OTEKON’14 7. Otomotiv Teknolojileri Kongresi 26 – 27 Mayıs 2014, BURSA BİR DİZEL MOTORUNUN MOTOR HIZI VE YÜKÜNE BAĞLI TERMODİNAMİK DEĞERLENDİRİLMESİ Gülcan Özel*, Emin Açıkkalp*, Hasan Yamık*, Tahsin Engin** *Bilecik Ş.E Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Makine ve İmalat Mühendisliği, Bilecik ** Sakarya Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Makine mühendisliği, Sakarya ÖZET Bu çalışmada, Dizel No 2 yakıt ile çalıştırılan tek silindirli direkt püskürtmeli bir dizel motorunun performans değerlendirmesi yapılmıştır. Termodinamik değerlendirme 5 farklı motor yükü (%20, %40, %60, %80, % 100) ve 10 farklı motor hızı için enerji ve ekserji analizlerini içermektedir. Yapılan deneysel çalışmada motor torku, hızı, yakıt-su debileri ve sıcaklık değerleri ölçülmüştür. Motor hızı ve motor yükü değişimine bağlı olarak enerji kayıpları, yakıt ekserjisi, ekserji kayıpları ve ekserji yok oluşu hesaplanmıştır. Termodinamik değerlendirme ile dizel motoru için en uygun çalışma şartlarının belirlenmesi amaçlanmıştır. Çalışmada enerji analizine bağlı olarak maksimum verim 2100 devirde %80 dolulukta 0,3 hesaplanmıştır. Maksimum güç üretimi 3900 devirde tam yükte 7,65 kW olarak belirlenmiştir, Ekserji analizinde ise ekserji yok oluşu oranına göre motor performansı değerlendirilerek en düşük ekserji yok oluşuna 3000 d/d hızında % 60 yükte rastlanmıştır. Anahtar Kelimeler: enerji analizi, ekserji analizi, ekserji yok oluşu THERMODYNAMİC EVALUATİON OF A DİESEL ENGİNE RELATED TO ENGİNE SPEED AND LOAD ABSTRACT Performance of a compression ignition engine operating with Diesel No 2 was investigated in this study. Thermodynamic analysis including energy and exergy analysis at different engine loads (20 %, 40%, 60%, 80%, 100%) was conducted. It was calculated the first and the second law efficiency, indicated work, heat exergy losses and exergy destruction values at 10 different engine speeds for 5 loads. Energy efficiency shows that maximum efficiency (0,3 ) is obtained at 2100 rpm for 80 % load. Maximum work (7,65 kW) is obtained at 3900 rpm for 100 % engine load. Minumum exergy destruction ratio is established at 3000 rpm for 60% load. Key words: Energy analysis, exergy analysis, exergy destruction 1.GİRİŞ Enerji, gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerin ekonomilerine yön veren etkenlerden biri olarak görülebilir. Sanayileşme atılımları, gelişen teknolojiler, sürdürülebilir gelişme ve büyüme politikaları enerjiye olan talebi arttırırken nüfus artışı ve şehirleşme hareketleri de enerjiyi etkin kullanmanın önemini gündeme getirmiştir. Bir taraftan günden güne artan enerji ihtiyacı diğer taraftan tükenen enerji kaynakları ve çevresel sorunlar enerji, verimliliği konusunda son yıllardaki hassasiyeti arttırmıştır.