Piroliz yağı/nano parçacık (B2O3) karışımlarının dizel motor performansı ve emisyonlarına etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of pyrolysed oil/nano particle (B2O3) mixtures on diesel engine performance and emissions
Yazar: TUĞBA KAYA
Danışman: DOÇ. DR. SAMET USLU
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, atık kablo pirolizi yağının (AKPY) hacimsel olarak üç farklı oranda (%10, %20 ve %30) dizel yakıtı ile karıştırılmasıyla oluşturulan yakıt karışımları (AKPY10, AKPY20 ve AKPY30) ve dizel olmak üzere dört farklı yakıt kullanılmıştır. AKPY20 yakıtı, motor parametrelerinde diğer yakıtlara oranla daha iyi sonuçlar verdiği için referans olarak seçilmiş ve içerisine bor oksit (B2O3) nanopartikülü katılarak üç farklı yakıt (AKPY20BO20, AKPY20BO40 ve AKPY20BO60) elde edilmiş, motor deneyleri 500-3000W aralığında 6 farklı yükte gerçekleştirilmiştir. Motor performansı açısından özgül yakıt tüketimi (ÖYT) ve egzoz emisyonları açısından CO (karbonmonoksit), HC (hidrokarbon), CO2 (karbondioksit), NOx (azotoksit) ve is değişkenlerinin analizi yapılmıştır. Deneylerde elde edilen motor performansı sonuçlarına göre, AKPY20BO60 yakıt kullanımı AKPY20 yakıtına göre ortalama ÖYT'de %8'lik bir azalma sağlamıştır. 
Ayrıca, en fazla CO emisyon düşüşü, AKPY20 yakıtına göre AKPY20BO20 yakıtında 3000W motor yükünde %19,32 olarak gerçekleşmiştir. AKPY20BO20 yakıtı, AKPY20 yakıtına göre 3000W'da %10'luk bir HC emisyon azalmasıyla en iyi sonucunu vermiştir. Dizel yakıtına kıyasla AKPY20 yakıtının kullanılması ile CO2 emisyonunun tüm yüklerde artış gösterdiği gözlemlenmiştir. Ancak, AKPY20BO40 yakıtında ortalama olarak %0,8'lik bir CO2 düşüşü sağlanmıştır. AKPY20 yakıtına göre maksimum NOx emisyon azalması, AKPY20BO60 yakıtında ortalama %7,51 olarak gerçekleşmiştir. İs emisyonu ise AKPY20 yakıtına göre AKPY20BO20, AKPY20BO40 ve AKPY20BO60 yakıtlarında sırasıyla %3,68, %2,27 ve %1,42 oranında artmıştır. Motor performansı açısından, %10 ve %20 oranında AKPY kullanımı ile 2000W ve daha yüksek motor yüklerinde ÖYT'de azalma sağlanmış, B2O3 nanopartikül konsantrasyonunun artması ile birlikte de ÖYT'de azalma gözlemlenmiştir. Egzoz emisyonları açısından AKPY kullanımı sonucunda CO ve HC emisyonlarında azalma, NOx, CO2 ve is emisyonlarında artış gözlemlenmiştir. AKPY ve B2O3 nanopartikülü kullanımı ile CO, HC, NOx ve CO2 emisyonlarında düşüş, is emisyonunda ise artış gözlemlenmiştir. 
Sonuç olarak, AKPY kullanımının motor performans ve emisyonları açısından %20 oranında kullanılabileceği, B2O3 nano parçacığı konsantrasyonunun 60 ppm oranında eklenmesiyle optimum sonuçların elde edildiği gözlemlenmiştir. Ancak B2O3 nanoparçacığının yüksek maliyetli olması nedeniyle kullanımının ekonomik olmayacağı belirlenmiştir ve gelecek çalışmaların maliyeti düşürecek yöntemlerin araştırılması üzerine yapılması önerilmektedir.

Abstract:
In this study, fuel mixtures (AKPY10, AKPY20 and AKPY30) created by mixing waste cable pyrolysis oil (AKPY) with diesel fuel in three different volumetric ratios (10%, 20% and 30%) and four different fuels were used. AKPY20 fuel was chosen as a reference because it gave better results in engine parameters than other fuels, and three different fuels (AKPY20BO20, AKPY20BO40 and AKPY20BO60) were obtained by adding boron oxide (B2O3) nanoparticles, and engine experiments were carried out at 6 different loads in the range of 500-3000W. In terms of engine performance, specific fuel consumption (SCT) and exhaust emissions CO (carbon monoxide), HC (hydrocarbon), CO2 (carbon dioxide), NOX (nitrogen oxide) and soot variables were analyzed. According to the engine performance results obtained in the experiments, the use of AKPY20BO60 fuel provided an 8% reduction in average SCT compared to AKPY20 fuel. Additionally, the highest CO emission  
reduction was 19.32% at 3000W engine load for AKPY20BO20 fuel compared to AKPY20 fuel. AKPY20BO20 fuel gave the best HC emission result with a 10% emission reduction at 3000W compared to AKPY20 fuel. It has been observed that CO2 emissions increase at all loads with the use of AKPY20 fuel compared to diesel fuel. However, an average CO2 reduction of 0.8% was achieved with AKPY20BO40 fuel. The maximum NOx emission reduction compared to AKPY20 fuel was 7.51% on average for AKPY20BO60 fuel. Soot emission increased by 3.68%, 2.27% and 1.42% in AKPY20BO20, AKPY20BO40 and AKPY20BO60 fuels, respectively, compared to AKPY20 fuel. In terms of engine performance, with the use of 10% and 20% AKPY, a decrease in SCT was achieved at 2000W and higher engine loads, and a decrease in SCT was observed with the increase in B2O3 nanoparticle concentration. In terms of exhaust emissions, as a result of the use of AKPY, a decrease in CO and HC emissions and an increase in NOx, CO2 and soot emissions were observed. With the use of AKPY and B2O3 nanoparticles, a decrease in CO, HC, NOx and CO2 emissions and an increase in soot emissions were observed. 
As a result, it has been observed that the use of AKPY can be used at a rate of 20% in terms of engine performance and emissions, and optimum results are obtained by adding B2O3 nanoparticle concentration at a rate of 60 ppm. However, it has been determined that the use of B2O3 nanoparticle will not be economical due to its high cost, and it is recommended that future studies be carried out on researching methods that will reduce the cost.