Read Microsoft Word - DERGI2006 V21 NO2 _sayfa303-310_.doc text version

Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 21, No 2, 303-309, 2006

J. Fac. Eng. Arch. Gazi Univ. Vol 21, No 2, 303-309, 2006

BUJ LE ATELEMEL BR MOTORDA PROPAN VE FARKLI ORANLARDA PROPAN/BÜTAN KULLANIMININ PERFORMANSA ETKLERNN DENEYSEL ANALZ

Yakup ÇNGÜR ve Ahmet DOST*

Makine Eitimi Bölümü, Teknik Eitim Fakültesi, Gazi Üniversitesi, Teknikokullar, 06500 Ankara *Endüstri Meslek Lisesi, Bafra, 55400 Samsun [email protected] (Geli/Received: 18.02.2005; Kabul/Accepted: 17.05.2005) ÖZET Dünyada artan enerji ihtiyacinin karilanabilmesi ve içten yanmali motorlardan kaynaklanan hava kirliliinin azaltilabilmesi için alternatif yeni ve yenilenebilir enerji kaynaklari aratirilmaktadir. LPG içten yanmali motorlarda yakit ekonomisi salamak ve egzoz emisyon deerlerini azaltmak için kullanilan alternatif yakitlardan biridir. Bu çalimada, dört fakli propan/bütan oranina sahip LPG'nin motor performansi ve eksoz emisyonlarina etkileri deneysel olarak aratirilmitir. Deneyler tam gaz kelebei açikliinda, stokiyometrik hava/yakit kariim oraninda, farkli motor hizlarinda yapilmitir. LPG kariimlarinin kullanimi benzin kullanimina göre; moment ve güçte % 3,6-7 oraninda dümeye neden olmu, CO emisyonunda %42-62 ve HC emisyonunda %37-45 oraninda iyileme salamitir. 1800 devirde propan kullanimi, 3/7 p/b kullanimindan %1,3 oraninda daha yüksek güç ve moment üretirken; 3200 devirde %-2,85 oraninda güç ve moment kaybina neden olmaktadir. 2200-2400 devirleri arasinda LPG kariimlarinin güçleri ayni seviyelere gelmekte bu devirlerden sonra bütan orani artii motor gücünü ve momentini artirmaktadir. 1800 devirde propan kullanimi 3/7 p/b kullanimina göre %8 daha düük HC emisyonu salarken; 3200 devirde %6 daha kötü HC emisyonuna sebep olmutur. Propan kullanimi CO emisyonlarini düük devirlerde iyiletirmi motor devri arttikça emisyon deerleri bütün LPG kariimlari için ayni deerlere yaklamitir. Anahtar Kelimeler: LPG, buji ile atelemeli motor, eksoz emisyonlari, motor performanslari, propan, içten yanmali motorlar.

EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF EFFECTS OF PROPANE/BUTANE RATIO ON PERFORMANCE AND EMISSION IN A SPARK IGNITION ENGINE

ABSTRACT Research was made on the supply and need of world energy and to find alternative and renewable energy sources and to project the air pollution matter. LPG is an alternative fuel which can be used to obtain fuel economy and to decrease exhaust emission values. The aim of this study, LPG which has got four different value of propane/butane, has been determined the content of the LPG for need of the engine and the act of the exhaust emissions. Experiments have been performed in the full load, stochiometric air/fuel ratio and different engine speeds. At the end of the experiments, the use of LPG mixtures, compared with use of gasoline, causes decrease in moment and power 3.6-7%, and provided improvement 42-62% in CO emission and 37-45% proportion in HC emission. The usage of propane in 1800 min-1 engine speed produced higher than 3/7 p/b usage and about 1.3%; it caused loss of power and moment, in 3200 min-1 engine speed, caused loss of the power and moment in ­2.85% proportion. Between 2200-2400 min-1 engine speed the power of LPG mixtures became the same level, after these engine speeds, the increase of butane proportion, increases the engine power and the moment. The usage of propane in 1800 min-1 engine speed provided HC emission lower than the usage of 3/7 p/b; caused HC emission 6% worse than the order. Usage of the propane, improved CO emissions in lower engine speeds, as motor cycle increased, emission values, approached the same values for all LPG mixtures. Results of the experiments are given as graphs. Keywords: LPG, spark ignition engines, exhaust emissions, engine performance, propane, internal combustion engines.