[1] Dünyada petrol rezervlerinin hızla tükenmesine rağmen biyodizel, lpg ve hidrojen yakıtı teknolojilerindeki gelişmeler ile içten yanmalı motorların ulaşım ve güç üretiminde uzun yıllar kullanılacağı söylenebilir. İçten yanmalı motorlarda performans parametrelerinin birinci yasa (enerji analizi) ve ikinci yasa (ekserji analizi) açısından incelenmesi motorların geliştirilmesi ve optimizasyonu açısından önemlidir. Termodinamiğin birinci yasası, enerjinin niceliği ve bir biçimden diğerine dönüşümü ile ilgilidir. Termodinamiğin ikinci yasası ise, enerjinin niteliği ve bu niteliğin hal değişimleri sırasında nasıl azalacağı ile ilgilidir. [2] Ekserji, sistemin bulunduğu çevre koşulları referans alınarak sistemden elde edilebilecek maksimum iş olarak tanımlanır. Aynı zamanda ekserji, enerji akışının niteliğinin bir ölçüsüdür. Enerji analizi ile sitemdeki enerji kayıpları belirlenirken ekserji analizi ile bu enerji kayıplarının iş üretme potansiyeli tespit edilir. Böylece israf ve kayıpların yeri, nedeni ve büyüklüğü de saptanabilir. Bu bilgiler, enerji yönünden verimli yeni sistemlerin tasarımında ve var olan sistemlerin veriminin arttırılmasında kullanılabilir.[3-5] İçten yanmalı motorlarda ekserji analizi farklı parametrelere bağlı olarak birçok araştırmacı tarafından yapılmıştır. Rakapoulos ve Giakoumis (1996) altı silindirli, turboşarjlı ön yanma odalı dizel bir motora ikinci yasa analizini uygulamışlardır. Farklı hız, yük ve sıkıştırma oranları için motor kullanılabilirliği, tersinmezlikler ve motor verimi karşılaştırılması yapılmıştır. Köktürk (1999) içten yanmalı motorda enerji ve ekserji analizlerini değişik devirler için uygulayarak, her devire ait sistemin giriş ve çıkışındaki toplam ekserjileri (termomekaniksel ekserji + kimsayal ekserji) ve kayıp ekserjileri belirlemiştir. İçten yanmalı motorda ekserji kayıplarının eksoz gazları, soğutma suyu ve radyasyondan olduğunu öne sürmüştür. Caton (2000), içten yanmalı benzinli bir otomobil motoruna ekserji analizi uygulamıştır. Bu çalışmasında yük ve hız değişimine bağlı olarak yakıt kullanılabilirliği ve ekserji yok oluşunu incelemiştir. Al-Najem ve Diab (2003) yaptığı çalışmada bir dizel motoruna enerji ve ekserji analizi uygulayarak analiz sonuçlarına bağlı olarak motorda oluşan kayıpları karşılaştırmışlardır. Uçkun (2004) sabit devir için farklı yakıtlarla yapılan deney sonucu elde edilen verileri kullanarak dizel motor için ekserji analizi yapmıştır. Çalışmasında dizel motor için farklı yakıtların performansını ekserji analizi ile kıyaslamıştır. Yılbaşı (2007) dört silindirli bir dizel motorda biyodizel ve dizel no 2 kullanarak farklı motor hızları için enerji ve ekserji analizi uygulamıştır. Her bir hız için ekserji kayıpları belirleyip karşılaştırmıştır. En fazla ekserji kaybının egzoz gazlarından olduğunu tespit etmiştir. [6-12] Bu çalışmada, tek silindirli su soğutmalı bir dizel motorda yakıt olarak Dizel No 2 kullanılmıştır. Yapılan deneylerde motor torku, yakıt- su debileri ve sıcaklık değerleri farklı motor yükü ve hızları için ölçülmüştür. Bu veriler kullanılarak enerji ve ekserji analizi yapılmış ve motorun performansı değerlendirilmiştir. 