Dizel-biyodizel karışımına karbon nanotüp katkısının motor performansı ve egzoz emisyonlarına etkisinin incelenmesi

Elif SÜRER, (İstanbul Gelişim Üniversitesi, Gelişim Meslek Yüksekokulu, Otomotiv Teknolojisi Bölümü, İstanbul, Türkiye)
Hamit SOLMAZ, (Gazi Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Otomotiv Mühendisliği Bölümü, Ankara, Türkiye)
Emre YILMAZ, (Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi, Arifiye Meslek Yüksekokulu, Motorlu Araçlar ve Ulaştırma Teknolojileri Bölümü, Sakarya, Türkiye)
Alper CALAM, (Gazi Üniversitesi, Teknik Bilimler Meslek Yüksekokulu, Makine ve Metal Teknolojileri Bölümü, Ankara, Türkiye)
Duygu İPCİ (Gazi Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Otomotiv Mühendisliği Bölümü, Ankara, Türkiye)
Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi
5 2
Yıl: 2023 Cilt: 38 Sayı: 2 Sayfa Aralığı: 1055 - 1064 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.17341/gazimmfd.741177 İndeks Tarihi: 13-03-2023

Dizel-biyodizel karışımına karbon nanotüp katkısının motor performansı ve egzoz emisyonlarına etkisinin incelenmesi

Öz:
Çevresel kirlenmenin yol açtığı endişelerin giderek artması, içten yanmalı motorlarda daha temiz ve yenilenebilir yakıtların kullanımını arttırmıştır. Biyodizel pek çok ülkede dizel motorlarda alternatif yakıt olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, dizel yakıtı ile karşılaştırıldığında biyodizelin yüksek viskozitesi ve buna bağlı olarak daha kötü atomizasyon karakteristiği kullanım alanının sınırlı kalmasına neden olmaktadır. Biyodizelin bu özelliklerinin iyileştirilebilmesi amacıyla çeşitli katkı maddeleri kullanımı üzerine araştırmalar gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada, karbon nanotüp katkı maddesinin, biyodizel-dizel yakıtı ile çalışan tek silindirli direkt enjeksiyonlu bir dizel motorunda performans ve emisyon karakteristiklerine etkileri incelenmiştir. Tam yükte motor hızına bağlı olarak gerçekleştirilen deneylerde, termik verim, motor gücü ve torku ile egzoz emisyonları incelenmiştir. Maksimum tork devrinde silindir içi basınç ve ısı dağılım oranı da analiz edilmiştir. Karbon nanotüp katkı maddesinin yanma başlangıcını öne aldığı ve termik verimi iyileştirdiği belirlenmiştir. Maksimum termik verim 100 ppm karbon nanotüp katkısı kullanıldığında %39,3 olarak elde edilmiştir. Karbon nanotüp katkı maddesinin CO, HC ve is emisyonlarını azalttığı ancak motor performansının iyileşmesine bağlı olarak NOx emisyonlarını arttırdığı belirlenmiştir. 100 ppm karbon nanotüp katkısının NOx emisyonlarını yaklaşık %11 arttırdığı, buna karşın CO, HC ve is emisyonları %20, %26 ve %7,9 oranında azalttığı tespit edilmiştir.
Anahtar Kelime: Biyodizel Egzoz Emisyonları Karbon Nanotüp Motor Performansı Yanma Analizi

Investigation of the effect of carbon nanotube addition to diesel-biodiesel blend on engine performance and exhaust emissions