Y. çingür ve A. Dost

Buji ile Atelemeli Bir Motorda Propan ve Farkli Oranlarda Propan/Bütan Kullaniminin Performansa...

1. GR ( INTRODUCTION) Artan dünya nüfusu, ekonomik büyüme, kii baina enerji tüketiminin artmasi, yaam tarzlarinin deimesi ve insanlarin büyük ehir merkezlerinde toplanmasi gibi etkenler dünyada kullanilan enerji miktarinin her geçen gün artmasina neden olmaktadir [1]. Enerji tüketimindeki bu arti balica iki problemi dourmutur. Bunlar: youn bir enerji kullanimiyla oluan çevre kirlilii ve enerji kaynaklarinin sinirliliindan dolayi artan enerji fiyatlaridir [2]. Dünyadaki enerji ihtiyacinin karilanmasinda kullanilan en önemli kaynaklar: petrol, kömür, doalgaz, hidroelektrik santraller ve nükleer santrallerdir. 1993 yilinda yapilan bir aratirmada dünya enerji ihtiyacinin %85'i fosil yakitlardan, %14-15'i hidroelektrik santrallerden ve %1'i nükleer yakitlardan elde edilmektedir [3]. Günümüzde içten yanmali motorlarda alternatif yakit olarak; LPG (sivilatirilmi petrol gazi), doal gaz, metanol, etanol, bitkisel ya esterleri vs kullanilmaktadir [2,4]. LPG, benzine göre daha temiz egzoz emisyonuna sahip ve daha ekonomik olmasi bakimindan da buji ile atelemeli içten yanmali motorlarda tercih edilen alternatif yakitlardan biri olmutur. LPG üretiminin %39'u petrolün ilenmesi sirasinda, %61'i doal gazdan elde edilmektedir [5]. Bununla birlikte LPG, petrolün çikarilmasi sirasinda ve az miktarda da olsa kömürden sentetik yollarla elde edilebilen bir yakittir [6,7]. Ülkemizde kullanilan LPG'nin % 35'i yerli kaynaklardan geri kalan kismi ise ithalat yoluyla karilanmaktadir. Türkiye'de tüketilen LPG'nin % 75'i evlerde, % 25'i sanayide kullanilmaktadir [8]. LPG ailikli olarak propan ve bütan kariimidir. Ülkemizde %30 propan %70 bütan kariimi kullanilmaktadir. Çizelge 1'de benzin, propan ve bütanin bazi fiziksel ve kimyasal özellikleri verilmitir. Bu özellikler karilatirildiinda bütanin birim hacminin, propandan daha air olduu, kaynama, donma ve alev sicakliinin propandan daha yüksek olduu, fakat birim airliktaki isil deerlerinin propandan düük olduu görülmektedir. Motor oktan sayisi dikkate alindiinda propanin, benzin ve bütandan daha yüksek oktan sayisina sahip olduu görülmektedir. Bu çalimada, buji ile atelemeli bir motorda alternatif yakit olarak %100 propan, %70 propan - %30 bütan, % 50 propan - %50 bütan, %30 propan - %70 bütan ihtiva eden dört farkli LPG'nin motor performansina ve egzoz emisyonlarina olan etkileri deneysel olarak aratirilmitir. Elde edilen veriler, motorun referans yakiti olan benzinle yapilan çalimalarda elde edilmi veriler ile karilatirilmi, aradaki farklar ve bu farklarin etkileri ortaya konulmaya çaliilmitir. 2. MATERYAL ve METOT (MATERIAL and METHOD) Deneylerde Briggs and Stration marka 4 zamanli, hava soutmali, sabit avansli, tek silindirli Industrial-

Çizelge 1. Benzin, propan ve bütanin fiziksel ve kimyasal özellikleri [5] (Physical and chemical properties of

