Theses supervised by Prof. Dr. Hanbey Hazar
16 theses · Fırat University
Elektrikli araçlarda kullanılan PEM yakıt pillerinin performansı üzerine kanal blokajlarının etkisinin incelenmesi
Günümüz dünyasında sanayileşme ve artan insan nüfusu gibi faktörler nedeniyle enerji talebi her geçen gün artmaktadır. Bu durum insanoğlunu, alternatif, temiz ve sürdürülebilir bir enerji kaynağı ve teknolojisi arayışına itmiştir. Bu noktada hidrojen enerjisi ve yakıt pili teknolojisi geleceğin enerji kaynağı olarak görülmektedir. Yakıt hücreleri, hidrojen yakıtındaki kimyasal enerjiyi doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren elektrokimyasal enerji cihazlarıdır. Bu tez çalışması temel olarak yakıt hücresi bileşeni olan bipolar plakaların daha yüksek akım yoğunluğu sağlayacak şekilde geliştirilmesini konu almaktadır. Bu amaçla, bipolar plakalarda bulunan akış kanalları üzerine, geometrik şekil, sayı, yükseklik ve konum olarak farklı varyasyonlarda engeller yerleştirilmiştir. İlk aşamada tasarlanan modellerin hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) metodu ile analizleri yapılmıştır. Ardından en verimli BPP akış alanına sahip yakıt pili ile standart serpantin tasarımına sahip yakıt pili aynı koşullarda deneysel olarak test edilmiş ve akım/gerilim eğrileri elde edilmiştir. Sonuç olarak, bipolar plakalara engel yerleştirilmesi, hücrenin akım ve güç yoğunluğu değerlerini arttırmaktadır. Yapılan deneysel testler sonucunda, optimize edilmiş engel biçiminde üretilen katot plakasının bulunduğu yakıt hücresinin çıkış gücü, standart serpantin yapısındaki yakıt hücresinin çıkış gücüne kıyasla arttığı görülmüştür. Yapılan çalışma sonucunda, hücrenin birim aktif alanından elde edilen net güç miktarı arttırılmış bir yakıt hücresi elde edilmiştir.
Ön ısıtma uygulanmış nanopartikül katkılı alternatif yakıtın bir dizel motorunda etkilerinin araştırılması
Günümüzde insan nüfusu artışı ve beraberinde artan enerji ihtiyacının aksine bu ihtiyacı karşılayan fosil kaynakların azalması sonucu alternatif enerji kaynaklarının artışı hızlanmıştır. Bu kaynakların başında bitkisel yağlardan, hayvansal yağlardan ve atık yağlardan elde edilen biyodizel gelmektedir. Çalışmada, badem ve havuç ham yağlarından transesterifikasyon yöntemi ile badem metil ester (BME) ve havuç metil ester (HME) üretimi yapılmıştır. Üretilen metil esterler dizel yakıt ile farklı oranlarda (%20, %60, %100) karıştırılarak, nanopartikül katkısı ve ön ısıtma yapılarak sabit devir ve farklı yük (1kw, 1.5kw, 2kw, 2.5kw, 3kw) koşulları altında test edilmiştir. Deneyler, tek silindirli hava soğutmalı bir dizel motorda yapılmıştır. Ayrıca aynı ham yağlar dizel yakıtı ile farklı oranlarda (%10, %20, %40) karıştırılarak nanopartikül katkısı ve ön ısıtma yapılarak aynı deney şartları uygulanmıştır. Elde edilen sonuçlara göre; metil ester kullanımında motor performansında düşüş ve emisyonlarda iyileşme görülmüştür. Ancak yapılan ön ısıtma işlemi ve nanopartikül katkıları sayesinde motor performansında artış olduğu gözlemlenmiştir.
Piston ve supapları cr2o3 kaplanmış ve farklı yakıt katkıları kullanılan bir dizel motorda performans ve emisyon değerlerinin yapay sinir ağları ile belirlenmesi
Bu tez çalışmasında içten yanmalı motorların; egzoz emisyon ve performans parametrelerinin, Yapay sinir ağı (YSA) kullanılarak, istenilen motor devrindeki değerleri belirlenmiştir. Yapay sinir ağı ile deneysel olarak elde edilen verilerin, matematiksel modeli oluşturularak, deneylerin tekrar edilmesine gerek kalmaksızın sonuçların elde edilmesi ve bu şekilde; vakit, insan iş gücü ve maliyet kazancının sağlanması amaçlanmıştır. Deneylerde, Kaplamalı Motor (KM) ve Normal Motor (NM) olmak üzere 2 farklı dizel motor üzerinde çalışılmıştır, kaplamalı (KM) olarak adlandırılan motorun, yanma odası elemanlarından piston ve supaplarının yanma odasına bakan yüzeyleri kaplanmıştır. Kaplama maddesi olarak; termal bariyer olma özelliğine sahip seramik madde olan Krom oksit (Cr2O3) kullanılarak, Plazma Sprey yöntemi ile kaplama işlemi gerçekleştirilmiştir. Her iki motorda dizel yakıt katkıları olan; Dibutil Maleat %3, %6, %9, Dietilen Glikol Dimetil Eter %3, %6, %9, etilheksil nitrat %3, %6, %9 ve bütanol ise %6, %12, %18, oranlarında karıştırılarak, KM ve NM' de yakıt katkısı olarak kullanımlarının, emisyon ve performans parametreleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. Kaplamalı