Diesel Yakıtı (Motorin - Gasoil)

... konulu sunumlar: "Diesel Yakıtı (Motorin - Gasoil)"— Sunum transkripti:

1 Diesel Yakıtı (Motorin - Gasoil)
Ham petrolün damıtılması sırasında 180 – 360 oC kaynama aralığında alınan üçüncü ana üründür. 9 ile 23 arasında C atomu içeren komplex bir HC yapısına sahiptir. Diesel yakıtında 3 farklı gruptaki HC’lar bulunur: Parafinik (normal-düz zincir- ve iso-dallanmış- yapıda) Naftenik Aromatik Diesel yakıtı içerisindeki C atomlarının kütlesel yüzdeleri.

2 Diesel Yakıtların Sınıflandırılması
ASTM standartlarına göre dizel yakıtları üç derecede değerlendirilmektedir. No.1-D: Petrolün damıtılmasından elde edilir. Değişik hızlarda ve yüklerde çalışan motorlarda kullanılan uçucu-damıtık diesel yakıtıdır. No.2-D: Damıtık ve kraking ürünlerini ihtiva eden , No.l-D'ye göre buharlaşma özelliği az olan ağır hizmet ve endüstri motorları yakıtıdır. No.4-D: Damıtık ve kraking ürünlerinden ve bazı atıklardan oluşan düşük veya orta hız motorlarının yakıtıdır. Özellik 1-D 2-D 4-D Setan sayısı (CN) Minimum 40 Alevlenme Noktası (oF) 100 125 130 Viskozite (SSU/100oF) 30 – 34 s. 33 – 45 s. 45 – 125 s. Kül (% Kütlesel) 0.01 0.02 0.1 Kükürt (% Kütlesel) 0.5 1.0 2.0

3 Diesel Yakıtından Beklenen Özellikler
Viskozite Isıl değer Akma Noktası Uçuculuk Alevlenme ve Yanma Noktası Özgül Kütle S Oranı C Artığı Kül Miktarı Su ve Tortu Miktarı Setan Sayısı (CN) Diesel İndeksi

4 1. Viskozite İdeal yakıt-hava karışımının elde edilmesini ve buna bağlı olarak da silindir içerisinde meydana gelecek yanmayı doğrudan etkiler. Düşük Viskozite Enjektörlerden silindire püskürtülen yakıtın daha küçük zerrelere ayrılması ve hava ile homojen bir karışım oluşturarak daha düzgün bir yanmanın sağlanması. Yüksek Viskozite Enjektörlerden silindire püskürtülen yakıtın yeterince küçük zerrelere ayrılmaması ve hava ile homojen bir karışımın oluşmaması neticesinde yanma verimi düşerek egzoz gazları içerisindeki yanmamış HC konsantrasyonunun artması ve isli yanma. Çok Düşük Viskozite Püskürtme sisteminin farklı bölgelerinde özellikle de yüksek basınç pompasındaki yakıt kaçakları. Sonuç olarak diesel yakıtların viskozitesi; Düşük çalışma sıcaklıklarında dahi serbestçe akacak kadar düşük olmalı, Sızıntıyı önleyecek ve enjektör sistemini yağlayacak kadar yüksek olmalıdır. Diesel Motor yakıtlarının viskoziteleri 50oC sıcaklıkta 1 – 1.5 oE olmalıdır.

5 Kaynama Noktasındaki Farkı: 20oC (isoparafin aromatik arasında)
HC Yapısına Bağlı olarak Diesel Yakıtının Kaynama Özelliği Aynı sınıftaki HC’ların C atom sayılarının artması diesel yakıtının kaynama noktasını artırır. Aynı C atomu sayısı içeren farklı yapıdaki HC’ların kaynama noktasına etkisi şöyledir: isoparafinler n-parafinler naftenler aromatikler Kaynama Noktasındaki Artış Yönü Kaynama Noktasındaki Farkı: 20oC (isoparafin aromatik arasında) C15 isoparafinler C14 n-parafinler C13 naftenler C12 aromatikler için bir diesel yakıtın %50’nin buharlaştığı sıcaklık yaklaşık 260oC’tır.

