Theses supervised by Hüseyin Aydın
13 theses · Batman University
Kademeli termal bariyer kaplamanın bir dizel motorda yanma, performans ve egzoz emisyonlarına etkisi ve yanma odası elemanlarında oluşan termal ve basınç gerilme analizi
İçten yanmalı motorların verimliliğinin artırılması ve emisyon değerlerinin iyileştirilmesi amacıyla farklı yöntemler uygulanmaktadır. Gelişen malzeme teknolojisiyle birlikte uygulama kolaylığı nedeniyle termal bariyer kaplama son yıllarda başvurulan yöntemlerin başında gelmektedir. Pistonların düşük ısı transfer katsayısına sahip malzemeler ile kaplanmasıyla ısı kayıplarını azaltmak ve motor performansını artırmak amaçlanır. Kaplama malzemesi olarak alümina (Al2O3), zirkonya (ZrO2), magnezya (MgO), Berillya (BeO), lantanat ve gadalyum tercih edilir. Mevcut çalışmada piston yüzeylerine plazma sprey kaplama yöntemi kullanılarak Ytrria ile stabilize edilmiş zirkonyum seramik malzemesiyle kaplama işlemi gerçekleştirilmiştir. Kaplamasız (referans model), tüm yüzey kaplamalı ve iki farklı ölçüde kademeli kaplama yapılan dört piston modeliyle motor performans ve egzoz emisyon deneyleri ve ısı transferi ve yanma analizleri gerçekleştirilmiştir. Piston yüzeyine kademeli kaplama işlemi uygulanarak kaplama tabakasının mukavemetinin arttırılması ve aynı zamanda NOx emisyonlarının düşürülmesi amaçlanmıştır. Gerçekleştirilen motor performans ve egzoz emisyon deneylerinde altı farklı yükleme durumu için egzoz emisyon ve motor performans verileri elde edilmiştir. Deneyler sırasında meydana gelen değişimi belirlemek amacıyla emme hattına, egzoz manifolduna, hava soğutma kanat ucuna, hava soğutma kanat dibine, üst kapağa ve motor yağına birer adet termokupl montajı yapılarak deney düzeneğinden sıcaklık değerleri okunmuştur. Sonlu elemanlar yöntemiyle gerçekleştirilen analizlerde kullanmak için piston modelleri Solidworks 2022 paket programı ile oluşturulmuştur. Oluşturulan piston modellerinin zamana bağlı termal ve yapısal analizlerinin gerçekleştirilmesi için modeller ANSYS Workbench paket programına aktarılmıştır. Bu analizler sonucunda piston, astar tabaka ve kaplama yüzeyi için sıcaklığı dağılımı, ısı akısı, von-Mises gerilme değerleri ve toplam şekil değiştirme miktarı elde edilmiştir. Yanma analizleri için ANSYS Forte paket programında piston modeli oluşturulmuştur ve analizler sonucunda piston içi sıcaklık, piston içi basınç, egzoz emisyon ve ısı transfer verileri elde edilmiştir. Gerçekleştirilen deneyeler sonucunda kademeli piston modellerinde tüm yüzey kaplamalı piston modeline göre NOX egzoz emisyon değerlerinde düşüş fakat yakıt tüketiminde artış tespit edilmiştir. HC egzoz emisyon değerlerinde dört piston modeli için %50 yükleme koşullarına kadar yakın değerler tespit edilirken %62.5’lik yükleme durumunda tüm yüzey kaplı piston modelinde en yüksek değer tespit edilmiştir. Zamana bağlı termal analizler sonucunda en yüksek piston yüzey sıcaklığı tüm yüzey kaplı pistonda elde edilmiştir. Tüm yüzey kaplı piston modelinde ısı kayıplarının diğer piston modellerine göre daha düşük olduğu gözlemlenmiştir. Kademeli kaplama yapılan piston modellerinde ısı akısı miktarı kaplama yapılan yüzeyde az iken kaplama yapılmayan yanma haznesinde daha yüksek olduğu tespit edilmiştir. Gerçekleştirilen yanma analizleri sonucunda silindir içi sıcaklık ve basınç değerlerinin tüm yüzey kaplı pistonda en yüksek, kaplamasız piston modelinde en düşük ve kademeli piston modellerinde bu iki değer aralığında ve birbirlerine yakın tespit edilmiştir. Yanma analizleri sonucunda duvardaki ısı transfer oranları karşılaştırıldığında en yüksek transfer kaplamasız piston modelinde görülürken en düşük ısı transferi tüm yüzey kaplamalı piston modelinde tespit edilmiştir. Yanma verimi en yüksek piston modeli tüm yüzey kaplı pistondur fakat NOX egzoz emisyon verileri diğer piston modellerinden daha yüksektir.