Öz:
Increasing concerns caused by environmental pollution have promoted the use of cleaner and renewable fuels in internal combustion engines. Biodiesel is used as an alternative fuel in diesel engines in many countries. However, compared to diesel fuel, the high viscosity of the biodiesel and consequently the poorer atomization characteristic causes its use to be limited. In order to improve these properties of biodiesel, researches have been conducted on the use of various additives. In this study, the effects of carbon nanotube additive on performance and emission characteristics of a single cylinder direct injection diesel engine powered by biodiesel-diesel fuel were investigated. In experiments carried out at full load depending on engine speed, thermal efficiency, engine power and torque and exhaust emissions were examined. The in-cylinder pressure and heat release rate were also analysed at the maximum torque speed. It was determined that the carbon nanotube additive advanced the start of combustion and improved thermal efficiency. Maximum thermal efficiency was achieved as 39.3% when 100 ppm carbon nanotube additive was used. It was also found that the carbon nanotube additive reduced CO, HC and soot emissions, but increased NOx emissions due to improved engine performance. It was determined that 100 ppm carbon nanotube additive increased NOx emissions by approximately 11%, whereas CO, HC and soot emissions decreased by 20%, 26% and 7.9%.
Anahtar Kelime: Biodiesel carbon nanotube combustion analysis engine performance exhaust emission

