Farklı yakıtlarla yüklenen bir dizel motorun termodinamik analizi ve emisyon değerlendirmesi

Bu çalışmada BDF100 biyodizel ve JIS#2 dizel yakıtları dizel motorunu egzoz arıtmalı ve arıtmasız sistemler için 1800 dev/dak'da çalıştırmak için kullanılmıştır. Egzoz arıtma sistemi olarak Dizel Oksidasyon Katalizörü (DOC) ve Dizel Partikül Filtresi (DPF) ele alınmıştır. DPF malzemeleri olarak silikon karbür (SiC) ve kordierit kullanılmıştır. Yakıtlar egzoz arıtmalı sistem için 100 Nm ve 200 Nm motor yüklerinde test edilirken, egzoz arıtmasız sistem için 100 Nm, 200 Nm ve tam yükte (294 Nm) kullanılmıştır. Sisteme enerji, ekserji, çevresel, çevre-ekonomik, sürdürülebilirlik, termo-ekonomik ve eksergo-ekonomik analizler uygulanmıştır ve motorun egzoz emisyonları, partikül konsantrasyonu, kurum konsantrasyonu ve özgül yakıt tüketimi deneysel olarak değerlendirilmiştir. Biyodizel yakıtı temel olarak kızartma yağından elde edilen %100 biyodizeldir (BDF100). Yakıtlar, 4 silindirli, 3L, turboşarjlı ve ara soğutuculu dizel motorunu çalıştırmak için kullanılmıştır. Tarama Hareketi Parçacık Boyutlayıcı (SMPS), motor egzoz emisyon partiküllerinin boyut dağılımını ölçmek için kullanılmıştır. THC (Toplam Hidro Karbon), NOx, CO ve CO2 egzoz emisyonları, parçacık sayıları (PN), kurum ve özgül yakıt tüketiminin ölçümü deney sırasında gerçekleştirilmiştir. Bu tezden bulunanlar: (i) Egzoz emisyon değerlerinin çoğu (NOx hariç) motor yükü ile ters orantılıdır. Bununla birlikte, motor yükü artarsa, NOx emisyon değerleri de artmaktadır. (ii) Dizel yakıtının CO ve HC emisyon değerleri biyodizel yakıtından daha fazlayken, biyodizel yakıtının CO2 ve NOx emisyon değerleri genellikle dizel yakıtından daha yüksektir. (iii) Dizel yakıtının alt ısıl değeri (LHV), biyodizel yakıtının alt ısıl değerinden daha fazladır. (iv) Biyodizel yakıtının özgül yakıt tüketimi dizel yakıtına göre daha fazladır. (v) Dizel yakıtının partikül konsantrasyonu biyodizel yakıtından daha yüksektir. Ayrıca, maksimum toplam partikül konsantrasyonları her iki yakıt türü için de 100 Nm torkta hesaplanmıştır ve yakıtların partikül konsantrasyonları motor yükü ile ters orantılıdır. (vi) Kurum konsantrasyonu, motor yükü ile ters orantılıdır. Ayrıca, biyodizel yakıtının kurum konsantrasyonu, dizel yakıtından daha azdır. (vii) Biyodizel yakıtı minimum enerji verimine sahipken, maksimum enerji verimi dizel yakıtı için hesaplanmıştır. (viii) Enerji verimi motor yükü ile doğru orantılıdır. (ix) Tüm motor yüklerinde biyodizel yakıtı, dizel yakıtından daha yüksek ekserji verimine sahiptir. (x) Çevresel ve çevresel-ekonomik parametreler motor yükleri ile doğru orantılıdır. (xi) DOC, kordierit dizel partikül filtresi ile birlikte kullanıldığında, egzoz emisyonu partikülü azalma değeri %98.57 olarak bulunmuştur. Eğer DOC, SiC dizel partikül filtresi ile kullanılırsa, egzoz emisyon partikülünün %99.97'si önlenebilmektedir. Küçük bir fark olmasına rağmen, SiC dizel partikül filtresi kordieritten daha fazla egzoz emisyon partikülü önlemektedir. (xii) Biyodizel yakıtı, her motor yükü ve tüm arıtma sistemleri için (egzoz artıma sistemi dahil veya hariç) dizel yakıtından daha az entropi üretimine sebep olmaktadır. Biyodizel yakıt verim çevre ve ekonomik açılardan dizel yakıttan daha etkilidir. Ayrıca, biyodizel yakıt dizel yakıta göre her motor yükü ve egzoz arıtma seçeneğinde (Egzoz arıtma dahil ve hariç) daha düşük toplam partikül sayısına ve entropy üretimine sahiptir.