Motor Yakıtları

Yakıtlar Başlıca termik motor yakıtları petrol ürünleridir. Katı, sıvı gaz formundadırlar. Son yıllarda; Bitkisel yağlar, Alkol, Biyogaz Elektrik (H, Yakıt hücreleri, vb.)

Ham Petrolün Kimyasal Yapısı Element Kütlesel Yüzde C 82 - 87 H2 12 - 18 O2 0.1 – 7.4 N2 0.1 – 2.4 S 0.1 – 5.5 V, Fe, Mg, Ca, P, Zn, Co 0.1 – 1.2 Ham petrolün kimyasal yapısı çoğunlukla karbon ve hidrojenden oluşmaktadır ve kısaca hidrokarbon olarak adlandırılır. Ham petrolün içerisinde az miktarda S’de bulunur. S miktarının az olmasına rağmen ürün kalitesi üzerine etkisi önemlidir.

Bağ Şekillerine Göre Ham Petrolün Yapısındaki Hidrokarbonlar 1. Alifatik (Zincir yapısında) 2. Karbosiklik (Halka yapısında) -Aromatikler -Parafinler -Olefinler -Naftenler -Asetilenler -Diolefinler

Kapalı Genel Formülü : CnH2n+2 Burada; n=1 → CH4 Metan n=2 → C2H6 Etan 1. Alifatik Hidrokarbonlar Parafinler Kapalı Genel Formülü : CnH2n+2 Burada; n=1 → CH4 Metan n=2 → C2H6 Etan n=3 → C3H8 Propan . n=10 → C10H22 Dekan

C7H16 n-Heptan Parafinler Kapalı Genel Formülü : CnH2n+2 1. Alifatik Hidrokarbonlar Parafinler Kapalı Genel Formülü : CnH2n+2 Tüm C atom bağları H atomları ile doldurulmuştur. Bu yüzden doymuş HC sınıfındadırlar. C atomları düz veya dallanmış zincir şeklinde olabilir. Dallanmış olanlara izoparafin denir. C7H16 n-Heptan C5H12 izo-pentan C8H18 izo-oktan

Parafinler Parafinlerde C sayısı arttıkça; Kendiliğinden tutuşmaya dayanım azalır Molekül ağırlıkları artar Ergime noktaları artar Kaynama noktaları artar 1-4 C içeren parafinler normal sıcaklıkta gaz halindedir Pentan ve daha yüksek C’lu olanlar sıvı C sayısı çok yüksek olan parafinler ise normal koşullarda katıdır 5 Karbona kadar olanlar doğal gaz 5-17 Karbonlu olanlar sıvı (benzin, gazyağı, motorin/dizel yakıtı) 17-22 Karbonlu olanlar yarı katı (makina yağları, jölemsi petrol ürünleri) 23 ve daha fazla Karbonlu olanlar katıdır (parafin, asfalt, zift) Normal parafinler yüksek sıcaklıklarda kendiliğinden kolayca tutuşurlar (oktan sayıları düşüktür) Dizel motorlar için uygun İzo-parafinlerin kendiliğinden tutuşmaya dayanımları fazladır (oktan sayıları yüksek) Otto motorlar için uygun

Kapalı Genel Formülü : CnH2n - Olefinler Kapalı Genel Formülü : CnH2n Tüm C atom bağları H atomları ile doldurulmamıştır (Doymamış HC). Bu sebeple Petrol içindeki hava ile reçineleşirler, yakıt boru ve kanallarını tıkadığından uygun motor yakıtı sayılmazlar. Olefinlerden Hekzan Otto motorlar için uygundur. Kraking (kırma) olayı sırasında çok fazla miktarlarda oluşurlar. C4H8 Büten

Kapalı Genel Formülü : CnH2n-6 Doymamış HC sınıfındandırlar. 2. Karbosiklik Hidrokarbonlar - Aromatikler Kapalı Genel Formülü : CnH2n-6 Doymamış HC sınıfındandırlar. Molekül yapıları halka şeklindedir. Kuvvetli bağ yapıları nedeniyle kendiliğinden tutuşmaya dayanımları çok iyidir. Vuruntu dirençleri çok yüksek olduğundan motor yakıtı olarak önem taşırlar. Sınıfın en önemli üyesi benzendir. Bu nedenle benzinin kalitesinin yükseltilmesinde kullanılırlar. İçten yanmalı motorlar için uygun yakıt değildirler. C6H6 Benzen

- Naftenler Kapalı Genel Formülü : CnH2n Halka şeklinde molekül yapılı. Doymuş HC sınıfındandırlar. Benzin ve dizel yakıtı bileşiminde az çok bulunurlar Kendiliğinden tutuşmaya dayanımları iyi (oktan sayıları yüksek) olduğundan benzin içinde bulunması istenir. Kolay tutuşmadıklarından içten yanmalı motorlar için uygun yakıt değildirler C5H10 Siklopentan C6H12 Siklohekzan

