Atık plastik yağının dizel motorda kullanımının motor parametrelerine etkisi ve yanıt yüzey yöntemi ile optimizasyonu
The effect of using waste plastic oil in a diesel engine on engine parameters and optimization through the response surface method
- Tez No: 919520
- Danışmanlar: PROF. DR. MUSTAFA BAHATTİN ÇELİK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Otomotiv Mühendisliği, Mechanical Engineering, Automotive Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Karabük Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 187
Özet
Artan dünya nüfusunun enerji talebini karşılamak için alternatif enerji kaynaklarına ihtiyaç duyulmaktadır. Bu alternatiflerden birisi de atık plastiklerin piroliz yöntemi ile akılcı bir şekilde geri kazanımıdır. Atık plastiklerden elde edilen sıvı içten yanmalı motorlarda alternatif yakıt olarak kullanılabilir değerli bir üründür. Bu çalışmada, atık XLPE kablolardan piroliz yolu ile elde edilen atık plastik yağı (APY) ve dizel yakıtı (D100) karışımlarının (hacimsel olarak %10, %20, %30, %40 ve %50), dört zamanlı, tek silindirli bir dizel motorda performans, yanma ve egzoz emisyonlarına etkilerini belirlemek amacıyla farklı motor yüklerinde (750, 1500, 2250, 3000, 3750, 4500 W) ve dört farklı püskürtme basıncında (210, 220, 230 ve 240 bar) değişimlerinin etkileri deneysel olarak incelenmiş ve yanıt yüzey metodolojisi (RSM) ile en uygun performans ve egzoz emisyonları belirlenerek optimizasyon çalışması yapılmıştır. Elde edilen deney sonuçları ile iki faktörlü merkezi kompozit tam tasarım kullanılarak varyans analizi destekli bir cevap yüzey modeli oluşturulmuş ve en iyi fren efektif verimi (FEV), fren özgül yakıt tüketimi (FÖYT), karbon monoksit (CO), hidrokarbon (HC), azot oksit (NOx) ve is emisyonu seviyelerine karşılık gelen optimum APY (atık plastik yağı) oranı ve motor yükü ve püskürtme basıncı değerleri tespit edilmiştir. Deneysel çalışmalar sonucunda APY ve karışım yakıtlarının dizel yakıta kıyasla performans, yanma ve egzoz emisyonları analiz edilerek değerlendirilmiştir. Deneysel çalışmada en yüksek fren efektif verim değerleri dizel yakıtı ile yapılan çalışmalarda elde edilmiştir. Karışım yakıtları içerisinde atık plastik yağı oranının artmasıyla fren efektif verim değerlerinin azaldığı özgül yakıt tüketimlerinin ise arttığı görülmüştür. Karışım içerisindeki atık plastik yağı oranının artmasıyla maksimum silindir basıncı değerlerinde azalma olduğu tespit edilmiştir. Benzer şekilde egzoz gaz sıcaklıkları, azot oksit, karbonmonoksit ve is emisyonları da aynı eğilimle atık plastik yağı oranının artmasıyla azalmıştır. Isı açığa çıkışlarının en yüksek değerlerinin dizel yakıtı ile gerçekleştiği tespit edilmiştir. Püskürtme basıncının azaltılması tüm deney yakıtlarının fren efektif verim değerlerinin düşmesine özgül yakıt tüketimlerinde ise artışa sebep olmuştur. Püskürtme basıncının azaltılmasıyla azot oksit emisyonları ve egzoz gaz sıcaklıkları azalırken diğer emisyonlar karbonmonoksit, hidrokarbon ve is emisyonlarında artış belirlenmiştir. Ayrıca püskürtme basıncının azaltılması ile tüm yakıtların maksimum silindir gaz basınç değerleri azalmış ve konumu ÜÖN'den uzaklaşmıştır. RSM ile yapılan optimizasyon çalışmasında ise optimum püskürtme basıncının 240 bar olduğu, atık plastik yağ oranının %18,18 ve optimum motor yük değerinin ise 2340,91 W olduğu belirlenmiştir. Optimum püskürtme basıncı, atık plastik yağ oranı ve motor yüküne karşılık gelen yanıtlar için maksimum fren efektif verim değeri %21,53, minimum özgül yakıt tüketimi, egzoz gaz sıcaklığı, azot oksit, hidrokarbon, karbonmonoksit ve is emisyonu değerleri ise sırasıyla 360,2895 g/kWh, 265,44 ℃, 360,22 ppm, 16,1 ppm, %0,0318 ve %0,9091 olarak tespit edilmiştir. Ayrıca aynı şartlarda deney yapılarak optimizasyonun sonuçları doğrulanmış ve yanıtlar ile deney sonuçları arasındaki ortalama hata oranları %0,62 ile %4,64 arasında olduğu belirlenmiştir. Çalışma neticesinde birçok parametre özelinde yakıtların incelenmesi gerektiğinden dolayı oluşturulan RSM modelinin uygun olduğu yapılan doğrulama deneyi ile tespit edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Alternative energy sources are needed to meet the energy demand of the increasing world population. One of these alternatives is the pyrolysis method's rational recovery of waste plastics. The liquid from waste plastics is a valuable product that can be used as an alternative fuel in internal combustion engines. In this study, to determine the effects of waste plastic oil (APY) and diesel fuel (D100) mixtures (10%, 20%, 30%, 40%, and 50% by volume) obtained by pyrolysis from waste XLPE cables on performance, combustion and exhaust