İçten yanmalı motorlarda benzin-etanol karışımının katkı maddeleri ile emisyon değerlerinin incelenmesi
Investigation of internal combustion engines gasoline-etanol blends of ingredients as emissions
Yazar: AMIRKHAN GARAYEV
Danışman: PROF. DR. FATMA ÇİĞDEM GÜLDÜR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Günümüzde kullanılan petrol kökenli yakıtların sınırlı enerji kaynağı olması alternatif yakıt olarak alkol ve benzin-alkol karışımlarını cazip hale getirmektedir. Benzin-etanol-su üçlü faz sistemlerinin maliyetinin düşürülmesi için kararlı bir faz haline getirilmesi önem arz etmektedir. Yapılan bu çalışmada, öncelikle farklı oranlarda benzin-etanol-su karışımlarında faz dengesi incelenmiş ve benzin içerisinde en yüksek etanol yüzdesini veren karışımlar %85 yüksek oktanlı benzin, %10 etanol ve %5 su (V2) ve %85 düşük oktanlı benzin, %10 etanol ve %5 su (S2) olarak belirlenmiştir. Deneyler sonucunda söz konusu karışımlarda %50 etanolün benzin fazına geçtiği, karışımda su yüzdesi arttıkça benzin fazına geçen etanol yüzdesinin azaldığı belirlenmiştir. Daha sonra benzin ve etanol yönünden zengin fazdaki su oranının artırılması amacıyla katkı maddesi olarak %2,5 ve %5 oranında piridin ile %2,5 ve %5 isobütanol eklenmiştir. Piridin katkılı karışımlarda isobütanol içeren karışımlara göre benzin alkol fazına geçen su yüzdesinin daha yüksek olduğu görülmüştür. Ayrıca katkı maddesi yüzdesi arttıkça benzin alkol fazındaki su yüzdesinin arttığı tespit edilmiştir. Piridin ve isobütanol içeren yakıt karışımlarının motor performansları ve egzoz emisyonları incelenmiş ve sonuçlar yüksek/düşük oktanlı benzin ile yapılan taşıt test verileri referans alınarak karşılaştırılmıştır. Deneyler hava fazlalık katsayısının 1 olduğu durumda ve tam motor yükünde, farklı motor devirlerinde ve farklı ateşleme zamanlarında yapılmıştır. Farklı motor devirlerinde yapılan deneylerde en iyi performanslar %80 yüksek oktanlı benzin, %10 etanol, %5 su ve %5 piridin içeren karışım ile %80 düşük oktanlı benzin, %10 etanol, %5 su ve %5 piridin yakıtlarından elde edilmiştir. Söz konusu karışımların kullanılması durumunda motor momentinin sırasıyla %3 ve %2 oranında, motor efektif gücünün de %4,4 ve %2 oranında artış gösterdiği görülmüştür. Bunun yanında, özgül yakıt tüketimi sırasıyla %13,7 ve %5,2 oranında azalmıştır. Yine sözkonusu yakıtlarda motorun ortalama efektif basıncının sırasıyla %3 ve %2 oranında arttığı görülmüştür. NOx, CO ve HC emisyonlarının yüksek oktanlı benzin içeren karışımda sırasıyla %32, %17,9 ve %45,9 oranında, düşük oktanlı karışımda ise %5, %13 ve %35,4 oranında azaldığı görülmüştür. Yapılan çalışmalar neticesinde, %10 etanol, %5 su ve %5 piridin içeren düşük ve yüksek oktanlı benzin karışımlarının alternatif yakıt olarak kullanılabileceği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Nowadays, using of petroleum-derived fuels as a limited energy source makes the mixture of alcohol and petrol-alcohol as an alternative fuel attractive. It is important to stabilize the mixture of gasoline-alcohol-water in order to reduce the cost. In this study, the phase equilibrium in gasoline-ethanol-water mixtures was investigated firstly and the mixtures giving the highest percentage of ethanol in gasoline were analyzed by using %85 of high octane gasoline, %10 ethanol and %5 of water (V2) and %85 of low octane gasoline, %10 of ethanol and %5 water (S2). As a result of the experiments, it was determined that the percentages of ethanol passing to the gasoline phase decreased as the percentage of water in the mixture increased to 50% ethanol in the mixtures. Then %2.5 and %5 of pyridine and %2.5 and %5 of isobutanol was added as additives to increase the ratio of water in rich phase in terms of gasoline and ethanol. It has been found that the percentage of water passing into the gasoline alcohol phase is higher than the mixtures containing isobutanol in the pyridine added mixture. It was also found that as the percentage of additive material increases, the percentage of water in the gasoline alcohol phase increases. The engine performances and exhaust emissions of fuel mixtures containing pyridine and isobutanol were examined and the results were compared with reference to vehicle test data with high/low octane gasoline. Experiments were performed with the air excess coefficient 1 and at full engine load, at different engine speeds and at different ignition times. The best performances in experiments with different engine revolutions were %80 of low octane gasoline, %10 of ethanol, %5 of water and %5 of pyridine fuels with a mixture of %80 of high octane gasoline, %10 of ethanol, % 5 water and %5 of pyridine. In the case of using such mixtures, the motor torque increased by %3 and %2, respectively, and the motor effective power increased by %4.4 and %2, respectively. In addition, specific fuel consumption decreased by %13.7 and %5.2, respectively. It was also seen that the average effective pressure of the engine increased by %3 and %2, respectively, in the fuels. NOx, CO and HC emissions were found to decrease by %32, %17.9 and %45.9 in the high octane gasoline mixture and %5, %13 and %35.4 in the low octane mixture, respectively. As a result of the studies, low and high octane gasoline mixtures containing %10 ethanol, %5 water and %5 pyridine were used as alternative fuels.