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık
  • Yılmaz, E, Polat, S, Solmaz, H, Aksoy, F, Çınar, C. (2019). Thermodynamic comparison of crank-drive and rhombic-drive mechanisms for a single cylinder spark ignition engine. Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 35 (2), 595-606. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.492003.
  • Zhu, M, Ma, Y, Zhang, D. (2012). Effect of a homogeneous combustion catalyst on the combustion characteristics and fuel efficiency in a diesel engine. Appl. Energy, 91, 166–172. http://dx.doi.org/ 10.1016/j.apenergy.2011.09.007.
  • Solmaz, H, Yamık, H, Uyumaz, A, Polat, S, Yılmaz, E. (2016). Direkt enjeksiyonlu bir dizel motorunda dizel ve jet-A1 yakıt karışımlarının yanma, motor performansı ve egzoz emisyonlarına etkileri üzerine deneysel bir çalışma. Isı Bilimi ve Tekniği Dergisi, 36 (2), 51-60.
  • Çelik, M, Solmaz, H, Yücesu, HS, Yılmaz, E. (2016). Kanola Metil Esterine N-Heptan Katkısının Motor Performansı ve Yanma Karakteristiklerine Etkilerinin İncelenmesi. Isı Bilimi ve Tekniği Dergisi, 36 (1), 9-16.
  • Halis, S, Nacak, Ç, Solmaz, H, Yılmaz, E, Yücesu, HS. (2018). HCCI bir motorda oktan sayısının yanma karakteristikleri ve motor performansı üzerine etkilerinin incelenmesi. Isi Bilimi ve Teknigi Dergisi/Journal of Thermal Science & Technology, 38 (2).
  • Solmaz, H, Ardebili, SMS, Aksoy, F, Calam, A, Yılmaz, E, Arslan, M. (2020). Optimization of the operating conditions of a beta-type rhombic drive stirling engine by using response surface method. Energy, 117377.
  • Calam, TT. (2020). 1H-1, 2, 4-triazole-3-thiol modifiye altın elektrot kullanılarak fenolün elektrokimyasal davranışının incelenmesi ve voltametrik tayini. Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 35 (2), 835-844. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.543608.
  • Ardebili, SMS, Taghipoor, A, Solmaz, H, Mostafaei, M. (2020). The effect of nano-biochar on the performance and emissions of a diesel engine fueled with fusel oil-diesel fuel. Fuel, 268, 117356, 2020.
  • Mahla S. K., Ardebili S.M.S., Sharma H., Dhir A., Goga G., Solmaz H., Determination and utilization of optimal diesel/n-butanol/biogas derivation for small utility dual fuel diesel engine, Fuel, 289, 119913, 2021
  • Solmaz H., Ardebili S.M.S., Aksoy F., Calam A., Yılmaz,E., Arslan M., Optimization of the operating conditions of a beta-type rhombic drive stirling engine by using response surface method, Energy, 198, 117377, 2020
  • Solmaz H., Ardebili S.M.S., Calam A., Yılmaz E., İpci D., Prediction of performance and exhaust emissions of a CI engine fueled with multi- wall carbon nanotube doped biodiesel-diesel blends using response surface method, Energy, 227, 120518, 2021
  • Yilmaz E., Solmaz H., Polat S., Altin M., Effect of the three-phase diesel emulsion fuels on engine performance and exhaust emissions, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 28(1), 127-134,2013
  • Khedri B., Mostafaei M., Ardebili S.M.S., Flow-mode synthesis of biodiesel under simultaneous microwave–magnetic irradiation, Chinese Journal of Chemical Engineering, 27 (10), 2551-2559, 2019.
  • Kannan G.R., Karvembu R., Anand R., Effect of metal based additive on performance emission and combustion characteristics of diesel engine fuelled with biodiesel, Applied Energy, 88, 3694-3703, 2011.
  • Leung D.Y.C., Guo Y., Transesterification of neat and used frying oil: optimization for biodiesel production, Fuel Processing Technology, 87, 883–890, 2006.
  • Dorado M.P., Ballesteros E., Mittelbach M., Lopez F.J., Kinetic parameters affecting the alkali-catalyzed transesterification process of used olive oil, Energy Fuels, 18 (5), 1457–1462, 2004.
  • Cvengros Z.C., Used frying oils and fats and their utilization in the production of methyl esters of higher fatty acids, Biomass Bioenergy, 27, 173–181, 2004.
  • Issariyakul T., Kulkarni M.G., Dalai A.K., Bakhsh N.N., Production of biodiesel from waste fryer grease using mixed methanol/ethanol system, Fuel Processing Technology, 88, 429–436, 2007.
