Çay tohumu biyodizelinin motorin ve etanol ile karışımlarının tek silindirli bir dizel motorda farklı enjektör basınçlarındaki motor performansı, egzoz ve gürültü emisyonlarına etkilerinin araştırılması
Investigation of the effects of mixtures of tea seed biodiesel with diesel fuel and ethanol on engine performance, exhaust and noise emissions at different injector pressures in a single cylinder diesel engine
Yazar: BETÜL ERÇEK SERİN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ FATİH AYDIN
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Enerji = Energy ; Otomotiv Mühendisliği = Automotive Engineering
Dizin: Biyodizel = Biodiesel ; Egzoz emisyonları = Exhaust emissions ; Enerji = Energy ; Etanol = Ethanol ; Motor performansı = Motor performance

Özet:
Bu çalışmada, çay tohumundan elde edilen yağ, transesterifikasyon metodu kullanılarak biyodizele dönüştürülmüştür. Çay yağı biyodizeli, dizel yakıtı motorin ve etanol ile belli oranlarda hacimsel olarak karıştırılarak D100, B100, D70B20E10 ve D70B10E20 isimli deney yakıtları elde edilmiştir. Deney yakıtlarının yakıt özellikleri belirlenerek, 15 HP gücündeki tek silindirli bir dizel motorda 175 kg/cm2 & 200 kg/cm2 enjektör basınçlarında tam yük altında çalıştırılmış ve motor performans, egzoz ve gürültü emisyon karakteristiklerine ulaşılmıştır. Deney yakıtları arasında en yüksek motor gücü 175 kg/cm2 enjektör basıncında 1900 d/d'de D70B10E20 yakıtında 9.795 kW olarak, en yüksek motor torku 200 kg/cm2 enjektör basıncında 1100 d/d D100 yakıtında 54.570 Nm ve minimum özgül yakıt tüketimi ise 175 kg/cm2 enjektör basıncında 1400 d/d'de D70B10E20 yakıtında 338.729 g/kWh olarak ölçülmüştür. Deney motorunun egzoz emisyon değerlerinden CO emisyonları; D70B20E10, D70B10E20 ve B100 yakıtlarında D100 yakıtına göre daha az çıkmıştır. Azalışın nedeni B100 yakıtının içeriğinde bulunan ayrıca D70B10E20 ve D70B20E10 karışım yakıtları içerisindeki hacimsel olarak biyodizel yüzdesinden dolayı olan oksijen sebebiyle yanma esnasında karbon monoksitin oksitlenerek karbon dioksite dönüştürülmesinden kaynaklanmaktadır. CO2 emisyonları; D70B20E10, D70B10E20 ve B100 yakıtlarında D100 yakıtına göre daha fazla çıkmıştır. Artışın nedeni, B100 ve karışım yakıtları içerisindeki oksijen sebebiyle hava fazlalık katsayılarının motorin yakıtına göre daha yüksek olmasından kaynaklanmaktadır. HC emisyonları; D70B20E10, D70B10E20 ve B100 yakıtlarında D100 yakıtına göre daha fazla çıkmıştır. B100, D70B10E20 ve D70B20E10 yakıtlarının D100 yakıtına göre alt ısıl değerlerinin düşük olması ve motorun alçak devirlerinde  yakıt tutuşma sıcaklığının da düşük olması sebebiyle hidrokarbon emisyonları artış eğilimindedir. Motorun yüksek devirlerinde ise karışım oranı fakirleştiği için yanma kötüleşmekte ve hidrokarbon emisyonları artmaktadır. O2 değerleri, her iki enjektör basıncında da maksimum motor gücü devrinde D70B20E10, D70B10E20 ve B100 yakıtlarında D100 yakıtına göre azalış gösterirken, maksimum motor torku devrinde ise artış göstermiştir. Egzozdaki O2 miktarının yüksek olması motorda fakir karışım oranı olduğunu göstermektedir. Dizel motorlarda karışım fakirleştikçe yakıt tüketimi de azalmaktadır. Yoğunluk değeri az olan yakıtlar yanma odasında daha fazla yer kaplar ve giren havanın azalmasına sebep olur. Enjektör basıncının artmasıyla da düşük devirlerde karışım fakirleşmiştir. Ancak motor devrinin artmasıyla karışım yakıtlarındaki biyodizel oranından dolayı oksijen içeriği yanma verimini artırmıştır. NOx emisyonları; D70B20E10, D70B10E20 ve B100 yakıtlarında D100 yakıtına göre daha fazla çıkmıştır. Artışın sebebi, karışım yakıtlarında olan oksijence zengin dolgu havasının emisyon miktarını artırmasıdır. Motor gürültü değerleri incelendiğinde D70B20E10, D70B10E20 ve B100 yakıtlarında D100 yakıtına göre daha az çıkmıştır. B100 yakıtının setan sayısının yüksek oluşu ve biyodizelin yağlayıcı özelliği sayesinde motor gürültüsünü olumlu yönde etkilemektedir.

