Biyodizel-dizel yakıt karışımlarına farklı alkol ilavelerinin dizel motorlarda performans, yanma ve emisyon karakteristiklerine etkilerinin incelenmesi
Investigating the effects of different alcohol additives in biodiesel-diesel fuel blends on performance, combustion and emission characteristics of the diesel engines
Yazar: MURAT KADİR YEŞİLYURT
Danışman: YRD. DOÇ. DR. TANZER ERYILMAZ ; YRD. DOÇ. DR. MEVLÜT ARSLAN
Bozok Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, sarı hardal (Sinapis alba L.) tohumu ham yağından transesterifikasyon yöntemi ile biyodizel üretimine etki eden alkol-yağ molar oranı, katalizör miktarı, reaksiyon sıcaklığı ve reaksiyon süresi parametreleri yanıt yüzey metodu ile optimize edilmiştir. En yüksek biyodizel veriminin elde edildiği reaksiyon koşullarında üretilen biyodizel, dizel ve farklı alkoller (metanol, etanol, izopropanol, bütanol, pentanol) ile harmanlanmıştır. Ancak, metanol ilaveli yakıtlarda homojenlik sağlanamadığı için deneyler gerçekleştirilememiştir. Diğer yakıtların ise fiziksel, kimyasal ve yakıt özellikleri belirlenmiştir. Aynı zamanda yakıtların içerisine statik daldırma yöntemi ile farklı metaller (alüminyum, bakır, çinko, pirinç) yerleştirilerek korozyon karakteristikleri tespit edilmiştir. Ayrıca bu yakıtlar bir dizel motorda test edilerek motor performansı, yanma analizi, egzoz emisyonları, enerji ve ekserji analizleri dizel yakıtı ile karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, optimum biyodizel verimi 7.407:1 metanol/yağ molar oranı, %0.627 katalizör, 61.837oC reaksiyon sıcaklığı ve 62.122 dakika reaksiyon süresinde %96.695 olarak belirlenmiştir. Korozyon denemelerinde daldırma zamanının artışına bağlı olarak metallerin korozyon hızlarının azaldığı, en çok korozyona uğrayan metalin bakır olduğu, bakırı sırasıyla pirinç, çinko ve alüminyumun izlediği belirlenmiştir. Motor denemelerinde ise test yakıtlarından elde edilen efektif motor torku ve efektif motor gücü değerleri dizel yakıtına göre ortalama %12.31 oranına kadar daha düşük, efektif özgül yakıt tüketimi değerleri %9.91 oranına kadar daha yüksek çıkmıştır. Test yakıtlarının yanma karakteristikleri dizel yakıtınınki ile benzerlik göstermiştir. Ayrıca, alkol ilavesinin egzoz gazı sıcaklığını, duman koyuluğunu, CO, CO2 ve NOX emisyonlarını azalttığı ve O2 emisyonlarını ise artırdığı belirlenmiştir. Test yakıtlarının enerji ve ekserji analizleri maksimum efektif motor torkunun elde edildiği 1400 d/d'de ve maksimum efektif motor gücünün elde edildiği 2600 d/d'de gerçekleştirilmiştir. 1400 d/d'de enerji verimi %29.82-32.12 ve ekserji verimi %27.94-29.94 aralığında; 2600 d/d'de ise enerji verimi %30.51-32.85 ve ekserji verimi %28.60-30.62 aralığında hesaplanmıştır.

Anahtar Kelimeler: Sarı hardal yağı biyodizeli, optimizasyon, alkol, korozyon, motor performansı, yanma analizi, egzoz emisyonları, enerji, ekserji

Abstract:
In this study, the parameters which are alcohol/oil molar ratio, catalyst concentration, reaction temperature and reaction time affecting biodiesel production from yellow mustard (Sinapis alba L.) seed crude oil by transesterification process have been optimized using response surface methodology. The biodiesel which was produced from the maximum biodiesel yield obtained reaction conditions was blended with diesel and different alcohols (methanol, ethanol, isopropanol, butanol, pentanol). However, the experiments could not be realized because homogeneity of methanol addition in test fuel has not been ensured. The physical, chemical and fuel properties of other fuels were measured. Furthermore, the corrosion characteristics of different metals (aluminium, copper, zinc, brass) which were put in the fuels have been determined by static immersion test. Also, the experimental results obtained concerning engine performances, combustion analysis, exhaust emissions, energy and exergy balances of a diesel engine fueled with these fuels compared with diesel fuel in laboratory tests. As a result, the optimum biodiesel yield was obtained to be 96.695% at 7.407:1 methanol/oil molar ratio, 0.627% catalyst concentration, 61.837oC reaction temperature and 62.122 min reaction time. In corrosion experiments depending on the increase of immersion time corrosion rate of metals decreased, copper is the most corrosion suffered, and brass, zinc and aluminum followed by copper, respectively. In the result of engine tests, values of the effective engine torque and the effective engine power from fuel blends were lower than diesel fuel as average 12.31%, and values of the effective specific fuel consumption from fuel blends were higher than diesel fuel as average 9.91%. The results of combustion analysis of fuel blends were similarly the results of diesel fuel. Besides, exhaust gas temperature, smoke opacity, CO, CO2 and NOX emissions were decresed and O2 emissions were increased with addition of alcohol. The energy and exergy analysis of test fuels have been realized at 1400 1/min which was obtained the maximum effective engine torque and at 2600 1/min which was obtained the maximum effective engine power. The energy efficiency was calculated as 29.82-32.12% and the exergy efficiency was calculated as 27.94-29.94% at 1400 1/min, the energy efficiency was calculated as 30.51-32.85% and the exergy efficiency was calculated as 28.60-30.62% at 2600 1/min.

Keywords: Yellow mustard oil, optimization, alcohol, corrosion, engine performance, combustion analysis, exhaust emissions, energy, exergy