Evaporative cooling systems with underground cooling for photovoltaic panels in hot and arid climates
Solar energy can be mainly harnessed through heat, electricity, and photosynthesis. The utilization of solar energy is globally adopted because it is abundantly available and cost-effective compared to other renewable energy sources. Solar energy possesses light and heat, both of which can be directly converted into electricity. The main application of solar energy is electricity generation through photovoltaic (PV) systems, which include PV panels, a charge controller, batteries or other storage units, and inverters. PV panels consist of multiple solar cells that convert incident solar radiation into direct current electricity. Nonetheless, most of the solar radiation reaching solar cells is converted into heat energy rather than electricity, as solar cells cannot convert all irradiance spectral wavelength into electrical energy. This leads to an increase in the cell operation temperature. The elevated temperature worsens bandgap energy, thereby reducing open circuit voltage and fill factor. Consequently, higher temperatures diminish the conversion efficiency of the cells, and thus the overall efficiency of PV panels. For instance, for every 1 ºC rise in the temperature of a crystalline silicon solar cell, the cell voltage decreases by 2.2 mV, causing an estimate 0.5% drop in electrical power output. Furthermore, excessive heating can cause hotspot formation and material degradation, leading to a shortened lifetime of PV panels. Hence, it is essential to dissipate the surplus heat from solar cells by applying the optimal cooling technique to recover the efficiency of PV panels. Among the various cooling methods, evaporative cooling is a simple, sustainable, cost-effective, efficient, eco-friendly, and energy-saving technique. It is particularly effective in hot and arid climates. In this thesis study, evaporative cooling systems incorporating underground cooling were designed, and set up to prevent PV panels from experiencing a reduction in power output in hot and arid climates due to overheating. The evaporative cooling systems included three open-water-based systems: one utilizing a cellulose pad, another employing cotton wicks, and the third using hemp ropes as porous materials. The effects of these cooling systems and their configurations on PV panel temperature, electrical energy output, and efficiency were experimentally evaluated and compared with those of a reference panel without cooling. The findings indicated that the evaporative cooling approaches proved effective in arid and intensely hot climates. The cooling implementations continuously and uniformly lowered the PV panel surface temperature, thereby enhancing efficiency, energy output, and I-V characteristics. As a result, the evaporative cooling configuration with the cotton wicks, hemp ropes and cellulose pad achieved temperature reductions of up to 22.7 ºC, 22.1 ºC, and 10.3 ºC, respectively; efficiency improvements of 9.77%, 9.57%, and 5.38%; and cumulative energy enhancements of 10.4%, 9.56%, and 5.46%, respectively.
Dietileter ve aspir yağı biyodizeli karışımının bir lpg RCCI motorunun orta yüklerindeki yanma performans ve emisyon davranışının deneysel olarak araştırılması
Son dönemlerdeki taşıt sayısındaki anlamlı artış nedeniyle, benzin ve motorine olan talep ve bunun tedariği dengesiz bir hal almıştır. Bu durumun devam etmesi halinde, benzin ve motorin daha maliyeti artacak ve yakıtlara ulaşım yetersiz olacaktır. Günümüzde artan enerji taleplerinin dengelenmesine olan ihtiyaç devam etmektedir. Fosil yakıtların kullanımının artması ve tükenmesiyle birlikte alternatif yakıtlar daha fazla önem kazanmaktadır. Bu yönüyle bitkisel yağın işlenmiş hali (biyodizel) dizel motorlar için potansiyel bir alternatif oluşturmaktadır. Deneylerde aspirden üretilen yağdan biyodizel yakıt olarak kullanılmıştır. Yapılan deneylerde kullanılan dizel yakıtı, biyodizel ve dietileterden oluşmuş olan yüksek reaktiviteli yakıt kullanılmıştır. Düşük reaktiviteli yakıt olarak ise LPG sabit %50 oranında emme manifolduna gönderilmiştir. Her deney yakıtı ayrıca 2 farklı motor çalışma koşulunda yapılmıştır. Bunlar birincisi, motor yüklü durumdayken: 7,2 kW orta yük ve ikincisi ise RCCI modu %50 LPG nin emme manifolduna püskürtülmesidir. Emisyon, yanma performansı ve motor performans deneyleri yapılmıştır. Bu çalışmanın en önemli olumlu sonuçlarından biri olarak, RCCI stratejisi BTE değerlerini artırabilir. Tüm test yakıtları için artan sıkıştırma oranı ile BTE değerlerinin arttığı görülmektedir. Test yakıtları için farklı RCCI modları karşılaştırıldığında, BTE değerlerinin oldukça yüksek olduğu ve yüksek DEE'li çalışma koşullarında dizel yakıtı geçtiği görülmektedir. Bu nedenle, tüm B90/DEE10 ve B85/DEE15 RCCI çalışma koşulları için en yüksek termal verim değerleri elde edilmiştir. Biyodizel/DEE RCCI modları için KEİ değerlerinin arttığı açıkça görülmektedir. Bu olumlu durumlar hiç şüphesiz RCCI çalışma modları sayesinde olmaktadır. Özellikle RCCI uygulamasında alev hızının artması, tama yakın yanma ve ısı transferinin azalması gibi sebepler verimi arttırmıştır. Ayrıca RCCI yanmasında silindir duvarı ve piston kafası yüzeylerinin yakınında bulunan yüksek sıcaklık bölgelerinin ortadan kaldırılması da önemli bir faktördür. Bu, ısı transfer kayıplarını azaltır ve genleşme işi artar. İkinci bir neden, RCCI uygulamasının yanmanın başlangıcını ve sonunu kontrol etmeyi kolaylaştırmasıdır. Sonuç olarak DİE ve LPG RCCI modunda motorun verim ve genel performansı ile yanma parametreleri artmıştır.
