T.C.
SELÇUK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ
ASPĠR BĠYODĠZELĠNĠN VE MOTORĠNLE KARIġIMLARININ TEK SĠLĠNDĠRLĠ BĠR
DĠZEL MOTORDA YAĞLAMA YAĞINA ETKĠLERĠNĠN BELĠRLENMESĠ
Abdullah Engin ÖZÇELĠK DOKTORA TEZĠ
Tarım Makinaları Anabilim Dalı
Ekim-2011 KONYA Her Hakkı Saklıdır
iv ÖZET
DOKTORA TEZĠ
ASPĠR BĠYODĠZELĠNĠN VE MOTORĠNLE KARIġIMLARININ TEK SĠLĠNDĠRLĠ BĠR DĠZEL MOTORDA YAĞLAMA YAĞINA ETKĠLERĠNĠN
BELĠRLENMESĠ
Abdullah Engin ÖZÇELĠK
Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Tarım Makinaları Anabilim Dalı DanıĢman: Prof. Dr. Hüseyin ÖĞÜT
2011, 107 Sayfa Jüri
DanıĢmanın Prof. Dr. Hüseyin ÖĞÜT Prof. Dr. Kamil ALĠBAġ
Prof. Dr. Fikret DEMĠR Prof. Dr. Kazım ÇARMAN
Doç. Dr. Hidayet OĞUZ
Bu çalıĢmada, Aspir Biyodizeli (Aspir Yağı Metil Esteri) üretimi transesterifikasyon yöntemi ile gerçekleĢtirilmiĢtir. Aspirden elde edilen biyodizel yakıtı motorinle %2 (B2) ve %20 (B20) oranında karıĢtırılmıĢtır. KarıĢımlar sonucunda elde edilen B2, B20, B100 ve motorin yakıtlarının viskozitesi, yoğunluğu, su miktarı, ısıl değeri, parlama noktası, bulutlanma, donma ve akma noktası, kül miktarı, bakır çubuk korozyonu testi ve CFPP (STFN) testi yapılmıĢtır.
B2, B20, B100 ve motorin yakıtlarıyla dört zamanlı, tek silindirli, su soğutmalı, direk püskürtmeli yakıt sistemine sahip bir dizel motorda performans ve emisyon değerleri belirlenmiĢtir. Her yakıtta motor, kısmi yük altında 100 saat çalıĢtırılmıĢ ve belirli saatlerde motor yağlama yağından numuneler alınmıĢtır. Motor yağlama yağından alınan bu numunelerin, aĢınma elementleri olan demir, alüminyum, kurĢun, bakır ve krom durumlarına bakılmıĢtır.
Ortalama değerlere bakıldığında en yüksek tork değeri 1400 1/min devrinde motorin yakıtında, en yüksek motor gücü değerleri bütün yakıtlarda 2000 1/min‟da, en düĢük özgül yakıt tüketimi ise 1800 1/min‟da elde edilmiĢtir.
Bütün yakıtlardaki egzoz emisyonları incelendiğinde, CO emisyonlarında ki maksimum azalma B100 yakıtı ile 1300 1/minakika‟da % 55,02 oranında elde edilmiĢtir. Sonuçlara göre motorin yakıtının CO2 emisyonu değerleri genel olarak B2, B20 ve B100 yakıtlarının değerlerine göre düĢük çıkmaktadır.
En düĢük HC değeri 2300 1/min‟da motorin yakıtında 1 ppm ölçülmüĢtür. Sonuçlara göre B100 yakıtının SO2 değeri en düĢük çıktığı görülmektedir. En yüksek O2 emisyonu değeri 1400 1/min‟da motorin
yakıtında görülmüĢtür. Ortalama değerlere bakıldığında B100 yakıtının NOx değerleri motorin yakıtının
değerlerine göre %50 oranında artmıĢtır.
Motor yağlama yağından alınan numunelerin analizi sonucunda, yağlama yağının motor çalıĢma saati arttıkça incelmesine paralel olarak, çalıĢmada kullanılan bu numuneler için aĢınma ürünlerinde de artıĢlar gözlenmiĢtir. ICP yağ analizleri sonuçları incelendiğinde motordaki aĢınmaların en önemli göstergelerinden olan yağlama yağı içerisindeki aĢınma ürünlerinden demir, kurĢun, alüminyum, krom ve bakır miktarı, biyodizel ve karıĢımlarının kullanımında motorin yakıta nazaran daha fazla arttığı, ancak yine de kabul edilebilir limit değerler içerisinde kaldığı görülmüĢtür.
Anahtar Kelimeler: Aspir, biyodizel – motorin karıĢımları, motor performansı, egzoz emisyonu, motor yağlama yağı, motor aĢınma elementleri
v ABSTRACT
Ph. D THESIS
DETERMINATION OF THE EFFECTS OF SAFFLOWER BIODIESEL AND ITS BLENDS WITH DIESEL FUEL ON LUBRICATING OIL IN A SINGLE
CYLINDER DIESEL ENGINE Abdullah Engin ÖZÇELĠK
THE GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCE OF SELÇUK UNIVERSITY
THE DEGREE OF DOCTOR OF PHILOSOPHY IN AGRICULTURAL MACHINERY
Advisor: Prof. Dr. Hüseyin ÖĞÜT 2011, 107 Pages
Jury
Advisor Prof. Dr. Hüseyin ÖĞÜT Prof. Dr. Kamil ALĠBAġ
Prof. Dr. Fikret DEMĠR Prof. Dr. Kazım ÇARMAN Assoc.Prof.Dr. Hidayet OĞUZ
In the present study, Safflower Biodiesel (Safflower Oil Methyl Ester) production was performed through transesterification. The biodiesel fuel obtained from safflower was blended with diesel fuel at rates of 2% (B2) and 20% (B20). Kinematic viscosity, density, water content, heating value, flash point, clouding, freezing and pour point, ash content, copper strip corrosion and Cold Filter Plug Point (CFPP) tests were performed on B2, B20, B100 fuel blends and diesel fuel.