2. TEORİ 2.1 Sistem tanımı: Deneyde kullanılan tek silindirli direkt püskürtmeli Ricardo Hydra marka dizel motorunun özellikleri Tablo-1’ de gösterilmiştir. Tablo 1: Deney motorunun bazı özellikleri Ricardo Hydra Model 1 Silindir Sayısı 80,26 Silindir Çapı (mm) 88,9 Strok (mm) 19.8 Sıkıştırma oranı 4500 d/d Maksimum devir Dizel No 2 yakıtı için bazı özellikler Tablo 2’de verilmiştir. Yapılan enerji ve ekserji analizinde dizel motoru sürekli rejimde açık sistem olarak ele alınmıştır. Çevre sıcaklığı 25 ℃ ve basıncı 100 kPa olarak kabul edilimiştir. Tablo 2: Dizel no-2 yakıtın bazı özellikleria Dizel No 2 43300 Alt ısıl değeri (kJ/kg) 85 Karbon kütlesi (%) Oksijen Kütlesi (%) Osmangazi Üniversitesi Kimya Mühendisliği Bölümünde ölçülmüştür. a Deney düzeneğinin şematik görünümü Şekil-1’ de gösterilmiştir. motor soğutma suyu 𝑇𝑠𝑔,2 ṁ y , ṁh dnamometre Motor 𝑇𝑠𝑔,1 ölçme ve kontrol paneli Te,1 Te,2 egzoz kalorimetresi Tks,1 Te,3 Tks,2 Şekil 1: Deney düzeneği şematik görünümü 𝑇0 2.2 Enerji Analizi Sürekli rejimde bir kontrol hacmi için genel kütle enerji denkliği sırasıyla aşağıdaki gibi yazılabilir. ∑ ṁ g = ∑ ṁ ç 𝑄̇ − 𝑊̇ = ∑ ṁ ç . ℎç − ∑ ṁ g . ℎ𝑔 (1) (2) Burada g indisi girişi, ç indisi çıkışı 𝑄̇ ısı geçişini ̇ 𝑊 gücü h ise entalpiyi göstermektedir. [2] Kontrol hacmine giren enerji akımı yakıtın kimyasal enerjisine eşittir. Yakıtın kimyasal enerjisi yakıtın alt ısıl değeri 𝐻𝑢 (kJ/kg) ve yakıtın kütlesel debisi 𝑚̇𝑦 (kg/s) kullanılarak aşağıdaki gibi hesaplanabilir.[13] 𝐸𝑦̇ = 𝑚̇𝑦 𝐻𝑢 (3) Motordan alınan net güç 𝜔 (rad/s) açısal hız ve 𝑇 (Nm) kullanılarak aşağıdaki gibi ifade edilebilir. 𝑊̇ = 𝜔𝑇 (4) Burada açısal hız ifadesi, 𝑛 (dev/dak) devir olmakla birlikte 𝜔 = 2𝜋𝑛 şeklinde formüle edilir. Kontrol hacminden ısı kaybı soğutma suyu, egzoz gazı ve radyasyonla olduğu kabulü ile toplam ısı kaybı aşağıdaki eşitliklerle elde edilebilir. (𝑄̇ = 𝑄̇𝑠𝑔 + 𝑄̇𝑒 + 𝑄̇𝑟 ) ̇ 𝐶𝑝𝑠 (𝑇𝑠𝑔,2 − 𝑇𝑠𝑔,1 ) 𝑄̇𝑠𝑔 = 𝑚𝑠𝑔 (5) 𝑄̇𝑠𝑔 soğutma suyu ile kontrol hacminden atılan ısı enerjisini (kW), 𝑚𝑠𝑔 ̇ soğutma suyu debisini (kg/s), 𝐶𝑝𝑠 Soğutma suyunun özgül ısısını (kJ/kgK), 𝑇𝑠𝑔,2 soğutma suyu motor çıkış sıcaklığını (K) ve 𝑇𝑠𝑔,1 soğutma suyu motor giriş sıcaklığını gösterir. 𝑄𝑒̇ = 𝑚̇ 𝑘 𝐶𝑝𝑠 (𝑇𝑘𝑠,2 −𝑇𝑘𝑠,1 ) (𝑇𝑒,2 −𝑇𝑒,3 ) (𝑇𝑒,1 − 𝑇0 ) (6) 𝑄𝑒̇ egzoz gazı ile kontrol hacminden atılan ısı enerjisini (kW), 𝑚̇ 𝑘 kalorimetre soğutma suyu debisini (kg/s), 𝐶𝑝𝑠 Kalorimetre suyunun özgül ısısını (kJ/kg K), 𝑇𝑘𝑠,2 kalorimetre soğutma suyu çıkış sıcaklığını (K), 𝑇𝑘𝑠,1 kalorimetre soğutma suyu giriş sıcaklığını (K), 𝑇𝑒,1 egzoz manifoldu çıkışındaki egzoz gazının sıcaklığını (K), 𝑇𝑒,2 egzoz gazının kalorimetreye giriş sıcaklığını (K), 𝑇𝑒,1 egzoz gazının kalorimetreden çıkış sıcaklığını (K), 𝑇0 çevre sıcaklığını (K)gösterir. [12] ̇ + 𝑄𝑒̇ ) 𝑄𝑟̇ = 𝐸𝑦̇ − 𝑊̇ − (𝑄𝑠𝑔 (7) 𝑄𝑟̇ kontrol hacminden radyasyonla atılan ısı enerjisini (kW) belirtmektedir. 