Dizel motorda pirolitik yağ ve biyodizel karışım yakıtlarının performans ve emisyonlara etkilerinin incelenmesi
Lnvestigation of the effects of pyroiytic oil and biodiesel blend fuels on performance and emissions in a diesel engine
Yazar: HALİL İBRAHİM SÖNMEZ
Danışman: DOÇ. DR. AYKUT SAFA
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Gemi Mühendisliği = Marine Engineering

Özet:
Alternatif yakıt arayışları, fosil yakıtların tükenecek olması ve dünya nüfusuna bağlı olarak artan enerji ihtiyacı ile günden güne artmaktadır. Kirletici emisyonlara karşı çevreci kısıtlamalarda yenilenebilir ve temiz enerjiyi teşvik etmektedir. Bu kapsamda atık lastik yağlarından elde edilen pirolitik ve atık kızartma yağlarından elde edilen biyodizel yakıtları gemilerde kullanılan yakıtlara benzerlik göstermeleri nedeniyle yoğunlaşılan alternatif yakıtlar arasındadır. Bu çalışmada tek silindirli, su soğutmalı ve 4 stroklu bir dizel motorda pirolitik ve biyodizel yakıtları dizel referans yakıtı ile farklı oranlarda karışım oluşturularak deneysel olarak kullanılmışlardır. Maksimum güç ve maksimum tork değerlerinin elde edildiği 2800 ve 1500 d/d motor hızları ile gemi yakıtları için ISO 8217 E3 standartlarına uygun şekilde %25, 50, 75 ve %100 olmak üzere 4 farklı motor yükünde gerçekleştirilen deneylerde, basınç, sıcaklık, özgül yakıt sarfiyatı ve termik verim ifadelerine ait veriler incelenmiştir. Termik verimin, katkılar ile düştüğü ve en yük saf dizel için 1500 devirde %32.26 olarak ölçülmüştür. Maksimum ÖYS, B20 ve B10 karışımları için sırasıyla 454.72 ve 414.71 g/kWh olarak belirlenmiştir. Deneysel sonuçları arasında motor performansının yanı sıra CO, NOx, HC ve CO2 emisyonlarının sonuçları analiz edilmiştir. Pirolitik yakıtın 2800 devirde HC emisyonu dışında dizele kıyasla iyi sonuçlar vermese de ALY ve AKY kullanımının emisyonlar açısından kabul edilebilir aralıklarda olduğu görülmüştür. Ayrıca makine öğrenmesi algoritmalarını karşılaştırıldığı çalışmada en yakın komşu (KNN), karar ağacı (RF) ve gradyan arttırma (GBM) yöntemlerinin tahminler yapması sağlanmıştır. RF algoritmasının diğer algoritmalara göre  en iyi sonuçları verdiği görülmüştür. Atık ve enerji dönüşümü açısından değerlendirildiğinde her iki yakıtın dizel ve birbirleriyle uyumlu olduğu, yakıt özelliklerinin geliştirilmesi ve emisyon değerlerinin azaltılması ile gemilerde kullanılan yakıtlara alternatif olarak etkin bir şekilde kullanılabileceği görülmüştür.

Abstract:
The search for alternative fuels is increasing day by day with the depletion of fossil fuels and the increasing energy need due to the world population. It promotes renewable and clean energy in environmental restrictions against polluting emissions. In this context, pyrolytic fuels obtained from waste tire oils and biodiesel fuels obtained from waste frying oils are among the alternative fuels concentrated because they are similar to the fuels used in ships. In this study, pyrolytic and biodiesel fuels were used experimentally in a single-cylinder, water-cooled and 4-stroke diesel engine by mixing diesel reference fuel at different ratios. Pressure, temperature, specific fuel were determined in the tests carried out at 2800 and 1500 rpm engine speeds, where maximum power and maximum torque values are obtained, and at 4 different engine loads, 25, 50, 75 and 100%, in accordance with ISO 8217 E3 standards for ship fuels. consumption and thermal efficiency expressions were examined. It was measured that the thermal efficiency decreased with the additives and it was 32.26% at 1500 rpm for the highest pure diesel. The maximum LMS was determined as 454.72 and 414.71 g/kWh for B20 and B10 blends, respectively. Among the experimental results, besides the engine performance, the results of CO, NOx, HC and CO2 emissions were analyzed. Although pyrolytic fuel does not give good results compared to diesel except for HC emission at 2800 rpm, the use of ALY and AKY has been found to be within acceptable ranges in terms of emissions. In addition, in the study where machine learning algorithms were compared, the nearest neighbor (KNN), decision tree (RF) and gradient enhancement (GBM) methods were provided to make predictions. It has been seen that the RF algorithm gives the best results compared to other algorithms. When evaluated in terms of waste and energy conversion, it has been seen that both fuels are diesel and compatible with each other, and can be used effectively as an alternative to the fuels used in ships by improving fuel properties and reducing emission values.