Tarım traktörlerinde biyodizel (B20) ve dizel yakıtı kullanımının motorun aşınmaya maruz kalan parçaları üzerindeki etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of the use of biodiesel (B20) and diesel fuel in agricultural tractors on the wear parts of the engine
Yazar: ALPER BOLAT
Danışman: DOÇ. DR. İLKNUR ALİBAŞ
Bursa Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyosistem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Ziraat = Agriculture
Dizin: Biyodizel = Biodiesel ; Enjektörler = Injectors ; Motor performansı = Motor performance ; Motor yağları = Engine oils ; Traktörler = Tractors ; Yağ analizi = Oil analysis

Özet:
Bu çalışmada, %20 biyodizel + %80 dizel yakıt karışımının (B20), dizel yakıt ile karşılaştırmalı olarak motor performansı, motor ana parçaları ve enjektörler üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Bu amaçla aynı marka ve modelde 55 kW gücündeki iki farklı tarım traktörü benzer tarımsal işlerde hem dizel yakıtı hem de B20 yakıt karışımı kullanılarak 1000 saat çalıştırılmıştır. Yapılan performans testlerinde B20 yakıt kullanımında dizel yakıta göre %3 güç, %2 tork düşüşü ve özgül yakıt tüketiminde %5 artış olduğu tespit edilmiştir. Emisyonlarda karbonmonoksit (CO) %40, hidrokarbon (HC) %19, partikül madde (PM) değerlerinde %46 düşme ve azotoksit (NOx) değerinde %7 artış olduğu görülmüştür. Traktörlerin tarlada çalışma esnasında 200 saat bakım aralıklarında alınan yağların numune analizlerinde yağın içerisinde kayda değer aşınma metallerine ve kimyasal analiz sonuçlarında olumsuzluğa rastlanmamıştır. 1000 saat sonrasında demonte edilen her iki motorun ana parçalarının görsel incelemesi de motor yağı analiz sonuçlarını desteklemektedir. 1000 saatlik çalışmadan sonra, her bir enjektör iğnesi ve meme ucu, görsel inceleme, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve enerji dağılımlı X-ışını (EDX) yoluyla enjektör memesinin işlevsel değerlendirmesi açısından incelenmiştir. Analiz sonuçlarına göre B20 yakıtı için, C oranının %73,47, O oranının ise %23,34 olarak elde edildiği diğer elementlerin ise oransal olarak %1'in altında değerlerde oldukları görülmektedir. Aynı şekilde dizel yakıt için C %50,49, O'nin ise %19,95 olarak tespit edildiği diğer elementlerin değerlerinin yüzdesel olarak düşük kaldığı tespit edilmiştir. Ayrıca, enjektör meme uçları ve iğneleri üzerindeki tortuları incelemek için Fourier dönüşümü kızılötesi spektroskopisi (FTIR) spektral analizi de kullanıldı. Enjektör iğnelerinde poliizobütilen süksinimit (PIBSI) ve inorganik bileşenler, enjektör meme uçlarında ise yaşlandırma ürünleri ve inorganik bileşenler gözlendi. Enjektör meme fonksiyonu açısından B20 ve dizel yakıt sonuçları arasında anlamlı bir fark bulunmamıştır.

Abstract:
In this study, the effects of fuel blend of 20% biodiesel + 80% diesel (B20) on engine performance, engine main parts and injectors were investigated in comparison with diesel fuel. For this purpose, two different 55 kW powered agricultural tractors of the same brand and model were operated for 1000 hours under similar agricultural field conditions using both diesel fuel and B20. In the performance tests, it has been determined that there is a 3% power, 2% torque decrease and 5% increase in specific fuel consumption compared to diesel fuel in the use of B20. It was observed that values decreased for carbon monoxide (CO) 40%, hydrocarbon (HC) 19%, particulate matter (PM) 46% and increased for nitrogen oxide (NOx) 7% in emissions. In the sample analyses of the engine oils taken at the maintenance intervals of 200 hours during the working of the tractors in the field, significant wear metals in the engine oil and no negativity in the chemical analysis results were found. Visual inspection of the main parts of both engines, which were disassembled after 1000 hours, also supports the engine oil analysis results. After 1000 h of operation, each injector needle and nozzle tip was examined in terms of a functional evaluation of the injector nozzle via visual inspection, scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray (EDX). According to results of these analyses, B20 fuel blend's C content was determined to be 73.47% and O content 23.34%, quantity of other elements was determined to be lower than 1%. Similarly, as for diesel fuel, C content was determined to be 50.49% and O 19.95% and other elements are in trace amounts. Furthermore, Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) spectral analysis was also used to examine the deposits on the injector nozzle tips and needles. Polyisobutylene succinimide (PIBSI) and inorganic components were observed on the injector needles and aging products and inorganic components on the injector nozzle tips. No significant difference was found between the results of the diesel fuel and B20 fuels in terms of injector nozzle function.