E-B motorin yakıtlarının tek silindirli bir dizel motorda kullanımının motor performansına, emisyonlara ve yağlama yağına etkileri

Abstract

Bu çalışmada Aspir tohumundan Vals işlemi sonucunda tavlanıp, 90 0C'de kavrularak pres yardımıyla elde edilen ham yağ, transesterifikasyon yöntemi ile Aspir Yağı Metil Esteri (Aspir Biyodizeli)'ne dönüştürülerek, biyodizel üretimi gerçekleştirilmiştir. Aspirden elde edilen biyodizel yakıtı motorinle % 2,5 ve % 5 oranında biyoetanol ilavesi ile birlikte ve ters oranla da hacimsel olarak karıştırılarak, M100, E2.5B2.5M95, E5B5M90, E5B2.5M92.5 ve E2.5B5M92.5 formunda deney yakıtları elde edilmiştir. Elde edilen karışım yakıtlarının ve motorinin yakıt özellikleri; kinematik viskozitesi, yoğunluğu, su içeriği, pH miktarı, renk tayini, ısıl değeri, parlama noktası, bulutlanma, akma ve donmanoktası, bakır çubuk korozyonu testi, iyot sayısı, CFPP (SFTN - Soğukta Filtre Tıkanma Noktası) testi ve setan sayısı testleri yapılmıştır.Ayrıca elde edilen karışımlar ve motorin yakıtı, dört zamanlı, tek silindirli, direkt püskürtmeli yakıt sistemine sahip, su soğutmalı bir dizel motorda denenerek incelenmiştir. Her yakıtta motor kısmi yük altında 100 saat çalıştırılmış ve belirli saatlerde motor yağından numuneler alınarak, aşınma elementlerine bakılmıştır. Deneyler sonucunda test motorunun motor momenti, motor gücü ve özgül yakıt tüketimi olarak sınıflandırılan performans karakteristiklerine ulaşılmıştır. Kullanılan yakıtlar arasında en yüksek motor torku 1100 min-1'de E5B2.5M92.5 yakıtında 56.2 Nm, maksimum motor gücü 2100 min-1'de M100 yakıtında 10.64 kW ve minimum özgül yakıt tüketimi ise 1400 min-1'de M100yakıtında 299.76 g/kWh olarak ölçülmüştür. Deney motorunun egzoz çıkış borusundan gaz analiz cihazı probu ile egzoz emisyon değerleri(CO, CO2, HC, O2, SO2, NOx) alınmıştır. CO emisyonlarındaki maksimum azalma E2.5B5M92.5 yakıtı ile 2100 min-1'de % 51.28 oranında elde edilmiştir. CO2 emisyonları genel olarak M100 yakıtında düşük çıkmaktadır. En düşük HC değeri 1900 min-1'de M100 yakıtında 1 ppm ölçülmüştür. O2 emisyonlarında E5B2.5M92.5 yakıt türünde 1100 min-1'de % 9.49 azalma meydana gelirken diğer yakıt türlerinde artış meydana gelmektedir. SO2 emisyonlarındaki maksimum azalma E2.5B5M92.5 yakıtı ile 1100 min-1'de % 67.12 oranında elde edilmiştir. Ortalama değerlere bakıldığında M100 yakıtının NOx emisyon değerleri diğer yakıt türlerine göre daha düşük seviyede oluşmuştur. Motor yağlama yağından alınan numunelerin analizi sonucunda, motor çalışma saati arttıkça numuneler içindeki aşınma elementlerinde de artışlar gözlenmiştir. ICP yağ analiz sonuçlarına göre motor yağlama yağı içerisindeki aşınma ürünlerinden alüminyum, kurşun, demir, krom ve bakır miktarı, grafiksel olarak ifade edilmiştir. E2.5B5M92.5 yakıtı kullanımında aşınma elementleri diğer yakıt türlerine göre daha iyi sonuçlar vermektedir. Anahtar Kelimeler: Aspir, Aspir Biyodizeli-Biyoetanol-Motorin Karışımları, Biyoetanol, Egzoz Emisyonları, Motor Aşınma Elementleri, Motor Performansı

In this study, biodiesel production was realized by converting raw oil obtained from safflower seed to Safflower Oil Methyl Esther (Safflower Biodiesel) by means of raw oil extraction with tempering at 90 oC and pressing after Vals process and consequently transesterification process followed raw oil extraction. Experimental fuels were obtained as in M100, E2.5B2.5M95, E5B5M90, E5B2.5M92.5 and E2.5B5M92.5forms by mixing biodiesel fuel obtained from safflower with diesel fuel and bioethanol additives at a ratio of 2.5% and 5% and by mixing in volumetric ratio according to inversely proportion. Fuel properties of diesel fuel and the obtained fuel mixtures were determined with following tests; Kinematic viscosity, Density, Water content, PH values, Color determination, Heating value, Flash point, Fogging, Pour and Freezing points, Copper rod corrosion test, Iodine number, CFPP (Cold Filter Plunge Point) and Cetane number tests. Additionally, the fuel mixtures attained in the present study were investigated by trying them in a four strokes, single cylinder, direct injection, water cooled diesel engine. Engine was operated for 100 hours for every fuel mixture under partial load conditions and samples were collected from engine lubricant oil at predetermined periods and putted in wear elements. At the end of engine experiments, performance characteristics of the engine which are engine torque, engine power and specific fuel consumption were obtained. The maximum engine torque was acquired with E5B2.5M92.5 fuel among other fuel mixtures at 1100 rev/min as 56.2 Nm, the maximum engine power was acquired with M100 fuel at 2100 rev/min as 10.64 kW and the minimum specific fuel consumption was acquired with M100 fuel at 1400 rev/min as 299.76 g/kWh. Exhaust emission values (CO, CO2, HC, O2, SO2, NOx) of the experimenting engine were collected via a probe of a gas analysis device from the outlet of the exhaust pipe of the engine. The maximum decrease in CO emissions was acquired with E2.5B5M92.5 fuel at 2100 rev/min as 51.28%. For the CO2 emissions, M100 fuel generally exhibited lower emission values. The lowest HC value was observed at 1900 rev/min engine speed as 1 ppm with M100 fuel. O2 emissions tended to decrease at a rate of 9.49% for E5B2.5M92.5 fuel at 1100 rev/min while other fuel mixtures resulted in an increase. Maximum decrease in SO2 emissions was attained with E2.5B5M92.5 fuel at 1100 rev/min as 67.12%. NOx emission values of M100 fuel occurred at lower levels comparing with the other fuel mixtures when the average values are considered. According to the examination of the engine lubrication oil samples, it was observed that the wear elements in the collected samples were increasing as the engine operation time was increasing. Aluminum, Lead, Ferrous, Chromium and Copper amounts in the engine lubrication oil were expressed in graphical form in the study according to the ICP analyses results. E2.5B5M92.5 fuel wear elements results were favorable than the other fuel mixtures in the study. Key Words: Safflower, Safflower Biodiesel-Bioethanol-Diesel mixtures, Bioethanol, Exhaust Emissions, Engine Wear Elements, Engine Performance