Performance and emission values of B2, B20, B100 fuel blends and diesel fuel were determined on a four stroke, single cylinder, water cooled diesel engine with a direct injection fuel system. With each fuel, the engine was operated at partial load for 100 hours and samples were taken from the engine lubricating oil predetermined hour intervals. The wear elements iron, aluminum, lead, copper and chromium contents of the samples taken from the engine lubricating oil were examined.
When the average values are examined, it was seen that maximum torque value was obtained at 1400 rpm with diesel fuel, maximum engine power values were obtained at 2000 rpm with all fuels, and the lowest specific fuel consumption was obtained at 1800 rpm.
The evaluation of the exhaust emissions with all fuels showed that the maximum decrease in CO emissions was obtained as 55.02% with B100 fuel at 1300 rpm. The results showed that CO2 emission
values of diesel fuel were generally lower compared to that of B2, B20 and B100 fuels. The lowest HC value was measured as 1 ppm at 2300 rpm with diesel fuel. The results showed that the lowest SO2 value
was obtained with B100 fuel. The highest O2 emission value was observed with the use of diesel fuel at
1400 rpm. When the average values were observed, it was seen that NOx values of B100 fuel increased at
a rate of 50% compared to that of diesel fuel.
As the result of the analyses of the samples taken from the engine lubricating oil, increases were observed in engine wear elements for the samples used in the study in parallel with the thinning of the engine oil as the operating time increased. When the results of the ICP oil analyses were examined, it was observed that of the engine wear elements, the amount of iron, lead, aluminum, chromium and copper, which are among the most important indicators of engine wear, increased more with the use of biodiesel blends compared to the case of diesel fuel, but still remained within the acceptable limit values.
Key Words: Safflower, Biodiesel – diesel fuel blends, Engine performance, Exhaust emission, Engine lubricating oil, Engine wear elements
vi ÖNSÖZ
Petrol arzının sürekli var olacağı hakkındaki yaygın kanaatin yavaĢ yavaĢ yok olmasından sonra, biyoyakıtlar sürdürebilirliğe katkı sağlama bağlamında dikkate değer bir önem kazanmıĢtır. Özellikle 2000‟li yıllarda, dünya çapında artan çevresel duyarlılığa paralel biçimde, biyoyakıtlar sadece enerji sektöründe değil aynı zamanda çevresel konular ve tarım sektöründe de ortaya çıkan sorunların üstesinden gelecek yeni bir politik araç olarak görülmektedir. Biyoyakıtlar çevre için sera etkisi yaratmadığı gibi doğal karbon döngüsüne de sahiptirler. Bu nedenle özellikle Avrupa Birliği‟nde Kyoto Protokolü‟nün gereklerinin yerine getirilmesi konusundaki çalıĢmalar kapsamında öncelikli olarak ele alınmaktadır.
Günümüzde yaygın olarak kullanılan biyoyakıtlardan birisi de, yenilenebilir, çevreci bir dizel yakıtı olan biyodizeldir. Biyodizel bitkisel yağlardan, hayvansal yağlardan ve atık kızartma yağlarından katalizör ve alkollerle reaksiyon sonucu üretilen, doğa dostu yönüyle öne çıkan alternatif bir yakıttır.
Bu tez çalıĢmasına beni yönlendiren, çalıĢmamın gerçekleĢmesi için gerekli ortamın hazırlanmasında, sonuca ulaĢmasında ve karĢılaĢılan güçlüklerin aĢılmasında yardımlarını esirgemeyen DanıĢman Hocam Prof. Dr. Hüseyin ÖĞÜT‟e sonsuz teĢekkürlerimi sunarım.
Tez çalıĢmasının deneysel kısmında yardımcı olan Prof. Dr. Abdurahman AKTÜMSEK‟e, Prof. Dr. Kadir AYDIN‟a, Doç. Dr. Hidayet OĞUZ‟a, Yrd. Doç. Dr. Tanzer ERYILMAZ‟a, Öğr.Gör. Ergün ÇITIL‟a, Öğr.Gör. Mehmet Hakan ÇOLPAN‟a, ArĢ.Gör. Seda BACAK‟a, ArĢ.Gör. Fatma Gökmen YILMAZ‟a, Uzm. Ġlker AKIN‟a, Uzm. Ali KAHRAMAN‟a, Zir.Yük.Müh. Öznur YALÇIN‟a ve Teknisyen Fevzi DUMAN‟a çok teĢekkür ederim. Bu çalıĢma sırasında her zaman yanımda olan Prof. Dr. Mustafa ACAROĞLU‟na, Yrd. Doç. Dr. Hasan AYDOĞAN‟a, ArĢ. Gör. Hüseyin KÖSE‟ye teĢekkürlerimi sunarım.