gasoline, propane and butane) ÖZELLKLER Formül Molekül airlii(kg/mol) Donma noktasi(0C) Kaynama noktasi(0C) Buhar basinci(200C, kg/cm2) Buhar basinci(500C, kg/cm2) Sivi younluu(150C, kg/m3) Sivinin özgül isisi(150C, kJ/kg) 1 lt sivinin gaz hacmi(150C, m3) 1 kg sivinin gaz hacmi(150C, m3) Özgül airlik(gr/cm3) zafi younluk(hava=1) Parlama noktasi(0C) Tutuma noktasi(havada 0C) Alev sicaklii(havada 0C) Isil deeri(kJ/kg) Yanma limitleri Stokiyometrik kariimi tututurma enerjisi (kJ, NA) Stokiyometrik kariimin kimyasal enerjisi (kJ/m3) Hava/yakit orani Fiziksel hal (NA) Maksimum laminer yanma hizi (m/s) Motor oktan sayisi BÜTAN C4H10 58,12 -138,3 -0,5 1,2 4,85 582 1,276 0,235 0,410 0,582 2,09 -60 482-538 2008 45600 %1,9-8,5 0,3 3490 15,1/1 gaz 0,4 97 PROPAN C3H8 44,10 -187,8 -42,3 8,93 20,18 504 1,464 0,271 0,539 0,504 1,55 -105 493-549 1980 46400 %2,4-9,5 0,3 3450 15/1 gaz 0,4 92 BENZN C8H18 114 30-225 0,49-0,81 735 0,735 200 1977 44000 5-16 1 3580 14,6/1 Sivi 0,35 90

commercial tip benzin motoru kullanilmitir. Bu motora ait teknik bilgiler Çizelge 2'de verilmitir. Motorun sabit avansli olmasinin etkilerinin minimize edilmesi amaciyla deneylerde motor hizi, alt siniri 1800 d/d, üst siniri 3200 d/d olarak alinmi ve deneyler bu motor hizlari arasinda yapilmitir. Böylece deney sonuçlarinin; düük devirlerde gereinden fazla avansin etkilerinden, yüksek devirlerde ise yetersiz avans etkilerinden mümkün olduunca az etkilenmesi hedeflenmitir. Çizelge 2. Deney motorunun teknik özellikleri

(Technical specifications of the test engine)

Markasi Çalima prensibi Silindir sayisi Silindir çapi Strok Toplam silindir hacmi Sikitirma orani Maksimum tork Maksimum güç Soutma sistemi Yalama sistemi Buji tirnak aralii Platin aralii

Briggs and Stration 4 zamanli Karbüratörlü 1 77,8 mm 82,5 mm 392 cc 6/1 22,7 Nm [2400 d/d] 7,46 kW [3600 d/d] Hava soutmali Siçratmali yalama 0,762 mm 0,508 mm

Deneylerde CUSSONS marka tek silindirli motor test cihazi kullanilmitir. Test cihazinda kullanilan dinamometre EPE-STS 132 E tipinde 4000 d/d'da 10 kW çiki gücüne sahip elektrikli bir dinamometredir [9]. Motorun egzoz emisyonlarinin tespitinde SUN MEA 1500 SL test cihazi kullanilmitir [10]. Motor üzerindeki orijinal karbüratör, LPG mikseri montajina müsait olmadii için sökülerek yerine K65B modelinde

304

Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 21, No 2, 2006

Buji ile Atelemeli Bir Motorda Propan ve Farkli Oranlarda Propan/Bütan Kullaniminin Performansa...

Y. çingür ve A. Dost

Çizelge 3. Deneyde kullanilan LPG'nin P/B oranina göre bazi özellikler [11] (Some properties of LPG used in

tests according to P/B proportion)

Propan/Bütan %100 P Isil 21200 deeri(kcal/m3) Özgül 508 hacmi(lt/kg) Özgül 1,866 kütle(kg/m3) Stokiyometrik hava/yakit orani 15,6 (kg/kg) Oktan sayisi MOS 97

7/3 P/B 5/5 P/B 3/7 P/B 23240 24600 25960 471 2,044 15,53 96 447 2,163 15,49 95 423 2,281 15,44 94

tarafindan satilan LPG özelliklerinden alinmitir [11]. Farkli P/B oranlarina ait deerler propan ve bütanin özelliklerinden faydalanilarak hesaplanmi, hesaplamalar P/B kariimini oluturan gazlarin airlikça oranlari dikkate alinarak yapilmitir. ekil 1'de verilen deney düzenei üzerine monte edilen motorda, deneylere balamadan önce gerekli ayarlar yapilmi ve motor yai deitirilmitir. Motor bütün deneylerde önce benzinle çalitirilarak çalima sicakliina getirilmi ve daha sonra LPG'ye geçirilmitir. Deneyler farkli devirlerde ve tam gaz kelebei açikliinda yapilmi, deneylere motor hizi,1800 d/d ile balanmi her adimda devir 200'er artirilarak 3200 d/d'ya kadar çikilmitir. Her devirde =1'e ayarlanmi daha sonra ölçümler yapilmitir. 3. DENEY SONUÇLARI ve DEERLENDRME