Motor (KM) ve Normal Motor (NM)'da, NOX, CO, CO2, HC, duman yoğunluğu emisyon değerleri, egzoz gaz sıcaklığı (EGS) ve özgül yakıt tüketimi (ÖYT), titreşim verileri alınmıştır. Ardından, Dibutil Maleat %3, %6, %9, Dietilen Glikol Dimetil Eter %3, %6, %9, Etilheksil Nitrat %3, %6, %9 ve Bütanol ise %6, %12, %18, oranlarında karıştırılarak, Kaplamalı Motor (KM) ve Normal Motor (NM)'dan, NOX, CO, CO2, HC, duman yoğunluğu emisyon değerleri, egzoz gaz sıcaklığı (EGS) ve özgül yakıt tüketimi (ÖYT), titreşim, verileri alınmıştır. Deneyler sonucunda elde edilen veriler YSA' ya giriş verileri olarak uygulanarak, MATLAB Programı yardımı ile matematiksel model oluşturulmuştur. YSA' dan elde edilen veriler ile deneysel veriler karşılaştırılıp, programın doğruluğu kontrol edilmiş ve sonuçların örtüştüğü görülmüştür. YSA' nın, kullanıcı dostu ve pratik bir kullanıma sahip olması amacıyla, MATLAB GUI'de ara yüz tasarımı yapılmıştır. Krom oksit (Cr2O3) Kaplamalı motorda (KM), Kaplamasız motora (NM) göre; HC, CO, duman yoğunluğu gibi emisyon değerlerinde ve ÖYT değerlerinde düşüş görülmüştür, CO2, NOX emisyonları ve EGS değerinde ise artış görülmüştür. Bütanol katkısı NM ve KM' de CO, NOX, Duman, EGS değerlerini düşürmüştür. Buna karşın HC, CO2, Titreşim, ÖYT değerlerinde artış gözlemlenmiştir. Dibütil Maleat katkısı NM ve KM' de CO, HC, duman yoğunluğu, EGS, titreşim değerlerinde azalma göstermesine karşın, diğer parametrelerde artış göstermiştir. Dietilen Glikol Dimetil Eter katkısı, NM ve KM' de CO, HC, duman yoğunluğu, titreşim değerlerinde azalma göstermesine karşın, diğer parametrelerde artış görülmüştür. Etilheksil Nitrat katkısı, NM ve KM' de CO2, duman yoğunluğu, ÖYT değerlerinde azalma göstermesine karşın, diğer parametrelerde artış görülmüştür. Çalışma sonunda elde edilen sonuçlara göre, TBK uygulaması ile dizel motorlarda performans kaybına uğramaksızın, emisyon değerlerinde azalma sağlanabileceği görülmüştür. Buna ek olarak, çeşitli dizel yakıt katkı maddeleri kullanılarak, egzoz emisyonlarında azalma sağlanabildiği görülmüştür. Ayrıca YSA yöntemi ile matematiksel modelleme yapılarak elde edilen sonuçlar yardımı ile tekrar deney yapmaya gerek kalmadan, düşük hata oranlarında sonuçlar elde edilmiştir. Bu şekilde, deneysel çalışmalarda harcanan maddi kayıplardan, zamandan ve insan iş gücünden tasarruf edilebileceği görülmüştür.
İçten yanmalı motorlarda yağ analiz yöntemiyle yapılan kestirimci bakımın araştırılması
Kestirimci bakım tekniği, makine parçalarının arızalanmadan önce çeşitli uyarılar vermesi esasına dayanmaktadır. Kestirimci bakım ile maliyet tasarrufu sağlanması, zamana dayalı önleyici bakımdan veya alışılmış bakımlardan daha yararlıdır. Çünkü sadece gerektiğinde yapılır. Titreşim analizleri, yağ analizleri, termal kamera analizleri ve ekipmana özgü yapılabilecek tahribatsız analizler, ekipmanın durumunu değerlendirmek için kestirimci bakım ile ulaşılabilecek önemli verilerdir. Yağ analizlerinin uygulaması ucuz, çabuk ve kolay olduğu gibi, aynı zamanda çok önemli tasarruf sağlayabilmektedir. Yağ analizi, tıpkı bir kan tahlili gibi, makine ve motorların içinde neler olduğunu görmenin en hızlı, en kesin ve en güvenilir yoludur. Aslında temiz görünen bir yağda bile aşınmaya sebep olabilecek binlerce parçacık bulunabilmektedir. Bu parçacıklar, aşınmayı hızlandırır, sistem verimliliğini düşürüp, ünitenin performansını azaltabilmektedir. Bu çalışmada öncelikle deney motorundan belli periyotlarla yağ numuneleri alınacak ve laboratuvarda incelenecektir. Yağ ile çalışan her sistemde, normal çalışma sonucu aşınma elementleri meydana gelmektedir. Aşınma elementleri analizi ile ünite arızalanmadan önce problem bulunmuş olur. Aşınma elementleri analizi ile çok küçük parçacıklar tespit edilebilecektir. Yağ analizlerinde bazı elementlerin varlığı ve kombinasyonu değerlendirilecektir. Bunlar; bakır (Cu), demir (Fe), krom (Cr), kurşun (Pb), alüminyum (Al), silisyum (Si) ve sodyum (Na) gibi elementler olacaktır. Yağ numunelerinin düzenli aralıklarla alınması gerekmektedir. Bu yüzden, yağ numuneleri dizel deney motorundan belirlenen bir yöntem ve periyotta alınacaktır. Numunelerde aşınmış parçacık analizi, su miktarı, viskozite, yoğunluk gibi değerler incelenecektir. Analiz sonuçlarına göre motor parçalarındaki değişiklikler belirlenecek ve deney motoru hakkında gerekli yorumlar yapılacaktır.