Abstract:
In this study, the oil obtained from tea seed was converted into biodiesel using the transesterification method. Experimental fuels named D100, B100, D70B20E10 and D70B10E20 were obtained by mixing tea oil biodiesel with diesel fuel and ethanol in certain proportions volumetrically. By determining the fuel properties of the experimental fuels, a single-cylinder diesel engine with 15 HP power was operated at 175 kg/cm2 & 200 kg/cm2 injector pressures under full load, and engine performance, exhaust and noise emission characteristics were achieved. Among the test fuels, the highest engine power was measured as 9,795 kW in D70B10E20 fuel at 175 kg/ cm2 injector pressure at 1900 rpm, the highest engine torque was 54,570 Nm at 200 kg/ cm2 injector pressure at 1100 rpm in D100 fuel, and the minimum specific fuel consumption was 338.729 g/kWh at 175 kg/ cm2 injector pressure in D70B10E20 fuel at 1400 rpm. CO emissions from the exhaust emission values of the experimental engine were lower in D70B20E10, D70B10E20 and B100 fuels compared to D100 fuel. The decrease results from the oxidation of carbon monoxide into carbon dioxide during combustion due to the percentage of biodiesel in the content of the B100 fuel and also in the D70B10E20 and D70B20E10 mixture fuels. CO2 emissions were higher in D70B20E10, D70B10E20 and B100 fuels compared to D100 fuel. The increase results from the fact that the air excess coefficients are higher than the diesel fuel due to the oxygen in the B100 and mixture fuels. HC emissions were higher in D70B20E10, D70B10E20 and B100 fuels compared to D100 fuel. Hydrocarbon emissions tend to increase due to the lower heating values of B100, D70B10E20 and D70B20E10 fuels compared to D100 fuel and the low ignition temperature of the fuel at low engine speeds. At high engine speeds, combustion deteriorates and hydrocarbon emissions increase as the mixing ratio becomes poorer. While the O2 values decreased in D70B20E10, D70B10E20 and B100 fuels compared to D100  fuel at maximum engine power speed at both injector pressures, it increased at maximum engine torque speed. The high amount of O2 in the exhaust indicates a poor mixture ratio in the engine. In diesel engines, fuel consumption decreases as the mixture gets poorer. Fuels with a low density value take up more space in the combustion chamber and cause a decrease in the incoming air. With the increase in injector pressure, the mixture became poorer at low speeds. However, with the increase of engine speed, the oxygen content increased the combustion efficiency due to the biodiesel ratio in the mixture fuels. NOx emissions were higher in D70B20E10, D70B10E20 and B100 fuels compared to D100 fuel. The reason for the increase is that the oxygen-rich filler air in the mixture fuels increases the emission amount. When the engine noise values were examined, it was found that they were less in D70B20E10, D70B10E20 and B100 fuels than D100 fuels.  The high cetane number of B100 fuel and the lubricating feature of biodiesel positively affect engine noise.