Son olarak her zaman maddi ve manevi yönden destek sağlayan ve varlıkları ile hep yanımda olan aileme sonsuz sevgi, saygı ve teĢekkürlerimi sunarım.
Abdullah Engin ÖZÇELĠK KONYA-2011
vii ĠÇĠNDEKĠLER ÖZET ... iv ABSTRACT ... v ÖNSÖZ ... vi ĠÇĠNDEKĠLER ... vii SĠMGELER VE KISALTMALAR ... ix 1. GĠRĠġ ... 1 1.1. Biyodizel ... 5
1.1.1. Bitkisel Yağların Yakıt Özelliklerini ĠyileĢtirme Yöntemleri ... 6
1.1.2. Motor Yakıtı Olarak Biyodizel ... 6
1.1.3. Biyodizel Üretimi ve ÇeĢitleri ... 8
1.1.4. Biyodizel ile Ġlgili Standartlar ... 11
1.1.5. Dünyada Biyodizel Üretimi ve Kullanımı ... 13
1.1.6. Türkiye‟de Biyodizel ... 15
1.2. Aspir (Carthamus tinctorius L.) ... 16
1.2.1. Aspir Yağı‟nın Kimyasal ve Fiziksel Özellikleri ... 19
1.3. Motorlarda yağlama ve yağlama yağının görevleri ... 20
1.3.1. Madensel (mineral) yağlar ... 22
1.3.2. Sentetik yağlar ... 25
1.3.3. Yarı Sentetik Yağlar ... 26
1.3.4. Motorlarda aĢınmaya etken faktörler ... 26
1.3.5. Motorlarda Yağlama ġekilleri ... 27
1.3.6. Yağ filtre sistemleri ... 29
1.3.7. Yağ pompaları ... 31
1.3.8. Yağ Kirlenmesi (Eskimesi) ... 31
1.3.9. Yağ DeğiĢimi ve Yağ Ġlavesi ... 32
1.3.10. Yağ Tüketimi ... 33
1.3.11. AĢınma Ürünleri ... 34
2. KAYNAK ARAġTIRMASI ... 36
2.1. Aspir bitkisi konusunda yapılan çalıĢmalar ... 36
2.2. Biyodizel ve motor performansı ile egzoz emisyonlarına etkisi konusunda yapılan çalıĢmalar ... 37
2.3. Motor yağlama yağı ve konusunda yapılan çalıĢmalar ... 40
3. MATERYAL VE METOT ... 46
3.1. Materyal ... 46
3.1.1. Hidrolik Dinamometre ... 47
3.1.2. Manyetik Pick-Up ... 48
3.1.3. S Tipi Load Cell ... 49
viii
3.1.5. Kontrol Paneli ... 51
3.1.6. Egzoz Emisyon ölçüm cihazı ... 51
3.1.7. Yoğunluk ölçüm cihazı ... 52
3.1.8. Kinematik viskozite ölçüm cihazı ... 53
3.1.9. Parlama noktası tayin cihazı ... 54
3.1.10. Su içeriği tayin (Karl-Fischer titrasyon) cihazı ... 54
3.1.11. Bakır Ģerit korozyonu test cihazı ... 55
3.1.12. Soğuk filtre tıkanma noktası (SFTN) tayin cihazı ... 56
3.1.13. Bulutlanma ve akma noktası test cihazı ... 56
3.1.14. Kalorimetre cihazı ... 57
3.1.15. Otomatik renk ölçüm cihazı ... 58
3.1.16. Homojenizatör ... 59
3.1.17. Laboratuar tipi karıĢtırıcı ... 59
3.1.18. pH metre ... 60
3.1.19. Hassas terazi ... 60
3.1.20. Kronometre ... 60
3.1.21. Termometre ... 61
3.1.22. ICP-MS cihazı (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry) ... 61
3.1.23. Gaz kromatografisi cihazı ... 62
3.1.24. Metil alkol (Metanol) ... 62
3.1.25. Katalizör ... 63
3.1.26. Pilot biyodizel üretim tesisi ... 63
3.2. Metot ... 65
3.2.1. Aspir yağı metil esteri (AME) ve Aspir yağının yağ asitleri bileĢimi ... 66
3.2.2. Aspir yağı metil esterinin (AYME) üretilmesi ... 69
3.2.3. B2 ve B20 yakıt karıĢımlarının hazırlanması ... 70
3.2.4. Deneylerde Kullanılan Aspir yağı, Aspir yağı metil esterinin (B100), B20, B2 ve motorin yakıtlarının analizleri ... 71
3.2.5. Motor Performans Deneyleri ... 72
4. ARAġTIRMA SONUÇLARI VE TARTIġMA ... 75
4.1. Motor Momenti Değerlerinin KarĢılaĢtırılması ... 75
4.2. Efektif Güç DeğiĢimlerinin KarĢılaĢtırılması ... 76
4.3. Özgül Yakıt Tüketimi Değerlerinin KarĢılaĢtırılması ... 77
4.4. Karbon monoksit (CO) Emisyonu Değerleri ... 78
4.5. Karbondioksit (CO2) Emisyonlarının Değerleri ... 79
4.6. Hidrokarbon (HC) Emisyonlarının Değerleri ... 80
4.7. Kükürtdioksit (SO2) Emisyonlarının Değerleri ... 81
4.8. Oksijen (O2) Emisyonlarının Değerleri ... 82
4.9. Azotoksit (NOx) Emisyonlarının Değerleri ... 82
