Piroliz yağının otomotiv malzemeleri üzerindeki mekanik ve korozif etkilerinin araştırılması
The investigation of mechanical and corrosive effects of pyrolysis oil on automotive materials
Yazar: ÖZGÜR BEDER
Danışman: PROF. DR. HAKAN ÖZCAN
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Petrol türevli yakıtlar ulaşım sektöründe yaygın olarak kullanılmakta olup, bu yakıtların yoğun talep görmesi ve rezervlerinin sınırlı olması dünya ekonomisi için kırılgan bir yapı oluşturmaktadır. Bundan dolayı alternatif yakıtlar konusunda çalışmalar yürütülmektedir ve özellikle atıkların geri dönüşümü üzerine yapılan araştırmalara yoğunlaşılmıştır. Literatürde yapılan çalışmalar incelendiğinde, özellikle alternatif yakıtların içten yanmalı motorlarda kullanımına yönelik çalışmalar olduğu görülmektedir. Bu çalışmalarda, alternatif yakıtların motor performans, yanma ve egzoz emisyon karekteristikleri üzerine etkileri üzerine yoğunlaşılmıştır. Ancak, özellikle alternatif yakıt ile temas halinde olan motor ve yakıt sistemi parçalarının korozyon davranışlarının, yakıtla temas eden yüzeylerin mekanik özelliklerinde ve metal ile temas eden yakıtların termofiziksel özelliklerinde meydana gelen değişikliklerin araştırıldığı sınırlı sayıda çalışma olduğu görülmektedir. Bu nedenle, tez çalışmasında atık lastik piroliz yağı temin edilmiş ve dizel yakıt ile; hacimsel olarak % 0, % 10, % 20 ve % 100 oranlarında karıştırılarak K 0, K 10, K 20 ve K 100 şeklinde adlandırılan karışımlar elde edilmiştir. K 0 karışımı, % 0 atık lastik piroliz yağı içeren saf motorin, K 100 karışımı % 100 atık lastik piroliz yağı içeren saf atık lastik piroliz yağıdır. Elde edilen tüm yakıt karışımları ASTM standartları uyarınca analiz edilmiştir. Taşıtların motor ve yakıt sistemlerinin imalatında kullanılan başlıca malzemeler olan pirinç, paslanmaz çelik ve alüminyum alaşımdan imal edilmiş parçalar; farklı oranlarda karıştırılarak elde edilmiş olan pirolize lastik yağı-dizel yakıt karışımlarına statik daldırma yöntemi ile maruz bırakılmış ve akabinde korozyon davranışları incelenmiştir. ASTM standartlarına göre yapılan korozyon analizi öncesi ve sonrasında malzemelerin mekanik özellikleri ile yakıt karışımlarının termofiziksel özellikleri ölçülmüştür. Yine çalışmada, parçaların yüzeylerindeki morfolojik değişimler de gözlemlenmiştir. Tez çalışması kapsamında, 1200 saat (50 Gün) boyunca değişik oranlarda hazırlanmış yakıt karışımlarına statik daldırma yöntemi ile maruz bırakılan alüminyum alaşım pirinç ve paslanmaz çelik malzemelerde dikkat çeken değişimler olduğu görülmüştür. Sonuçlar, K 100'e maruz kalan aliminyum alışım, pirinç ve paslanmaz çelik malzemelerdeki korozyon oranlarının aynı malzeme türünün K 0'a maruz bırakılanına göre sırasıyla %750, %142.8 ve %11.12 oranında daha fazla olduğunu göstermektedir. Buna göre, en yüksek korozyona aluminyum malzeme, en düşük korozyona ise paslanmaz çelik malzeme uğramıştır. Birinell Sertlik ölçümleri; pirinç için K0, K10, K20 ve K100 için sırasıyla 100, 109, 100 ve 110 N/mm2, alüminyum alaşım için K0, K10, K20 ve K100 için sırasıyla 68, 73, 75 ve 81 N/mm2, paslanmaz çelik için K0, K10, K20 ve K100 için sırasıyla 156, 159, 164 ve 175 N/mm2 olarak belirlenmiştir. Tüm bu analizler ve aynı zamanda elektron mikroskobunda yapılan incelemeler neticesinde en büyük korozyonun pirinç malzemede, ardından alüminyum alaşım ve ardından da en az korozyonun paslanmaz çelik malzemede olduğu tespit edilmiştir. Deney öncesi ve sonrasında yapılan yoğunluk, su tayini, kükürt tayini, parlama noktası tespiti ve setan indisi hesapları da göz önüne alınarak K 10'un yakıt özelliği ve korozyon karakteristiği anlamında diğer oranlara nazaran dizel yakıta daha yakın bir alternatif olduğu gözlemlenmiştir. 