2.3 Ekserji Analizi Sürekli rejimde bir kontrol hacmi için genel ekserji denkliği aşağıdaki gibi yazılabilir. 𝑋̇𝚤𝑠𝚤 − 𝑋̇𝑖ş + ∑ 𝑚̇𝑔 . 𝜓𝑔 − ∑ 𝑚̇ç . 𝜓ç − 𝑋̇𝑦𝑜𝑘 𝑜𝑙𝑎𝑛 = 0 (8) Burada 𝑋̇𝚤𝑠𝚤 ısı ile geçen ekserjiyi , 𝑋̇𝑖ş işle aktarılan ekserjiyi 𝑚̇ kütlesel debiyi, 𝜓 özgül akış ekserjisini, 𝑋̇𝑦𝑜𝑘 𝑜𝑙𝑎𝑛 ekserji yok oluşu (tersinmezlikleri) gösterir. [2] Soğutma suyu ile olan ısı geçişine eşlik eden ekserji geçişi; Ẋ sg = ∑ �1 − T0 Tsgo � Q̇ sg (9) şeklinde ifade edilir. Burada 𝑇𝑠𝑔𝑜 soğutma suyu giren ve çıkan sıcaklık değerlerinin ortalamasını ifade eder. (𝑇𝑠𝑔𝑜 = (𝑇𝑠𝑔1 + 𝑇𝑠𝑔2 )/2) şeklinde hesaplanır. [4] Radyasyon ile olan ısı geçişine eşlik eden ekserji geçişi; 𝑋̇𝑟 = ∑ �1 − 𝑇0 𝑇𝑚 � 𝑄̇𝑟 (10) Şeklinde hesaplanabilir. Burada 𝑇𝑚 motor yüzey sıcaklığıdır. Motor yüzey sıcaklığı Tm = 80 ℃ ölçülmüştür.[2] İş ile gerçekleşen ekserji geçişi motor gücüne eşit olacaktır. Ẋ iş = Ẇ = ωT (11) Ẋ g = Ẋ y = 𝑚̇𝑦 . 𝜓𝑦 (12) Kontrol hacmine giren ekserji akımını yakıtın kimyasal ekserjisi oluşturur. Giren ekserji; şeklinde hesaplanır. Burada özgül yakıt ekserjisi 𝜓𝑦 , aşağıdaki eşitlik ile ifade edilir. 𝜓𝑦 = 𝐻𝑢 . 𝜑 Eşitlikteki 𝜑 tanımlanır.[13] (13) kimyasal h ekserji o faktörü s olarak h φ = 1.0401 + 0.1728 + 0.0432 + 0,2169 �1 − 2.0628 � (14) c c c c Dizel No 2 yakıt için kütlesel h ve c oranları Tablo-1’ de verilmiştir. Egzoz gazı ekserjisi termomekaniksel ve kimyasal ekserjiden meydana gelir. Ẋ e = ∑ ṁ i ( 𝜓𝑡𝑚 + 𝜓𝑘𝑖𝑚 )i (15) Burada ṁ i egzoz gazı bileşenlerinin kütlesel debisini gösterir. Her bir bileşen için termomekanik ekserji, 𝜓𝑡𝑚 = (ℎ − ℎ0 ) − 𝑇0 (𝑠 − 𝑠0 ) (16) eşitliği ile hesaplanır. Burada ℎ, T sıcaklığında özgül enerjiyi, 𝑠 T sıcaklığında özgül entropiyi gösterir. 0 indisi ölü haldeki (çevre hali) özellikleri temsil etmek için kullanılmıştır.[13] Her bir bileşen için kimyasal ekserji, 𝑦𝑖𝑒 𝑃0 𝑃0 = 𝑅𝑢 𝑇0 𝑙𝑛 1 (17) 𝑦𝑖𝑒 Tablo 3: Çevre Tanımı Mol oranı (%) 75,6700 20,3500 0,0345 3,0300 0,0007 0,0002 0,9145 Referans madde 𝑁2 𝑂2 𝐶𝑂2 𝐻2 𝑂 𝐶𝑂 𝑆𝑂2 Diğer Ekserji yok oluşu ise; 𝑋̇𝑦𝑜𝑘 𝑜𝑙𝑎𝑛 = Ẋ y − (Ẋ iş + Ẋ sg + 𝑋̇𝑟 + Ẋ e ) 3. SONUÇLAR VE TARTIŞMA Bu çalışmada, tek silindirli su soğutmalı bir dizel motorunda Dizel no 2 kullanılarak enerji ve ekserji analizi yapılmıştır. Tam yükte farklı motor hızları için uygulanan enerji analizi sonuçları Tablo 3’de verilmiştir. Enerji analizinde motor kayıplarının soğutma suyu, egzoz gazları ve radyasyonla olduğu varsayılmıştır. 0,25 0,20 0,15 20 40 1500rpm 3000rpm 1800rpm 3300rpm (18) ifadesiyle hesaplanmıştır. 0,30 Enerji verimi 𝜓𝑘𝑖𝑚 = −𝑅𝑢 𝑇0 𝑙𝑛 eşitliğiyle ifade edilir. 