4.10. Motor yağlama yağının analiz sonuçları ... 84
5. SONUÇLAR VE ÖNERĠLER ... 91
ix
SĠMGELER VE KISALTMALAR
Simgeler
Al : Alüminyum
B : Saatlik Yakıt Tüketimi be : Özgül Yakıt Tüketimi C : Karbon C14H30 : Motorin C27H5O6 : Aspir biyodizeli CO2 : Karbondioksit Cr : Krom Cu : Bakır D : Çap
F : Hidrolik Güç Frenin Moment Kolu Üzerinden Teraziye Uyguladığı Kuvvet
Fe : Demir
H : Strok
HC : Hidrokarbon
KOH : Potasyum Hidroksit
L : Hidrolik Frenin Moment Kolu Uzunluğu Md : Motor Döndürme Momenti
Na : Sodyum
NaOH : Sodyum Hidroksit Ne : Efektif Motor Gücü NOx : Azot oksit P : Fosfor Pb : KurĢun Pe : Efektif güç SO2 : Kükürtdioksit SOx : Kükürtoksit : Açısal Hız n : Devir Kısaltmalar
AÖN : Alt Ölü Nokta
ASTM : American Society for Testing and Material API : American Petroleum Institute
AYME : Aspir Yağı Metil Esteri
DIN : Deutsches Institut für Normung DPT : Devlet Planlama TeĢkilatı
FAO : Food and Agriculture Organization ICP : Inductively Coupled Plasma
ICP-MS : Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry ISO : International Organization for Standardization KTYME : Keten Tohumu Yağı Metil Esteri
LD : Lombardini
LPG : SıvılaĢtırılmıĢ Petrol Gazı ÖTV : Özel Tüketim Vergisi
x REN : Renewable Energy
RME : Kolza Metil Esteri
ROME : Pirinç Kabuğu Metil Esteri SAE : Society of Automotiv Engineers SFTN : Soğukta Filtre Tıkama Noktası TBMM : Türkiye Büyük Millet Meclisi TSE : Türk Standartları Enstitüsü ÜÖN : Üst Ölü Nokta
YAME : Yağ Asidi Metil Esteri YHME : Yabani Hardal Metil Esteri
1. GĠRĠġ
Enerji, insanoğlunun ihtiyaçlarını karĢılamada gereksinim duyduğu en önemli olgudur ve ekonomik kalkınmanın bir lokomotifidir. Bugün kiĢi baĢına düĢen enerji tüketim miktarı kalkınmıĢlığın ölçüsü olarak kabul edilmektedir. Dünyada enerji ihtiyacı, meydana gelen sanayileĢme ve hızlı nüfus artıĢı nedeniyle giderek artmakta ve gittikçe büyüyen bir enerji açığı ortaya çıkmaktadır. Neredeyse bütün toplumlar enerji sorunu ile karĢı karĢıya kalmakta ve enerji, ülke politikalarında önemli bir olgu haline gelmektedir. Enerjiyi üretmek kadar, üretilen enerjiden verimli Ģekilde faydalanmak da artık ülkelerin önemli konularından biri haline gelmiĢtir. ġekil 1.1‟de Dünya enerji ihtiyacı arz talebi yıllara göre görülmektedir (Gül, 2006).
ġekil 1.1. Dünya Enerji Ġhtiyacı Arz ve Talebi - Yıllara Göre (1980 - 2040)
Birincil enerji kaynakları içinde en fazla paya sahip fosil yakıtların dünya geneline dengesiz bir Ģekilde dağılmıĢ olması bazı ülkeleri dezavantajlı konuma ve avantajlı ülkelere de bağımlı hale getirmiĢtir. Bu bağımlılık enerji talebindeki artıĢla birlikte her geçen gün daha da pekiĢmektedir. Bundan dolayı günümüzde artık ülkeler önce kendi öz enerji kaynaklarını değerlendirmenin yollarını arama, dıĢ ülkelere bağımlılığı azaltma ve arz güvenliğinin sağlamak için enerji kaynaklarını çeĢitlendirme yoluna gitmektedir (Anne, 2010).
ġekil 1.2‟de birincil enerji kaynaklarının dünya genelinde tüketiminin yıllara göre dağılım oranları ve artıĢları gösterilmektedir. 1983 yılında toplam enerji tüketimindeki petrol oranı % 42,24 iken bu oran 2008 yılında %15,48‟lik bir azalma göstererek %35,7‟e gerilemiĢtir. Buna karĢın toplam enerji tüketimindeki doğalgaz ve nükleer enerji tüketimi oranlarında 1980 verilerine göre sırasıyla %14,76 ve %79,73 oranında artıĢ olmuĢtur. Yenilenebilir enerji tüketiminde herhangi bir değiĢim gözlenmemektedir ve genel tüketim içinde çok küçük bir paya sahip olduğu görülmektedir (ReĢitoğlu, 2010).