Kömür ve atık pamuk yağının birlikte pirolizi ile elde edilen sıvı yakıtın dizel motorlarda kullanılabilirliği
Alternatif sıvı yakıt elde etmek için kullanılan tekniklerden biri de pirolizdir. Bu çalışmada atık pamuk yağı ile kömüre birlikte piroliz işlemi uygulanmıştır. Birlikte piroliz işlemiyle elde edilen piroliz sıvısı dizel yakıtına belirli oranlarda karıştırılarak numuneler oluşturulmuştur. Oluşturulan numunelerin azot (N), karbon (C), hidrojen (H) ve sülfür (S) içerikleri elementel analiz yoluyla ölçülmüştür. Bu numunelerin yoğunluk, parlama noktası, akma noktası, alt ve üst ısıl değerleri ve viskozite değerleri de laboratuvarda analiz edilmiştir. Oluşturulan numunelerin anilin noktaları bulunmuş ve bulunan bu değerlerden setan sayıları hesaplanmıştır. Yapılan ölçümlerden sonra elde edilen numunelerin dizel motorlarında kullanılabilir olduğu tespit edilmiş, ardından bu numuneler dört zamanlı üç silindirli bir dizel motorunda sabit devirde ve farklı yüklerde test edilmiştir. Yapılan deneyler sonucunda elde edilen performans değerlerinin, dizel yakıtının değerleriyle benzer olduğu sonucuna varılmıştır. Bununla birlikte karışımlardaki piroliz sıvısı oranının artmasıyla CO ve NOx emisyonlarının arttığı, CO2, HC ve O2 emisyonlarının da azaldığı görülmüştür. Piroliz sıvısı eklenmesiyle yakıt tüketimi ve özgül yakıt tüketimi değerlerinin de iyileştiği görülmüştür. Bunun yanında elde edilen piroliz sıvısının kalitesinin ve kullanılabilirliğinin artması için yapılacak olan çalışmalar sıvı yakıtların kullanım alanlarını ve kullanım kalitesini arttıracaktır.
Çift yakıtlı bir dizel motorda sıkıştırma oranının LPG kullanımına etkilerinin deneysel olarak araştırılması
Günümüzde teknolojinin ilerlemesi ile birlikte araçların güç performans oranları artmakta buda dizel yakıt kullanım maliyetini arttırırken ayrıca dizel araçların çevre kirliliği sorununu daha da belirgin bir hal almasına sebebiyet vermektedir. Bunun ile birlikte üreticiler dizel yakıtlı motorlarda alternatif yakıtların kullanılması ile ilgili yaptıkları araştırmalar da LPG'nin (Sıvılaştırılmış Petrol Gazı) araçlarda yakıt olarak kullanımını gündeme getirmiştir. LPG'nin temin edilebilme ve depolanma şartlarının kolaylığı, düşük maliyetli olması, egzoz emisyonlarının diğer yakıtlara göre düşük ve olması dizel motorlarında alternatif yakıt olarak kullanımını cazip hale getirmektedir. Yapılan bu çalışmada; saf dizel yakıtı ve %5, %10, %20 ve %40 oranlarında LPG ile karıştırılarak; motor performansı, yanma parametreleri ve egzoz emisyonlarına etkileri deneysel olarak karşılaştırılmıştır. Ayrıca farklı sıkıştırma oranları kullanılarak LPG40 yakıtının yanma parametrelerine etkileri araştırılmıştır. Yapılan karşılaştırma sonucunda; farklı sıkıştırma oranlarında %40 LPG kullanıldığında, sıkıştırma oranı artıkça silindir basıncı, ortalama gaz sıcaklığı ve ısı salınım hızı yükselmiştir. Normal sıkıştırma oranlarında ise; LPG kullanımı artıkça silindir basıncı, ortalama gaz sıcaklığı (MGT) ve ısı salınım hızı (HRR) azalmıştır. Ayrıca farklı sıkıştırma oranları ve farklı dizel+LPG kullanım oranlarında; CO emisyonun farklı LPG kullanımı ve sıkıştırma oranlarının artışına bağlı olarak artmıştır.
