Çay yağı metil esterinin farklı karışım oranları ve enjeksiyon basınçlarındaki dizel motor performansı, egzoz ve gürültü emisyonlarının araştırılması
Investigation of diesel engine performance, exhaust and noise emissions at different mixture ratio and injection pressure of tea oil methyl ester
Yazar: SENA ÇALIŞKAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ FATİH AYDIN
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Biyoyakıtlar = Biofuels

Özet:
Bu çalışmada, çay tohumundan elde edilen yağ, çay yağı metil esterine (ÇYME) dönüştürülmüştür. Çay yağı metil esteri dizel yakıtı ile belli oranlarda hacimsel olarak karıştırılarak (D100, B100, B50D50 ve B20D80) deney yakıtları elde edilmiştir. Deney yakıtlarının yakıt özellikleri belirlenerek, dizel motorda denemelerde motor her yakıt ile tam yük altında çalıştırılmış ve motorun 175 kg/cm2 ve 200 kg/cm2 enjektör basınçlarındaki motor momenti, motor gücü, özgül yakıt tüketimi, egzoz ve gürültü emisyonları karakteristiklerine ulaşılmıştır. Kullanılan yakıtlar arasında en yüksek motor momenti 200 kg/cm2 enjektör basıncı çalışma durumunda 1100 d/d D100 yakıtında 54.570 Nm, maksimum motor gücü 200 kg/cm2 enjektör basıncı çalışma durumunda 1900 d/d'de B20D80 yakıtında 9.556 kW olarak ve minimum özgül yakıt tüketimi ise 175 kg/cm2 enjektör basıncındaki çalışma durumu için, 1400 d/d'de B50D50 yakıtında 344.512 g/kWh olarak ölçülmüştür. Deney motorunun egzoz çıkış borusundan gaz analiz cihazı ile egzoz emisyon değerleri (CO, HC, CO2, O2 ve NOx) alınmıştır. CO emisyonları; B50D50, B20D80 ve B100 yakıtında D100 yakıtına göre daha az çıkmıştır. Bunun sebebi biyodizel yakıtının içeriğinde bulunan oksijenden dolayı yanma esnasında karbon monoksiti oksitleyerek karbon dioksite dönüştürmesidir. HC emisyonları; B50D50, B20D80 ve B100 yakıtında D100 yakıtına göre daha fazla çıkmıştır. Motorun düşük devirlerinde yakıt tutuşma sıcaklığı da düşük olduğu için hidrokarbon emisyonları artış eğilimindedir. Motorun yüksek devirlerinde ise fakir karışım meydana gelmekte ve yanma kötüleştiği için hidrokarbon emisyonları artmaktadır. CO2 emisyonları; B50D50, B20D80 ve B100 yakıtında D100 yakıtına göre daha fazla çıkmıştır. Karışım yakıtları ve biyodizelin karbondioksit emisyonunun motorin yakıtına göre yüksek çıkmasının nedeni, biyodizelde bulunan oksijenden dolayı hava fazlalık katsayılarının motorin yakıtına göre yüksek olmasıdır. O2 emisyonları, B50D50, B20D80 ve B100 yakıtında D100 yakıtına göre daha az çıkmıştır. Çizelge 3.6'da de görüldüğü gibi D100 yakıtının diğer deney yakıtlarına göre yoğunluk değerinin az olması sebebiyle, yanma odasında daha fazla yer kaplamasından ve giren hava miktarının azalmasından dolayı D100 yakıtının O2 emisyon değeri diğer yakıtlara göre daha düşük motor devirlerinde daha az çıkmıştır. Motordevri yükseldikçe karışım yakıtlarındaki biyodizel oranından dolayı oksijen içeriği yanma verimini artırmıştır. NOx emisyonları; B50D50, B20D80 ve B100 yakıtında D100 yakıtına göre daha fazla çıkmıştır. Artışın sebebi, karışım yakıtlarında olan oksijence zengin dolgu havasının emisyon miktarını artırmasıdır. Gürültü emisyonu değerleri incelendiğinde D100 yakıtı kullanımında meydana gelen emisyon değerlerinin diğer deney yakıtlarına göre motorun düşük çalışma devirlerinde daha fazla gürültü çıkardığı, ancak yüksek motor devirlerine ise daha az gürültü çıkardığı sonucuna varılmıştır. Bunun sebebi biyodizelin ve karışım yakıtlarının viskozite değerinin D100 yakıtına göre daha fazla olmasıdır. Düşük devirlerdeki azalma ise biyodizelin yağlayıcı özelliği sayesinde sönümleme sağlamasından kaynaklanmaktadır

Abstract:
In this study, the oil obtained from tea seed was converted into tea oil methyl ester (TOME). Experimental fuels were obtained by mixing tea oil methyl ester with diesel fuel in certain proportions volumetrically (D100, B100, B50D50 and B20D80). By determining the fuel properties of the experimental fuels, the engine was operated under full load with each fuel in the tests in the diesel engine, and the engine torque, engine power, specific fuel consumption, exhaust and noise emission characteristics of the engine at 175 kg/cm2 and 200 kg/cm2 injector pressures were obtained. Among the fuels used, the highest engine torque was 54.570 Nm at 200 kg/ cm2 injector pressure at 1100 rpm in D100 fuel, maximum engine power was 9.556 kW at 200 kg/ cm2 injector pressure in B20D80 fuel at 1900 rpm, and the minimum specific fuel consumption was measured as 344.512 g/kWh in B50D50 fuel at 1400 rpm for the operating condition at 175 kg/cm2 injector pressure.  Exhaust emission values (CO, HC, CO2, O2 and NOx) were taken from the exhaust outlet pipe of the test engine with a gas analyzer. CO emissions were lower in B50D50, B20D80 and B100 fuel compared to D100 fuel. The reason for this is that it oxidizes carbon monoxide during combustion and turns it into carbon dioxide due to the oxygen contained in the biodiesel fuel.  HC emissions were higher in B50D50, B20D80 and B100 fuel compared to D100 fuel. Hydrocarbon emissions tend to increase as the fuel ignition temperature is low at low engine speeds. At high engine speeds, a lean mixture occurs and hydrocarbon emissions increase as combustion gets worse. CO2 emissions were higher in B50D50, B20D80 and B100 fuel compared to D100 fuel. The reason why the carbon dioxide emission of the mixture fuels and biodiesel is higher than the diesel fuel is that the excess air coefficients are higher than the diesel fuel due to the oxygen contained in biodiesel. O2  emissions were lower in B50D50, B20D80 ve B100 fuel compared to D100 fuel. As can be seen in Table 3.6, the O2   emission value of D100fuel was lower at lower engine speeds compared to other fuels since D100 fuel occupies more space in the combustion chamber and the amount of air entering is reduced due to its low density compared to the other test fuels. As the engine speed increased, the oxygen content increased the combustion efficiency due to the biodiesel ratio in the mixture fuels. NOx emissions were higher in B50D50, B20D80 and B100 fuel compared to D100 fuel. The reason for the increase is that the oxygen-rich air in the mixture fuels increases the emission amount. When the noise emission values are examined, it is concluded that the emission values in the use of D100 fuel make more noise at low operating speeds of the engine compared to other experimental fuels, but less noise at high engine speeds. The reason for this is that the viscosity value of biodiesel and mixture fuels is higher than that of D100 fuel. The decrease in low speed is due to the damping of biodiesel thanks to its lubricating property.