Characterization and experimentalinvestigation of internal combustionengine performance and emissionscharacteristics using biofuel derived froma blend of spent coffee grounds (SCGS) andwaste cooking oil (WCO)
Atık kahve telvesi (AKT) ve atık yemeklik yağ (AYY)karışımından elde edilen biyoyakıt kullanılarak içtenyanmalı motor karakterizasyonu ve deneysel incelenmesi:Performans ve emisyon özellikleri
- Tez No: 920790
- Danışmanlar: PROF. DR. İSMAİL BÖĞREKCİ, DOÇ. DR. ABDULAZIZ ATABANI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Atık kahve telvesi, Atık yemeklik yağ, Atıkların değerlendirilmesi, Biyodizel üretimi, Egzoz gazı emisyonları, Fiziksel ve kimyasal özellikler, Fren özgül yakıt tüketimi, Fren termal verimliliği, Polar ve polar olmayan çözücüler, Transesterifikasyon, Yağ çıkarma, Biodiesel production, Brake-specific fuel consumption, Brake thermal efficiency, Exhaust gas emissions, Oil extraction, Physical and chemical properties, Polar and nonpolar solvents, Spent coffee grounds, Transesterification, Valorization of waste, Waste cooking oil
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Aydın Adnan Menderes Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 169
Özet
Bu çalışma, kahve telvesinden (KT) yağ ekstraksiyonunda çeşitli çözücülerin verim ve fizikokimyasal özelliklere etkisini araştırmıştır. İncelenen özellikler arasında serbest yağ asidi içeriği (FFA) veya asit değeri (AV), bulut noktası (BP), donma noktası (DP) ve yoğunluk yer almaktadır. Ekstrakte edilen yağ üzerindeki etkisini değerlendirmek için polar (izo-propanol, etanol, aseton) ve non-polar (toluen, kloroform, heksan, n-pentan) olmak üzere çeşitli çözücüler kullanılmıştır. Sonuçlar, en yüksek yağ veriminin (%18.73) 186 dakika (3.1 saat) süren heksan ekstraksiyonu ile elde edildiğini göstermiştir. Önemli olarak, ekstrakte edilen yağların AV'leri seçilen çözücüye bağlı olarak belirgin bir şekilde farklılık göstermiştir. Non-polar çözücüler (kloroform: 4.44 mg KOH/g, toluen: 6.01 mg KOH/g, pentan: 7.17 mg KOH/g, heksan: 7.85 mg KOH/g) polar çözücülere (etanol: 16.20 mg KOH/g, aseton: 14.41 mg KOH/g, 2-propanol: 8.58 mg KOH/g) kıyasla daha düşük AV değerlerine sahip olmuştur. Ekstraksiyondan sonra, kahve telvesi yağları (KTY) düşük AV'li atık yemeklik yağ (AYY) ile karıştırılarak tek adımlı transesterifikasyon süreciyle biyodizel üretimi gerçekleştirilmiştir. Bu strateji, katalizör kullanımını minimize ederek, iki adımlı transesterifikasyon gerektiren yüksek AV'li KTY nedeniyle üretim maliyetlerini düşürmeyi amaçlamıştır. Tek adımlı yaklaşım, iki adımlı yönteme göre ekonomik olarak avantajlı olduğu kanıtlanmıştır. Önemli olarak, (90:10) AYY:KTY karışım oranı kullanılarak %99 yağ asidi metil ester (YAME) verimi elde edilmiştir. Son olarak, GC-MS analizi, FT-IR, ¹H-NMR ve ¹³C-NMRxx spektroskopik karakterizasyonu ve TGA kullanılarak biyodizel kalitesinin kapsamlı bir değerlendirmesi yapılmıştır. Bu çalışma ayrıca, biyodizel-dizel karışımlarına oktanol ve nanopartikül katkı maddelerinin etkisini araştırmıştır. Fren spesifik yakıt tüketimi (BSFC) ve fren termal verimliliği (BTE) dahil olmak üzere temel motor performans parametreleri, karbon monoksit (CO), karbondioksit (CO2), hidrokarbonlar (HC) ve azot oksitler (NOx) emisyonları ile birlikte değerlendirilmiştir. Sonuçlar, daha yüksek alkol ve nanopartiküllerin bu yakıt karışımlarına dahil edilmesinin potansiyel faydalarını göstermiştir. Bu çalışmada ayrıca oktanol ve nanopartikül katkı maddelerinin biyodizel-dizel karışımlarının performansı ve emisyonları üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Fren özgül yakıt tüketimi (BSFC) ve fren termal