Propanolün bir dizel motorda aspir biyodizeli kullanımına etkilerinin deneysel olarak araştırılması
Dizel yakıtı, günümüzde birçok araçta kullanılmaktadır. Petrolün gün geçtikçe azalması ve ayrıca oluşturmuş olduğu çevre kirliliğinden dolayı alternatif ve yenilenebilir yakıt çalışmaları gün geçtikçe farklı şekillerde karşımıza çıkmaktadır. Alternatif yakıtların özellikle yenilenebilir olması en çok üzerinde durulan hususlardan biridir. Çünkü yenilenebilir enerji kaynakları, çevre dostu, tükenmeyen ve çevrede kolayca bozunabilir özelliklere sahiptir. Bu çalışmada aspir yağından biyodizel elde edilmiştir. Elde edilen biyodizel farklı oranlarda propanol ile karıştırılarak bir dizel motorda yakıt olarak test edilmiştir. Hem biyodizelin hem de propanol ilavesinin motor performansı, yanma parametreleri ve kirletici egzoz emisyonlarına etkileri deneysel olarak test edilmiştir. Test sonuçları karşılaştırıldığında biyodizel ve propanol karışımlı yakıtların motor performansı, özgül yakıt tüketimi ve emisyon değerleri dizele göre çok büyük bir farklılık göstermemiştir. Ancak NOx emisyonlarında düşüşlerin olduğu görülmektedir. Yanma sonucunda yükün artmasına paralel olarak silindir basıncında, ısı salınımı değerlerinde, toplam ısı salınımı ve silindir içi ortalama gaz sıcaklığı değerlerinde yükün artmasına paralel olarak artışların olduğu görülmektedir. Deney sonuçlarından hareketle aspir biyodizeli ve propanol karışımlarının belirli oranlarda dizele katılarak alternatif yakıt olarak kullanılabileceği görülmüştür.
Farklı tip quadcopter kanadının uçuş doğrultu kararlılığına etkilerinin deneysel ve sayısal analizi
İnsansız hava araçları (İHA) günümüzde savunma, eğlence, tarım, harita ve taşımacılık gibi birçok alanda kullanılmaktadır. Hava aracı ile birlikte bir pilota gerek olmaması ve otonom sürüşe imkân vermesi ile bu araçların kullanımı gün geçtikçe diğer sektörlerde de görülmeye başlamıştır. Buna ek olarak teknolojinin gelişmesi ile elektronik parça ve sensörlerin ucuzlaması, bu sektörün gelişmesine olanak vermiştir. İHA’ların en popüleri olan Quadcopter, dört kanada sahiptir. Bu tez için otonom uçuş özelliğine sahip bir Quadcopter oluşturulmuştur. Çalışmada Pixhawk 4 uçuş kontrol kartı, otonom uçuş özelliğinden dolayı tercih edilmiştir. Otonom uçuş, Pixhawk kontrol kartını destekleyen Mission Planer yazılımı ile planlanarak gerçekleştirilmiştir. Kanat doğrultu kararlılığını belirlemek için 4 farklı pervane tasarımı yapılmıştır. Tasarlanan pervaneler arasından uçuş süresi ve doğrultu kararlılığı açısından en verimli Quadcopter pervane profili araştırılmıştır. Literatür araştırmaları sonucunda düşük Reynolds sayısında (Re<100.000) iyi performans gösterdiği belirtilen DAE51, MH42, NACA4412 ve NLF0115 kanat profilleri, bu araştırma için seçilmiştir. Tasarlanan bu pervanelerin etkilerini ortaya koymak için Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) ve deneysel analiz yapılmıştır. Pervane hesaplamalarının doğruluğunu tespit etmek için ANSYS Fluent simülasyon analizi yapılmıştır. ANSYS Fluent için doğrulanabilir bir yöntem ortaya koymak için de literatürde kesit ölçüleri ve aerodinamik performansı bulunan APC 10x7 pervane ile doğrulama yapılmıştır. Analitik hesaplama ile elde edilen itki katsayısı HAD analizi ile karşılaştırıldığında, DAE51 tasarım pervanesi için %4,41, MH42 için %4,91, NACA0115 için %5,80 ve NLF0115 için %5,94 daha düşük oluşmuştur. Quadcopter için gerekli itki kuvvetinin meydana geleceği, sonuçlar ile ortaya konduktan sonra üç boyutlu yazıcı ile baskı yapılmıştır. Deneysel analiz, dış ortamda gerçekleştirilmiştir. Dış ortam testlerinde, pervanenin rüzgâr etkileri göz önünde bulundurulmuştur. DAE51, MH42, NACA4412 ve NLF0115 profillerinden tasarlanan pervaneler, Quadcopter’ın orijinal pervanesinin performansı ile karşılaştırılmıştır. Yapılan deneyler sonucunda istenilen ve oluşan yunuslama, yuvarlanma, sapma açıları, yükseklik ve titreşim değerlerinde önemli farklılıklar ortaya çıkmadığı görülmüştür. Yapılan ilk ve ikinci deneyde sırasıyla DAE51 için 0,072 m ve 0,05 m, MH42 için 0,019 m ve 0,13 m, NACA4412 için 0,031 m ve 0,03 m ve NLF0115 için 0,022 m ve 0,028 m ortalama sapma miktarı meydana gelmiştir. Pervaneler, menzil ve doğrultu kararlılığı parametreleri ile değerlendirildiğinde en iyi pervane performansına NACA4412 sahip olmuştur.