Plazma sprey yöntemiyle kaplanmış dizel ve benzinli motorun dinamiksel titreşim analizinin kestirimci yöntemiyle araştırılması
ÖZET Bu tez çalışmasında içten yanmalı motorlara Termal Bariyer Kaplama (TBK) uygulanmıştır. TBK uygulaması ile motorların yakıt tüketiminin azaltılması, emisyonlarının iyileştirilmesi amaçlanmıştır. Bu çalışmada kullanılan benzinli ve dizel motorların kaplanma yöntemi plazma sprey yöntemidir. Plazma sprey kaplama yönteminin seçilmesinin başlıca nedenleri; uygulanmasının kolay olması, basit donanım gerektirmesi, ekonomik, güvenli ve kullanılan toz karışımın kimyasal kompozisyonunda değişiklik yapılabilirliğidir. Benzinli motorun kaplanma malzemesi olarak krom karbür (Cr3C2 ) kullanılmıştır. Dizel motorun kaplama malzemesi olarak krom oksit (Cr2O3 ) kullanılmıştır. Bu motorların piston ve supapları kaplanarak; titreşim ve termografi analizleri yapılmıştır. Ayrıca ham aspir yağı ve ham çitlembik yağlarından, transesterifikasyon yöntemi uygulanarak biyodizel yakıtlar üretilmiştir. Adyabatik özellik kazandırılmış motorda; D-2 yakıt ve biyodizel yakıtların D-2 yakıt ile karışımları, alternatif yakıt olarak kullanılmıştır. Kaplama öncesinde ve sonrasında dizel motorun NOx, CO, CO2, HC, duman yoğunluğu emisyon değerleri, egzoz gaz sıcaklığı (EGS) ve özgül yakıt tüketimi (ÖYT) değerleri ölçülmüştür. Benzinli motorun NOx, CO, CO2, HC emisyonları, EGS ve ÖYT değerleri ölçülmüştür. Bu değerler grafikler yardımıyla yüzdesel olarak karşılaştırılmıştır. Hem dizel hemde benzinli motorun kaplama öncesi ve sonrası kestirimci bakım yöntemleri olan titreşim ve termografi analizleri yapılmış ve yorumlanmıştır. TBK ile dizel motor egzoz emisyonlarından HC, CO, duman yoğunluğu emisyonu ve ÖYT değerlerinde düşüş, CO2, NOx ve EGS değerinde ise artış olmuştur. Benzinli motor egzoz emisyonlarından HC, CO, ÖYT değerlerinde azalma, CO2, NOx ve EGS değerlerinde ise artış olmuştur. Elde edilen sonuçlar TBK ve yakıt olarak biyodizel kullanımının motorlarda egzoz emisyon, ÖYT ve EGS değerlerinde dikkate alınacak bir iyileşme olduğunu göstermiştir Anahtar Kelimeler: Termal Bariyer Kaplama, kestirimci bakım, Benzinli Motor Dizel Motor, titeşim, termografi, biyodizel
Dizel motorda ön ısıtma uygulanmış biyodizel yakıtı kullanımının etkisinin araştırılması
ÖZET İnsanların ulaşım sorunlarına yardımcı olmak amacıyla üretilen araçlar günümüzde kara ulaşımının yanında, hava ve deniz ulaşımında da kullanılmaktadır. Günümüzde ulaşım ile beraber motorlu araçların kullanılmadığı alan hemen hemen yok gibidir. Kullanılan bu araçların insan refah düzeyini artırdığı gibi insan ve çevreye zararlı yönleri mevcuttur. Bu zararlı etkilerin başında ekzoz emisyonları gelmektedir. Fosil yakıt kullanan bu motorlu araçların her geçen gün sayıları artmakta ve çevreye bıraktıkları emisyon miktarının artmasını da kaçınılmaz kılmaktadır. Bu çevre kirliliğini azaltmak ve insan sağlığına olan zararları minumuma indirmek amacıyla bu tez çalışması yapılmış ve emisyon değerlerinin iyileştirilmesine yönelik deneysel çalışmalar uygulanmıştır. Bu deneyler çok çeşitli olmakla beraber araçların ekzoz emisyonlarının azaltılması çalışmaları hız kazanmıştır. Fosil yakıtların yanması sonucunda meydana gelen zararlı gazların azaltılması ile beraber son yıllarda fosil yakıtlara alternatif yakıtların kullanılması da ön plana çıkmıştır. Bu tez çalışmasında üç ham bitkisel yağ dizel motorda yakıt olarak kullanımştır. Siyah hardal yağı, Acı badem yağı ve biber çekirdeği yağlarından laboratuar ortamında trensesterifikasyon yöntemi ile elde edilmiş biyodizel kullanılmıştır. Biyodizel olarak kullanılan yakıt normal şartlarda %20, %60 ve %100 olarak dizel yakıt ile hacimsel olarak karıştırılmış tek silindirli, içten yanmalı bir dizel motorunda kullanılarak egzoz emisyon değerleri kaydedilmiştir. Aynı bitkilerden elde edilmiş biyodizel aynı oranlarda dizel yakıt ile karıştırılmış ve motorda kullanılmadan önce fırında ön ısıtmaya tabi tutulmuş akabinde motorda kullanılmış ve egzoz emisyon değerleri tekrar alınmıştır. Deneyler her karışım ve oran için tekrarlandığı gibi ön ısıtma uygulandıktan sonra da tekrarlanmıştır. Deneylerde, karışım yakıtlarının kullanımında ÖYT(Özgül Yakıt Tüketimi), EGS(Egzoz Gaz sıcaklığı), CO(Karbonmonoksit), CO₂(Karbondioksit), HC(Hidrokarbon) ve NOx(Azotoksit) emisyonlarının sonuçları bulunmuş ve normal şartlar ile ön ısıtma uygulanmış karışım sonuçlarından alınan değerler karşılaştırılmıştır. Deney sonuçlarına baktığımızda farklı yağlardan farklı değerler alındığı görülmüştür. Aynı zamanda ön ısıtma uygulanmış biyodizel yakıtların emisyon üzerindeki etkileri bazı değerlerde yaklaşık %10 bir düşüş görülse de bazı değerlerin yükseldiği tespit edilmiştir. Ön ısıtma uygulanmış biyodizel karışımlarının normal şartlarda kullanılan karşım sonuçlarını kıyasladığımızda belli bir oranda yükseliş göstermiştir.