Yıllar
ġekil 1.2. Dünya birincil enerji tüketiminin yıllara göre dağılımı
Ġnsanlığın refah seviyesinin hızlı artıĢı da fosil yakıtların kullanılması ile mümkün olmuĢ fakat sanayinin geliĢmesinin, hava ve çevre kirliliğini de beraberinde getirmesine yine bu yakıtlar sebep olmuĢtur (Acaroğlu ve ark., 2010). Günümüzde dünyanın en önemli çevre sorunu olarak bilinen, sera etkisinden kaynaklanan global ısınma, yanma sonucu ortaya çıkan baĢta CO emisyonu olmak üzere, SOx ve NOx gibi zararlı emisyonların bir sonucudur (Sekmen, 2007). Son yıllarda fosil yakıtların çevreye ve insan sağlığı üzerine olumsuz etkileri kanıtlanmıĢtır. Fosil yakıtların kullanımının olumlu ve olumsuz etkileri yanında en önemli sorun tükenmekte olmasıdır (GümüĢ ve Atmaca, 2008). Dünyadaki enerji talebi ile nüfus artıĢ hızlarının geçen yüz elli yıllık geliĢimi değerlendirildiğinde, enerji tüketiminin nüfusa oranla daha hızlı arttığı sonucu ortaya çıkmaktadır (Benjumea ve ark., 2011). Artan enerji ihtiyacını karĢılayabilme potansiyeline sahip olmayan birincil enerji kaynaklarına ek olarak yeni enerji
teknolojilerinin geliĢtirilmesinin gerekliliği açıkça görülmektedir. Ülkeler, var olan kaynakların uygun Ģekilde kullanımının yollarını ararken, aynı zamanda doğal kaynaklarına, iklim Ģartlarına ve geliĢmiĢlik düzeylerine bağlı olarak yeni ve yenilenebilir enerji kaynaklarına dayalı araĢtırma ve uygulama çalıĢmalarını hızlandırmıĢlardır (Sinha ve Agarwal, 2007).
Biyokütle yeĢil bitkilerin güneĢ enerjisini fotosentez yolu ile kimyasal enerjiye dönüĢtürerek depolaması sonucu oluĢan biyolojik kökenli madde kütlesidir. Ana bileĢenleri, karbonhidrat bileĢikleri olan bitkisel veya hayvansal kökenli tüm doğal maddeler biyokütle enerji kaynağı, bu kaynaklardan elde edilen enerji ise, biyokütle enerjisi olarak tanımlanmaktadır (Tziourtzioumis ve ark., 2009). Biyokütle enerjisi bol güneĢ alan ve geniĢ tarım alanlarına sahip ülkemiz için gelecek vaat etmektedir. Bu enerji çeĢitlerinden, bitkisel ya da hayvansal yağ kökenli olan biyodizel, en fazla gündemde olanıdır. Tarım ülkesi olan ülkemiz için biyodizel öncelikli bir seçenektir. Kırsal kesimin ekonomik yapısının güçlenmesi ve iĢ imkânlarının yanı sıra yan sanayinin de geliĢmesine katkıda bulunacaktır.
Biyodizelin stratejik konumu da göz ardı edilemez bir durumdur. Biyodizel bitkisel, hayvansal ve atık yağlardan üretilebilmektedir. Biyodizel, dizel motorlarında motorinle karıĢım oranlarında ve %100 olarak herhangi bir modifikasyona gerek duyulmadan kullanılabilir (Özesen ve Çanakçı, 2008). Biyodizel, dizel motor yanma verimini ve emisyon oluĢumunu olumsuz yönde etkileyen kükürtü, aromatik hidrokarbonları, metalleri ve ham petrol artıklarını bünyesinde içermez. Bu açıdan düĢünüldüğünde dizel yakıtına göre daha ekolojik bir yapıya sahiptir (Yücel, 2008).
Diğer bir yandan, teknolojinin geliĢmesiyle modern ihtiyaçlar petrolü motor yağı kaynağı haline getirmiĢtir. Petrolün çeĢitli iĢlemlerden geçirilmesiyle elde edilen motor yağları genel olarak, hareket halindeki iki yüzey arasında ince bir film tabakası oluĢturarak yüzeyleri birbirinden ayrı tutmayı sağlar ve böylece sürtünmeler en aza indirilir. Motor yağı zaman içerisinde, oksidasyon nedeni ile ya da yanma ürünlerinin kirletmesiyle iĢlev göremez hale gelmektedir (Agarwal, 2005).
Motor yağlarından öncelikle beklenen özellik aĢınmayı mümkün olduğunca engelleyip motoru korumasıdır. Ancak zamanla yüksek sıcaklık ve yanma artıkları gibi kirleticiler nedeniyle oksidasyona uğrayarak bozulan motor yağları koruyucu etkilerini yitirmektedir. Bu süreç kullanım Ģartları ile yakıt ve hava gibi dıĢ etkenlere doğrudan bağlı olduğundan üreticiler her türlü koĢulda güvenli olacak oldukça toleranslı yağ
değiĢim periyotları önermektedirler (Kara, 2007). Ancak gereğinden daha sık gerçekleĢtirilen yağ değiĢimleri araç ömrü boyunca önemli bir maliyet oluĢturmaktadır.