Jeneratör tahrikinde kullanılan ağır hizmet bir dizel motorda oktanolün dizel veya biyodizel kullanımına etkilerinin deneysel olarak araştırılması
Bu çalışmada, ülkemizde üretim imkânı fazlaca olan aspir yağından üretilen biyodizelin alternatif yakıt olarak oktanol katkısı ile birlikte bir dizel motor dayanma, performans ve egzoz emisyonları parametreleri üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Bu amaçla, literatürdeki bilgilerden de faydalanılarak, transesterifikasyon yöntemiyle aspir yağından biyodizel üretilmiştir. Aspir, hem oktanol (OC100) hemde dizel ile karışım oluşturularak (OB50, OD50, B100, ULSD) motorda test edilmiştir. Test yakıtları karşılaştırmalı deneyleri için testle motor devri 1500 d/dk'da sabit tutularak, motor yükü %20 yüke denk gelen 3,6 kw, %40 yüke denk gelen 7,2 kw, %60 yüke denk gelen 10,8 kw yüklerinde gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar aynı deney koşulları için saf biyodizel (B100) olan saf aspir ve saf oktanol (OC100) için tutuşma gecikmesi sürelerinin daha uzun olduğu görülmektedir. Oktanol-biyodizel (OB50) ve Oktanol-dizel (OD50) karışımları için tutuşma gecikmesi süreleri dizel yakıtına benzer olarak gerçekleşmiştir. Oktanol kullanıldığında yanma saf biyodizele göre iyileşmekte olup, özgül yakıt tüketiminde de iyileşmeler görülebilmektedir. En düşük HC değerleri yüksek alev hızları nedeni ile sönme bölgesinin daralması dolayısıyla oktanol içeren yakıtlar olan OB50 yakıtında ve OC100 ile OD50 yakıtı karışımında elde edilmiştir.
Propanolün bir dizel motorda aspir biyodizeli kullanımına etkilerinin deneysel olarak araştırılması
Günümüz otomobil teknolojilerinde, özellikle dizel motorlu araçlarda hem performans hem de emisyon açısından faydalı olabilecek bir çok alternatif yakıt incelenmiştir. Aspir biyodizeli ve pentanol da belirli oranlarda karıştırılarak kullanılabilecek alternatif dizel yakıt türleridir. Bu çalışmada aspir biyodizeli ve pentanolün belirli oranlardaki karışımları ve direkt püskürtmeli bir dizel motorda kullanılması ile motor performansı ve emisyonlara etkileri incelenmiştir. Dizel motor 4 silindirli olup bir elektrik jeneratörüne güç vermek için kullanılmıştır. Belirli oranlarda karıştırılarak elde edilen dizel, biyodizel ve pentanol karışımlı yakıtların yanma sonucu elde edilen test sonuçları ile ticari motorinin test sonuçları karşılaştırılmıştır. Yapılan deneylerden elde edilen test sonuçlarına göre motor performansı, özgül yakıt tüketimi, silindir basıncı gibi etkenler bakımından karışım yakıtlar dizel ile karşılaştırıldığında ciddi bir değer farklılığı gözlemlenmemiştir.Yanma sonucu grafiklerine bakıldığında silindir basıncı, ısı salınım hızı kümülatif ısı salınımı, ortalama gaz sıcaklığı ve kütlesel yanma eğrilerinde yüke bağlı olarak tüm yakıt türleri için artışlar gözlemlenmiş olup grafik eğrileri genel olarak birbirini paralel olarak takip etmişlerdir. Ayrıca test sonuçlarına bakıldığında da egzoz emisyonları açısından ciddi bir farklılık olmamasına rağmen NOx emisyonlarında düşüşler ölçülmüştür. Bu çalışmada yanma deneyleri ve test sonuçlarına bakılarak aspir biyodizeli ve pentanol karışımlarının dizel yakıta belirli oranda karıştırılarak alternatif yakıt olarak kullanılabileceği görülmüştür.Ayrıca bu yakıtın kullanılabilmesi için dizel motorda ve püskürtme sistemi üzerinde herhangi bir değişiklik yapmaya gerek duyulmadığı belirlenmiştir.
