Atık trafo yağı ve dizel yakıt karışımlarının karakterizasyonu ile motor performans ve egzoz emisyon parametrelerinin tek silindirli dizel bir motorda deneysel olarak incelenmesi
Characterization of waste transformer oil and diesel fuel mixtures and experimental investigation of engine performance and exhaust emission parameters in a single cylinder diesel engine
Yazar: NİHAT SAMİ ŞEN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ İLHAN VOLKAN ÖNER
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Amaç: Bu tez çalışmasıyla ortaya çıkacak olan yüksek lisans teziyle; ömrünü tamamlamış artık trafo yağı ile dizel yakıt farklı oranlarda homojen bir şekilde karıştırılarak elde edilen yakıt karışımlarının ayrıntılı karakterizasyonu (TG-DSC, FT-IR, yoğunluk, vizkozite, bulutlanma noktası, akma noktası) yapılmış ve hazırlanan yakıt karışımlarının motor performans parametreleri ile egzoz emisyonları deneysel olarak incelenerek içten yanmalı dizel motorlarda alternatif yakıt olarak kullanılabilirliğinin araştırılması amaçlanmıştır.
Yöntem: Isı transfer akışkanı olarak kullanılan ömrünü tamamlamış atık trafo yağı dizel yakıta %10 %20 %30 ve %40 oranında karıştırılarak (sırasıyla TD10, TD20, TD30 ve TD40) elde edilen yakıtın termokimyasal özellikleri araştırılmıştır.  Hazırlanan 5 farklı yakıt numunesi, dört zamanlı, tek silindirli, hava soğutmalı dizel bir motorda tam yükte 1000- 1500-2000 ve 2500 dev/dak hızlarda test edilmiştir. Deneylerde, tüm karışımlar için, egzoz emisyon değerleri ve egzoz gazı sıcaklığı ölçümleri yapılarak fren gücü, tork ve fren özgül yakıt tüketimi değerleri hesap edilmiştir.
Bulgular: Tüm motor devirlerinde her bir yakıtın ürettiği ortalama tork ve fren gücü değerleri en yüksek D100 yakıtında olurken, en düşük tork ve fren gücü değerleri sırasıyla %14,03 ve %16,01 oranlarıyla TD40 yakıtında gözlenmiştir. TD karışımları arasında en iyi ortalama tork ve fren gücü değerlerine TD10 sahip olmuştur. TD harmanları arasında tüm hızlarda en düşük ortalama BSFC değeri TD10 harmanından (214,52 g/kWh) elde edilirken, en yüksek ortalama BSFC değeri TD40 harmanından (261,83 g/kWh) elde edildi. Genel olarak BSFC, yoğunluğa ve ısıl değere bağlı olarak artmıştır. Tüm karışımlar arasında en düşük ortalama CO emisyonları TD10 yakıt karışımında gözlenirken, en yüksek ortalama CO emisyonları TD30 yakıt karışımında gözlendi. NOx emisyonları dizel yakıta göre en fazla TD30 yakıtında %23,98 azalma göstermiştir. En yüksek ortalama EGT değeri TD40 yakıtında (509,38°C), en düşük EGT değeri ise TD10 yakıtında (471,90°C) ölçülmüştür.
Sonuç: Tüm yakıt karışımlarının yoğunluk, viskozite, akma ve bulutlanma noktası gibi önemli yakıt özelliklerinin ASTM ya da EN standartlarını karşılamıştır. Ömrünü tamamlamış atık trafo yağının yüksek viskozite, özgül ağırlık ve düşük kalorifik değerleri bakımından dizel yakıta göre dezavantaj sağladığı görülmüştür. Kimyasal analiz sonuçları açısından tüm atık trafo yağ karışımlarının dizel motorlar için gerekli standartları sağladığı sonucuna varılmıştır. Ömrünü tamamlamış atık trafo yağının dizel motorda yakıt olarak kullanılmasıyla CO ve NOx emisyonlarında iyileşme sağlanmıştır.

Anahtar Kelimeler: Ömrünü Tamamlamış Atık Trafo Yağı, Alternatif Yakıt, Motor Performansı, Egzoz Gazı Emisyonları

Abstract:
Purpose: With the master's thesis that will emerge with this thesis study; Investigation of the characterization of the fuel components obtained by homogeneously mixing the diesel used in diesel engines with residual transformer oil in certain proportions and examining the expected performance parameters and emission values in the case of using these fuels in a diesel engine, and using their properties as an alternative fuel in internal combustion diesel engines.
Method: The thermochemical properties of the fuel obtained by mixing 10%, 20%, 30% and 40% of the spent transformer oil used as heat transfer fluid with diesel fuel (TD10, TD20, TD30 and TD40, respectively) were investigated. Prepared 5 different fuel samples were tested in a four-stroke, single-cylinder, air-cooled diesel engine at 1000-1500-2000 and 2500 rpm at full load. In the experiments, exhaust emission values and exhaust gas temperature measurements were made for all mixtures and braking power, torque and brake specific fuel consumption values were calculated.
Findings: At all engine speeds, the average torque and brake power values produced by each fuel were highest in the D100 fuel, while the lowest torque and brake power values were observed in the TD40 fuel with rates of 14.03% and 16.01%, respectively. Among the TD blends, TD10 had the best average torque and brake power values. Among the TD blends, the lowest average BSFC value was obtained from the TD10 blend (214.52 g/kWh) et al speeds, while the highest average BSFC was obtained from the TD40 blend (261.83 g/kWh). In general, BSFC has increased depending on density and calorific value. Among all blends, the lowest average CO emissions were observed in the TD10 fuel blend, while the highest average CO emissions were observed in the TD30 fuel blend. Compared to diesel fuel, NOx emissions showed a 23.98% reduction at most in TD30 fuel. The highest average EGT value was measured for the TD40 fuel (509.38°C), while the lowest EGT value was measured for the TD10 fuel (471.90°C).
Results: All fuel mixtures; Important fuel components such as configuration, viscosity, pour and cloud point met ASTM or EN standards. According to the high viscosity, fastness and low calorific values of waste transformer oil, which has completed its life, it has criterion values compared to diesel fuel. In terms of chemical analysis results, the standards criteria required for diesel engines of all waste transformer oil mixtures have been changed. By using the spent transformer oil as fuel in the diesel engine, CO and NOx emissions are recovered.

Keywords: End of Life Waste Transformer Oil, Alternative Fuel, Engine Performance, Exhaust Gas Emissions