emissions in a four-stroke, single cylinder diesel engine at different engine loads (750, 1500, 2250, 3000, 3750, 4500 W) and four different injection pressures (210, 220, 230, and 240 bar) were experimentally investigated, and the optimum performance and exhaust emissions were determined by response surface methodology (RSM). With the obtained experimental results, a two-factor central composite complete design was used. A response surface model supported by analysis of variance was created. The optimum APY (waste plastic oil) ratio, engine load, and injection pressure values corresponding to the best brake effective efficiency (FEV), brake specific fuel consumption (BSCF), carbon monoxide (CO), hydrocarbon (HC), nitrogen oxides (NOx) and soot emission levels were determined. As a result of the experimental studies, the performance, combustion, and exhaust emissions of APY and blended fuels compared to diesel fuel were analyzed and evaluated. The experimental study obtained the highest brake effective efficiency values with diesel fuel. It was observed that the brake effective efficiency values decreased, and the specific fuel consumption increased with the increase in the waste plastic oil ratio in the mixture fuels. It was determined that the maximum cylinder pressure values decreased with the increase in the waste plastic oil ratio in the mixture. Similarly, exhaust gas temperatures, nitrogen oxide, carbon monoxide, and soot emissions decreased, following the same trend as the increase in the waste plastic oil ratio. It was determined that the highest values of heat releases were realized with diesel fuel. Reducing the injection pressure caused a decrease in the brake effective efficiency values of all experimental fuels and increased specific fuel consumption. While nitrogen oxide emissions and exhaust gas temperatures decreased with decreasing injection pressure, other emissions such as carbon monoxide, hydrocarbon and soot increased. In addition, all fuels' maximum cylinder gas pressure values decreased with the reduction of the injection pressure, and the position moved away from the TDC. The optimization study performed with RSM determined that the optimum injection pressure was 240 bar, the waste plastic oil ratio was 18.18%, and the optimum engine load value was 2340.91 W. For the responses corresponding to the optimum injection pressure, waste plastic oil ratio, and engine load, the maximum brake effective efficiency value was determined as 21.53%, and the minimum specific fuel consumption, exhaust gas temperature, nitrogen oxide, hydrocarbon, carbon monoxide and soot emission values were determined as 360.2895 g/kWh, 265.44 ℃, 360.22 ppm, 16.1 ppm, 0.0318%, and 0.9091%, respectively. In addition, the optimization results were verified by performing experiments under the same conditions, and it was determined that the average error rates between the responses and the experimental results were between 0.62% and 4.64%. As a result of the study, it was determined by the verification experiment that the RSM model was appropriate since fuels should be examined in many parameters.
Benzer Tezler
- Alg yağı ve alg yağı esterlerinin poli (laktik asit) için plastikleştirici olarak kullanılabilme potansiyelinin incelenmesi
Investigation of the use of algae oil and algae oil based esters as plasticizers for poly (lactic acid)
HİLAL AYDOĞDU
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Polimer Bilim ve TeknolojisiKocaeli ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET KODAL
- Propiolated castor oil:A novel and highly versatile bio-based platform for extremely fast, catalyst- and solvent-free amino-yne click reactions
Propiyole hint yağı: Son derece hızlı, katalizör ve çözücü içermeyen amino-in klik reaksiyonları için yeni ve çok yönlü biyo-bazlı bir platform
BÜŞRA ÇELİK
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN DURMAZ
- Farklı plastikleştiriciler kullanılarak üretilen alçak gerilim kablolarının mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi
Improving the mechenical properties of low voltage cable produced with different plasticiserz
GÖKHAN ÇOKLAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Mühendislik BilimleriOndokuz Mayıs ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SİNEM ÇEVİK
- Atık plastiklerin demir cevherinin indirgenmesinde kullanılabilirliğinin araştırılması
An investigation on usage of waste plastics on reduction of iron ore
SERAP ERTAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
Metalurji MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMetal Eğitimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERCAN CANDAN