Atık petrol çamurlarından dizel ve benzin benzeri yakıt üretimi ve motorlarda kullanımının deneysel olarak araştırılması
Bu çalışmada, atık petrol çamurlarından katalizörlü pirolitik distilasyon yöntemi ile dizel ve benzinli motorlarda kullanılabilecek dizel ve benzin benzeri yakıtlar üretilmiştir. Bu amaçla ön testler yapılmış ve her iki yakıtın da yüksek miktarlarda kükürt içerdiği tespit edilmiştir. Bu yakıtlara, iki aşamalı kükürt giderme reaksiyonları uygulanmıştır. Birinci kükürtsüzleştirme aşaması olan katalizör ortamındaki piroliz reaksiyonlarında % 10 oranında perlit, katalizör olarak kullanılmıştır. Benzin ve dizel benzeri yakıtların kükürt muhteviyatı sırasıyla %.64,2 ve % 52,6 oranlarında azaltılmıştır. Bu değerlerin sınır değerler üzerinde olması sebebiyle, ikinci reaksiyon olan, asidik kükürt giderme reaksiyonları gerçekleştirilmiştir. Benzin ve dizel benzeri yakıtların asidik kükürt giderme reaksiyonlarında ise sırasıyla kükürt içeriği % 88,6 ve % 91,3 oranlarında azaltılmıştır. Rafineri ürünü normal benzin yakıtı (BY) ve dizel yakıt (DY) ile bu reaksiyonlar sonunda üretilmiş olan benzin benzeri yakıt (BBY), düşük kükürtlü benzin benzeri yakıt (DKBBY), dizel benzeri yakıt (DBY) ve düşük kükürtlü dizel benzeri yakıtların (DKDBY) fiziksel ve kimyasal özellikleri analiz edilmiştir. Bu analizler sonucunda, sınır değerleri aşmamakla beraber DKBBY yakıtının yoğunluk ve viskozite değerinin BY yakıtına göre nispeten yüksek olduğu tespit edilmiştir. DKDBY yakıtının ise, setan sayısının ve alt ısıl değerinin nispeten düşük, yoğunluk ve viskozite değerlerinin ise kısmen yüksek olduğu tespit edilmiştir. Ancak bu değerlerin de sınır değerler dâhilinde olduğu gözlemlenmiştir. Dizel ve benzin benzeri yakıtların içten yanmalı motorlarda kullanılabilecek özelliklerde olduğunun tespiti üzerine, motor performans ve emisyon testlerine geçilmiştir. Dizel benzeri test yakıtları direk püskürtmeli, tek silindirli dizel bir motorda; benzin benzeri test yakıtları ise buji ile ateşlemeli, tek silindirli benzinli bir motorda test işlemine tabi tutulmuştur. Test yakıtlarının motor performans karakteristikleri ve emisyon değerleri, standart yakıtın değerleri ile karşılaştırılmıştır. BY-BBY ve BY-DKBBY yakıt karışımlarının performans analizinde; BY yakıtı içerisindeki BBY ve DKBBY yakıtının artması ile kütlesel ve özgül yakıt tüketim değerlerinin bir miktar arttığı, termik verim ve egzoz gaz çıkış sıcaklığı değerlerinin ise nispeten düştüğü tespit edilmiştir. Emisyon analizinde ise, BY yakıtı içerisindeki BBY ve DKBBY yakıtının artması ile NOx veCO2 değerleri düşük iken, HC, CO ve SO2 değerleri ise yüksek çıkmıştır. BBY yakıtlarının kullanımında, SO2 emisyonu değerlerinin kabul edilebilir sınırların üzerinde olduğu tespit edilmiştir. Diğer taraftan, DKBBY50 yakıtının performans ve emisyon değerleri ile BY yakıtının değerleri arasında belirgin bir farklılığın olmadığı gözlemlenmiştir. DKBBY100 yakıtının kullanımında ise kabul edilebilir sınırlar içerisinde nispeten farklılıklar olduğu tespit edilmiştir. DY-DBY ve DY-DKDBY yakıt karışımlarının analizinde ise; DY yakıtı içerisindeki DBY ve DKDBY yakıtının artması ile kütlesel ve özgül yakıt tüketim değerlerinin bir miktar arttığı, termik verim ve egzoz gaz sıcaklıklarının ise nispeten düştüğü tespit edilmiştir. Emisyon analizinde ise, DY yakıtı içerisindeki DBY ve DKDBY yakıtının artması ile NOx veCO2 değerleri düşük, HC, CO ve SO2 değerlerinin ise yüksek çıktığı tespit edilmiştir. DBY yakıtlarının ağır hidrokarbon içeriği sebebiyle, SO2 emisyonlarının kabul edilebilir sınır değerlerinin çok üzerinde olduğu tespit edilmiştir. Diğer taraftan, DKBBY50 ve DKBBY100 yakıtlarının performans ve emisyon değerleri ile DY yakıtının değerleri arasında kabul edilebilir sınırlar içerisinde nispeten farklılıklar olduğu tespit edilmiştir. Yapılan deneysel çalışma sonucunda, BBY ve DBY yakıtlarının kükürtsüzleştirme işlemleri yapılmadan ilgili motorlarda kullanılamayacağı, DKBBY ve DKDBY yakıtlarının ise ilgili motorlarda motorda herhangi bir yapısal modifikasyona gidilmeden kullanılabileceği sonucuna varılmıştır.