(RESULTS OF EXPERIMENT and EVALUATION)

Rus yapimi 350 cm3 silindir hacmine sahip bir baka motor karbüratörü adapte edilmitir. Ayrica, bu karbüratörün boazina LPG gazinin motora verilebilmesi için 2 adet parmak mikser yapilarak monte edilmitir. LPG dönüüm sistemi olarak Lavato elektronik regülatör ve dönüüm seti motora monte edilmitir. Motor hava soutmali olduundan regülatörde LPG'yi buharlatirmak için gerekli olan isi, eksoz borularindan istifade ederek salanmi, bunun için egsoz borusu üzerine bir isi eanjörü yerletirilmitir. Deneylerde kullanilan yakitlarin tanitimini kolaylatirmak için propan bütan oranlari ifade edilirken; %70 proapan+%30 bütan; 7/3 P/B olarak, %50 propan+%50 bütan, 5/5 P/B olarak, %30 propan+%70 bütan, 3/7 P/B kisaltmalari yapilmitir. Bu kariimlara ait bazi özellikler Çizelge 3'de verilmitir [11]. Çizelge 3'deki deerler LPG'nin gaz fazindaki deerleridir. Propan ve bütana ait deerler Aygaz

3.1. Moment ve Güç ( Power and Torque) Motor momentinin, devre bali olarak deiimi ekil 2'de verilmitir. Bütün deneylerde, moment 2200 d/d'ya kadar artmakta bu devirden sonra dümektedir. Bu durum volümetrik verimdeki deiimle izah edilebilir. 2200 d/d'ya kadar volümetrik verim artmakta buradan sonra bir düü göstermektedir. En yüksek moment deerine motor devri 2200 d/d'da 19,86 Nm ile benzinli çalimada ulailmitir. Bu devirde propanla 19,24 Nm, 3/7 p/b kariimi ile 19,13 Nm, 5/5 p/b kariimi ile 19,13 Nm, 7/3 p/b kariimi ile 19,20 Nm moment deerleri elde edilmitir. Bütün devirlerde benzin ile elde edilen moment deerleri, propan ve propan/bütan kariimlari ile elde edilen deerlerin yaklaik olarak %3,6-7 üzerinde olmutur.

1

2

3 10 9 11 8

4 12 5 6

7

11-Isi eanjörü 12-Mikser-karbüratör

1-Sun-1500 emisyon test cihazi 2-Dinamometre panosu 3-Yakitmetre 4-Havametre 5-LPG- tüpü

6-Dijital terazi 7-Batarya 8-LPG kiti 9-Dinamometre 10-Motor

ekil 1. Deney tesisatinin ematik resmi (The layout of test bench)

Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 21, No 2, 2006

305

Y. çingür ve A. Dost

Buji ile Atelemeli Bir Motorda Propan ve Farkli Oranlarda Propan/Bütan Kullaniminin Performansa...

22

20 Moment (Nm)

18

16

14

Benzin 5/5 p/b

Propan 3/7 p/b

7/3 p/b

12

1600

1800

2000

2200

2400

2600

2800

3000

3200

3400

Motor Devri (d/d)

ekil 2. Motor hizina bali olarak efektif motor momentinin deiimi (The change of engine torque as a

function of engine speed)

Propan ve propan/bütan kariimlarinin moment deerleri karilatirildiinda ise 2200 devire kadar propanin daha yüksek moment deerleri ürettii, bu devre kadar kariim içindeki propan orani artiinin momenti de arttirdii görülmektedir. 2200 devirde moment deerlerinin birbirlerine çok yaklatii ve 2200 devirden sonra içerisinde bütan orani artan LPG'nin daha iyi moment deerleri ürettii görülmektedir. Efektif motor gücünün devir sayisina bali olarak deiimi ekil 3'te verilmitir. Yapilan bütün deneylerde motor gücü artan motor hiziyla arti göstermitir. En yüksek motor gücü 3200 d/d'da benzinli çalimada 5,5 kW olarak gerçeklemitir. Bu devirde propanla 5,08 kW, 3/7 p/b kariimi ile 5,23 kW, 5/5 p/b kariimi ile 5,17 kW, 7/3 p/b kariimi ile 5,15 kW güç deerlerine ulailmitir. Bütün devirlerde benzin ile elde edilen güç deerleri, propan ve propan/bütan kariimlari ile elde edilen deerlerin yaklaik olarak %3,6-7 üzerinde olmutur. Moment deiimine paralel olarak propan ve farkli propan/bütan kariimlarinin güç deiimleri de: 2200 d/d'ya kadar propan orani artikça artmi; bu devirden sonra motor gücü artiinin sürmesine karin; LPG'deki propan orani arttikça dier kariimlara göre güçte düme görülmütür.