6 2. Isıl Değer Yanma sonucu oluşan ürünlerin, yanma öncesi referans bir sıcaklığa göre toplam entalpilerinin yakıt kütlesine bölünmesi ile elde edilen değer. (Birim Kütlenin verdiği ısı enerjisi) Diesel yakıt için; Hu=42000 – kJ/kg 3. Akma Noktası Diesel yakıt özellikle soğuk ortamlarda akıcılık özelliğini kaybetmelidir. Akma noktasının yüksek olması (çok soğuk olmayan ortamlarda yakıtın bulutlanması) durumunda yakıt püskürtme sistemindeki borulardan geçemez. Motor çalışmaz. Ayrıca sürekli akma noktası civarındaki sıcaklıklarda çalışma yakıt filtresinin kısa sürede tıkanmasına neden olur. Soğuk bölgelerde çalışan diesel motorlarında yakıtın akma noktasını düşürmek için içerisine belirli oranlarda kerosen katılabilir. Diesel Yakıtları için maksimum akma noktası -18oC’tır.

7 4. Uçuculuk Belirli miktardaki diesel yakıtının hacimsel olarak %90’ını buharlaştıran sıcaklık olarak tanımlanır. Motorun özellikle soğuk havalarda kolay çalışmasında kullanılan yakıtın uçuculuk özelliği etkilidir. Uçuculuk özelliğinin yüksek olması yanmanın daha verimli ve dumansız (issiz) olmasını sağlamaktadır. Yüksek uçuculuktaki diesel yakıtları; küçük güçlü, yüksek devirli taşıt motorlarında kullanılır. Yüksek uçuculuk; Yakıtın tam yanmasını sağlar, Özgül yakıt sarfiyatını azaltır, İssiz yanma sağlar, Az miktarda aşınmaya neden olabilir. Düşük uçuculuktaki diesel yakıtları yüksek güçlü düşük devirli gemi motorlarında kullanılır. Bu yakıtların hacimsel olarak %90’ının buharlaştığı sıcaklık yaklaşık 358oC’tır. Düşük uçuculuk; maksimum güç üretimini sınırlar, özgül yakıt sarfiyatını arttırır, isli yanmaya neden olur, Motor soğuk ortamlarda zor ilk harekete geçer.

8 5.Alevlenme ve Yanma Noktası
Alevlenme noktası motorun çalışması ile ilgili olmayıp, yakıtın depolanması ve yangın tehlikesi oluşturması açısından önemlidir. Diesel yakıtların en düşük alevlenme noktası 65oC olarak belirlenmiştir. Diesel yakıtlar için en düşük yanma sıcaklığı minimum alevlenme noktasının 15 – 25oC üstündedir. 6. Özgül Kütle Orta ve yüksek devirli diesel motorları için : 820 – 890 kg/m3 (15.6oC) Düşük devirli gemi dieselleri için (max) : 940 kg/m3 (15.6oC) 7. S Miktarı Diesel yakıtında bulunan S oranı hem korozif hem de partikül madde oluşumunu arttırıcı yönde etki eder. Özellikle düşük çalışma sıcaklıklarında motor parçaları üzerinde önemli ölçüde korozyona sebep olur. (asit oluşumu) Bir diesel motor yakıtındaki S oranı kütlesel olarak %1’in altında olmalıdır.