Ham Petrolden Elde Edilen Ürünler Benzin Motorin Gazyağı (aydınlatma ve jet yakıtı üretimi) Petrol gazı( Lpg) Fuel oil (gemi, santral, ısıtma amaçlı yakıt) Makine yağları Asfalt (çok amaçlı) Çeşitli kimyevi maddeler Mum ve cilalar

Destilasyon Sıcaklığı [oC] Ham Petrolden Yakıt ve Petrol Türevi Ürünlerin Eldesi Ham Petrolün Damıtılması (Destilasyonu) Ham petrol değişik kaynama noktasına sahip komplex hidrokarbonların karışımıdır. Destilasyon işlemi bu hidrokarbonların fraksiyonlara ayrılmasını ve yakın kaynama noktasına sahip yeni ürünlerin elde edilmesini sağlar. Destilasyon Ürünü Destilasyon Sıcaklığı [oC] LPG 35 Hafif Benzin 35 - 95 Ağır Benzin 40 - 205 Kerosen (Gazyağı) 160 - 250 Motorin 180 - 360 Yağlama Yağları 370 - 550 Artıklar 425 - üstü

Petrol Ürünü C Molekül Sayısı Fuel-Oil C20 - C70 Yağlama Yağı Düşük kaynama noktasına sahip hidrokarbonlar destilasyon kulesinin üstünde, yüksek kaynama noktasına sahip hidrokarbonlar destilasyon kulesinin alt kısmındaki tepsilerde toplanır. 370o C sıcaklığa kadar buharlaşmayan hidrokarbonlar destilasyon kulesinin altında tortuları oluşturur. Petrol Ürünü C Molekül Sayısı Fuel-Oil C20 - C70 Yağlama Yağı C20 – C50 Motorin C14 – C20 Kerosen C10 – C14 Benzin C5 – C10 Nafta C1 – C9 LPG C1 – C4 Tortulardan Yağlama Yağı Fuel-Oil Asfalt elde edilir.

Motor Yakıtlarının Genel Özellikleri Isıl değerleri genellikle yüksektir Kullanıldığı motor tipine göre (Otto ve Dizel) değişik özelliklerde olmaları istenir; Buharlaşma sıcaklığı Soğuğa karşı direnç Viskozite Korozyon yapma özelliği Yanma için gerekli hava miktarı Yanma hızı Kendiliğinden tutuşma sıcaklığı Vuruntu yapma ve vuruntuya direnç Oktan ve Setan sayıları

Motor Yakıtlarının Genel Özellikleri Buharlaşma sıcaklığı Otto motor yakıtları için önemli Buharlaşma sıcaklığının düşük olması soğuk havalarda ilk çalıştırmayı kolaylaştırır Çok yüksek veya çok düşük olması durumunda; Silindir ve piston arasında buharlaşan yakıt, kartere inerek yağı inceltir Silindir içinde tam buharlaşan yakıt hava ile iyi bir karışım sağlamaz. Yakıt hava içinde yüzer Yakıt sisteminde buhar tıkacı yapma riski var (motorun sık sık arızalanmasına neden olur).

Motor Yakıtlarının Genel Özellikleri Soğuğa karşı direnç Yakıtın donarak veya ağırlaşarak yakıt sistemi içinde hareketi bakımından önemli Soğuğa karşı direnç; Benzinde -50°C Dizel Yakıtı -10°C ile -30°C arasındadır.

Motor Yakıtlarının Genel Özellikleri Viskozite Bir sıvı veya gazın akmaya karşı direncini ifade eder. Akışkanlığın tersidir. Petrolün viskozitesi petrolün bileşimine bağlıdır. Yoğunluk ve ağır bileşen miktarı arttıkça viskozite de artar. Sıcaklık ve gaz miktarı arttıkça viskozite düşer. Karbüratör ve enjektör gibi çok ince kanallardan yakıtın geçmesi bakımından önemlidir. Düşük viskoziteli yakıtlar daha kolay yanarlar. Otto motor yakıtlarında sorun dizel motor yakıtlarına kıyasla daha azdır. Dizel yakıtına kıyasla, Otto motor yakıtının hem soğuğa dayanımı yüksek hem de viskozitesi daha düşüktür. Dizel yakıtlarındaki bu sorun besleme pompası basıncını arttırarak kısmen çözümlenebilir.

Motor Yakıtlarının Genel Özellikleri Korozyon Yakıtların Korozyon yapma özelliği (aşındırma etkisi) yakıtın içine karıştırılan su veya alkol nedeniyledir. Saf HC lerin aşındırma etkisi yoktur Motor yakıt sistemi belirli aralıklarla sökülüp temizlenmelidir Yakıt içindeki S artıkları da asit (H2SO4) oluşturarak özellikle egzoz sistemine zarar verir.