  • Sinha S., Agarwal A.K., Garg S., Biodiesel development from rice bran oil: transesterification process optimization and fuel characterization, Energy Conversion Management, 49, 1248–1257, 2009.
  • Vicente G., Martinez M., Aracil J., Integrated biodiesel production: a comparison of different homogenous catalysts systems, Bioresource Technology, 92, 297–305, 2004.
  • Demirbas A., Biodiesel production from vegetable oils via catalytic and non-catalytic super critical methanol transesterification methods. Progress in Energy and Combustion Science, 31, 466–487, 2005.
  • Sharma Y.C., Singh B., Renewable and Sustainable Energy Reviews, 13, 1646–1651, 2009.
  • Jiaqiang E., Pham M., Zhao D., Deng Y., Le D., Zuo W., Zhang Z., Effect of different technologies on combustion and emissions of the diesel engine fueled with biodiesel: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 80, 620-647, 2017.
  • Shahir S.A., Masjuki H.H., Kalam M.A., Imran A., Ashraful A.M., Performance and emission assessment of diesel–biodiesel– ethanol/bioethanol blend as a fuel in diesel engines: A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 48, 62-78, 2015.
  • Valente O.S., Pasa V.M.D., Belchior C.R.P., Sodré J.R., Physical– chemical properties of waste cooking oil biodiesel and castor oil biodiesel blends, Fuel, 90 (4), 1700-1702, 2011.
  • Moser B.R., Vaughn S.F., Evaluation of alkyl esters from Camelina sativa oil as biodiesel and as blend components in ultra-low-sulfur diesel fuel, Bioresource Technology, 101 (2), 646-653, 2010.
  • Ramadhas A.S., Jayaraj S., Muraleedharan C., Biodiesel production from high FFA rubber seed oil, Fuel, 84 (4), 335-340, 2005.
  • Gülüm M., Bilgin A., Density, flash point and heating value variations of corn oil biodiesel–diesel fuel blends, Fuel Processing Technology, 134, 456-464, 2015.
  • Thangaraja J., Anand K., Mehta P.S., Biodiesel NOx penalty and control measures-a review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 61, 1-24, 2016.
  • Giakoumis E.G., Sarakatsanis C.K., Estimation of biodiesel cetane number, density, kinematic viscosity and heating values from its fatty acid weight composition, Fuel, 222, 574-585, 2018.
  • Jiaqiang E., Liu G., Zhang Z., Han D., Chen J., Wei K., Yin Z., Effect analysis on cold starting performance enhancement of a diesel engine fueled with biodiesel fuel based on an improved thermodynamic model, Applied Energy, 243, 321-335, 2019.
  • Muthusamy S., Nallathambi S.S., kumar Ramasamy R., Mohamed S.T., Effects of nanoparticles blended biodiesel on single cylinder CI engine, Materials Today: Proceedings, 5 (2), 6831-6838, 2018.
  • El-Seesy A.I., Abdel-Rahman A.K., Bady M., Ookawara S.J.E.C., Performance, combustion, and emission characteristics of a diesel engine fueled by biodiesel-diesel mixtures with multi-walled carbon nanotubes additives, Energy Conversion and Management, 135, 373- 393, 2017.
  • Pirouzfar V., Zarringhalam Moghaddam A., Mirza B., Physicochemical properties and combustion performance of gas oil–fuel additives, Journal of energy resources technology, 134 (4), 041101, 2012.
  • Saxena V., Kumar N., Saxena V.K., A comprehensive review on combustion and stability aspects of metal nanoparticles and its additive effect on diesel and biodiesel fuelled CI engine, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 70, 563-588, 2017.
  • Basha J.S., Anand R.B., Performance, emission and combustion characteristics of a diesel engine using Carbon Nanotubes blended Jatropha Methyl Ester Emulsions, Alexandria engineering journal, 53, 259-273, 2014.
  • Tyagi H., Phelan P.E., Prasher R., Peck R., Lee T., Pacheco J.R., Arentzen P., Increased hot-plate ignition probability for nanoparticle- laden diesel fuel, Nano letters, 8 (5), 1410-1416, 2008.
  • Seffati K., Honarvar B., Esmaeili H., Esfandiari N., Enhanced biodiesel production from chicken fat using CaO/CuFe2O4 nanocatalyst and its combination with diesel to improve fuel properties, Fuel, 235, 1238- 1244, 2019.