9 8. C artığı Sıvı yakıt ısıtılıp buharlaştırıldıktan sonra uçucu maddeleri yakılır geriye bir takım artıklar kalır ki bunlara «Karbon Artıkları» adı verilir. Yakıtların artık bırakma eğilimi «Artıklar Katsayısı» ile belirlenir. Bu sayı Conradson cihazı adı verilen deney cihazıyla tespit edilir. Diesel yakıtları oldukça büyük miktarlarda artık bırakacak maddeyi içeriyorsa; Eksik yanma sırasında C birikintileri meydana gelir. Bu birikintiler; Piston üst yüzeyi, supap yuvalarında toplanır supapların tam kapanmasına engel olana sert katmanlar oluşturur, Yağlama yağı ile birleşerek motor için zararlı yapışkan maddeleri oluşturur, Yapışkan maddeler segman yuvalarındaki boşluklara girerek segmanların hareket serbestliğini engeller, Bunların sonucunda motorda isli yanma ve ilk hareket zorlukları baş gösterir. Diesel yakıtı için artıklar katsayısı (k) k=0.005 Düşük Güçlü Yüksek Hızlı Motorlar K=0.04 Yüksek Güçlü Düşük Hızlı Motorlar

10 9. Kül Miktarı Rafine işleminden sonra diesel yakıtlarında kül bulunmaz. Yüksek güçlü, düşük hızlı diesel motorlarında kullanılan ağır diesel hacimsel olarak %0.1 - %0.5 arasında kül vardır. Bu tip yakıtların içerisinde metal oksitler (Vanadyum, nikel, silisyum, demir oksit v.b.) karbonat ve sülfat tuzlarına dönüşürler. Sodyum ve vanadyum tuzlarının belirli oranlardaki bileşikleri, motorun yanma odasındaki sıcaklık nedeniyle erir ve kapladığı dökme demir ile alaşım çeliklerin yüzeylerini paslandırır. Diesel yakıtlarında en fazla hacimsel olarak %0.1 kül bulunmalıdır. 10. Su ve Tortu Miktarı Diesel yakıtların içinde bulunan su ve tortu filtrelerin servis ömürlerini azaltır, Yakıt püskürtme sisteminin ve motor elemanlarının aşınmalarına neden olur, Soğuk havalarda yakıt içerisindeki suyun donması sebebi ile yakıt püskürtme sistemindeki borular içerisinde akamaz hale gelir. Diesel yakıtlarında maksimum su ve tortu miktarı hacimsel olarak %0.05 olmalıdır.

11 Diesel Motorlarında Yanma
Diesel motorunda yakıt, sıkıştırma strokunun sonlarına doğru bir enjektör vasıtasıyla püskürtülerek silindir içersine gönderilmektedir. Sıvı yakıt yüksek hızda küçük çaplı orifislerden tek yada çok sayıda jet olarak püskürtülür. Yüksek hız ve küçük çap yakıtın daha iyi atomize ve penetre olmasını sağlamaktadır. Yakıt yüksek sıcaklık ve basınçta silindir içersinde buharlaşmakta ve hava ile karışmaktadır. Silindir içi basınç ve sıcaklık yakıtın kendi kendine tutuşma noktasına ulaştığı bölgede tutuşma gerçekleşir. Yakıtın ilk tutuşan kısmı, diğer yanmamış karışımın tutuşma gecikme süresinin kısalmasını sağlar Yanma genişleme sürecinde devam eder.

12

13 Diesel Motorların Çalışma Prensibi

14 Ricardo’ya Göre Diesel Motorlarında Yanma
Ricardo’ya göre Diesel motorlarında yanma 4 kademede tamamlanır. Tutuşma Gecikmesi Kontrolsüz Yanma (Alevin yayılması) Kontrollü Yanma Art Yanma ve Genişleme

15 Tutuşma Gecikmesi Yakıt jeti içerisindeki damlacık yanma odası içerisinde ilerlerken; Isınır, Buharlaşır, Kendi kendine tutuşma sıcaklığına ulaşır, Püskürtme başlangıcından ilk alevin oluştuğu ana kadar geçen süreye «Tutuşma Gecikmesi» denir.