Motor Yakıtlarının Genel Özellikleri Yanma Hızı Yakıtlar üstü açık bir kapta yakılırsa oldukça sakin bir yanma meydana gelir. Alev içine bir tel uzatılırsa alevin giriş ve çıkışında tel kızarır, Bu işlem yakıtın alev kenarında yeterince hava ile karışarak tam bir yanma sağladığını alev içinde ise hava bulunmadığı için tam bir yanmanın olmadığını gösterir. Yakıt çok ince zerreler haline getirilir, yeteri kadar hava ile karıştırılır ve kapalı bir kapta yakılırsa yanma çok hızlı ve patlama şeklinde olur. Yakıt tamamen buhar haline getirilirse hava içinde yüzer, karışmaz, dolayısıyla iyi bir yanma olmaz. İyi bir yanma için yakıtın uygun miktarda hava ile uygun bir şekilde karışım oluşturması gerekir. Yanma krank milinin 2 devrinde (720°C) meydana geliyor. Motor 3000 d/d olsun; 1500 yanma/dakika 1 Saniyede 25 yanma

Motor Yakıtlarının Genel Özellikleri Kendiliğinden tutuşma sıcaklığı Motor yakıtlarının en özelliklerinden biri olup yakıtın kendi kendine tutuşma sıcaklığıdır. Tutuşma sıcaklığı değerinin benzinde yüksek, dizel yakıtında düşük olması istenir Yakıt Tutuşma Sıcaklığı, °C Benzin ≥ 550 Benzol 490 – 700 Alkol (Metil ve etil alkol) 400 – 470 Metan 600 – 650 Propan 520 – 590 Bütan 530 – 600 Hava gazı 600 – 630 Motorin 270 - 350

Motor Yakıtlarının Genel Özellikleri Vuruntu yapma ve vuruntuya direnç Vuruntu daha çok yakıt özellikleri ile ilişkilidir. Dizel motorlarda sıkıştırma sonunda püskürtülen yakıtın kendiliğinden tutuşması istenirken, Otto motorlarında istenmez. Vuruntu motorda aşınmaya ve güç azalmasına neden olur.

Motor Yakıtlarının Genel Özellikleri Oktan Sayısı Türkiye’de satılan benzinin oktan sayısı: 95-98 Oktan sayısı Otto motorlarında yakıtların kendiliğinden tutuşmaya dayanıklılığının bir ölçüsüdür. Otto motorlarda vuruntulu çalışmanın başlıca nedeni; ateşleme kıvılcımı oluşmadan yakıtın kendiliğinden tutuşmasıdır. Bu olay yanma odasının değişik yerlerinde birden meydana gelir ve normal olarak 30 m/s olan yanma hızı 300 m/s ye çıkabilir. Bu şekilde ortaya çıkan kontrolsüz yanma motorlarda vuruntulu çalışmaya neden olur. Benzinin kendiliğinden tutuşmaya dayanımının bir ölçüsü olan oktan sayısı, aynı zamanda vuruntunun da bir ölçüsüdür. Vuruntulu çalışma; silindir, silindir kapağı, piston ve yataklar başta olmak üzere motorun tüm çalışan organlarına zarar verebilmektedir.

Motor Yakıtlarının Genel Özellikleri Oktan Sayısı Nasıl Saptanır? Özellikleri belli ve sıkıştırma oranları değiştirilebilen deney motorlarında Önce oktan sayısı ölçülecek yakıtla motor çalıştırılarak, Ateşleme avansı (ÜÖN’dan belirli bir süre önce) ve sıkıştırma oranı ile ayar yaparak, motorun vuruntulu çalışması sağlanır. Vuruntu derecesini tam olarak saptamak için, yanma iç basıncı ölçülür. Daha sonra oktan sayısı saptanacak yakıt boşaltılarak yerine izo-oktan (Oktan sayısı 100) ve normal heptan (oktan sayısı 0) karışımı yakıt, aynı vuruntu elde edilene kadar, oranları değiştirilerek konur. Bu sırada, motorun ayarları ile oynanmaz. Örneğin izo-oktan miktarı %95 ve heptan oranı %5 olan yakıtla aynı vuruntu elde edilmiş ise deneyi yapılan yakıtın oktan sayısı 95 olur.