𝑦𝑖𝑒 egzoz gazı bileşenlerinin çevredeki mol oranını ve 𝑅𝑢 evrensel gaz sabitidir. Çevre gazlarının mol oranları Tablo-2’ de verilmiştir.[11,13] 60 Motor Yükü 2100rpm 3600rpm 80 2400 rpm 3900rpm 100 2700rpm 4200rpm Şekil 2: Farklı motor hızları için motor yüküne bağlı enerji verimleri Ekserji verimi 0,25 0,20 0,15 20 40 1500rpm 3000rpm 1800rpm 3300rpm 60 Motor yükü 2100rpm 3600rpm 80 2400rpm 3900rpm 100 2700rpm 4200rpm Şekil 3: Farklı motor hızları için motor yüküne bağlı ekserji verimleri Enerji analizi sonuçları, motor devri ve yükü arttıkça motora giren yakıt miktarına bağlı olarak yakıt enerjisinin ve motor gücünün arttığını göstermektedir. Motor veriminin belirli bir devire kadar arttığı bu devirden sonra ise kayıpların artışına bağlı olarak verimin düştüğü gözlenmiştir. Maksimum güç değeri 3900 d/d’da tam yükte 7,65 kW, minimum güç değeri 1500 d/d’da %20 motor yükünde 0,93 kW olarak hesaplanmıştır. Ayrıca Şekil 2’ deki motor verimi değerleri incelendiğinde düşük hızlarda motorun düşük yüklerde çalıştırılmasının daha uygun olduğu saptanmıştır. Şekil-2’de farklı motor hızları için 5 farklı motor yüküne bağlı enerji verimleri karşılaştırılmıştır. Yapılan analiz sonucu maksimum enerji verimi 2100 d/d’da %80 doluluk için 0,3 olarak hesaplanmıştır. Minimum enerji verimi ise 2100 d/d’da %20 doluluk oranında 0,146 olarak bulunmuştur. Şekil-3’de farklı motor hızları için 5 farklı motor yüküne bağlı ekserji verimleri karşılaştırılmıştır. Yapılan ekserji analizi sonucu maksimum ekserji verimi 2100 d/d’da %80 doluluk için 0,28 olarak hesaplanmıştır. Minimum ekserji verimi ise 2100 d/d’da %20 doluluk oranında 0,136 olarak bulunmuştur. %20 %40 %60 %80 % 100 8 Güç ( kW ) 7 6 5 4 3 2 1 1500 2000 2500 3000 Motor devri 3500 4000 4500 Şekil 4: farklı motor hızları için motor yüküne göre güç değişimi Soğutma suyu ile atılan enerji oranı egzoz gazı atılan ısı enerjisi oranı 40 25 % yakıt enerjisi % yakıt enerjisi 35 15 5 -5 30 20 10 0 20% 40% 60% 80% 100% Şekil 5: Farklı motor yüklerine bağlı soğutma suyu ile atılan ısı Şekil 5’te farklı motor yükleri ve hızları için soğutma suyu ile atılan ısı oranı yüzde olarak gösterilmiştir. Soğutma suyu ile atılan ısı enerjisi ortalama % 13-15 aralığında hesaplanmıştır. Soğutma suyu ile olan ısı kaybı oranları genel olarak düşük motor hızlarında yüksektir. Motor hızı ile beraber soğutma suyu kaynaklı ısı kaybı oranı azalma eğilimine girer. % yakıt enerjisi 50 radyasyonla atılan ısı enerjisi oranı 40 30 20 10 0 20% 40% 60% 80% 100% 20% 60% 80% 100% Şekil 7: Farklı motor yüklerine bağlı egzoz gazı ile atılan ısı enerjisi Şekil 7’de farklı motor yükü ve hızına göre egzoz gazı ile atılan ısı oranı yüzdeler halinde gösterilmiştir. Egzoz gazı ile atılan ısı oranı ortalama olarak % 29-30 civarında hesaplanmıştır. Egzoz gazı