Buji ile ateşlemeli bir motorda benzin-alkol karışımları kullanımının enerji, ekserji, ekonomik ve çevresel açıdan incelenmesi
Investigation of using gasoline-alcohol blends in a spark-ignition engine in terms of energy, exergy, economical, and environmental
Yazar: MEHMET DEMİRBAŞ
Danışman: DOÇ. DR. MURAT KADİR YEŞİLYURT
Yozgat Bozok Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Benzin-alkol karışımı = Gasoline-alcohol mixture ; Benzinli motorlar = Gasoline engines ; Ekonomik analiz = Economic analysis ; Performans = Performance ; Termodinamik analiz = Thermodynamic analysis

Özet:
Fosil kökenli yakıtların fiyatlarında meydana gelen dalgalanmalar, artan çevresel endişeler ve egzoz emisyon normlarına getirilen sınırlamalar nedeniyle araştırmacıların alternatif, sürdürülebilir, yenilenebilir ve temiz enerji kaynaklarına olan ilgileri gün geçtikçe artmaktadır. Günümüzde benzine çevreye olan zararlarını azaltmak amacıyla oksijen içeriği yüksek katkı maddeleri ilave edilmektedir. Bu katkı maddelerinin başında ise alkoller gelmektedir. Benzinli motorlarda daha çok metanol ve etanol gibi kısa zincirli alkoller tercih edilirken, uzun zincirli alkollerin kullanıldığı sınırlı sayıda çalışmanın olduğu belirlenmiştir. Bu çalışmada; tek silindirli, dört zamanlı, su soğutmalı, enjeksiyon sistemine sahip buji ile ateşlemeli bir motorda sabit devir (1500 d/d) ve farklı yük koşulları (4, 8, 12 ve 16 kg) altında benzin, PEN25 (%25 1-pentanol + %75 benzin), HEK25 (%25 1-hekzanol + %75 benzin) ve HEP25 (%25 1-heptanol + %75 benzin) test yakıtları kullanılarak motor performans ve egzoz emisyon değerleri tespit edilmiştir. Elde edilen veriler ile enerji, ekserji, ekonomik, çevresel ve sürdürülebilirlik parametrelerin analizleri yapılmıştır. Sonuç olarak, benzine farklı ağır alkollerin ilave edilmesinin yakıt tüketimini artırdığı, termal verimi ise düşürdüğü belirlenmiştir. Alkollerin sahip olduğu düşük enerji içeriği nedeniyle karışım yakıtların enerji ve ekserji verimleri benzininkinden düşük elde edilmiştir. Alkol fiyatlarının benzinden yüksek olması nedeniyle bu çalışmada yapılan ekonomik analizler olumsuz etkilenmesine karşın çevresel bakımdan değerlendirildiğinde karışım yakıtların genel olarak benzinden daha iyi sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir. Ağır alkollerin üretimlerinin artması fiyatlarının düşmesine olanak tanıyabilir. Bu durum ağır alkollerin benzin için alternatif katkı maddesi olması için öncelikli hedeflerden biridir.

Abstract:
Due to fluctuations in the prices of fossil-based fuels, growing environmental concerns and restrictions on exhaust emission norms, researchers are increasingly interested in alternative, sustainable, renewable and clean energy sources. Today, additives with high oxygen content are added to gasoline to reduce its environmental damages. Alcohols are the most important ones among them. Short-chain alcohols such as methanol and ethanol are preferred for gasoline engines, however a limited number of studies where long-chain alcohols are used was determined. In this study, the engine performance and exhaust emission values were determined using gasoline, PEN25 (25% 1-pentanol + 75% gasoline), HEK25 (25% 1-hexanol + 75% gasoline) and HEP25 (25% 1-heptanol + 75% gasoline) in a spark-ignition four-stroke engine with single cylinder and water cooling under constant speed (1500 rpm) and different load conditions (4, 8, 12 and 16 kg). The energy, exergy, economical, environmental and sustainability parameters were analyzed based on the obtained data. Finally, it was concluded that the addition of different heavy alcohols to gasoline increases fuel consumption and reduces thermal efficiency. Due to the low energy content of alcohols, the energy and exergy efficiencies of blended fuels were lower than that of gasoline. Although the economical analyses were affected adversely since alcohol prices are higher than gasoline prices, it was found that fuel blends gave better results than gasoline in terms of environmental aspect. If the production of heavy alcohols is increased, then their prices may decrease. This is one of the priority objectives for heavy alcohols being an alternative additive for gasoline.