Monokristalin yapılı PV/T sistemde kolektif soğutma uygulaması ve nanoakışkan kullanımının PV panel verimine etkilerinin deneysel ve matematiksel analizi
Artan enerji ihtiyacını karşılamak ve oluşan çevre kirliliğini azaltmak için düşük emisyonlu, daha ekonomik ve yüksek verimli olan yenilenebilir enerji kaynaklarının önemi artmıştır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının en önemlisi enerjisini sınırsız bir doğal kaynaktan alan güneş enerjisidir. Fotovoltaik hücreler güneş ışınlarının bir bölümünü emerek elektrik enerjisine çeviren yapılardır. Bu çalışmada, monokristalin yapılı bir PV panelin, bir PV/T sistemde kolektif soğutma uygulaması ve nanoakışkan kullanımında PV panel verimine etkilerinin deneysel ve matematiksel analizi gerçekleştirilmiştir. Bir PV panelde öncelikle sadece kanatçıklar ile soğutma durumunda sıcaklık düşüşü ve panel verim artışı incelenmiştir. Daha sonra kanatçıklı durumda sabit bir akışkan debisinde, su soğutmalı ve ağırlıkça 3 farklı oranda (%0,2, %0,4 ve %0,6) hazırlanan Al2O3-su, TiO2-su ve CuO-su seramik nanoakışkanlı soğutmanın sıcaklık azalışı ve panel verimine etkisi incelenmiştir. Deney sonuçlarına göre; kanatçıklı panellerin sıcaklıkları genel itibarıyla kanatçıksız panel ile kıyaslandığında kanatçıklı (silindirik kanatçıklı ve levha kanatçıklı) panellerin, daha etkili bir soğutma yaptığı gözlemlenmiştir. Genel itibarıyla kanatçıksız panel ile karşılaştırıldığında silindirik ve levha kanatçıklı panellerde yaklaşık olarak sırasıyla %2,62, %1,52’lik bir verim artışı ve %4,87, %2,36’lık bir güç artışı olmuştur. Ayrıca silindirik kanatçıklı panelde de levha kanatçıklı panele göre %1,08’lik bir verim artışı ve %2,45’lik bir güç artışı olmuştur. Su soğutmalı ve nanoakışkan soğutmalı panellerin tüm türlerinde genel itibarıyla kanatçıklı panele göre daha etkili bir soğutma yaptıkları görülmüştür. Genel olarak kanatçıksız-soğutmasız panel ile karşılaştırıldığında su soğutmalı-kanatçıklı panelde yaklaşık olarak %3,57’lik bir elektriksel verim artışı olmuştur. Su soğutmalı ve ağırlıkça %0,2 ve %0,4 oranlarında hazırlanan nanoakışkan soğutmalı paneller arasında en büyük sıcaklık düşüşleri sırasıyla; TiO2-su, Al2O3-su, CuO-su nanoakışkanlı paneller ve su soğutmalı panel şeklinde olmuştur. Gün boyunca ağırlıkça %0,2 oranında ortalama olarak en yüksek güç artış oranlarına bakıldığında Al2O3-su, TiO2-su, CuO-su ve su soğutmalı paneller için sırasıyla %4,344, %4,058, %3,420 ve %2,693 olarak görülmüştür. Neticede en yüksek güç artış oranı ağırlıkça %0,2 oranında Al2O3-su nanoakışkan soğutmalı panelde görülmüştür. Genel itibarıyla ağırlıkça %0,2, %0,4 ve %0,6 oranlarında hazırlanan Al2O3-su, TiO2-su, CuO-su nanoakışkanlı soğutma türlerinin tümünde, su soğutmalı panele göre daha büyük güç artışı, ısıl verim, toplam verim ve ısı taşınım katsayısı değerlerinin gerçekleştiği görülmüştür.