16 Tutuşma gecikmesi P -  diyagramında püskürtmenin başlangıcı ile basıncı yükselmeye başladığı an arasındaki zaman olarak da tanımlanabilir. Bu süre – s arasındadır. Tutuşma gecikmesinin oluşmasının nedenleri: Yakıt yanma odası içlerine doğru hareket etmek (dağılmak) zoundadır. Yakıt yaklaşık olarak stokiometrik orana yakın (=1) hava ile karışım oluşturmak zorundadır. Hava-Yakıt karışımı yakıtın kendi kendine tutuşma sıcaklığına kadar ısınmak zorundadır. Diesel Yakıtının Tutuşması ve Yanması için Karışımın - T İlişkisi

17 Diesel Motorlarında Vuruntu

18 11. Setan Sayısı (CN) Sıkıştırma stroku sonunda basıncı ve sıcaklığı artmış olan havanın içerisine püskürtülen Diesel yakıtının kendi kendine tutuşma kabiliyetini gösteren bir ölçüdür. CFR motorunda tespit edilir. Deney Şartları Motor Devir Sayısı (n/n) : 900 Emme Havası Sıcaklığı (oC) : 30 Soğutma Suyu Sıcaklığı (oC) : 100 Püskürtme Avansı (oKMA) : 13 Sıkıştırma Oranı : Değişken Motor setan sayısı bulunacak yakıt ile çalıştırılır. Tutuşma gecikmesi süresi 13oKMA oluncaya kadar sıkıştırma oranı arttırılır. Daha sonra motor, n-hexadecane (setan-C16H34) ve -metilnaftelen (C11H10)’in farklı hacimsel karışımlarından oluşturulan yakıtlar ile çalıştırılır. Motorun çalışma şartları değiştirilmeden 13oKMA tutuşma gecikmesi süresi elde edilinceye kadar yakıt karışımı içerisindeki n-hexadecane (setan-C16H34) ve -metilnaftelen (C11H10)’in oranları değiştirilir. 13oKMA tutuşma gecikmesi süresi veren karışımdaki setanın hacimsel yüzdesi bir önceki yakıtın setan sayısı olur.

19 Katkı Eklendikten Sonra Setan Sayısı (Katkı Miktarı % Hacimsel)
Ticari diesel yakıtlarının setan sayıları 45 – 60 arasındadır. Günümüz diesel motorlarında kullanılan yakıtların setan sayıları maksimum 72.5’e kadar çıkabilmektedir. Setan Sayısını Yükseltmek için Kullanılan Maddler Setan sayısını yükseltmek için diesel yakıtına özel sentetik maddeler ya da katıklar eklenir. Amil nitrat Etil nitrat Aldehitler Ketonlar Esterler Peroksitler Katkı Maddesi Katkı Eklendikten Sonra Setan Sayısı (Katkı Miktarı % Hacimsel) 0.5 1.0 2.0 3.0 4.0 Aseton Peroksit 33 41 45 51 57 63 Etil Nitrat 39 44 49 53 İzo-amil nitrat 54 58

20 Düşük Setan Sayılı Yakıtın Kullanılmasının Motor Üzerine Etkileri
Tutuşma gecikmesi süresi uzayacağından motor vuruntulu çalışırak güç kaybına uğrar ve vuruntu aşınmaları arttırır, motor ömrü kısalır. Yakıt kolay tutuşamayacağından özellikle soğuk ortamlarda motor zor ilk harekete geçer. Motor rejim sıcaklığına ulaşıncaya kadar isli çalışır. Ralantide ve düşük yüklerde yanma odası cidarlarında karbon birikimi fazla olur. 12. Diesel İndeksi Setan sayısının tespiti zor, pahalı ve zaman alan bir deneysel metot olduğundan setan sayısı yerine bu değer hakkında fikir verecek olan «Diesel İndeksi» kullanılır. Diesel indeksi bir takım ampirik ifadeler vasıtasıyla hesaplanır ki bunun içinde yakıtın APIo ve anilin noktasının bilinmesi gerekir.

21 Özgül kütle oranı: 60oF (15.6oC) sıcaklıktaki diesel yakıtının özgül kütlesinin aynı sıcaklıktaki suyun özgül kütlesine oranı. Anilin Noktasının Tespiti Amonyak molekülüne bir anil grubunun bağlanmasıyla oluşan, en basit birincil aromatik amin (C6H5NH2)’dir. Yağımsı, renksiz, zehirli bir sıvıdır. 183°C’ta kaynar, -8°C’ta bulutlanır. Teknikte, taşkömürü katranının damıtılmasıyla, nitrobenzenin hidrojenle indirgenmesiyle, klorbenzenin amonyakla tepkimesiyle elde edilir.

