Hayvansal yağlardan biyo-yakıt üretimi ve bir dizel motorunda kullanılabilirliğinin deneysel araştırılması
Bio-fuel production from animal fats and experimental investigation of its usage in a diesel engine
Yazar: ŞEHMUS ALTUN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. CENGİZ ÖNER
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Teknik Eğitim = Technical Education
Dizin: Alternatif yakıtlar = Alternative fuels ; Dizel motorlar = Diesel engines ; Dizel yakıtlar = Diesel fuels ; Hayvansal yağlar = Animal fats

Özet:
Bu çalışmada, gıda olarak kullanılmayan hayvansal iç yağlardan baz katalizörlü transesterifikasyon ile hayvansal iç yağı metil esteri (biyodizel) üretilmiştir. Metil esterin viskozite ve yoğunluğu dizel yakıtına yakın, ısıl değeri ise biraz düşük olarak bulunmuştur. Bununla beraber viskozite ve yoğunluk değerleri ASTM D6751 ve EN 14214 standartlarında çıkmıştır. Biyodizel saf olarak (B100) ve dizel yakıtı ile karıştırılarak (B5, B20 ve B50) direk püskürtmeli bir dizel motorunda yakıt olarak kullanılıp, motor performans karakteristikleri ile egzoz emisyonu değişimleri dizel yakıtı ile karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Deneysel sonuçlara göre; biyodizel ve karışımları dizel yakıtı ile benzer motor gücü üretirken yakıtlardaki biyodizel oranının artmasıyla özgül yakıt tüketiminde artış ve efektif verimde düşüş olduğu görülmüştür. Biyodizel kullanıldığında CO, NOx, SO2, CO2 ve duman emisyonları dizel yakıtına göre ortalama olarak sırasıyla %15, %38.5, %72.7, %16.7 ve %56.8 daha düşük olmuştur. Test yakıtları arasında en düşük CO ve NOx emisyonları B20 yakıtı kullanıldığında ölçülmüştür. Hayvansal iç yağı metil esterinin bir dizel motorunda uzun süreli kullanımlar için uygun olup olmadığını ve motor elemanları üzerindeki etkilerini belirlemek için deney motoru B20 karışım yakıtı ile 100 saat çalıştırılarak motor elemanlarının durumu dizel yakıtının 100 saat kullanımına göre karşılaştırılmıştır. B20 ile çalışmada oluşan motor birikintilerin dizel yakıtı ile çalışmaya benzer olduğu fakat B20 ile oluşan birikintilerin motor elemanlarına biraz yapıştığı ve renginde bir farklılık olduğu görülmüştür. Bununla beraber oluşan birikintiler motorun çalışmasını engellememiş ve motor 100 saat boyunca sorunsuz bir şekilde çalışmıştır. Yapılan kısa ve uzun süreli motor testleri sonuçlarına dayanarak biyodizel ve karışım yakıtların direk püskürtmeli dizel motorlarında motor yapısında hiçbir değişiklik yapılmadan kullanılabileceği sonucuna varılmıştır. Ayrıca hava kirliliğinin azaltılması açısından özellikle B20 yakıtı dizel motorlar için uygun bir alternatif yakıt olmaktadır.

Abstract:
In this study, animal tallow methyl ester as biodiesel fuel was produced from inedible animal tallow by base-catalyzed transesterification. Viscosity and density of tallow methyl esters are found to be very close to that of diesel. The calorific value of biodiesel is found to be slightly lower than that of diesel. However, viscosity and density of methyl ester have been found to meet ASTM D6751 and EN 14214 specifications. An experimental study was carried out in order to investigate the performance and emission characteristics of tallow methyl ester (B100) and its blends with petroleum diesel fuel (B5, B20, B50) in a direct injection diesel engine and compare the findings with petroleum diesel fuel. The effective engine power was comparable by biodiesel and blend fuels compared with diesel fuel. It was observed that the addition of biodiesel to the diesel fuel decreases the effective efficiency of engine and increases the specific fuel consumption. Emissions of CO, NOx, SO2, CO2 and smoke were reduced around 15%, 38.5%, 72.7%, 16.7% and 56.8%, respectively, in case of tallow methyl esters (B100) compared to diesel fuel. Besides, the lowest CO and NOx emissions were obtained for B20 among all test fuels. In order to clarify the effect of biodiesel on engine components and whether it is suitable for long term use or not in diesel engines, the engine was operated with both B20 and diesel fuel for 100 hours. Deposits in engine components were comparable in amount, but slightly different in color and adhesive, with the B20 when compared with those of diesel fuel. Besides, formation deposits in engine were not prevent to engine operated that engine was satisfactorily operated for 100 hours. It is concluded at the results of short and long term engine experiments, biodiesel and blended fuels can be used in direct injection diesel engines without any modification to substitute diesel fuel. The reductions in exhaust emissions made especially B20 a suitable alternative fuel for diesel engines and thus could help in controlling air pollution.