Oktan Sayısı Araştırma Oktan Sayısı (RON: Research Octane Number): Motorun yüke binmediği ve düşük devirlerde çalıştığı durumdaki vuruntu ölçümü 2) Motor Oktan Sayısı (MON: Motor Octane Number): Motor zorlandığında, yük altında olduğu andaki vuruntu ölçümü - Genellikle oktan sayısı, bu iki değerin ortalaması alınarak hesaplanır - Benzinin oktan sayısı 50-110 arasında değişir - Normal yol taşıtları için: 90-100 - Uçaklar için: 100-110

Vuruntu Motorda yanma veya patlama olayının istenmeyen zamanda olması (zamansız yanma/patlama olayı) En çok aracın yokuş yukarı çıkma veya hızlanma gibi büyük yük altında çalıştığı durumlarda olur - Vuruntunun olumsuzlukları: - Aşırı titreşim - Gürültülü (vurma sesi) çalışma - Düşük motor performansı - Ciddi motor hasarları (aşınma)

Otto Motorda Vuruntu Benzinin istenenden erken yanması Sebep: Benzin içinde bulunan doymamış HC lar Benzinin oktan sayısı artarsa, vuruntuya direnci de artar Oktan sayısı: Normal benzin: 82-92 Süper benzin: 93-98 Bazı katkı maddeleri (kurşun tetra-etil) oktan sayısı yükselir ve vuruntu etkisi azalır. Kurşunun çevre ve insan sağlığına olumsuz etkisi sebebiyle, son zamanlarda kurşunlu benzin yerini kurşunsuz benzine bırakmıştır. Alternatif: Benzol, toluol, ksilol, alkol vb. tutuşmaya dayanıklı yakıtları karıştırma

Diesel Motorda Vuruntu Motorinin geç tutuşması şeklinde olur Motorinin setan sayısı arttıkça, yakıtın niteliği (kalitesi) de artar Setan sayısı: Yakıtta bulunan setanın hacimsel yüzdesi Motorinin setan sayısı: 49-62 Tutuşma gecikmesini önlemek için: a) Ön yanma odası b) Türbülans odası kullanılır

Setan (Cetane) Sayısı - Diesel yakıtının tutuşma kolaylığını ve tutuşma kalitesini gösterir - Setan sayısının yüksek olması, yakıtın tutuşma sıcaklığının düşük olduğunu, yani daha kolay tutuştuğunu gösterir - Setan sayısı yeteri kadar yüksek değil ise; yakıtın tamamı, yanması gereken zaman aralığında yanamaz ve zamanından sonra yanan yakıt fazla verimli olmaz - Dizel yakıtının setan sayısı: 49-62

Setan Sayısı Nasıl Belirlenir? Deney motorunda yakıt püskürtüldükten sonra kendiliğinden yanma tutuşması için geçen süre ölçülür, Bunun için motorun sıkıştırma oranı değiştirilerek setan sayısı belirlenecek yakıtın tutuşma gecikmesinin, 18° anamil açısı olması (yani püskürtme başlangıcı ile tutuşma başlangıcı arasındaki sürede krank milinin 18° dönmesi) sağlanır. Daha sonra denenen yakıt boşaltılarak yerine setan (setan sayısı 100) ve α-metil naftalin (setan sayısı 0) karışımı yakıt konur. Karışım oranları değiştirilerek aynı tutuşma gecikmesini sağlayan yakıttaki setan yüzdesi denenen yakıtın setan sayısını verir. Motorine bünyelerinde O2 bulunan Amil nitrat ve Etil nitrat çok az oranda karıştırılarak setan sayısı yükseltilebilmektedir.

Setan Sayısı Düşük setan sayısı ve vuruntunun olumsuzlukları: İlk çalışmada zorlanma Çalışmaya başladıktan sonra daha uzun süreli beyaz duman atma Güç kaybı ve malzeme yorulması Aşırı gürültülü çalışma Egsoz emisyonunda artış Düşük verim

Vuruntuyu Azaltmak için OTTO DİZEL Düşük sıkıştırma oranı Yüksek sıkıştırma oranı Emilen havanın kısılması Aşırı doldurma (süperşarj) Az yük, Yüksek devir sayısı Aşırı yüklenme, Düşük devir Emilen havanın ve silindir kapağı sıcaklığın düşük olması Emilen havanın, soğutma suyunun ve silindir kapağı sıcaklığın yüksek olması Yakıtın kendiliğinden tutuşmaya dayanıklı (Yüksek oktan sayılı) olması Yakıtın kendiliğinden tutuşmaya elverişli (yüksek setan sayılı) olması

Alkoller HC ların bir yada birkaç hidrojenin yerini hidroksit (OH) kökünün almasıyla meydana gelirler. Otto motor yakıtı olarak metil alkol (metanol) ve etil alkol (Etanol) kullanılır. C atomu sayısı az olan bu yakıtlar temiz yanarlar ve vuruntuya dayanımları iyidir. Olumsuzluları; Alkol kolay su alır Isıl değeri düşük Eritken Benzine belirli oranlarda karıştırılarak kullanılır.

Biyodizel Bitkisel yağlar AB’de bitkisel kökenli yağların belirli oranlarda dizel yakıtına karıştırılması zorunluluğu var. Oran giderek artıyor Ayrı bir ders konusu