Atık madeni yağların dizel motorlarda yakıt olarak kullanılması ve katkı maddesi ile geliştirilmesi
The use of waste mineral oils as fuel in diesel engines and improvement with additive
Yazar: RECEP ÇAĞRI ORMAN
Danışman: PROF. DR. BÜLENT ÖZDALYAN
Karabük Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Ülkemizde her yıl yaklaşık 450 bin ton madeni yağ tüketilmektedir ve bu yağlar petrol kökenlidir. Bu madeni yağlar belirli bir kullanım ömrü sonrasında atık haline gelmektedir. Bu atık yağların toplanıp geri kazandırılması veya bertaraf edilmesi ülke ekonomisi ve çevre bakımından hayati önem taşımaktadır. Ülkemizde bu atık madeni yağların yalnızca yaklaşık %8-10'u toplanabilmektedir. Yapılan bu çalışmada atık yağların dizel motorlarda yakıt olarak doğrudan kullanımı araştırılmıştır. Atık yağların bu şekilde ekonomik bir değere kavuşması hedeflenmiştir. Atık madeni yağ olarak 10000 km kullanılmış atık motor yağı tercih edilmiştir. Atık motor yağları kağıt filtre ile süzülerek büyük partiküllerden arındırılmıştır. Atık motor yağın viskozitesi, yoğunluğu ve parlama noktası ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Daha sonrasında atık motor yağının bu özelliklerinin geliştirilmesi için organik esaslı Mn katkı maddesi sentezlenerek atık motor yağına 4 farkı dozda ilave edilmiş ve 16 ppm katkı miktarı kullanımına karar verilmiştir. Deneylerde dizel, katkı maddeli ve katkı maddesiz atık yağ olmak üzere üç farklı yakıt kullanılmıştır. Bununla birlikte 195, 235 ve 265 bar olmak üzere üç farklı yakıt enjeksiyon basıncı uygulanmıştır. Deneysel çalışma için tek silindirli dizel motora sahip bir dizel jeneratör tercih edilmştir. Dizel jeneratör sabit hızda çalıştığından dolayı sabit hızda değişken yük testi yapılmıştır. Dizel jeneratörün alternatörü 0.2-4.5 kW aralığındaki güçlerde resisif yük ile yüklenmiştir. Daha sonra dizel motor üzerinde stabil yağ sıcaklığı, yakıt tüketimi, partikül madde ve ışık absorbsiyon katsayısı ölçümleri yapılmıştır. Bununla birlikte deneyler üç farklı yakıt enjeksiyon değeri için tekrar edilmiştir. Yapılan deneysel çalışmalar neticesinde Mn katkı maddesi sayesinde stabil yağ sıcaklığında %5, egzoz gazı sıcaklığında %1, özgül yakıt tüketiminde %9, ışık absorbsiyon katsayısında %25 ve CO emisyonunda %4 iyileşme sağlandığı görülmüştür. Atık madeni yağ kullanılırken yakıt enjeksiyon basıncı 195 bar'dan 235 bar'a ve 265 bar'a çıkarıldığında motor performansında genel olarak iyileşme gözlenmiştir. Bununla birlikte tüm motor performans parametrelerinin stabil yağ sıcaklığı ile ilişkisi incelendiğinde Mn katkısının yakıt özelliklerini geliştirdiği ve stabil yağ sıcaklığını azaltıcı bir etki oluşturduğu görülmüştür.
Deneysel sonuçlar Pythia yapay sinir ağı programı ile eğitilerek farklı miktarlardaki katkı maddesinin etkilerinin incelenebilmesi için eşitlikler elde edilmiştir. Elde edilen eşitlik sayesinde belirli aralıktaki herhangi bir alternatör yükü ve herhangi bir katkı miktarına bağlı olarak motor performans ve emisyon parametreleri belirlenebilmektedir.

Abstract:
Approximately 450 thousand tons of mineral oil is consumed in our country every year and these oils are of petroleum origin. These lubricants become waste after a certain lifetime. Collection and recovery or disposal of these waste oils is vital for the national economy and the environment. Only 8-10% of these waste mineral oils can be collected in our country. In this study, the direct use of waste oils as fuel in diesel engines was investigated. It is aimed to achieve an economic value of waste oils in this way. 10000 km of used engine oil was preferred as waste mineral oil. The waste engine oils were filtered through a paper filter to remove large particles. The viscosity, density and flash point of the waste engine oil were measured. Then, in order to improve these properties of waste engine oil, organic based Mn additive was synthesized and 4 different doses were added to waste engine oil and it was decided to use 16 ppm additive amount. In the experiments, three different fuels were used: diesel, additive and non-additive waste oil. However, three different fuel injection pressures were applied, 195, 235 and 265 bar. For the experimental study, a diesel generator with a single cylinder diesel engine was preferred. Since the diesel generator operates at constant speed, variable load test is performed at constant speed. The alternator of the diesel generator is loaded with a reactive load at powers between 0.2-4.5 kW. Stable oil temperature, fuel consumption, particulate matter and smoke density were measured on the diesel engine. As a result of the experimental studies, it has been seen that 5% improvement in stable oil temperature, 1% in exhaust gas temperature, 9% in specific fuel consumption, 25% in light absorption coefficient and 4% in CO emission thanks to Mn additive. The overall engine performance improved when the fuel injection pressure was increased from 195 bar to 235 bar and 265 bar when using waste mineral oil. However, when the relationship between all engine performance parameters and the stable oil temperature is examined, it is seen that Mn additive improves the fuel properties and creates a stable oil temperature reducing effect.
Experimental results were studied with Pythia artificial neural network program and equations were obtained to investigate the effects of different amounts of additives. Thanks to the obtained equality, engine performance and emission parameters can be determined based on any alternator load and any additive amount in a certain range.