22 Anilin çok eritici bir HC’dur
Anilin çok eritici bir HC’dur. Aromatikleri her zaman, parafinleri ise yüksek sıcaklıkta bünyesinde eritebilir. Düşük sıcaklıklarda ise parafinlerden ayrışır. Diesel yakıtının anilin noktası tespit edilmeden önce hem anilin hem de diesel yakıtı sudan arındırılmalıdır. Bunun için analin KOH, diesel yakıtı ise Na2SO4 veya CaSO4 çözeltisinden geçirilir. Hacimsel %50 Anilin ve %50 Diesel Yakıt bir kap içerisine konur. Karışım sürekli karıştırma ile dakikada 1 – 2 oC ısıtılır. İki sıvı saydam tek faz olunca ısıtma kesilir. Kap dakikada 1 -2 oC soğutma hızı ile soğutulur. Soğutma esnasında ilk ayrışmanın görüldüğü andaki sıcaklık «Anilin Noktası» olarak adlandırılır. Bu işlem 3 kez tekrarlanır ve ortalama alınarak numune diesel yakıtının analin noktası tespit edilmiş olur. Anilin noktası yüksekse yakıtta parafinik HC’ların miktarı yüksektir. Anilin noktası yükseldikçe diesel indeksi de yükselir. Parafinik HC’lar kolay yanmaya yatkındırlar dolayısıyla diesel yakıt içinde olmaları tercih edilir.

23 DI 30 35 40 45 50 55 60 65 70 CN 37 43 46 53 56 59 62 Türkiye’de Üretilen Diesel Yakıtlarının Özellikleri Özellik Taşıt Diesel Yakıtı Gemi Diesel Yakıtı Özgül Kütle (15.6oC) [kg/l] 0.82 – 0.85 0.85 – 0.87 Alevlenme Noktası [oC ] 55 65 Akma Noktası [oC ] -1.1 1.7 Diesel İndeksi 50 40 S Miktarı [% Kütlesel] 1.0 1.8 Kül Miktarı [% Kütlesel] 0.01 0.02

24 Yeni Nesil Diesel Motorların Yakıt Açısından Gereksinimleri ve Eurodiesel Yakıtı
Yeni nesil (Common rail sisteme sahip) diesel motorlarında kullanılması gereken yakıtta istenmeyen maddeler: Kükürt : Egzoz emisyonları içerisinde kükürt oksit ve sülfat oluşturmak suretiyle egzoz sistemindeki partikül tutucu filtrenin bozulmasına neden olur.

25 EGR sisteminde H2SO4 korozyonu ve katı partikül oluşumuna neden olur.
Yağlama yağına karışarak yağda asit oluşturup yağın eskimesine neden olur. Yağlama kötüleşeceğinden motor ömrü azalır. Bütün bu dezavantajın yanında S’ün yağlayıcı özelliği tek avantajını teşkil eder. Partikül Madde: Yeni nesil diesel motorlarının gelişmiş enjeksiyon sistemleri yüksek basınçlı ve dar toleranslı olduğu için partikül maddelere karşı çok hassastır. Partikül maddeler metal metale çalışan yüzeyleri aşındırır. Filtre, pompa, enjektör ömrünü kısaltır. Hatta filtre patlamasına neden olur.