ile atılan ısı oranının 2700 ve 3000 devirlerinde en yüksek değerlere ulaştığı diğer devirlerde birbirine yakın seviyelerde olduğu görülmektedir. Motor hızına ve yüküne bağlı soğutma suyu, radyasyon ve egzoz gazı vasıtasıyla aktarılan ekserji oranları Şekil 7, Şekil 8 ve Şekil 9’ da gösterilmiştir. Şekil 7 incelendiğinde, soğutma suyu ile kaybolan ekserji oranının düşük devir sayılarında yüksek olduğu, devir sayısı arttıkça bu oranın düşme eğiliminde olduğu görülmektedir. Soğutma suyu ile atılan ısı oranı da aynı eğilimi gösterdiği için bu sonucun gözlenmesi olağandır. Ortalama olarak soğutma suyu ile kaybolan ekserji oranının % 1-2 seviyelerinde olduğu tespit edilmiştir. Şekil 6: Farklı motor yüklerine bağlı radyasyon ile atılan ısı 4 % yakıt ekserjisi Motordaki kayıpların daha iyi kavranması için Şekil 5’ te radyasyonla olan ısı atılımı oranı yüzde olarak gösterilmiştir. Radyasyonla atılan ısı enerjisi oranı ortalama % 34-35 aralığında belirlenmiştir. Radyasyon ile atılan ısının yüksek devirlerde artma eğiliminde olduğu Şekil 6’da görülmektedir. 40% soğutma suyu ile aktarılan ekserji 3 2 1 0 20% 40% 60% 80% 100% Şekil 8: farklı motor yüklerine bağlı soğutma suyu ile aktarılan ekserji 8 radyasyonla atılan ısı ile aktarılan ekserji 6 ekserji yok oluşu 70 60 50 40 30 20 10 0 4 2 20% 0 40% 60% 80% 100% Şekil 9: Farklı motor yüklerine bağlı radyasyon ile aktarılan ekserji Şekil 10’ da egzoz gazı ile ekserji kaybı oranı için 2100 devirde bütün yüklerde ani bir artış gözlenmiştir. Bu değerden sonra egzoz enerjisi kayıp oranlarına bağlı olarak 2700 ve 3000 devirlerinde egzoz gazı ile ekserji kaybı oranlarının yüksek olduğu diğer hızlarda ise birbirine yakın değerlerde olduğu tespit edilmiştir. Ortalama egzoz gazı ile ekserji kaybı %18-19 civarında hesaplanmıştır. Egzoz gazı ile ekserji kaybının diğer ekserji kayıplarına göre yüksek oranlarda olduğu grafiklerden de açık olarak görülmektedir. 30 25 20 15 10 5 0 40% 60% 80% 100% Şekil 11: Farklı motor yüklerine bağlı ekserji yok oluşu 20% % yakıt ekserjisi % yakıt ekserjisi % yakıt ekserjisi Şekil 9 göz önünde bulundurularak, radyasyonla kaybolan ekserji oranının yüksek devirlerde artma eğiliminde olduğu saptanmıştır. Radyasyon ile kaybolan ekserji oranının ortama değeri %5-6 olarak hesaplanmıştır. egzoz gazları ile aktarılan ekserji Ekserji analizi ile ısı ve kütle geçişi sırasındaki ekserji yok oluşu hesaplanmıştır. Şekil 11’de görüldüğü üzere ekserji yok oluşları hemen hemen aynı oranlarda olmasına rağmen genel olarak yüksek motor yüklerinde ekserji yok oluşları daha düşüktür. Ekserji yok oluşu oranlarının yüksek olmasının sebebi yanma sürecindeki tersinmezlik değerlerinin büyüklüğüdür. Ekserji analizine göre maksimum ekserji yok oluşu oranı 2100 d/d’ da %20 yükte % 63,79 olarak hesaplanmıştır. Minimum ekserji yok oluşu