Bir dizel motorda zeolit maddesinin emisyon ve performans üzerine etkisinin yapay sinir ağları (YSA) ile araştırılması
İçten yanmalı motor egzozundan yayılan toksik maddelerin insan sağlığına ve doğal çevreye negatif etkisi giderilmek istenen bir konudur. Bu çalışmada, Basınç Salınımlı Adsorpsiyon prensibi ile çalışan bir zeolit filtre tasarlanarak havanın oksijence saflaştırılması ve bu saf oksijenin, bir dizel motorun emme hattına beslenmesi ile motorun egzoz emisyon ve performans parametrelerinin iyileştirilmesi hedeflenmiştir. Zeolitin, yüzey alanını genişletmek, iyon değişimi, adsorpsiyon ve moleküler elek özelliklerini iyileştirmek amacıyla, 2N HCl ve 4N NaOH ile modifikasyonları yapılmıştır. Filtre sisteminde, doğal zeolit, sentetik zeolit, baz modifiyeli zeolit ve asit modifiyeli zeolit kullanılmıştır. ZF'nin zenginleştirdiği oksijen motorun emme manifolduna montaj edilmiş olan oksijen giriş rekoru vasıtasıyla yanma odasına beslenmiştir. Yapılan motor deneylerinde CO, CO2, HC, NOx, duman yoğunluğu, titreşim, gürültü, EGS, ÖYT, FTV değerleri, standart dizel motorda ve 4 farklı zeolit tipinin kullanıldığı koşullarda kayıt altına alınmıştır. Deneysel ölçümler sonucunda, elde edilen veriler YSA'ya eğitim ve test verileri olarak girilerek MATLAB R2016a programında modelleme yapılmıştır. YSA'nın tahmin ettiği değerler ve deneysel sonuçlar kıyaslanarak programın güvenilirliği kontrol edilmiştir. Bu amaçla, her bir egzoz emisyon ve performans parametresi için tahmin edilen değerler ve deneysel değerlerin kıyaslandığı grafikler, regresyon grafikleri ve ortalama karesel hata verileri dikkate alınmıştır. Yapılan ölçümler sonucunda, ZF'nin havadaki azotu PSA prensibi ile absorbe ederek büyükten küçüğe, SZ, BMZ, DZ, AMZ olarak oksijen zenginleştirmesi sağladığı tespit edilmiştir. İşlem sonucunda, CO, HC, duman yoğunluğu ve ÖYT değerlerinde düşüş sağlanmıştır. Buna karşın CO2, NOx, EGS, titreşim, gürültü, değerlerinde artış gözlenmiştir. Deneysel ölçümler sonucunda oluşturulan YSA'nın performansı incelenmiş, YSA'nın tahmin ettiği sonuçlarının kabul edilebilir hata oranlarında olduğu görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Zeolit, Basınç Salınımlı Adsorpsiyon, Dizel motor, Yapay Sinir Ağları
Borlama yüzey kaplama teknolojisinin bir dizel motorun yanma odası elemanlarına uygulanması
Yapılan bu deneysel çalışmada 4 silindirli doğal emişli, 4 zamanlı, su soğutmalı, direkt enjeksiyonlu dizel bir motorun yanma odası elemanları olan silindir gömleği, piston üst yüzeyi ve supaplar bor içerikli tozlarla kaplanarak motora adyabatik özellik kazandırılmıştır. Kaplama yöntemi olarak katı ortam borlama yöntemi ve plazma sprey yöntemi kullanılmıştır. Silindir gömleği ve supaplar katı ortam borlama yöntemi ile 150 mikro kalınlığında Fe2B, piston üst yüzeyinde ise 300 mikron kalınlığında (CoNiCrAlYttra + NiCrBSi) tabakası ile kaplanmıştır. Ham fıstık yağı ve ham kabak çekirdeği yağlarından, transesterifikasyon yöntemi uygulanarak biyodizel yakıtlar üretilmiştir. Adyabatik özellik kazandırılmış motorda; D-2 yakıt ve biyodizel yakıtların D-2 yakıt ile karışımları, alternatif yakıt olarak kullanılmıştır. Standart ve kaplanmış motorda farklı yükler altında performans deneyleri ve emisyon ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Son