6

Propan ve farkli oranlardaki propan/bütan kariimlarindan oluan LPG'nin, motorlarda maksimum momentin ve gücün elde edilebilmesi için ihtiyaç duyduklari ateleme avanslari farklidir. Kariim içerisindeki propan orani arttikça avans ihtiyaci da artmaktadir [12]. Kullanilan motor sabit avansli olduundan hiz artii ile propan orani yüksek yakit kariimlarinin ihtiyaç duyduu avans deerlerini karilayamamakta bu da moment ve gücü olumsuz etkilemektedir. 2200 d/d'ya kadar propan orani yüksek kariimlarin ateleme avansi ihtiyaçlari karilanabilmi bu devirden sonra yeterli avans verilememitir. Ayrica artan motor hiziyla propan orani yüksek kariimlarin volümetrik verimlerindeki dümede, moment ve gücü olumsuz etkilemitir. Bunun yaninda LPG kariimlarinin benzinden daha düük güç ve moment deerleri vermeleri düen volümetrik verim, kariimlarin yanma hizlarindaki farliliklar ve motorun benzin için tasarlanmi olmasindan kaynaklanmaktadir. 3.2. Özgül Yakit Tüketimi (Specific Fuel Consumption) Özgül yakit tüketiminin motor devrine bali olarak deiimi ekil 4'te verilmitir. ekil 4'te de görüldüü gibi bütün çalima koullarinda özgül yakit tüketimi 1800'den 2000 d/d'ya kadar düü göstermi, 2000 d/d'dan sonra yükselmitir. ekil 4'te görüldüü gibi bütün çalima koullarinda en düük özgül yakit tüketimi 2000 d/d'da 274,78 gr/kWh olarak propan kullanimiyla elde edilmitir. Benzin ile yapilan deneylerde özgül yakit tüketimi 2200 d/d'ya kadar 3/7 p/b kariiminin özgül yakit tüketim deerlerinden düük olarak gerçeklemi fakat; 2200 d/d'dan sonra özgül yakit tüketimi propan ve kariim LPG'lerden yüksek olmutur. LPG kariimlarinin propan orani arttikça özgül yakit tüketiminde düü görülmektedir. En yüksek özgül yakit tüketimi 3200 d/d'da benzin ile yapilan çalimada 326,43 gr/kWh olarak ölçülmütür. Motorun maksimum moment ve en yüksek volümetrik verimle çalitii devirlerde özgül yakit tüketimi

340

Benzin

320

Propan 3/7 p/b

7/3 p/b

5,5

Efektif Güç (kW)

5

ÖYT be(gr/kWh)

5/5 p/b

300

4,5

4

3,5

Benzin Güç 7/3 p/b 3/7 p/b

1800 2000 2200 2400 2600

Propan 5/5 p/b

280

3 1600 2800 3000 3200 3400

260 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 3400

Motor Devri (d/d)

Motor devri (d/d)

ekil 3. Motor hizina bali olarak efektif motor gücünün deiimi (The change of effective engine power as a

function of engine speed

ekil 4. Motor hizina bali olarak özgül yakit tüketimi deiimi (The change of specific fuel consumption as

a function of engine speed)

306

Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 21, No 2, 2006

Buji ile Atelemeli Bir Motorda Propan ve Farkli Oranlarda Propan/Bütan Kullaniminin Performansa...

