dengesizlikler görülmüştür. Grafikte görüldüğü gibi hidrojen oranı artışına bağlı olarak, güç standart yakıtla elde edilen güçten biraz daha fazla olmuştur. En yüksek güç %10 hidrojen oranında elde edilmiştir. Moment (Nm) 22 21 20 19 H 2 (%) Moment be (g/kwh) 320 310 300 290 280 Özgül yakıt tüketimi 270 Şekil 5.15 2400 min -1 farklı H 2 oranlarındaki özgül yakıt tüketimi değişimi V. Verim (%) 87 84 81 78 75 Volümetrik verim 72 H 2 (%) Şekil 5.16 2400 min -1 farklı H 2 oranlarındaki volümetrik verim değişimi Şekil 5.16 da ki grafikte de görüleceği gibi, hidrojen oranının artışına bağlı olarak volümetrik verim gittikçe kötüleşmiştir. Şekil 5.17 de görüldüğü gibi % 5 ve % 10 hidrojen oranlarındaki motor gücü hemen hemen standart yakıtla elde edilen güç değerine yakın olmaktadır. % 15 hidrojen oranında ise en yüksek güç elde edilmiştir. Bu oranda volümetrik verim diğer hidrojen oranlarının üzerine çıkmakta, bu da motor gücünün o oranda artmasına sebep olmaktadır. Şekil 5.14. 2400 min -1 farklı H 2 oranlarındaki motor moment değişimi Şekil 5.13 ve 5.14 de görüldüğü gibi en yüksek moment ve özgül yakıt tüketimi değeri % 10 hidrojen oranında elde edilmiştir. 125

İhsan BATMAZ, Ahmet MURCAK/POLİTEKNİK DERGİSİ,CİLT 7, SAYI 2, 2004 7 Güç 310 Özgül yakıt tüketimi 6,5 300 Güç (kw) 6 be (g/kwh) 290 5,5 280 5 270 Şekil 5.17. 2600 min -1 farklı H 2 oranlarındaki motor güç değişimi Şekil 5.18 den görüldüğü gibi % 5 ve % 10hidrojen oranlarındaki moment değeri standart yakıtla elde edilen moment değerinin altında çıkmıştır. En yüksek moment değeri ise % 15 hidrojen oranında elde edilmiştir. Şekil 5.19 deki grafikte görüldüğü gibi özgül yakıt tüketimi hidrojen oranının artışına bağlı olarak gittikçe azalmıştır. En düşük özgül yakıt tüketimi % 15 hidrojen oranında elde edilmiştir. Şekil 5.19 2600 min -1 farklı H 2 oranlarındaki özgül yakıt tüketimi değişimi Şekil 5.20 de hidrojen oranını artışına bağlı olarak ve motor devrinin yüksek olmasından dolayı emme supabının açık kalma zamanının kısalması ve sürtünme kayıplarının artmasından dolayı volümetrik verim gittikçe kötüleşmiştir. 90 Volümetrik verim Moment (Nm) 21,5 21 20,5 Moment 20 Şekil 5.18 2600 min -1 farklı H 2 oranlarındaki motor moment değişimi V. Verim (%) 80 70 60 Şekil 5.20. 2600 min -1 farklı H 2 oranlarındaki volümetrik verim değişimi 126

