Biyodizel ve bioetanol karışımının tek silindirli bir dizel motorda kullanımının motor performansına ve emisyonlara etkileri
Effects of using biodiesel and bioethanol mixture in single cylinder diesel engine to engine performance and emissions
Yazar: TUĞBA ŞAHİN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ FATİH AYDIN
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Biyodizel = Biodiesel ; Dizel yakıtlar = Diesel fuels ; Egzoz emisyonları = Exhaust emissions

Özet:
Bu çalışmada Kanola yağı transesterifikasyon yöntemi ile Kanola Yağı Metil Esteri (Kanola Biyodizeli)'ne dönüştürülerek, biyodizel üretimi gerçekleştirilmiştir. Kanola yağından elde edilen biyodizel yakıtı motorinle %5 ve %10 oranında biyoetanol ilavesi ile birlikte ve ters oranla da hacimsel olarak karıştırılarak, D100, E10B10D80, E5B5D90, E10B5D85, E5B10D85 ve B100 formunda yakıtlar elde edilmiştir.
Elde edilen karışımların, motorinin ve biyodizelin yakıt özellikleri; yoğunluğu, kinematik viskozitesi, parlama noktası, su içeriği, pH miktarı, renk tayini, kalori değeri, bulutlanma, akma ve donma noktası testleri, soğukta filtre tıkanma noktası testi ve bakır çubuk korozyonu testi yapılmıştır.
Ayrıca elde edilen karışımlar, motorin ve biyodizel yakıtı, tek silindirli, dört zamanlı, su soğutmalı bir dizel motorda denenerek incelenmiştir. Her yakıtta motor tam yük altında çalıştırılmış ve deneyler sonucunda test motorunun motor momenti, motor gücü ve özgül yakıt tüketimi olarak sınıflandırılan performans karakteristiklerine ulaşılmıştır. 
Kullanılan yakıtlar arasında en yüksek motor torku 1300 min-1'de E5B10D85 yakıtında 53.111 Nm, maksimum motor gücü 2000 min-1'de D100 yakıtında 9.155 kW ve minimum özgül yakıt tüketimi ise 1600 min-1'de D100 yakıtında 377.620 g/kWh olarak ölçülmüştür.  
Deney motorunun egzoz çıkış borusundan gaz analiz cihazı probu ile egzoz emisyon değerleri (CO2, CO, O2, HC, NOx ve SO2) alınmıştır. CO2 genel olarak D100 yakıtında düşük çıkmaktadır. Karışımların CO2 emisyonunun motorine göre daha yüksek çıkma sebebi, biyodizel ve biyoetanol yakıtında oksijen bulunması ve hava fazlalık katsayılarının motorine göre yüksek olmasıdır. CO'daki maksimum azalma B100 yakıtı ile maksimum tork değerinde % 55.08 oranında elde edilmiştir. Düşük devirlerdeki D100 yakıtının O2 emisyon değeri diğer yakıtlara göre düşük çıkmakta, yüksek devirlerde ise karışım yakıtlarında ve B100 yakıtındaki oksijen içeriği yanma hızı ve yanma verimi arttığından bu durumun tersi meydana gelmektedir. HC değeri genel olarak D100 yakıtında düşük çıkmaktadır. Karışımların HC emisyonunun motorine göre daha yüksek çıkma sebebi, motor devrinin düşük olduğu yerlerde yakıtın tutuşma sıcaklığının düşük olması ve yüksek devirlerde ise fakir karışım meydana gelmesi sonucu yanmamış HC emisyonları hızlı bir şekilde artması söz konusudur. Ortalama değerlere bakıldığında D100 yakıtının NOx emisyon değerleri diğer yakıt türlerine göre daha düşük seviyede oluşmuştur. Bunun sebebi, karışımların yapısında bulunan oksijen ve oksijence zengin dolgu havasının emisyon miktarını artırmasıdır. SO2 emisyonlarındaki maksimum azalma B100 yakıtı ile maksimum tork değerinde % 88.35 oranında elde edilmiştir. Motorin içinde bulunan kükürt miktarından dolayı en yüksek SO2 değeri D100 yakıtında görülmektedir.

Abstract:
In this study, canola oil was converted into Canola Oil Methyl Esters (Canola Biodiesel) by transesterification method and biodiesel production was carried out. Biodiesel fuel derived from canola oil was mixed with diesel fuel with 5% and 10% bioethanol addition and also mixed in inverse proportion volumetrically, and the fuels were obtained in the form of D100, E10B10D80, E5B5D90, E10B5D85, E5B10D85 and B100. 
Fuel properties of the obtained mixtures, diesel fuel and biodiesel; density, kinematic viscosity, flash point, water content, pH values, color specification, calorific value, clouding, pour and freezing point tests, cold filter clogging point test and copper rod corrosion test were performed. 
Also, the obtained mixtures, diesel fuel and biodiesel were investigated by testing in single-cylinder, a four-stroke, water-cooled diesel engine. The engine was operated at full load in each fuel and, as a result of the tests, the performance characteristics classified as the engine torque, engine power and specific fuel consumption were found.
Among the fuels, the highest engine torque was 53.111 Nm in E5B10D85 fuel at 1300 min-1, maximum engine power was 9.155 kW in D100 fuel at 2000 min-1 and minimum specific fuel consumption was 377.620 g/kWh in D100 fuel at 1600 min-1. 
Exhaust emission values (CO2, CO, O2, HC, NOx and SO2) were taken from the exhaust stack of the test engine by gas analyzer probe.  CO2 is generally low in D100 fuel. CO2 emissions of the mixtures are higher than those of diesel because there is oxygen in the biodiesel and bioethanol fuel and the air surplus coefficients are higher than those of diesel. The maximum reduction in CO was obtained at the rate of 55.08% in B100 fuel at maximum torque value.  O2 emission value of D100 fuel at low speed is low compared to other fuels; however, this has a reverse situation at high speeds because of the fact that oxygen content in mixture fuels and B100 fuel improves combustion speed and combustion efficiency. HC value is generally low in D100 fuel. The reason for the higher HC emissions of the mixtures compared to diesel is the rapid increase of unburned HC emissions as a result of poor mixture at high engine speeds and low ignition temperature at low engine speeds.  When the average values are considered, it is seen that NOx emission values of D100 fuel is lower than the other fuels. This is because oxygen and oxygen- enriched air in the structure of the mixtures increases the emission values. The maximum reduction in SO2 emissions was achieved at the rate of % 88.35% in B100 fuel at maximum torque value. Due to the amount of sulfur contained in diesel fuel, the highest SO2  value is observed in D100 fuel.