verimliliği (BTE) dahil olmak üzere temel motor performans parametreleri karbon monoksit (CO), karbon dioksit (CO2), hidrokarbonlar (HC) ve azot oksit (NOx) emisyonlarıyla birlikte değerlendirilmiştir. Sonuçlar, bu yakıt karışımlarına daha yüksek alkollerin ve nanopartiküllerin dahil edilmesinin potansiyel faydalarını ortaya koymuştur. Genel olarak, biyodizel ve oktanol içeren karışımlar BSFC'yi yükseltmiştir; D70B10O20 en büyük artışı (%33,89) göstermiştir. Al2O3 nanopartiküllerinin eklenmesi farklı sonuçlar doğurmuştur; 35 ppm küçük bir düşüş (-%3,01) göstermiştir. Çoğu karışımda BTE düşmüştür; D70B10O20 en fazla düşüşü göstermiştir (-%22,66). Sadece 35 ppm Al2O3 içeren D70B1020 bir artış (%6,92) sergilemiştir. Genel olarak, CO, CO₂ ve HC emisyonları çoğu kombinasyonda, özellikle de D70B10O20 ve nanopartikül kullanan varyantlarında daha düşüktü. NOₓ emisyonlarına ilişkin sonuçlar değişkenlik göstermiştir; bazı kombinasyonlar artış gösterirken diğerleri düşüş göstermiştir. Al2O3 nanopartikülleri belirli kombinasyonları bir miktar iyileştirmiştir. Bu tez, dizele benzer yoğunluk ve viskoziteye sahip bu karışımların dizel motorlarda potansiyel olarak kullanılabileceği sonucuna varmıştır.
Özet (Çeviri)
The world is experiencing an escalating energy dilemma as fossil fuels become ever rarer and ecologically destructive. This has spurred a worldwide campaign for environmentally friendly, renewable energy sources. Derived from either plant or animal waste, biofuels show enormous promise as substitutes for fossil fuels. Two especially plentiful and exciting sources of biofuel are waste cooking oil (WCO) and wasted coffee grounds (SCGs). An annual mass generation of SCGs and WCO occurs, with the majority ending up in landfills. This not only adds to environmental damage but also shows a major waste of priceless resources. A circular bioeconomy and sustainable development targets depend on efficient recycling and reuse of these materials. Given their high oil content, SCGs and WCO are perfect prospects for biofuel manufacture. Transesterification is the process by which oil can be removed and turned into biodiesel. This procedure combines alcohol with oil in the presence of a catalyst. This thesis investigates the impact of various extraction solvents on the yield and physico-chemical properties of oil extracted from spent coffee grounds (SCG). Properties include free fatty acid content (FFA) or acid value (AV), cloud point (CP), pour point (PP) and density. A range of solvents is utilized, categorized as either polar (iso-propanol, ethanol, acetone) or non-polar (toluene, chloroform, hexane, n-pentane) to assess their influence on the extracted oil. The results revealed that the highest oil yield (18.73%) was achieved using hexane, following an extraction duration of 186 minutes (3.1 hours). Notably, the AVs of the extracted oils exhibited a clear dependence on the chosen solvent. Non-polar solvents (chloroform: 4.44 mg KOH/g, toluene: 6.01 mg KOH/g, pentane: 7.17 mg KOH/g, hexane: 7.85 mg KOH/g) resulted in lower AVs compared to polar solvents (ethanol: 16.20 mg KOH/g, acetone: 14.41 mg KOH/g, 2- propanol: 8.58 mg KOH/g). Following extraction, the spent coffee grounds oils (SCGOs) were blended in precise ratios with low AV waste cooking oil (WCO) for biodiesel production via a single-step transesterification process. This strategy aimed to minimize catalyst usage, thereby reducing production costs due to the high AV of the SCGO which necessitated a two-step transesterification process. This single-step approach proved economically advantageous compared to the two-step method. Notably, a fatty