olarak kaplanan motor parçaları optik mikroskop, SEM, EDAX, XRD, nano sertlik, adhesiv aşınma, yüzey pürüzlülüğü gibi malzeme muayene ve metalografik inceleme yöntemlerine tabi tutulmuştur. Yüzey sertlik değeri 6 kat artarken, aşınma direnci 3 kat artmıştır. Isı iletim katsayısı silindir gömleğinde 2,5 kat düşerken, piston üst yüzeyinde ortalama 10 kat düşmüştür. Testler neticesinde kaplanmış motorda D-2 yakıt için FÖYT değeri % 7,5 ve FÖET değeri % 7 azalırken, FTV değeri % 1,5 ve EGS değerinde ise % 15 artış meydana gelmiştir. CO değerinde % 10, HC değerinde % 47, İS değerinde ise % 14 azalma meydana gelirken NOx değerinde ise % 35 artış ölçülmüştür. Anahtar kelimeler: Borlama, plazma sprey, kaplama, motor, biyodizel, performans, egzoz emisyon
Plazma sprey yöntemiyle seramik kaplamanın egzoz borusu üzerine etkisi
İçten yanmalı motorlar birçok sistemlerden oluşmaktadır. Bu sistemler büyük oranda birbirileri ile ilişkili ve bağlantılıdır. Bu sistemlerden bir tanesi de egzoz sistemidir. Egzoz sistemini oluşturan parçalar motor stop ettirilinceye kadar sürekli egzoz gazlarına maruz kalmaktadır. Egzoz sisteminin sürekli bir şekilde egzoz gazlarına maruz kalması, egzoz sisteminin ömrünü azaltmaktadır. Egzoz sistemi ayrıca; yağmurlu havalarda oluşan su, çamur, kış aylarında buzlanmayı önlemek için yollara dökülen tuz vb. gibi olumsuz etkenler dolayı deformasyona uğrar. İçten yanmalı motorlarda egzoz sistemi kullanıldıkları bölge ve şartlara göre belirli bir süre sonra değiştirilmeleri gerekir. Bu parçaların ömürlerinin arttırılması, hem bireysel hem de ülke ekonomisine ciddi kazanımlar sağlayacağı düşünülmektedir. Bu çalışmada, egzoz borusu plazma sprey yöntemiyle krom karbür (Cr3C2) malzeme ile yaklaşık 100 mikron kalınlığında kaplanmıştır. Kaplama işlemi iki aşamada gerçekleştirilmiştir. Birinci aşamada, egzoz borusunun sadece dış kısmı 100 mikron kalınlığında kaplanmıştır. İkinci aşamada, egzoz borusunun iç ve dış kısmı aynı kalınlıkta kaplanmıştır. Birinci ve ikinci aşamada yapılan çalışma, standart egzoz sistemi ile karşılaştırılmıştır. Egzoz borularının krom karbür (Cr3C2) malzeme ile kaplanmasıyla hem iç hem de dıştan etki eden, kimyasal ve fiziksel çözücü ve deformasyona uğratıcı faktörlerin etkisi azaltılmış olunacaktır. Böylece egzoz borusunun ömrünü azaltıcı faktörler kaplama malzemesi tarafından karşılanmış olacaktır. Egzoz gazlarının kimyasal tepkime işlemi gaz sıcaklığı manifold çıkışından itibaren azalarak da olsa devam etmektedir. Yanma odasında meydana gelen yanma sonu sıcaklığı yaklaşık 2700 oC dir. Susturucuya gelince gaz yaklaşık 300 oC civarındadır. Dolayısıyla egzoz borularının kaplanması gazın soğumasını geciktirerek zararlı emisyonların CO2 ve H2O gibi zararsız emisyonlara dönüşmesine yardımcı olacaktır. Bilindiği gibi katalitik konvertör, EGR ve çeşitli katalizörler yüksek sıcaklık altında verimli çalışmaktadır. Böylece emisyon kontrollerinin daha verimli çalışmasına da katkılar sağlanacaktır. Elde edilen sonuçlar, plazma sprey yöntemi ile egzoz borusunun kaplanması sonucunda egzoz emisyon ve egzoz gaz sıcaklığı değerlerinde dikkate değer bir iyileşme olduğunu göstermiştir. Ayrıca yapılan deneyler kaplanmış egzoz borusunun malzeme ömrünün standart egzoz borusuna göre arttığını göstermiştir.