Yağ alkolleri ve biyodizel karışımlarının bir dizel motorda yanma ve performans parametrelerine etkilerinin deneysel ve yapay sinir ağları ile optimizasyonu
Bu çalışmada, aspir tohumlarından farklı yöntemlerle yağ ekstrakte edilmiş ve ekstrakte edilen aspir tohumu yağı (ATY) transesterifikasyon prosesi ile biyodizele (B100)’e sentezlenmiştir. B100, dizel yakıt (DF) ve farklı ağır alkoller (AA)’ler belli oranlarda harmanlanarak elde edilen yakıtların motor performansı, emisyonları ve yanma parametreleri incelenmiştir. Yanma parametrelerinin deneysel sonuçları yapay sinir ağları (YSA) ile tahmin edilmiştir. Ekstraksiyon yöntemleri arasında maksimum yağ elde etme verimliliği sokslet ekstraksiyon yöntemi ile %32.49 olarak gerçekleşmiştir. ATY’nin yağ asidi bileşimleri sırasıyla %30.9 ve %56.4 civarında C18:1 ve C18:2’dir. ATY’nin biyodizele sentezlenmesinde alkol/yağ molar oranı 4.799/1 olarak hesaplanmıştır. Biyodizelin sentezi spektroskopik yöntemler ile doğrulanmıştır. 1H NMR ile yağ asidi metil esterlere (YAME)’lere dönüşüm %95.23 olarak hesaplanmıştır. Gerçekleştirilen analizler neticesinde sentezlenen biyodizelin ASTM-D6751 ve EN-14214 standartlarını karşıladığı görülmüştür. Testlerde DF50DE50 yakıtı DF’den sonra en düşük fren özgül yakıt tüketimi (FÖYT) ve fren özgül enerji tüketimi (FÖET) ile sonuçlanmışken fren termal verimliliği (FTV) bakımından ise DF’den sonra en yüksek olan yakıttır. DF50HE50 yakıtı ile en yüksek egzoz gazı sıcaklığı (EGS) elde edilmişken, en düşük EGS ise DF50B25HE25 yakıtı ile elde edilmiştir. B100’ün üretmiş olduğu NOx emisyonu DF’ye göre yüksektir. Düşük NOx emisyonu ise dekanolün olduğu karışımlar tarafından üretilmiştir. B100’ün üretmiş olduğu CO emisyonu DF’nin üretmiş olduğundan daha yüksektir. DF50B50’nin üretmiş olduğu CO emisyonları tekli ve ikili yakıt karışımlarının üretmiş olduklarına kıyasla daha düşüktür. DF’nin üretmiş olduğu is emisyonu ise bütün test yakıtlarının üretmiş olduğundan daha yüksektir. DF50OC50 artan yükler ile yüksek silindir basınçları (SB)’ler oluştururken, en büyük SB DF50HE50 yakıtınındır. DF50HE50 yakıtının net ısı salımı hızı (NISH) en yüksektir. B100’ün basınç artış oranı (BAO), DF yakıtından yüksek iken DF50B50 yakıtının BAO’sı tekli yakıtlarınkine göre daha düşük olmuştur. Üçlü yakıt karışımlarının BAO’sı ikili yakıt karışımlarına göre düşüktür. Yanma verilerinin YSA ile tahmini ortalama kare hatası (MSE) değerleri doğrultusunda oldukça başarılı olduğu görülmüştür.
Aspir yağı metil ve etil esterlerinin dizel motorlarda performans, yanma ve egzoz emisyonları üzerindeki etkilerinin araştırılması
Bu çalışmada, ülkemizde yüksek bir üretim potansiyeline sahip aspir yağından üretilen biyodizelin alternatif yakıt olarak bir dizel motorda yanma, performans ve egzoz emisyonları üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Bu amaçla, literatürde var olan bilgiler ışığında, transesterifikasyon yöntemiyle aspir yağından hem etil ester hemde metil ester esaslı biyoyakıtlar üretilmiştir. Aspir yağı etil ve metil esterleri hem saf halde (M100,E100) hem de dizel ile karışım oluşturularak (M50D50, M20D80, E50D50, E20D80) motorda test edilmiştir. Test yakıtları ile motor 1500 dev/dak sabit hızda ve bu devirdeki maksimum güç çıkışının yaklaşık %0, %20, %40 ve %60‟na denk gelen dört farklı güç çıkışında (Yüksüz, 3,6 kw, 7,2 kw ve 10,8 kw) deneyler gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar aynı deney koşulları için dizel yakıtı ile karşılaştırılmıştır. %20 biyodizel içeren karışımlar için yanmanın başlangıç noktaları iyileşmekle birlikte tüm test yakıtları için genel olarak benzer yanma davranışları gözlenmiştir. Ancak saf biyodizeller için yanma eğrilerinde düzensizlikler görülmüştür. Biyodizellerin ısıl değerlerinin düşük olmasından kütlesel yakıt tüketimleri hem etil hemde metil esterler için dizele göre fazla olmuştur. Ancak, %20 biyodizel içeren karışımlar için yanmanın iyileşmesiyle hem özgül yakıt tüketimi hemde verim parametreleri iyileşmiştir. Bu sonuçlar, ısıl değeri yüksek olduğundan metil ester biyodizeli için etil estere oranla daha iyi olmuştur.