acid methyl ester (FAME) yield of 99% was achieved when utilizing a (90:10) WCO:SCGO blend ratio. Finally, a comprehensive assessment of biodiesel quality was conducted through GC-MS analysis, spectroscopic characterization using FT-IR, ¹H-NMR and ¹³C-NMR, as well as TGA. This study also investigated the influence of octanol and nanoparticle additives on the performance and emissions of biodiesel-diesel blends. Key engine performance parameters, including brake specific fuel consumption (BSFC) and brake thermal efficiency (BTE), were evaluated alongside emissions of carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2), hydrocarbons (HC) and nitrogen oxides (NOx). The results demonstrated the potential benefits of incorporating higher alcohols and nanoparticles into these fuel blends. Generally speaking, blends including biodiesel and octanol raised BSFC; D70B10O20 showed the largest increase (33.89%). The addition of Al2O3 nanoparticles produced different results; 35 ppm showed a minor decrease (-3.01%). Most blends had declining BTE; D70B10O20 showed the most drop (-22.66%). Only D70B10 with 35 ppm Al2O3 exhibited an increase (6.92%). Generally, CO, CO₂ and HC emissions were lower across most combinations—especially with D70B10020 and its variants using nanoparticles. Results on NOₓ emissions varied; some combinations showed an increase, while others showed a decrease. Al2O3 nanoparticles improved particular combinations somewhat. This thesis concluded that these blends, with similar density and viscosity to diesel, are potentially usable in diesel engines.
Benzer Tezler
- Halloysite nanotüp ve nano kauçuk parçacık takviyeli epoksi imalatı ve mekanik karakterizasyonu
Manufacturing and mechanical characterization of halloysite nanotube and nano rubber particle reinforced epoxy
İNCİ PİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EKREM TÜFEKCİ
- Atık trafo yağı ve dizel yakıt karışımlarının karakterizasyonu ile motor performans ve egzoz emisyon parametrelerinin tek silindirli dizel bir motorda deneysel olarak incelenmesi
Characterization of waste transformer oil and diesel fuel mixtures and experimental investigation of engine performance and exhaust emission parameters in a single cylinder diesel engine
NİHAT SAMİ ŞEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İLHAN VOLKAN ÖNER
- Nanoparçacık takviyeli epoksi malzemelerin teorik ve deneysel incelemesi
Theoretical and experimental investigation of nanoparticle reinforced epoxy materials
CAN DİKİCİOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EKREM TÜFEKCİ
- Molecular dynamıcs analyses and experımental ınvestıgatıon ın the effects of the nanoaddıtıves on the thermo-mechanıcal propertıes and fracture toughness of bıodegradable polylactıc thermoplastıc
Parçalanabilen polilaktik asit termoplastiklere nano katki maddelerinin ilavesinin termo-mekanik özellikleri̇ ve kırılma tokluğu üzerindeki etkilernin moleküler dinamik analizleri ve deneysel olarak incelenmesi
BURÇAK ZEHİR
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Makine MühendisliğiAdana Alparslan Türkeş Bilim Ve Teknoloji ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ CEM BOĞA
DR. ÖĞR. ÜYESİ MIRSADEGH SEYEDZAVVAR
- Computational and experimental investigation of CH4 adsorption in pure and ionic liquid incorporated metal organic frameworks
Saf ve iyonik sıvı i̇çerikli metal organik kafesli yapılarda CH4 adsorpsiyonunun deneysel ve hesaplamalı olarak i̇ncelenmesi
KUTAY BERK SEZGİNEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Kimya MühendisliğiKoç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDA KESKİN AVCI
YRD. DOÇ. DR. ALPER UZUN