Borlama yönteminin volan, krank ve kam mili üzerine etkisinin araştırılması
Metaller ve alaşımları içten yanmalı motorlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Metallerde oluşan aşınma, oksidasyon, yorulma, kırılma ve yüzeylerde oluşabilecek korozyon gibi deformasyonlar içten yanmalı motorların performanslarını olumsuz yönde etkilemektedir. Bu olumsuz etkenler düşünüldüğünde, metal alaşımlı malzemelerde iyileştirilme ihtiyacı duyulmaktadır. Borlama işlemiyle metallerde sertlik artışı, aşınma, korozyon ve oksidasyon direnci yüksek yüzeyler elde edilebilmektedir. Bu çalışmada içten yanmalı motorlarda bulunan krank mili, kam mili ve volan kutu borlama yöntemiyle 950 ℃ sıcaklıkta, 4 saatte Ekabor-2 tozu ile kaplanmıştır. Kaplama kalınlığı ~150 mikrondur. Krank ve kam mili için muylulardan, volan için sürtünmeye maruz kalan bölgelerden numuneler alınmıştır. Borlama işlemi sonunda kaplanmış ve kaplanmamış numunelere; spektrometre, optik mikroskop, SEM, EDAX, XRD, mikrosertlik, aşınma, TGA ve korozyon deneyleri uygulanmıştır. Aşınma sonunda yüzeylerdeki deformasyonların etkisiyle oluşabilecek fazlar ve görüntüler için XRD ve SEM analizi tekrar yapılarak kıyaslanmıştır. Optik ve SEM görüntülerinde borlanmamış muylularda ferrit+perrit fazları, volanda ise dökme demir lamel grafit formu görülmüştür. Borlanmış numunelerde ise Fe2B ve FeB fazlarına rastlanmıştır. EDAX analizinde noktasal ve bölgesel olarak ana tabaka, geçiş bölgesi ve borür tabasından kimyasal malzeme kompozisyonları ölçülmüştür. XRD analizinde borlanmış ve borlanmamış numunelerdeki faz farkları incelenmiştir. Mikrosertlik analizinde HV0,05 için borlanmış numunelerde, borlamamış numunelere göre sırasıyla krank mili muylusu için 6,7 kat, kam mili muylusu için 6,9 kat ve volan için 5,8 katlık sertlik artışı görülmüştür. Aşınma analizinde 30 N kuvvet ve 3000 m mesafe sonucu borlanmış numunelerde, borlanmamış numunelere göre sırasıyla; krank mili muylusunda 4 kat, kam mili muylusunda 4,3 kat ve volanda 4,8 katlık aşınma direnci görülmüştür. Artan kuvvet etkisinde bu oranların arttığı görülmüştür. Aşınma sonrası tekrar SEM görüntüleri alınmış borlanmış numunelerde aşınma direncinin arttığı bu görüntülerden de tespit edilmiştir. Aşınma sonrası faz değişimlerini gözlemlemek için tekrar XRD analizi yapılmış fazların şiddetinin düştüğü ve fazlardaki titreşimin yüzey pürüzlülüğünden dolayı arttığı tespit edilmiş ve değişen fazlar incelenmiştir. TGA deneyinde 1000 ℃ sıcaklık sonunda borlanmış numunelerde, borlanmamışlara göre sırasıyla krank mili muylusunda % 2,3, kam mili muylusunda % 5 ve volanda % 7,5 kütle artışında fark tespit edilmiştir. Bu kütle artışına göre borlanmış numunelerde, borlanmamışlara göre sırasıyla krank mili muylusunda 300 ℃, kam mili muylusunda 100 ℃ ve volanda 60 ℃ oksidasyon gecikmesi görülmüştür. Korozyon direncinde borlanmış numunelerde, borlanmamış numunelere göre krank mili muylusunda % 85, kam mili muylusunda % 21 ve volanda % 12'lik artış tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, borlama yöntemi kullanılarak volan, krank mili ve kam mili muylularının kaplanmasıyla aşınma direnci, korozyon direnci, sertlik ve oksidasyon değerlerinde dikkate değer bir iyileşme olduğunu göstermiştir. Ayrıca yapılan deneyler borlanmış malzemelerin ömrünün artmasıyla milli ve bireysel ekonomiye katkı sağlayacağını göstermektedir.
Elektrot yapısının ve ortam koşullarının bir mikrobiyal yakıt hücresinin elektriksel performansı üzerindeki etkilerinin deneysel ve YSA yaklaşımı ile belirlenmesi
Mikrobiyal yakıt hücreleri, alternatif enerji kaynakları için popüler olan bir çalışma alanıdır. Biyokimyasal enerjiyi elektrik enerjisine çevirebilen ve birçok çalışma alanı sunan alternatif enerji kaynağıdır. Bu tez çalışmasında mikrobiyal yakıt hücrelerinin yaygınlaşmasının ve ticarileşmesinin önünde engel teşkil eden çalışma parametrelerinin iyileştirilmesi ve gelecek için öngörüsel sistemlerin tahmin edilmesi planlanmıştır. Oksidasyon hızı, elektrot verimliliği, ortam şartları ve fiziksel şartlar gibi parametreler hücrelerin enerji performansını düşürmektedir. Çalışma kapsamında elektrotların yapısal olarak ağ yapılı, köpük yapılı ve levha yapılı olarak incelenmesi çalışmanın ilk kısmını oluşturmaktadır. Bu yapısal çalışmalarda elektrot geometrisinin öneminin anlaşılabilmesi için farklı geometriler kullanılıp analiz edilmiştir. Çalışmanın bir diğer kısmında farklı besin çeşitleri kendi aralarında karşılaştırılmıştır. Sabit bir besinin farklı besleme oranları ile beslenerek en uygun besleme oranının tespit edilmesi ve farklı besleme tipleri kullanılarak en uygun besleme tipinin bulunması amaçlanmıştır. Çalışmanın bir diğer kısmı olarak ortam şartları ele alınmıştır. Bu kapsamda farklı sıcaklık koşullarında hücreler test edilmiş ve farklı ışık koşullarında davranışı incelenmiştir. Son olarak mikrobiyal yakıt hücrelerinde elektrot adedinin önemi ve elektrot konumunun performansa etkisi araştırılmıştır. Elde edilen veriler MATLAB ortamında YSA eğitimi yapılarak tahmin edilebilirliği test edilmiştir. Mikrobiyal yakıt hücrelerinde elektrotların hacimsel olarak etkili olduğu ve yoğun hacimlerin daha başarılı çıkış verdiği görülmüştür. Yapısal olarak elektrotların ağ yapılı olması, yüksek yüzey alanı ve verimli enerji çıkışı oluşturmuştur. Ortam şartları çalışmaları yüksek sıcaklığın ve düşük ışık dalga boylarının hücre performansına pozitif etki ettiğini göstermiştir. Elektrot adedinin artışı hücre performansına pozitif etki gösterdiği ve elektrot konumu mikrobiyal aktivitenin yoğunluğuna göre etki gösterebildiği sonucuna varılmıştır. YSA eğitimi başarılı bir şekilde gerçekleştirilmiştir.