Ayrıca fazla motor yağı kullanımı, oluĢturduğu atıklar sonucu çevreyi de olumsuz yönde etkilemektedir. Bunun yanında geliĢen teknoloji hem motorların hem de yağların üretim kalitesini iyileĢtirmekte ve kullanım ömürlerini arttırmaktadır. Ancak motor ömrü açısından, yağ değiĢim periyodunun aĢırı arttırılması aĢınma sonucu büyük hasarlara sebep olabilmektedir. Bu bilgiler ıĢığında içten yanmalı motorlarda optimum yağ değiĢim periyodunun belirlenmesi büyük önem kazanmaktadır. Optimum yağ değiĢim periyodu, aracın yağ değiĢim maliyetleri ile motorun revizyon maliyetlerinin birleĢmesinden oluĢan toplam maliyetin en düĢük olduğu noktadır. Bu optimum değiĢim aralığının üzerindeki değerlerde artan aĢınma nedeniyle motor bakım masrafları çok artmakta, altındaki değerlerde ise gereksiz yağ değiĢimi nedeniyle yağ değiĢim maliyetleri aĢırı yükselmektedir (Avcı, 2009).
Ġçten yanmalı motordaki yağlama yağı çok yüksek sıcaklık ve basınç altında görevini yerine getirir. Yüksek sıcaklıklara ve yanma prosesi sonucu oluĢan ürünlerle kimyasal reaksiyona maruz bırakıldığı geniĢ bir alanda yayılır. Sonuç olarak, bir motorun optimum verimlilikte çalıĢmasını kesin surette sağlayabilmek için yağ sürekli olarak gözlemlenmelidir (Acaroğlu ve ark., 2001).
Çok yüksek sıcaklık ve basınç zamanla yağın kimyasal indirgemeye uğramasına sebep olur. Ayrıca, yağ iç ve dıĢ kirlenme kaynakları ile karĢılaĢır. Bu sebeple; mekanik parçaların arızalanmasına ve performansta arzulanmayan değiĢikliklerin meydana gelmesine sebep olabilecek yağın kimyasal indirgemesi ve kirlenmesi ile ilgili parametreler ölçülmektedir (Niyet, 2009).
Aspir biyodizeli (C27H5O6) motorine (C14H30) göre daha ağır bir yakıt olduğu için kartere inerek yağlama yağına karıĢabilmektedir. Bu durum yağlama yağının yoğunluk ve viskozite değerlerini etkilemekte ve sonuçta yağlama yağından beklenen görevler yerine getirilmesinde sorun oluĢabilmektedir.
Bu çalıĢmanın amacı; performans deneyleri yoluyla motor yağlama yağında belirli zamanlarda numuneler alınarak numunelerdeki aĢınma sonuçları belirlenerek öneriler geliĢtirmiĢtir. ÇalıĢmada:
1- Biyodizel, biyodizel – motorin karıĢımlı yakıtlar ve motorinin özellikleri incelenmiĢtir,
2- Biyodizel ile biyodizel – motorin karıĢımlı yakıtlar ve motorin yakıtlarının motor performans ve emisyon değerleri karĢılaĢtırmalı olarak değerlendirilmiĢtir,
3- Yağlama yağından alınan numunelerden aĢınma metalleri miktarı niteliği belirlenerek birbirleri ile mukayese edilmiĢtir.
1.1. Biyodizel
Bitkisel yağların yeni yada kullanılmıĢlarından ve hayvansal yağlardan kimyasal yöntem yardımıyla üretilen biyoyakıtlar kapsamında olan, çevre dostu ve yenilenebilir nitelikli sıvı haldeki yakıtlara biyodizel denir (Öğüt ve Oğuz 2006).
ġekil 1. 3. Biyodizelin üretim ve kullanım aĢamaları (Kaya, 2007)
Biyodizel:
Biyobozunurluğu kolay ve hızlıdır, Toksit değildir,
Yüksek alevlenme noktasına sahiptir, Dizel yakıtı ile her oranda karıĢtırılabilir,
Dizel motoru tasarımında değiĢiklik gerektirmeden kullanılabilir, Yağlayıcılık özelliği iyidir,
Petrol kökenli dizele göre daha yüksek tutuĢma derecesine (>110 oC) sahiptir. Bu da taĢıma ve depolama sırasında kolaylık sağlar,
Yan ürün olarak ticari amaçlı gliserin ve potasyum elde edilir, Dizel yakıtına çok yakın motor performans özelliklerine sahiptir,
1.1.1. Bitkisel Yağların Yakıt Özelliklerini ĠyileĢtirme Yöntemleri
Bitkisel yağların doğrudan dizel yakıtı olarak kullanımlarını olumsuz yönde etkileyen baĢlıca faktör, dizel yakıtının yaklaĢık 10 katı kadar yüksek viskoziteye sahip olmalarıdır. Modern dizel motorlarının enjeksiyon sistemleri viskozite değiĢimlerine karĢı hassasiyet gösterirler. Yüksek viskozite yakıtın yanma odasındaki atomizasyonunu bozmakta, damlacık boyutundaki büyüme ile yanma verimini azaltmaktadır (Hazar ve Öztürk, 2009). Tamamlanamayan yanma ise yanma odasında kurumlara, enjektörlerde koklaĢma ve tıkanmalara ayrıca yağlama yağına bulaĢmaya neden olmakta ve yağlama yağında kalınlaĢma ile jelleĢme görülmektedir. Ayrıca bitkisel yağların düĢük sıcaklıklarda katılaĢma eğilimi de yakıt olarak kullanılmasında problem ortaya çıkarmaktadır (Budak, 2009). Bu problem dizel yakıtla bitkisel yağların karıĢım oluĢturulması veya ön ısıtma (kit) ile giderilebilir. Bitkisel yağın ön ısıtmadan geçirildikten sonra ki viskozitesi, dizel yakıtının viskozite seviyesine getirilmiĢ olur. Motor önce motorin yakıtı ile çalıĢtırılıp çalıĢma sıcaklığına geldikten sonra bitkisel yağ doğrudan ön ısıtmadan geçirilerek enjektöre gönderilir (Oğuz ve ark., 2009).