26 (1 Temmuz 2008 itibari ile kaldırılan)
Su : Korozyona, kavitasyona ve diesel yakıtının yağlayıcılık özelliğini düşürmeye sebep olur. Bu sebeple diesel yakıtında istenmeyen bu maddelerin azaltıldığı, Euro-3 emisyon standartlarına uygun, EN590 standartında belirtilen özelliklere sahip, düşük kükürt oranlı, motor performansını ve ömrünü uzatan ve bakım maliyetlerini azaltan AB ülkelerinde kullanılan diesel yakıtına «Eurodiesel» adı verilmektedir. Özellik Diesel Yakıtı (TS3082 ) (1 Temmuz 2008 itibari ile kaldırılan) Eurodiesel (EN590) Setan Sayısı (min.) 49 51 Özgül Kütle (15.6oC) [kg/m3] 860 845 Aromatik HC [%Kütlesel] - 11 S Miktarı [mg/kg] (max) 7000 350 S miktarı düşük olduğundan Eurodiesel içerisinde yağlayıcılık özelliğini iyileştiren katkı maddeleri üreticiler tarafından kullanılmaktadır.

27 REFERANS SINIR DEĞERLERİ
Kırsal Motorin Kükürt oranı yüksek, biçerdöver, traktör ve benzeri tarım makinaları ile eski teknoloji diesel motoru olan otomobiller tarafından da kullanılan diesel yakıtıdır. Tüpraş; 15 oC’deki yoğunluğu kg/m3, içerisinde max 1000 mg/kg kükürt ve diesel indeksi 46 olan yakıtı kırsal motorin olarak isimlendirmektedir. ÖZELLİK BİRİM REFERANS SINIR DEĞERLERİ EN AZ EN ÇOK Özgül Kütle kg/m3 820 845 Viskozite mm2/s 2,00 4,50 Alevlenme Noktası oC 55 - Karbon Kalıntısı % Kütlesel 0,30 Su mg/kg 200 Kül 0,01 Kükürt 1000 Aromatik Hidrokarbonlar 11 Setan Sayısı 51,0 Diesel İndeksi 46,0

28 + + Biodiesel (Biomotorin)
Bitkisel yağlar ve atık kızartma yağlarının katalizör eşliğinde metanaol (metil alkol) veya etanol (etil alkol) gibi kısa zincirli bir alkol ile reaksiyonu sonucunda açığa çıkan ve yakıt olarak kullanılan bir üründür. Biodiesel petrol içermez fakat saf olarak (B100) veya her oranda petrol kökenli diesel yakıtı ile karıştırılarak kullanılabilir. Genellikle hacimcel %20 (B20)’lik karışımlar tercih edilir. Katalizör (NaOH veya KOH) Bitkisel Yağ veya Atıkk Kızartma Yağı + + Ester Gliserin Alkol CH3OH (Metanol-Metil Alkol) Yakıt Hammadde veya C2H5OH (Etanol-Etil Alkol)

29 Biodieselin Özellikleri
Petrol kökenli diesel yakıtı daha çok parafinler ve aromatiklerden oluşurken, biodiesel bitkisel yağlar ve yağ asitlerinin gliserinle yapmış oldukları esterlerden oluşur. Orta uzunlukta (C16 – C18) yağ asidi zincirlerini içeren metil veya etil ester tipi yakıt olup oksijenli zincir yapısı biodieseli petrol kökenli diesel yakıtından ayıran en önemli özelliktir. Biodiesel’in Avantajları Temiz bir yakıttır biyolojik olarak bozunabilir. Toksik (zehirli) değildir. Yenilenebilir hammaddelerden elde edilebildiğinden petrole olan bağımlılığı azaltır. Çok az oranlarda S içerir. Yağlayıcı özelliği vardır. Yanması sonucunda çevre için daha az miktarlarda zararlı emisyon oluşur.

30 Özellik Biodiesel Motorin Molekül Ağırlık [g/mol] 296 Alt Isıl değer [MJ/kg] 37.1 42.7 Özgül Kütle [kg/l 15.6oC] 0.87 – 0.88 0.82 – 0.86 Kinematik Viskozite [mm2/s 40oC] 4.3 2.5 – 3.5 Alevlenme Noktası [oC] (min) 100 55 Kükürt Miktarı [% Kütlesel] (max) 0.01 0.05 Su Miktarı [mg/kg] (max) 300 200 Setan Sayısı (min) 45