Nano yakıt katkı maddesi ilave edilen biyodizel dizel karışımının motor performans ve emisyon üzerindeki etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of biodiesel diesel mixture added with nano fuel additives on engine performance and emissions
Yazar: BERKAN AYDIN
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET ÇELİK
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Otomotiv Mühendisliği = Automotive Engineering
Dizin: Biyodizel = Biodiesel ; Egzoz emisyonları = Exhaust emissions ; Motor performansı = Motor performance ; Nanopartiküller = Nanoparticles ; Seryum oksit = Cerium oxide

Özet:
Biyodizel, yıllardır dizel yakıtı yerine kullanılabilecek bir potansiyele sahip alternatif yakıt olarak tanımlanmaktadır. İçten yanmalı motorlarda kullanılan yakıtların, yanmadan kaynaklanan hava kirliliğini azaltmak, motor performansını arttırmak ve yakıt özelliklerini iyileştirmek için birçok yöntem kullanılmaktadır. Yakıt içerisine ilave edilen katkı maddeleri de bunlardan birisidir. Birçok araştırmacı daha önce dizel+biyodizel yakıtına nanopartiküllerin eklenmesinin motor yanma özelliklerini iyileştirdiğini, yakıt tüketimini azaltarak verimliliği arttırdığını ve emisyonları azalttığına dair çalışmalar yapmışlardır. Bu çalışmada, pamuk yağından transesterifikasyon yöntemi ile biyodizel üretilerek dizel yakıtı içerisine %20 (B20) oranında karıştırılmış, bu karışımın içerisine belirli oranlarında CeO2 (seryum oksit) nanopartikül katkı maddesi ilave edilmiştir. Dizel+biyodizel (B20) yakıt karışımına 25-50-75-100 ppm oranlarında CeO2 nanopartikül katkı maddesi ilave edilerek elde edilen yakıtların motor performansı ve emisyon karakteristikleri incelenmiştir. CeO2 nanopartikül katkı maddesinin kullanımı ile birlikte yakıtın ısıl değerinde artış, viskozitesinde azalma gözlemlenmiştir. Motor gücünde B20 yakıtına CeO2 nanopartikül ilavesinin olumlu yönde etkisinin olduğu görülmüştür. B20 yakıtına göre 2800 dev/dak'da B20Ce100 yakıtında %12,58 güç artışı elde edilmiştir. Maksimum momentin elde edildiği 1800 dev/dak'da B20 yakıtına göre B20Ce100 yakıtında %8,35 moment artışı elde edilmiştir. Özgül yakıt tüketimi değerlerinde CeO2 nanopartikül konsantrasyonunun artması ile birlikte azalma gözlemlenmiştir. 1800 dev/dak'da B20 yakıtına göre B20Ce100 yakıtında özgül yakıt tüketiminde %7,44 azalma meydana gelirken, termik verimde %2,69 artmıştır. Tam yanmayı destekleyen CeO2 nanopartikül katkı maddesi oranının artması ile birlikte egzoz gazı sıcaklıklarının arttığı gözlemlenmiştir. Maksimum momentin elde edildiği 1800 dev/dak'da B20 yakıtına göre B20Ce100 yakıtı ile CO, HC ve is emisyonlarında sırasıyla %13,03, %17,17 ve %8,44 azalma elde edilirken, NOX emisyonunda ise %8,82 oranında artışın olduğu gözlemlenmiştir.

Abstract:
Biodiesel has been defined as an alternative fuel with the potential to be used instead of diesel fuel for years. Many methods are used to fuels used in internal combustion engines to reduce air pollution caused by combustion, to increase engine performance and improve fuel properties. Additives added to fuel is one of them. Many researchers have previously reported that the addition of nanoparticles to diesel+biodiesel fuel improved combustion, increased efficiency by reducing fuel consumption and reduced emissions. In this study, biodiesel was produced with transesterification method from cottonseed and mixed into diesel fuel at a rate of 20% (B20), and CeO2 nanoparticle additive was added to this mixture at certain rates. The engine performance and emission characteristics of the fuels obtained by adding 25-50-75-100 ppm CeO2 nanoparticle additive to the diesel+biodiesel (B20) fuel mixture were investigated. With the using of CeO2 nanoparticle additive, increased calorific value of the fuel and decrease in its viscosity were observed. It has been observed that the addition of CeO2 nanoparticles to B20 fuel has a positive effect on engine power. Compared to B20 fuel, power increase was achived 12.58% with B20Ce100 fuel at 2800 rpm. Torque increase of 8,35% was obtained in B20Ce100 fuel compared to B20 fuel at 1800 rpm where the maximum torque is obtained. It was observed that the specific fuel consumption values decreased with the increase of CeO2 nanoparticle concentration. While the specific fel consumption of B20Ce100 fuel decreased by 7.44% compared to B20 fuel at 1800 rpm, the thermal efficiency increased by 2.69%. It was observed that the exhaust gas temperatures increased with the increase in the CeO2 nanoparticle additive ratio, which supports complete combustion. Compored to B20 fuel, at 1800 rpm where the maximum torque is obtained, a reduction of 13.03%, 17.17% and 8.44% is achived in CO, HC and smoke emission, respectively, an increase of 8.82% in NOX emissions has been observed.