Y. çingür ve A. Dost

minimuma dümü, volümetrik verim ve moment düerken özgül yakit tüketimi arti göstermitir. Elde edilen güç ve tüketilen yakit karilatirildiinda en ekonomik çalimanin propan ile elde edildii görülmektedir. LPG kariimlarinin daha ekonomik çalima koullari salamalarinda alt isil deerlerinin benzinden daha yüksek olmasi, motora gaz fazinda girdiklerinden daha homojen kariim oluturmalari ve yanmanin daha iyi gerçeklemesi etkili olmaktadir. Kullanilan propan/bütan kariimlarinin içerisindeki propan orani arttikça kariimin isil deeri artmakta ve özgül yakit tüketimi dümektedir. Motor devri arttikça farkli propan/bütan kariimlarindan oluan LPG'lerin özgül yakit tüketimi bir birine yaklamaktadir. Yüksek devirlerde LPG kariimlarinin özgül yakit tüketimlerinin bir birlerine yaklamasi, propanin yüksek alt isil deerine karin yüksek devirlerde yeterli ateleme avansi verilememesinden dolayi daha düük güç üretmesi; bütan orani yüksek kariimlarin düük alt isil deerlerine karin yüksek devirlerde daha iyi performans göstermelerinden kaynaklanmaktadir. 3.3. Volümetrik Verim (Volumetric Efficiency) Volümetrik verimin motor devir sayisina bali olarak deiimi ekil 5'de verilmitir. En yüksek volümetrik verim deerine 2400 d/d'da % 70,26 ile benzinli çalimada ulailmitir. 2400 d/d'da propan ve farkli oranlardaki propan/bütan kariimlarinin volümetrik verimleri: propan ve 7/3 p/b'nin % 67,9, 5/5 p/b ve 3/7 p/b'nin % 68,54 olarak ölçülmütür. Motorun volümetrik verimi bütün çalima koullarinda bütün yakitlar için 1800 d/d'dan 2400 d/d'a kadar arti göstermi bu devirden sonra volümetrik verimde düü görülmütür. Motorun volümetrik verimindeki genel düüklük LPG dönüüm sistemi montajindan kaynaklanmaktadir. LPG sistemi montaji, motora giden havanin yolunu uzatmi ve karbüratör önünde hava yolunun kesit alanini daraltmi, karbüratör ventüri boazinin daralmasina sebep olmutur. Benzinle LPG kariimlarinin volümetrik verimleri karilatirildiinda, benzinli çalimada LPG'li çali80

malardan %4-7 daha yüksek volümetrik verim deerleri elde edildii görülmektedir [ekil 5]. Bunun en önemli sebebi LPG'nin motora gaz halde girmesidir. LPG, sivi fazdan gaz fazina geçerken hacimsel olarak 230-267 kat genleebilmektedir [5]. Motor devri yükseldikçe yakit tüketimi artmakta dolayisiyla benzine oranla LPG'nin volümetrik verimindeki düme de artmaktadir. LPG oluturan propan/bütan kariiminin, içeriindeki propan orani arttikça volümetrik verimdeki düme artmaktadir. Bunun sebebi propanin daha düük olan özgül airliidir. Propanin özgül airlii 0,504 g/cm3 iken, bütanin özgül airlii 0,582 g/cm3'tür [5,13,14]. 3.4. CO ve HC Emisyonlari (Emissions of HC and CO) Yapilan çalimalarda ekil 6'da da görüldüü gibi en yüksek CO emisyonu 1800 devirde benzinli çalimada %3,95, propan kullaniminda %2,24, 7/3 p/b kullaniminda %2,28, 5/5 p/b kullaniminda %2,34 ve 3/7 p/b kullaniminda %2,47 olarak ölçülmütür. CO emisyonu motor devrine bali olarak kullanilan bütün yakitlarda düü göstermitir. LPG kullanimi CO emisyonunu benzin kullanimina göre % 42-62 oraninda düürmütür. Ayrica LPG kariimlarinin içeriindeki propan oraninin artmasi da CO emisyonlarini sinirli bir ekilde iyiletirmitir. ekil 6'da görüldüü gibi motor devrindeki arti CO emisyonunu iyiletirmektedir. Bu durum, piston hizindaki artitan dolayi yakit/hava kariiminin türbülansinin artmasi, bu türbülans artiinin alev dalgalarinin yayilmasini hizlandirmasi ve dolayisiyla yanma hizinin artmasiyla CO emisyonu oluumunun azalmasiyla ifade edilebilir. Deneyler sirasinda en yüksek HC emisyonu 1800 devirde benzinli çalimada 251 ppm olarak ölçülmütür. 1800 devirde propan kullanimi 119 ppm, 7/3 p/b kullaniminda 123 ppm, 5/5 p/b kullaniminda 127 ppm ve 3/7 p/b kullaniminda 130 ppm olarak gerçeklemitir. Motor devrindeki arti ile kullanilan bütün

5

Volümetrik (%)

76

benzin 5/5 p/b

Propan 3/7 p/b

7/3 p/b

4

Benzin 5/5 p/b

propan 3/7 p/b

7/3 p/b

CO (%)