1.1.2. Motor Yakıtı Olarak Biyodizel
Birçok çalıĢma biyodizelin dizel motorlarında uzun bir zaman kullanılabileceğini göstermektedir. Biyodizel daha düĢük sıcaklıklarda dizel yakıtına göre daha fazla kalınlaĢmaktadır. Ancak akma noktasını düĢürücü katıklar bulunmaktadır. Ayrıca akıcılığın soğuk iklimlerde devam edebilmesi için yakıt tankına bir ısıtıcı da konulabilir. Bir biyodizel karıĢım yakıtı %100 biyodizelden daha düĢük bir akma noktasına sahiptir. Ancak bahsedilen önlemler alınmazsa gresleĢme problemi yine ortaya çıkacaktır (Alpgiray ve Gürhan, 2007).
Biyodizel, bitkisel yağları, geri dönüĢümü yapılmıĢ yemek yağları ya da hayvansal yağlardan elde edilen bir yakıttır. Bu yakıt kimyasal olarak yağ asidi metil esterlerle (YAME) çevrilmiĢ 14 farklı türden yağ asidi içerir (Çizelge 1.1). Besin
stokunda (Çizelge 1.2) bulunan her bir yağ asidi metil esterlerin değiĢik parçaları yakıtın özelliğini etki eder. DoymuĢluğun yüksek seviyeleri (C14-C16-C18) bulutlanma noktasını yükseltir. Setan sayısını yükseltir, NOx‟i azalır ve dengeyi ilerletir. Daha fazla doymamıĢlar (C18:2 - C18:3) bulutlanma noktasını azaltacak, dengeyi azaltacak ( denge katkısı bulunmazsa ) ve NOx‟i yükseltecektir (TaĢyürek, 2005).
Çizelge 1.1. Biyodizel üretiminde kullanılan yağların doymuĢ asitlerin yapısal formülleri
1.1.3. Biyodizel Üretimi ve ÇeĢitleri
Bitkisel yağların enerji içerikleri fosil kökenli dizel yakıtları ile hemen hemen aynı düzeydedir. Ancak dizel yakıtına göre viskozite değerleri 10–20 kat daha fazladır. Bu yüksek viskozite enjektörlerde tıkanma, soğuk havalarda motorun ilk çalıĢtırılmasında problem ve motor ömrünün kısalması gibi pek çok olumsuzluklara neden olabilmektedir. Bitkisel yağların motorlarda yakıt olarak kullanılabilmesinde; motorun bitkisel yağa uygun hale getirilmesi ya da, yakıtın motora uygun hale getirilmesi seçenekleri söz konusudur (Agarwal ve Rajamanoharan, 2009).
Direk püskürtmeli dizel motorlarda, yarı rafine edilmiĢ yağlar, motorinle karıĢtırılarak yakıt olarak kullanılabilmektedir. Bitkisel yağların dizel motorlarda doğrudan kullanılabilmesi, ancak bu amaç için tasarlanmıĢ, türbülans prensibiyle çalıĢan, özel yanma odalı motorlarla mümkün olabilmektedir (BaĢer ve Aybek, 2009). Nitekim; Deutz firması tarafından geliĢtirilmiĢ olan ön yanma odalı püskürtmeli ve türbülans prensibiyle çalıĢan motorlarda saf bitkisel yağlar, sorunsuz olarak kullanılabilmektedir. Söz konusu motorlar, normal dizel motorlardan %6 daha fazla yakıt tüketmekle beraber güçlü ve güvenilirdir. Yakıt tüketimi direkt püskürtmeli motorlara göre %5-20 kadar daha yüksektir. Bu alandaki diğer bir seçenekte John Dere firmasına ait, bitkisel yağların da kapsamda olduğu çeĢitli yakıtlarla çalıĢabilen Wankel motorudur (Pieprzyk ve ark., 2009).
Giderek yaygılaĢan direkt püskürtmeli motorlarda, bitkisel yağlar saf olarak kullanılamamaktadır. Çünkü kısa bir çalıĢma süresini müteakip, yağ bozulmakta ve uzun sürede de motorun ilgili kısımlarında kalıntılar oluĢmaktadır (Atadashi ve ark., 2010).
Direk püskürtmeli motorlarda, bitkisel yağların doğrudan yakıt olarak kullanılmasında ana sorun; enjektörler, yanma odası, piston ve supaplarda meydana gelen kalıntılardır. Bu kalıntılar, zamanla motorda güç kaybına ve arızalara sebep olmaktadır. Kalıntıların oluĢmasının ana sebebi bitkisel yağın viskozitesinin ve karbon içeriğinin, petrodizel ve bitkisel yağ esterine (biyodizel) göre yüksek olmasındandır. Petrodizelde %0,015 olan karbon artığı miktarı kolza yağında %0,25 iken kolza biyodizelinde bu değer %0,02‟ ye kadar inmektedir (DinçbaĢ, 2007).
