Bir dizel motorda biyodizel ve metalik katkılı dizel yakıt kullanımında NOx ve duman emisyonlarındaki değişimin incelenmesi
Investigation of change of NOx and soot emissions using biodiesel and diesel fuel with metallic additive in a diesel engine
Yazar: ZÜLAL ARCA
Danışman: DOÇ. DR. ŞEHMUS ALTUN
Batman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Dizel motorlarında alternatif yakıt olarak biyodizel kullanımı ile eksik yanma ürünü egzoz emisyonlarında önemli bir düşüş olurken; NOx emisyonlarında ise genellikle petrol kökenli dizel kullanımına göre bir artış olmaktadır. Biyodizel yakıtların moleküler oksijen içeriğinden dolayı yanma sırasında is oluşumunun azaldığı bilinmektedir. Bu durum yanma odasında radyasyon ile ısı transferini dolayısıyla ortalama alev sıcaklığını etkilediğinden; biyodizel kullanımı durumunda yanma odası sıcaklığına önemli bir derecede bağlı olan NO oluşumu, is oluşumundan dolaylı olarak etkilenmektedir. 

Bu çalışmada petrol kökenli dizel kullanılan bir dizel motorunda biyodizel kullanımı ile aynı işletme şartlarında benzer is oluşumu elde edilerek; NO emisyonlarındaki değişimin incelenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla is oluşumunu azaltmak için yaygın olarak kullanılan petrol kökenli dizel yakıtlara metalik katkı maddesi katılması yöntemi ile is emisyonları biyodizel ile elde edilen oranlara düşürülmüştür. Çalışmada metalik baryumdan katkı maddesi sentezi gerçekleştirilmiş ve sentezlenen katkı maddesi hacimsel olarak % 0,25, % 0,50 ve %1 oranlarında petrol kökenli dizel yakıtına ilave edilmiştir. Katkı maddesi eklenmiş petrol kökenli dizel, petrol kökenli dizel ve soya yağı esaslı biyodizel üç silindirli ve direk püskürtmeli bir dizel motorunda sabit devir ve değişik yük şartlarında test edilmiştir. 

Yapılan deneyler sonucunda; katkı ilaveli test yakıtlarının özgül yakıt tüketimi değerleri dizel yakıtla benzer çıkarken, biyodizelin özgül yakıt tüketimi değerlerinde artış gözlemlenmiştir. Petrol kökenli dizel ve katkılı dizel yakıtlara göre biyodizelin efektif veriminde düşüş olmuştur. Emisyon testleri neticesinde ise, biyodizelin NOx emisyonlarında artış gözlemlenirken, katkı ilaveli dizel yakıtların duman emisyonlarında önemli düşüşler meydana gelmiştir. Çalışmada elde edilen sonuçlara göre metalik Baryum katkı maddesinin duman emisyonlarını etkin bir şekilde düşürmesine rağmen NOx oluşumu üzerinde önemli bir rolü olmadığı görülmüştür. % 1 oranında katkılı dizel yakıtı ile iki farklı yük durumunda % 5,2 ve % 15 duman emisyonu ölçülürken bu oran biyodizel kullanımında% 10,4 ve % 33 olmuştur. İs (duman) emisyonu değerlerinin hemen hemen eşit olduğu durumda da NOx emisyonu biyodizel kullanımında daha yüksek ölçülmüştür.

Abstract:
With the use of biodiesel as an alternative fuel in diesel engines, achieving a significant reduction in exhaust emissions especially incomplete combustion products, NOx emissions are generally higher than for petroleum-based diesel. It is known that soot formation during combustion is reduced due to the molecular oxygen content of biodiesel fuels. This situation affects radiation heat transfer in combustion chamber and thus mean flame temperature; therefore, the NO formation, which is strongly depended on the chamber temperature, is affected by soot formation in combustion chamber in case of using biodiesel.

In this study, in a diesel engine fueled with petroleum diesel, the investigation of the change in NO formation is aimed in case of operating conditions, which same with biodiesel use, obtaining similar soot formation as biodiesel. For this purpose, to reduce soot formation in case of using petroleum diesel, soot formation was reduced to a rate that is similar to biodiesel use by the method of the addition of metallic additives to petroleum diesel fuels. In the study, additive was synthesized from metallic barium and the synthesized additive was added to the petroleum based diesel fuel in a volume ratio of 0,25%, 0,50% and 1%. Petroleum based diesel, soybean oil based biodiesel and petroleum based  diesel with additive have been tested in a three-cylinder, direct-injection diesel engine at constant speed and under varying load conditions.

As a result of the experiments; specific fuel consumption values of additive test fuels are similar to diesel fuels, while increase in specific fuel consumption values of biodiesel is observed. There was a decrease in the effective yield of biodiesel compared to petroleum-derived diesel and diesel fuel with additive. As a result of the emission tests, an increase in NOx emissions of pure biodiesel was observed, but the contribution of the additive diesel fuels decreased significantly According to the results obtained in the study, it was understood that although the Ba additive effectively reduces smoke emissions, it does not have an effective role on NOx formation. Petroleum based diesel fuel with 1% barium additive, 5.2% and 15% smoke emissions were measured in the case of two different loads, compared to 10.4% and 33% for biodiesel use. In the case of almost equal soot emission condition, NOx emissions have been measured higher in biodiesel use.