Klinoptilolit tipi zeolit uygulamalarının dizel bir motorda etkilerinin araştırılması
Dünya nüfusundaki hızlı artışa paralel olarak insanların ulaşıma olan ihtiyacı gün geçtikçe artmaktadır. Günümüzde ulaşım ihtiyacının önemli kısmını motorlu taşıtlar karşılamakta olup büyük kesimi petrol türevi yakıtları tüketmektedir. Küresel ısınma, iklim değişikliği ve çevre kirliliği sorunları nedeniyle içten yanmalı motora sahip taşıtların egzoz emisyonlarının iyileştirilmesi önem arz etmektedir. Bunun yanı sıra dünya üzerindeki petrol kaynaklarının bir gün biteceği endişesi yanında yakıt verimliliği yüksek motorlar için çalışmalar sürmektedir. Bu tez çalışmasında tek silindirli dizel bir motorun egzoz emisyonlarının iyileştirilmesinin yanı sıra motor performansının arttırılması hedeflenmiştir. Bu amaçla zeolit içeren bir filtre tasarlanarak oksijence yoğun hava elde edilmiştir. Havanın dizel motora beslenmesi sağlanarak performans ve emisyon değerlerinin iyileştirilmesi hedeflenmiştir. Oksijen yoğunlaştırıcı filtre içerisinde doğal ve sentetik zeolit çeşitlerinin bulunduğu 6 farklı zeolit kulanılmıştır. Doğal zeolitlerde oksijen yoğunlaştırma yeteneklerinin geliştirilmesi amacıyla asit, lityum ve kalsiyum modifiyeleri gerçekleştirilmiştir. Oksijen yoğunlaştırıcı filtre ile elde edilen oksijence yoğun hava, dizel motora beslenerek 10 farklı emisyon ve performans parametresi kayıt altına alınmıştır. Elde edilen verilere göre zeolitlerin oksijen yoğunlaştırma oranları büyükten küçüğe doğal zeolit, asit modifiye zeolit, kalsiyum modifiye zeolit, lityum modifiye zeolit, 4A sentetik zeolit, 5A sentetik zeolit olarak tespit edilmiştir. Motor deneyleri sonucunda tork, egzoz gazı sıcaklığı, silindir içi basınç, gürültü, titreşim ve NOX değerlerinde artış, fren özgül yakıt tüketimi, CO, HC ve duman yoğunluğu değerlerinde düşüş elde edilmiştir.
Yakıt pilli elektrikli araçlar için gözenekli akış alanlı bipolar plakaların geliştirilmesi
Bu tez çalışmasında, geleceğin temiz enerji kaynaklarından biri olan yakıt hücrelerinin birim aktif alanından daha yüksek bir akım/güç yoğunluğu elde edilmesine yönelik AP tasarımları yapılmıştır. Bu amaçla literatürde dikkat çeken açık gözenekli malzemelerin kullanıldığı bir akış alanı tasarımı yapılmıştır. Hücrenin aktif alanında reaktant akışını yönlendiren bu gözenekli alanlar ile katalizör yüzeyinde daha dengeli bir reaktant dağılımının sağlanması amaçlanmıştır. Buna ek olarak katalizör yüzeyindeki reaktant yoğunluğunun arttırılması da hedeflenmiştir. Bu şekilde hücreden elde edilen akım yoğunluğu değerlerinde artış sağlanarak, hücrenin üretmiş olduğu güç çıkışını arttırılması amaçlanmıştır. Tasarımsal olarak belirlenen AP modelleri CATIA programında üç boyutlu olarak modellenerek, ANSYS programında yakıt hücreleri simüle edilmiştir. Modellemelerde tek hücreli bir yakıt hücresi yapısı oluşturulmuştur. ANSYS programında, yakıt hücrelerinin akım yoğunluğu değerleri, basınç, sıcaklık, hidrojen, oksijen ve su dağılımları elde edilmiş ve karşılaştırılmıştır. Çalışma kapsamındaki üretilen modeller literatürde sıklıkla kullanılan üçlü serpantin modeline sahip bir yakıt hücresi ile kıyaslanmıştır. Serpantin modelli AP' ye sahip, tek hücreli yakıt hücresine kıyasla daha yüksek net güç çıkışı sağlayan model en verimli AP modeli olarak kabul edilmiştir. Çalışma kapsamında geliştirilen AP modeli, üretilmiş ve tek hücreli bir yakıt pili yapısı oluşturularak deneysel olarak test edilmiştir. Sonuçlar, gözenekli alanların PEMFC' lerde akış alanı olarak kullanılmasının hücrenin elektriksel performansı üzerinde olumlu sonuçlar oluşturduğunu, akım ve güç yoğunluğu değerlerini arttırdığını göstermiştir. Anahtar Kelimeler: Yakıt hücreleri, Akış plakası, Hesaplamalı akışkanlar dinamiği, Gözenekli akış alanı.