1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 3400

72

3

68

2

64

1

60 1600

Motor Devri (d/d)

0 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 3400

Motor Devri (d/d)

ekil 5. Motor hizina bali olarak volümetrik verimin deiimi (The change of volumetric efficiency as a

function of engine speed)

ekil 6. Motor devrine bali olarak CO emisyonu deiimi

(The change of % CO emission as a function of engine speed)

Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 21, No 2, 2006

307

Y. çingür ve A. Dost

Buji ile Atelemeli Bir Motorda Propan ve Farkli Oranlarda Propan/Bütan Kullaniminin Performansa...

yakitlarda HC emisyonu azalmitir (ekil 7). En düük HC emisyon deeri 3200 devirde 3/7 p/b kullanilan deneylerde 60 ppm olarak ölçülmütür. 3200 devirde HC emisyon deerleri; benzinli çalimada 92 ppm, propan kullaniminda 64 ppm, 5/5 p/b kullaniminda 61 ppm, 7/3 p/b kullaniminda 63 ppm olarak ölçülmütür. LPG kullanimi HC emisyon deerlerinde benzin kullanimina göre % 37-45 arasinda bir azalma salamitir. LPG içeriinde artan propan orani yaklaik 2400 devre kadar HC emisyonlarini iyiletirmi fakat; bu devirden sonra artan propan orani HC emisyonlarinda artia neden olmutur. Propan oranin düük devirlerde HC emisyonlarini iyiletirmesi; gerekli ateleme avansinin salanmasi, isi kayiplarinin propan orani düük LPG kariimlarinda daha az olmasi ve propanin daha hafif bir hidrokarbon olmasindan dolayi yanmanin düük devirlerde daha iyi olmasindan kaynaklanabilir. Motor devri yükseldikçe gerekli olan avans verilememi, gerekli sicaklik ve basinç artilari dier LPG kariimlarina nazaran biraz dümü olabilecei için LPG'deki propan orani arttikça HC emisyonlari arti göstermitir.

300

olmaktadir. 2200-2400 devirleri arasinda LPG kariimlarinin güçleri ayni seviyelere gelmekte bu devirlerden sonra bütan orani artii motor gücünü ve momentini artirmaktadir. Güç ve momentteki bu deiimler incelenirken deneylerin yapildii motorun sabit devirlerde kullanilmak için dizayn edilmi bir jeneratör motoru olduu ve sabit avansla çalitii dikkate alinmalidir. Özgül yakit tüketimi açisindan LPG kariimlari benzinden daha iyi sonuçlar vermitir. LPG kariimlarindaki propan orani artii özgül yakit tüketimini azaltmitir. LPG kariimlarinin yakit tüketimi benzinden %5-9 arasinda daha düük gerçeklemitir. Tüketilen yakitin hacmi dikkate alindiinda ise LPG kariimlari benzinden %9-12 oraninda daha fazla yakit tüketmitir. CO emisyonu LPG kullanimi ile benzine göre %60-70 oraninda dümütür. LPG kariimlarinin propan orani arttikça CO emisyonu özellikle düük devirlerde iyilemitir. Motor devri artii ile bütün LPG kariimlarinin CO emisyonlari birbirine yaklamitir. 1800 devirde propan kullanimi 3/7 p/b kullanimina göre %13 oraninda daha düük CO emisyonu salamitir. HC emisyonlari da LPG kullanimi ile benzine göre %37-50 oraninda dümütür. Düük devirlerde LPG kariimlarinin propan orani artii HC emisyonlarini iyiletirmi, devir yükseldikçe bu özelliini kaybederek HC emisyonlarinin kötülemesine sebep olmutur. 1800 devirde propan kullanimi 3/7 p/b kullanimina göre %8 daha düük HC emisyonu salarken; 3200 devirde %6 daha kötü HC emisyonuna sebep olmutur. Sonuç olarak, LPG kullaniminin buji ile atelemeli motorlarda daha iyi eksoz emisyon deerleri verdii fakat buna karilik performansta cüzi bir dümeye sebep olduu görülmütür. LPG kariimlarinin p/b oranlari gerek motor performansini gerekse eksoz emisyonlarinda çok fazla bir deiime neden olmamitir. LPG'deki p/b oraninin ilk hareket kolaylii bakimindan iklim artlarina göre ayarlanmasinin daha uygun olacai görülmütür. Fakat motorlarin sikitirma oranlarinin artirilmasi, ateleme avans deerinin maksimum güç ve minimum emisyon için optimum deerlerde tutulmasi, LPG enjeksiyon sistemlerinin kullanilmasi propan kullanimini daha avantajli hale getirecektir. KAYNAKLAR (REFERENCES)