  • Wen L., Wang Y., Lu D., Hu S., Han H., Preparation of KF/CaO nanocatalyst and its application in biodiesel production from Chinese tallow seed oil, Fuel, 89 (9), 2267-2271, 2010.
  • Yetter R.A., Risha G.A., Son S.F., Metal particle combustion and nanotechnology, Proceedings of the Combustion Institute, 32 (2), 1819- 1838, 2009.
  • Dreizin E.L., Phase changes in metal combustion. Progress in Energy and Combustion Science, 26 (1), 57-78, 2000.
  • Sabourin J.L., Dabbs D.M., Yetter R.A., Dryer F.L., Aksay I.A., Functionalized graphene sheet colloids for enhanced fuel/propellant combustion, ACS nano, 3 (12), 3945-3954, 2009.
  • Roos J.W., Richardson D., Claydon D.J., U.S. Patent Application No. 11/533,200, 2008.
  • Scattergood R., U.S. Patent Application No. 10/542,770, 2006.
  • Dhahad H.A., Hasan A. M., Chaichan M. T., Kazem H.A., Prognostic of diesel engine emissions and performance based on an intelligent technique for nanoparticle additives, Energy, 238, 121855, 2022.
  • Ağbulut Ü., Understanding the role of nanoparticle size on energy, exergy, thermoeconomic, exergoeconomic, and sustainability analyses of an IC engine: A thermodynamic approach, Fuel Processing Technology, 225, 107060, 2022.
  • Basha J.S., Anand R.B., An experimental investigation in a diesel engine using carbon nanotubes blended water–diesel emulsion fuel, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy, 225 (3), 279-288, 2011.
  • Basha J.S., Anand R.B., An experimental study in a CI engine using nanoadditive blended water–diesel emulsion fuel, International journal of green energy, 8 (3), 332-348, 2011.
  • Basha J.S., Anand R.B., Role of nanoadditive blended biodiesel emulsion fuel on the working characteristics of a diesel engine, Journal of Renewable and Sustainable energy, 3 (2), 023106, 2011.
  • Basha J.S., Anand R.B., Effects of nanoparticle-blended water biodiesel emulsion fuel on working characteristics of a diesel engine, International Journal of Global Warming, 2 (4), 330-346, 2010.
  • Senthur N.S., Anand C., Ramesh Kumar M., Elumalai P.V., Shajahan M.I., Benim A.C., Parthasarathy M., Influence of cobalt chromium nanoparticles in homogeneous charge compression ignition engine operated with citronella oil, Energy Science & Engineering, 10 (4), 1251-1263, 2022.
  • Ghafoori M., Ghobadian B., Najafi G., Layeghi M., Rashidi A., Mamat R., Effect of nano-particles on the performance and emission of a diesel engine using biodiesel-diesel blend, International Journal of Automotive & Mechanical Engineering, 12, 3097-3108, 2015.
  • Mirzajanzadeh M., Tabatabaei M., Ardjmand M., Rashidi A., Ghobadian B., Barkhi M., Pazouki M., A novel soluble nano-catalysts in diesel–biodiesel fuel blends to improve diesel engines performance and reduce exhaust emissions, Fuel, 139, 374-382, 2015.
  • Tewari P., Doijode E., Banapurmath N.R., Yaliwal V.S., Experimental investigations on a diesel engine fuelled with multiwalled carbon nanotubes blended biodiesel fuels, International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering, 3 (3), 72-76, 2013.
  • Ichinose N., Ozaki Y., Kashii S., Superfine Particle Technology, Science & Business Media, Springer, London Limited, London, 2012.
  • Selvan V.A.M., Anand R.B., Udayakumar M., Effect of Cerium Oxide Nanoparticles and Carbon Nanotubes as fuel-borne additives in Diesterol blends on the performance, combustion and emission characteristics of a variable compression ratio engine, Fuel, 130, 160- 167, 2014.
  • Hosseini S.H., Taghizadeh-Alisaraei A., Ghobadian B., Abbaszadeh- Mayvan A., Effect of added alumina as nano-catalyst to diesel-biodiesel blends on performance and emission characteristics of CI engine, Energy, 124, 543-552, 2017.
  • Hosseini S.H., Taghizadeh-Alisaraei A., Ghobadian B., Abbaszadeh- Mayvan A., Performance and emission characteristics of a CI engine fuelled with carbon nanotubes and diesel-biodiesel blends, Renewable Energy, 111, 201-213, 2017.
  • Payri F., Bermudez V.R., Tormos B., Linares W.G., Hydrocarbon emissions speciation in diesel and biodiesel exhausts, Atmospheric Environment, 43, 1273-1279, 2009.