Bitkisel yağ ve mikroalglerden üretilen nanopartikül katkılı alternatif yakıtların bir dizel motor üzerindeki etkilerinin araştırılması
İçten yanmalı motorlarda yakıt ile hava karışımının yanma odasında yanması sonucunda faydalı mekanik iş ile birlikte zararlı egzoz emisyonları da açığa çıkmaktadır. Egzoz emisyonlar insan ve doğa üzerinde olumsuz etkileri bulunmaktadır. Sınırlı petrol kaynakları ve bu zararlı egzoz emisyonları dikkate alındığında bilim insanları petrole alternatif olacak ve daha az egzoz emisyonu salınımı yapacak alternatif yakıtların üretimine odaklanmaktadır. Bu tez çalışmasında farklı bitkisel yağların alternatif yakıt olarak dizel motorlarda kullanımı araştırılmıştır. Bu amaçla, soğuk sıkım yöntemi ile üretilmiş bitkisel ham yağ dizel yakıt ile farklı oranlarda karıştırılarak kullanılmıştır. Buna ek olarak mikroalg yağı bitkisel ham yağ/dizel karışımına eklenerek motor performans ve egzoz emisyon değerleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. Ham bitkisel yağ ve mikroalg yağının yüksek viskozite değerleri nedeniyle, yakıt karışımlarına ön ısıtma işlemi uygulanarak yakıt karışımının fiziksel özellikleri iyileştirilmesi amaçlanmıştır. Diğer taraftan yakıt karışımlarının yanma özelliklerinin iyileştirilmesi için yakıt karışımlarına nanopartikül katkısı yapılmıştır. Genel olarak çalışma kapsamında alternatif bir yakıt karışımının oluşturulması ve bu yakıt karışımlarının dizel motorun egzoz emisyon ve performans değerleri üzerindeki etkilerinin araştırılması amaçlanmıştır. Ayrıca, ön ısıtma işlemi ve nanopartikül katkısı ile yakıt karışımlarının yanma kabiliyetlerinin iyileştirilmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla ham olarak ceviz, yağı ile mikroalg yağlarının dizel yakıt ile karıştırıldığı alternatif yakıtların etkileri deneysel olarak araştırılmıştır.
Elektrikli taşıtlarda PEM yakıt hücreleri için metal tabanlı akış plakalarının modellenmesi ve kaplanarak geliştirilmesi
Bu tezin amacı, gelecekte yaygınlaşması öngörülen temiz ve çevreci enerji üreteçlerinden biri olan hidrojen yakıt pillerinden elde edilecek gücü arttırmaktadır. Bunun için akış plakaları adı verilen ve hücre için hayati özelliklere sahip plakaların hem tasarımsal olarak hem de malzeme yapısı olarak geliştirilmesi üzerine çalışılmıştır. Hücredeki akış plakaları üç farklı yaklaşımla yeniden tasarlanmıştır. Tasarlanan bu akış plakaları CATIA V5 programında modellenerek, ANSYS programında simüle edilmiştir. Yakıt hücrelerinin akım yoğunluğu değerleri, basınç, sıcaklık, hidrojen, oksijen, su ve reaksiyon ısı kaynağı dağılımları elde edilmiş ve kıyaslanmıştır. Bu aşamanın neticesinde, üçlü serpantin modeline kıyasla en yüksek net güç çıkışı sağlayan model üretilmek ve deneysel olarak test edilmek için belirlenmiştir. Çalışmanın ikinci aşamasında metalik akış plakası EPD yöntemi kullanılarak çoklu bir malzeme yapısı ile kaplanıp, akış plakasının malzemesinin yüzey temas direnci ve korozyon akım yoğunluğunun iyileştirilmesi amaçlanmıştır. EPD yöntemi ile alüminyum, nikel ve 316L paslanmaz çelik numunelerin üzerine Ni/Cr/Ta/grafen kompozisyonuna sahip bir kaplamanın yapılması sağlanmıştır. Kaplama işlemleri sonrası yakıt hücrelerindeki akış plakaları için kritik parametreler olan arayüzey temas direnci (ICR) ve korozyon akım yoğunluğu (Icor) değerleri ölçülmüştür. Ayrıca, kaplamaların yüzey karakterizasyonları taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve enerji dağıtıcı X-ışınları spektroskopisi (EDX) analizleri ile gerçekleştirilmiştir. Nihai olarak en yüksek net güç sağlayan akış plakası modeli ve en uygun malzeme yapısında akış plakası üretilerek, tek hücreli bir yakıt pili yapısında deneysel olarak test edilmiştir. Nihai olarak literatüre özgün bir akış plakası modeli sunulmuştur.
Bir dizel motorda nanopartikül katkısının motor performans ve emisyon üzerindeki etkisinin araştırması
Bu çalışmada, defne tohumu yağı ve baobab yağı transesterifikasyon yöntemiyle biyodizele dönüştürülerek, dizel motorlarda alternatif yakıt olarak kullanımı araştırılmıştır. Ayrıca, bu yağların ham formları da motor testlerine dahil edilmiştir. Ham yağlar %10, %20 ve %40 oranlarında %100 dizel ile; biyodizeller ise %20 ve %50 oranlarında dizel ile karıştırılarak test edilmiş, bunun yanı sıra saf (%100) biyodizeller de değerlendirilmiştir. Her bir yakıt karışımı için motor performansı ve egzoz emisyonları analiz edilmiş; karşılaştırmalı değerlendirmeler yapılmıştır. Çalışmanın bir diğer önemli boyutunda, her bir yağ ve biyodizel için farklı türde nanoparçacık kullanılmış ve bu nanoparçacıklar 50 ppm dozajında eklenmiştir. Nanoparçacıkların yanma kalitesi, motor performansı ve emisyonlar üzerindeki etkileri de detaylı olarak incelenmiştir. Ayrıca, ön ısıtma işlemi uygulanarak yakıt özelliklerinde meydana gelen değişiklikler gözlemlenmiştir. Elde edilen sonuçlar, bitkisel kökenli yağlardan elde edilen biyodizelin, uygun katkı maddeleri ve işlem koşullarıyla çevre dostu ve verimli bir alternatif yakıt olarak değerlendirilebileceğini göstermektedir.