Crambe tohumlarından biyodizel üretimi ve dizel motorlarında alternatif yakıt olarak kullanımı
Biodiesel production from crambe seeds and using as alternative fuel in diesel engines
Yazar: AYHAN UYAROĞLU
Danışman: PROF. DR. İSMET ÇELİKTEN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Alternatif yakıtlar = Alternative fuels ; Biyodizel = Biodiesel ; Crambe orientalis = Crambe orientalis ; Transesterifikasyon = Transesterification

Özet:
Bu araştırmada biyodizel yakıtın dizel motorlarda alternatif yakıt olarak kullanımı incelenmiştir. Ülkemizde dizel araç sayısı gün geçtikçe artmaktadır artan bu sayı dizel yakıt ihtiyacını da artırmaktadır. Dolayısıyla dizel yakıtına alternatif olarak kullanılabilen biyodizel yakıtlar sayesinde petrol ithalatımızın azalması, sera etkisinin azaltılması, yenilenebilir enerji çevriminin sağlanması ve tarım ekonomisinin artırılması açısından önemi artmaktadır. Biyodizel yakıtlar bitkisel ve hayvansal yağlardan elde edilebilmektedir. Bitkisel yağlardan biyodizel üretiminde yenilmeyen yağlar öne çıkmaktadır. Bu bakımdan araştırmada ülkemizde doğada var olan ve yenilmeyen yağa sahip crambe orientalis ve crambe tataria türleri üzerinde çalışılmıştır. Zor şartlara dayanabilmesi ve nispeten bakım gerektirmeyen arazilerde yaşayabilmesi bu türlerin önemini artırmaktadır. Kültüre alınmamış olmalarına rağmen ana vatanı ülkemiz olduğu için adaptasyon sorunu bulunmamaktadır. Biyodizel üretiminde en yaygın yöntem olan transesterifikasyon yöntemi olup, bu çalışmada da transesterifikasyon yöntemi kullanılmıştır. Bu bitkilerden dünyada ilk defa biyodizel üretimi yapıldığından dolayı optimizasyon yöntemi uygulanmıştır ve alkol miktarı, katalizör miktarı, reaksiyon sıcaklığı ve reaksiyon süresinin optimum değerleri tespit edilmiştir. C. tataria'nın biyodizel verimi 0,971 g ester/g yağ olup c. orientalis biyodizel verimi 0,965 g ester/g yağ'a göre daha yüksek bulunmuştur. Elde edilen biyodizel yakıtlar dizel yakıtla hacimsel olarak B20, B40 ve B60 oranında karışımlar oluşturularak tek silindirli hava soğutmalı bir dizel motorda 2200 1/min sabit devirde 0,12-0,24-0,36-0,48 MPa şeklinde dört değişik yük altında emisyon ve performans testleri yapılmış ve sonuçlar referans yakıt olan dizel yakıt ile karşılaştırılmıştır. Biyodizel karışımların özgül yakıt tüketimleri dizel yakıtından daha yüksek bulunmuştur. Özgül yakıt tüketiminde en büyük fark 0,48 MPa yükte dizel yakıtına göre %25,56 fazla olarak CrOr B60 yakıtında bulunmuştur. Genel olarak crambe orientalis'in özgül yakıt tüketimi crambe tataria'dan daha fazladır. Biyodizel karışımlarının CO, CO2, HC, NOx ve is emisyonları bütün yüklerde dizel yakıtından düşük ve Crambe türleri karşılaştırıldığında ise crambe orientalis'in emisyon değerleri crambe tataria'dan düşük gerçekleşmiştir. Yakıtların tamamının silindir içi basınçları yük ile birlikte artarken biyodizel karışımların silindir içi basınç artışı dizel yakıtından önce gerçekleşmiştir. Isı yayılımı açısından bütün biyodizel karışımlarının tutuşma gecikmesi daha kısa olduğundan yanmaya dizel yakıtından önce başlamışlardır. Bu yüzden biyodizel karışımların tümünde ön karışımlı yanma safhasında ısı yayılımı düşük olmuştur. Genel olarak difüzyon yanma safhasında ise biyodizel karışımların ısı yayılımı dizel yakıtından yüksek bulunmuş olup, Crambe orientalis emisyon değerleri düşük olmasından dolayı öne çıkmaktadır.

Abstract:
Using biodiesel fuel in diesel engines, which can be identified as an alternative fuel was investigated within this study. Recently, vehicles with diesel fuel are increasing in our country, so this accretion is occurred the increasing need of diesel fuel. In respect to this view, biodiesel fuel as an alternative of diesel plays an important role in decreasing petrol imports, reduction of the greenhouse effect, providing renewable energy conversion and increasing the agricultural economy. Biodiesel fuel can be obtained from vegetable oil and animal fats. Inedible oils come to the forefront in the production of biodiesel from vegetable oil. Thus, this investigation was studied on the types of crambe orientalis and crombe tataria, which exist in the nature of our country and are inedible oil plants. Durability and growth of these plants in maintenance- free fields are facilitating the increasing importance of these types. Despite the fact that are not cultivated, it has no adaptation problem due to its homeland is our country. Transesterification method was used as one of the current methods of biodiesel production. Besides, optimization method was used because of the first production of biodiesel by these plants all over the world. Optimum values of alcohol, catalyst amount, reaction temperature and reaction time, which are affecting parameters on transesterification efficiency. While biodiesel efficiency of C. Tataria is 0.971 g ester/g oil, has higher biodiesel efficiency than C. Orientalis of 0.965 g ester/g oil. Emission and performance tests were performed with obtained biodiesel under four different loads as 0.12-0.24-0.36-0.48 MPa with 2200 1/min fixed speed, by generating a mix at the rate of B20, B40 and B60 in a diesel motor that has single cylinder, air cooled and the results were compared with diesel that is reference fuel. Specific fuel consumption of biodiesel fuel was found as higher than diesel fuel. The major difference of specific fuel consumption was traced in the fuel of CrOr B60 in the load of 0.48 as higher at the rate of 25.56% than diesel fuel. Generally, specific fuel consumption of crambe orientalis was higher than crambe tataria. CO, CO2, HC, NOx and smoke emissions of biodiesel became lower at all rates of loads than diesel fuel. As the comparison of crambe types, the emission values of crambe orientalis were actualized as lower than crambe tataria. While pressure within the cylinder of all fuels is remaining with the load, increasing pressure within the cylinder of biodiesel mixes is performed previous of diesel fuel. Biodiesel fuels commenced before diesel fuels, since the ignition delay of all biodiesel fuels was shorter in terms of heat release. Hence, heat release was low in the process of pre-mixed combustion with all biodiesel fuels. Broadly, heat release rate of biodiesel mixes in the process of diffusion combustion was found higher than diesel fuel. Due to lower emission values of crambe orientalis becomes prominent.