Anahtar Sözcükler: Dizel, Atık Lastik Piroliz Yağı, Mekanik Özellikler, Pirinç, Paslanmaz Çelik, Alüminyum Alaşım

Abstract:
Petroleum-derived fuels are widely used in the transportation sector, and the high demand and limited reserves of these fuels create a fragile structure for the world economy. For this reason, studies are carried out on alternative fuels, and research on waste recycling is especially concentrated. When the studies in the literature are examined, it can be seen that there are studies especially on the use of alternative fuels in internal combustion engines. These studies focused on the effects of alternative fuels on engine performance, combustion and exhaust emission characteristics. However, it seems that there are a limited number of studies investigating the corrosion behavior of engine and fuel system parts, especially those in contact with alternative fuel, the changes in the mechanical properties of the surfaces in contact with the fuel, and the thermophysical properties of the fuels in contact with metal. For this reason, in the thesis study, waste tire pyrolysis oil was provided and with diesel fuel; Mixtures called K 0, K 10, K 20 and K 100 were obtained by mixing at 0%, 10%, 20% and 100% volumetric ratios. K 0 mixture is pure diesel fuel containing 0% waste tire pyrolysis oil, K 100 mixture is pure waste tire pyrolysis oil containing 100% waste tire pyrolysis oil. All obtained fuel mixtures were analyzed in accordance with ASTM standards. Parts made of brass, stainless steel and aluminum alloy, which are the main materials used in the manufacturing of vehicles' engine and fuel systems; It was exposed to pyrolyzed tire oil-diesel fuel mixtures obtained by mixing in different ratios by static immersion method, and then its corrosion behaviors were examined. The mechanical properties of the materials and the thermophysical properties of the fuel mixtures were measured before and after the corrosion analysis according to ASTM standards. In the study, morphological changes on the surfaces of the parts were also observed. Within the scope of the thesis study, it was observed that there were remarkable changes in aluminum alloy brass and stainless steel materials exposed to fuel mixtures prepared in different proportions by static immersion method for 1200 hours (50 days). The results show that the corrosion rates in aluminum alloy, brass and stainless steel materials exposed to K 100 are 750%, 142.8% and 11.12% higher, respectively, than those of the same material type exposed to K 0. Accordingly, aluminum material suffered the highest corrosion, and stainless steel material suffered the lowest corrosion. Birinell Hardness measurements; 100, 109, 100 and 110 N/mm2 for K0, K10, K20 and K100 respectively for brass, 68, 73, 75 and 81 N/mm2 for K0, K10, K20 and K100 respectively for aluminum alloy, K0 for stainless steel, It was determined as 156, 159, 164 and 175 N/mm2 for K10, K20 and K100, respectively. As a result of all these analyzes and also the examinations made under the electron microscope, it was determined that the greatest corrosion was in the brass material, followed by the aluminum alloy and then the least corrosion in the stainless steel material. Considering the density, water determination, sulfur determination, flash point determination and cetane index calculations made before and after the experiment, it was observed that K 10 is a closer alternative to diesel fuel in terms of fuel properties and corrosion characteristics compared to other ratios.

Keywords: Diesel, Waste Tire Pyrolysis Oil, Mechanical Properties, Brass, Stainless Steel, Aluminum Alloy