Benzin

250

Propan 5/5 p/b

7/3 p/b 3/7 p/b

200 HC (ppm)

150

100

50

0 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 3400

Motor Devri (d/d)

ekil 7. Motor devrine bali olarak HC emisyonunun deiimi (The change of HC emission as a function of engine speed) 4. SONUÇ ve ÖNERLER (CONCLUSION and

SUGGESTIONS)

Yapilan bu çalimada mevcut enerji kaynaklarindan LPG'nin farkli oranlarda kullaniminin buji ile atelemeli bir motor performansina ve kirletici emisyonlara etkileri deneysel olarak incelenmitir. LPG oranlari belirlenirken, çeitli ülkelerde kullanilan LPG oranlari dikkate alinmitir. Deneyler sonucunda LPG kariimlari kullaniminin motor gücünde ve moment deerinde yaklaik olarak % 3,6-7 oraninda bir düüe sebep olduu görülmütür. Propan orani artan LPG kariimlarinin düük devirlerde daha iyi performans saladii fakat; yüksek devirlerde motor gücü ve moment deerlerinin dümesine neden olduu görülmütür. 1800 devirde propan kullanimi, 3/7 p/b kullanimindan %1,3 oraninda daha yüksek güç ve moment üretirken; 3200 devirde %-2,85 oraninda güç ve moment kaybina neden

308

1. çingür, Y., "Doal Enerji Kaynaklari" Yüksek Lisans Ders Notlari, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Eitimi A.B.D., Ankara, 2002. 2. Haksever, R., Sivilatirilmi Petrol Gazinin Benzinli Motorlarda Kullanimi ­ Performans ve Emisyonlara Etkisinin Deneysel Analizi, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen

Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 21, No 2, 2006

Buji ile Atelemeli Bir Motorda Propan ve Farkli Oranlarda Propan/Bütan Kullaniminin Performansa...

Y. çingür ve A. Dost

3. 4.

5. 6.

Bilimleri Enstitüsü Makine Eitimi ABD., Ankara, 1998. Borat, O., Balci, M., Sürmen, A., çten Yanmali Motorlar, Cilt l, Teknik Eitim Vakfi yayinlari Ankara, 1995. Soyhan, H.S., Doal Gaz Motorlarinda Yanma Performansi ve Eksoz Gazlari Analizi, Yüksek Lisans Tezi, stanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, stanbul. Anonim, Araçlarda LPG dönüümü Mühendis El Kitabi, II.Baski, Makine Mühendisleri Odasi, Yayin no:227/2, Ankara, 2000. Hani, ., Madeni Yalar ve Petrol Ofisi Ürünleri IV.Baski, Petrol Ofisi A.. Madeni Ya Direktörlüü, stanbul, 2002.

7. Kaya, O., Motor Ayarlari ve Bakimi, V. Baski, Milli Eitim Bakanlii Yayinlari, stanbul, 1995. 8. http://www.tef.marmara.edu.tr/makine/gurcan/enerji/23.htm 9. CUSSONS Motor Test Cihazi Kullanim Kilavuzu 10. SUN MEA 1500 SL Test Cihazi Kullanim Kilavuzu 11. Aygaz., LPG Servis ve Tesisat El Kitabi, Aygaz LPG Servis Müdürlüü, stanbul, 1967. 12. Onurba, A., Tarimda Kullanilan Sabit Patlamali Motorlara Çeitli Gaz Yakitlarin Kullanimini Salayacak Karitiricinin Gelitirilmesi, Doktora Tezi, A.Ü., Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 1990. 13. TSE, 2178 Sivilatirilmi Petrol Gazlari [LPG] I.Baski, Türk Standartlari Enstitüsü, Ankara, 1991. 14. Anonim, Handbook Butane-Propane Gases, 4nd ed., Lynn C.Denny, Lester L.Luxon, Barbara E.Hall, Chilton Company, California, 1962.

Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 21, No 2, 2006

309

Information

Microsoft Word - DERGI2006 V21 NO2 _sayfa303-310_.doc

7 pages

Report File (DMCA)

Our content is added by our users. We aim to remove reported files within 1 working day. Please use this link to notify us:

Report this file as copyright or inappropriate

397373