oranı ise 3000 d/d’da % 60 yükte % 46,02 olarak elde edilmiştir. Sonuç olarak yukarıdaki değerlendirmeler göz önüne alındığında, enerji ve ekserji verimleri için düşük hızlarda motorun düşük yüklerde çalıştırılmasının daha uygun olduğu saptanmıştır. Güç verileri incelendiğinde motordan 3900 devirde tam yükte 7,65 kW güç alındığı görülmüştür. Ayrıca 3600 devirde tam yük haricindeki bütün yüklerde güç maksimum değerdedir. Ekserji yok oluş oranları incelendiğinde en düşük ekserji yok oluşunun 3000 devirde % 60 yükte % 46 değerinde olduğu görülmüştür. Optimum çalışma şartları belirlenirken enerji analizinin yanında ekserji analizinin de yapılması tavsiye edilir. Kaynaklar 20% 40% 60% 80% 100% Şekil 10: Farklı motor yüklerine bağlı egzoz gazı ile aktarılan ekserji [1] Türkiye’de Enerji ve Geleceği İTÜ Görüşü, İTÜ, 2007 [2] Cengel, Y., Boles, M., 2008, “Thermodynamics: an engineering approach” 6th ed. NewYork: McGraw-Hill Inc. [3] Dincer, I., Rosen, M., 2005 “Thermodynamic aspects of renewablesand sustainable development” Renewable and Sustainable Energy Reviews 9 (169– 189). [4] Erbaş, Y., 2006, “Su soğutmalı bir benzin motorunda sıkıştırma oranı değişiminin birinci ve ikinci kanuna göre analizi”, Yüksek Lisans Tezi, Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Sakarya. [5] Topaç, B., 2008, “Kimyasal ekserji hesaplama yöntemlerinin petrol türevi hafif yakıtlara uygulanması”, Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul. [6] Rakopoulos, C.D. and Giakoumis, E.G., 2006,“Second-law analyses applied to internal combustion engines operation”, Progress in Energy and Combustion Science 32 (2–47), [7] Rakopoulos, C.D. and Giakoumis, E.G., 1997, “Speed and load effects on the availability balances and irreversibilities production in a multicylinder turbocharged diesel engine”, Applied Thermal Engineering 17 (299-313). [8] Kopac, M., Kokturk, L., 2005, “Determination of Optimum Speed of AnInternal Combustion Engine by Exergy Analysis”, Int J Exergy. [9] Caton J., 2000 ,“Operating Characteristics of a Spark-Ignition Engine Using the Second Law of Thermodynamics: Effects of Speed and Load”, SAE Technical Paper 2000-01-0952. [10] Al-Najem, NM, Diab, JM., 1992, “Energy– exergy analysis of a dieselengine”, Heat Recov Syst CHP 9, (12:525), . [11] Uçkun, E., 2004, “Biyodizel yakıtı kullanan bir Dizel motorun optimizasyonu”, Yüksek Lisans Tezi, Kocaeli Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kocaeli. [12] Yılbası, Z., 2007, “Bir Dizel motorun performansının ekserji analizi ile belirlenmesi”, Bilim Uzmanlığı Tezi, Zonguldak Karaelmas Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Zonguldak. [13] Çalışkan, H., 2009 , “İçten yanmalı motorlarda ekserji analizi”, Yüksek Lisans Tezi, Eskişehir Osmangazi Fen bilimleri Enstitüsü, Eskişehir.
© Copyright 2024 Paperzz