  • Heydari-maleney K., Taghizadeh-alisaraei A., Ghobadian B., Abbaszadeh-Mayvan A., Analyzing and evaluation of carbon nanotubes additives to diesohol-B2 fuels on performance and emission of diesel engines, Fuel, 196, 110-123, 2017.
APA Sürer E, Solmaz H, Yılmaz E, Calam A, Ipci D (2023). Dizel-biyodizel karışımına karbon nanotüp katkısının motor performansı ve egzoz emisyonlarına etkisinin incelenmesi. , 1055 - 1064. 10.17341/gazimmfd.741177
Chicago Sürer Elif,Solmaz Hamit,Yılmaz Emre,Calam Alper,Ipci Duygu Dizel-biyodizel karışımına karbon nanotüp katkısının motor performansı ve egzoz emisyonlarına etkisinin incelenmesi. (2023): 1055 - 1064. 10.17341/gazimmfd.741177
MLA Sürer Elif,Solmaz Hamit,Yılmaz Emre,Calam Alper,Ipci Duygu Dizel-biyodizel karışımına karbon nanotüp katkısının motor performansı ve egzoz emisyonlarına etkisinin incelenmesi. , 2023, ss.1055 - 1064. 10.17341/gazimmfd.741177
AMA Sürer E,Solmaz H,Yılmaz E,Calam A,Ipci D Dizel-biyodizel karışımına karbon nanotüp katkısının motor performansı ve egzoz emisyonlarına etkisinin incelenmesi. . 2023; 1055 - 1064. 10.17341/gazimmfd.741177
Vancouver Sürer E,Solmaz H,Yılmaz E,Calam A,Ipci D Dizel-biyodizel karışımına karbon nanotüp katkısının motor performansı ve egzoz emisyonlarına etkisinin incelenmesi. . 2023; 1055 - 1064. 10.17341/gazimmfd.741177
IEEE Sürer E,Solmaz H,Yılmaz E,Calam A,Ipci D "Dizel-biyodizel karışımına karbon nanotüp katkısının motor performansı ve egzoz emisyonlarına etkisinin incelenmesi." , ss.1055 - 1064, 2023. 10.17341/gazimmfd.741177
ISNAD Sürer, Elif vd. "Dizel-biyodizel karışımına karbon nanotüp katkısının motor performansı ve egzoz emisyonlarına etkisinin incelenmesi". (2023), 1055-1064. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.741177
APA Sürer E, Solmaz H, Yılmaz E, Calam A, Ipci D (2023). Dizel-biyodizel karışımına karbon nanotüp katkısının motor performansı ve egzoz emisyonlarına etkisinin incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 38(2), 1055 - 1064. 10.17341/gazimmfd.741177
Chicago Sürer Elif,Solmaz Hamit,Yılmaz Emre,Calam Alper,Ipci Duygu Dizel-biyodizel karışımına karbon nanotüp katkısının motor performansı ve egzoz emisyonlarına etkisinin incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 38, no.2 (2023): 1055 - 1064. 10.17341/gazimmfd.741177
MLA Sürer Elif,Solmaz Hamit,Yılmaz Emre,Calam Alper,Ipci Duygu Dizel-biyodizel karışımına karbon nanotüp katkısının motor performansı ve egzoz emisyonlarına etkisinin incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, vol.38, no.2, 2023, ss.1055 - 1064. 10.17341/gazimmfd.741177
AMA Sürer E,Solmaz H,Yılmaz E,Calam A,Ipci D Dizel-biyodizel karışımına karbon nanotüp katkısının motor performansı ve egzoz emisyonlarına etkisinin incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2023; 38(2): 1055 - 1064. 10.17341/gazimmfd.741177
Vancouver Sürer E,Solmaz H,Yılmaz E,Calam A,Ipci D Dizel-biyodizel karışımına karbon nanotüp katkısının motor performansı ve egzoz emisyonlarına etkisinin incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2023; 38(2): 1055 - 1064. 10.17341/gazimmfd.741177
IEEE Sürer E,Solmaz H,Yılmaz E,Calam A,Ipci D "Dizel-biyodizel karışımına karbon nanotüp katkısının motor performansı ve egzoz emisyonlarına etkisinin incelenmesi." Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 38, ss.1055 - 1064, 2023. 10.17341/gazimmfd.741177
ISNAD Sürer, Elif vd. "Dizel-biyodizel karışımına karbon nanotüp katkısının motor performansı ve egzoz emisyonlarına etkisinin incelenmesi". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 38/2 (2023), 1055-1064. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.741177
Sayfa Oluşturulma Tarihi
24-04-2024 6:5

İLETİŞİM

TÜBİTAK ULAKBİM TR Dizin

Yüzüncüyıl, İşçi Blokları Mahallesi

Muhsin Yazıcıoğlu Caddesi No:51/C

06530 Çankaya / ANKARA +90 (312) 298 92 00

trdizin@tubitak.gov.tr

TÜBİTAK ULAKBİM Ulusal Akademik Ağ ve Bilgi Merkezi Cahit Arf Bilgi Merkezi © Tüm Hakları Saklıdır. Gizlilik Politikası Kullanım Şartları