DİZEL MOTORLARINDA HİDROJENİN EK YAKIT OLA... / POLİTEKNİK DERGİSİ, CİLT 7, SAYI 2, 2004 6. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Hidrojen çok uzun yıllardan bu yana enerji kaynağı olarak bilinmesine karşın petrol kökenli enerji kaynaklarının ucuz ve bol olması hidrojenin enerji kaynağı olarak kullanımı alanındaki çalışmaları uzunca bir süre aksatmıştır. 1970 li yıllarda ortaya çıkan petrol krizleri ve daha sonrasında yaşanan petrol temininde yaşanan problemler bilim adamlarını ve konuyla ilgili tarafları alternatif enerji kaynakları alanında çalışmalar yapmaya sevk etmiştir. Bu alternatif enerji kaynaklarından bir tanesi de yenilenebilir olan ve doğada bol miktarda bulunan hidrojendir. Hidrojenin içten yanmalı motorlarda alternatif yakıt olarak kullanımı alanında yapılan çalışmalar performans ve emisyonlar açısından olumlu sonuçlar vermiştir. Petrol üretimi yönünden büyük oranda yurtdışına bağımlı olan ülkemiz için yenilenebilir enerji kaynağı olan hidrojenin içten yanmalı motorlarda alternatif yakıt olarak kullanılması hem stratejik açıdan hem de ülkemiz ekonomisi açısından çok büyük bir önem taşımaktadır. Yapılan bu deneysel çalışmada, tek silindirli hava soğutmalı bir dizel motoru önce motorinle çalıştırılmış daha sonra ise değişik oranlardaki hidrojen ilaveli yakıtlarla çalıştırılarak motor performans ve emisyon değerleri belirlenmiştir. Motor moment değerleri incelendiğinde, motorin ve % 10 hidrojen ilaveli olarak yapılan çalışmada maksimum moment değeri 2200 min -1 de elde edilirken, % 5, % 15 ve % 20 hidrojen ilaveli yakıtlarla ise maksimum moment 1800 min -1 de ölçülmüştür. Hidrojen oranı artırıldıkça volümetrik verim kötüleşmekte ve devir arttıkça moment azalmaya başlamaktadır. Aynı şekilde güç te, düşük motor devirlerinde artmış, devir yükseldikçe ise düşmeye başlamıştır. Çalışma ile belirlendiğine göre hidrojen ilaveli yakıtlar düşük devirlerde motor momentinde ve gücünde artışa yol açarken yüksek devirlerde ise olumsuz sonuçlar vermiştir. Düşük devirlerde hidrojen ilaveli yakıtlarla elde edilen özgül yakıt tüketimi değerleri standart yakıtla elde edilen değerlerden daha iyi elde edilmiştir. % 20 hidrojen ilaveli yakıtla elde edilen özgül yakıt tüketimi değeri en düşük seviyesine inmiştir. Devir yükseldikçe ise özgül yakıt tüketimi kötüleşmiştir. Bulgular dikkate alındığında, hidrojen ilavesi düşük ve orta motor devirlerinde özgül yakıt tüketimini iyileştirici yönde etki yapmıştır. Volümetrik verim ise hidrojen oranı artışına bağlı olarak kötüleşmektedir. Bu hidrojenin motora havayla birlikte gaz halinde verilmesinden ileri gelmektedir. Bu kötüleşme devir artışı ile daha belirgin hale gelmektedir. Denenen bütün hidrojenli karışım oranlarında, 2600 min -1 üzerinde şiddetli vuruntu olduğu görülmüştür. Bu nedenle yüksek motor devirleri için hidrojenli karışımların dizel motorları için uygun olmadığı kanaatine varılmıştır. Hidrojen oranı % 20 nin üzerine çıkarıldığında motor momentinde aşırı derecede azalma görülmüştür. Bu nedenle kullanılan hidrojen yüzdesi % 20 yi geçmemelidir. Hidrojen ilavesi durumunda motorun çalışmasında görülen vuruntu, volümetrik verim düşmeleri ve motorun aşırı ısınması gibi problemlerin motorda yapılacak bazı yapısal düzenlemelerle giderilebileceği düşünülmektedir. Semboller B be :Yakıt Tüketimi (kg/h) :Özgül Yakıt Tüketimi (gr/kwh) n :Motor Devri (min -1 ) D H h K d M Me Ne P T :Venturi Çapı (mm) :Flowmetre Su Sütunu (mm) :Havametre su sütunu (mm) :Moment Düzeltme Katsayısı :Moment (Nm) :Düzeltilmiş Moment (Nm) :Güç (kw) :Deneme Ortamı Basıncı (kpa) :Deneme Ortamı Sıcaklığı (K) V h :Motorun Silindir Hacmi (dm 3 ) λ λ h λ m η V :Hava Fazlalık Katsayısı :Hidrojenli Hava Fazlalık Katsayısı : Motorinli Hava Fazlalık Katsayısı KAYNAKLAR :Volümetrik Verim 127

İhsan BATMAZ, Ahmet MURCAK/POLİTEKNİK DERGİSİ,CİLT 7, SAYI 2, 2004 1. Dipioğlu, İ., Hidrojenin Taşıt Üzerinde Üretimi ve Petrol Kökenli Yakıtlarla Birlikte İçten Yanmalı Motorlarda Kullanımının incelenmesi., Y. Lisans tezi., Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya, 8-118 (1988) 2. Murcak, A., Batmaz I., İçingür Y., Hidrojenin İçten Yanmalı Motorlarda Alternatif yakıt Olarak Kullanılma Olanaklarının İncelenmesi, 7. Uluslar arası Yanma sempozyumu, 2-8 (2002) 3. Haşimoğlu, C., Ciniviz, M., Uçar, G., Günümüzde içten yanmalı Motorlarda Hidrojen Yakıtının Kullanılması, Selçuk Üniversitesi On- Line Dergisi,1-2( 2000) 4. Stout, B. A., Energy Use and Management in Agriculture,Breton Publishers, Massachusetts, USA (1984) 5. Homan, H. S., P. C. T.,DeBore and W. J. Mclean The Effect of Fuel Injection on NO x Emissions and Undesirable Combustion for Hydrogen Fueled Piston Engines, SAE 780945, 1-17 (1978) 6. Ültanr, M. Ö., 21.Yüzyla Girerken Türkiye nin enerji Stratejisinin Değerlendirilmesi, Tusiad-T/ 98 12/239, İstanbul (1998) 7. Serebrenrikov, V.A., Baturin, S.A., Rum Yant Sev, V.P., Practice of The Use of Steam and Power Mixture Additions in Vehicular Diesel Engines, Dviqatellestro Enie 2, 41-44 (1982) 8. Kolbanev, I. L., Hydrogen Fuel in Automobiles and Tractor. Int. J. Hydrogen Energy, 18 ( 5) : 409-420 (1993) 9. Patro, T.N., Burning Rate Assessment of Hydrogen Enriched Fuel Combustion in Diesel Engines. Int. J. Hydrogen Energy, Vol. 19, No. 3, pp. 275-284, 1993. 10. Haşimoğlu, C., Dizel Motorlarında Egzoz gazları Resirkilasyonunun (EGR) Motor Performansı ve Egzoz Emisyonlarına Etkisinin Deneysel Analizi, Tübitak / 26, 127-135, (2002). 128