Günümüzde uygulamada direkt püskürtmeli motorların yaygın olduğu düĢünülürse bitkisel yağlara gerekli kimyasal iĢlemler uygulanmadan bu tip motorlarda
yakıt olarak kullanılmasının uygun olmayacağı anlaĢılabilir. Kolza biyodizelinin, yakıt olarak kullanıldığı tarım traktörü motorlarında yağlama yağının seyrelmesi sorunuyla karĢılaĢılabilmektedir. Kolza biyodizelinin motor yağına geçmesi sonucunda yağlama yetersiz hale gelmekte, piston üst yüzeyi, segman ve supaplarda sakızlaĢma meydana gelmektedir. Bu durum, kullanım süresi, motor tipi, yanma odasının yapısı, püskürtme Ģekli ve püskürtme zamanına bağlıdır. Biyodizelin neden olabileceği seyrelme sorununu, motor yağı değiĢtirme aralığı azaltmaktadır (Elçin ve Erdoğan, 2007).
Bu nedenle; bitkisel yağların dizel yakıt alternatifi olarak değerlendirilebilmesi için, öncellikle viskozite probleminin çözülmesi gerekmektedir. Bu amaçla uygulanan yöntemler:
-Seyreltme,
-Mikro emülsiyon oluĢturma, -Piroliz,
-Süper kritik yöntem, -Transesterifikasyon‟dur.
Seyreltme yönteminde, bitkisel yağlar dizel yakıtı ile belli oranlarda karıĢtırılarak seyreltilmekte, böyle viskozite belirli oranlarda düĢürülmektedir. Seyreltme yöntemi uygulamalarında, en çok tercik edilen bitkisel yağlara örnek olarak, ayçiçek yağı, soya yağı, aspir yağı, kolza yağı yer fıstığı yağı ve kullanılmıĢ kızartma atık yağları kullanılmaktadır (Oğuz ve Öğüt, 2001).
Mikro emülsiyon oluĢturma yöntemi; metil ve etil alkol gibi kısa zincirli alkollerle bitkisel yağın mikro emülsiyon haline getirilmesinden ibarettir. Bu yöntemin sakıncası alkollerin setan sayılarının düĢük olması nedeniyle emülsiyonunda setan sayısının düĢük olması ve düĢük sıcaklıklarda karıĢımının ayrıĢma eğilimi göstermesidir (Aydın, 2007).
Piroliz yönteminde, moleküller yüksek sıcaklıkta daha küçük moleküllere parçalanmaktadır. Bu yöntem sayesinde viskozite oldukça düĢürülmekte fakat iĢlem ilave masraf gerektirmektedir.
Süper Kritik Yönteminde iĢlem, transesterifikasyon yönteminden farklı olarak katalizör kullanmadan 350 °C gibi yüksek sıcaklıklarda, 240 saniye gibi kısa bir sürede gerçekleĢmektedir.
ġekil 1.4 Süper kritik yöntem ile biyodizel üretimi
Biyodizel üretiminin çeĢitli metotları olmakla birlikte günümüzde en yaygın olarak kullanılan yöntem transesterifikasyon yöntemidir.
Transesterifikasyon yönteminde kolza ( kanola), ayçiçeği, soya, aspir gibi yağlı tohum bitkilerinden elde edilen yağların veya hayvansal yağların bir katalizör eĢliğinde kısa zincirli bir alkol ile (genellikle metanol veya etanol ) transesterleĢme reaksiyonu sonucunda açığa çıkan, çevre dostu ve yenilenebilir nitelikli sıvı haldeki bir biyoyakıttır (Jitputti ve ark., 2006).
(Biyodizel)
ġekil1.5. Trigliseridlerin alkollerle Transesterifikasyonu (Jitputti ve ark., 2006).
Biyodizel motorine benzer; fakat saf olarak veya her oranda motorinle karıĢtırılarak yakıt olarak kullanılmaktadır. Saf biyodizel ve motorin-biyodizel karıĢımları bir dizel motorunda, motor üzerinde herhangi bir değiĢiklik yapılmaksızın veya küçük değiĢiklikler yapılarak kullanılabilir. Çizelge 1.3‟de biyodizel ve motorin karıĢımlarının adlandırılması görülmektedir.
Çizelge 1.3. Biyodizel ve Motorinle karıĢımlarının adlandırılması % Biyodizel % Motorin Adı 2 98 B2 5 95 B5 20 80 B20 50 50 B50 100 0 B100
1.1.4. Biyodizel ile Ġlgili Standartlar
Biyodizel bitkisel yağlar, hayvansal yağlar ve atık bitkisel yağlardan elde edilmektedir. Üretilen biyodizel yakıtının günümüzde kullanılmasını belirleyen standartlara uyması gerekmektedir. Biyodizel için hali hazırda Amerika‟da yürürlükte olan ASTM 6751 (American Society for Testing and Material) uluslararası biyodizel standardı kullanılırken, Avusturya‟da ONORMC 1191 standardı kullanılmaktadır. Ülkemizde geçerli olan dizel motorları için yağ asidi metil esterleri (YAME, Biyodizel) TSE 14214 biyodizel standartları Çizelge 1.4‟de verilmiĢtir. Ülkemizde EN 14214 Standardı temel alınarak TSE Standardı hazırlanmıĢtır.
Bu standartlar % 20 ve daha düĢük karıĢım oranlarında kullanılacak biyodizelin kalitesini garantilemeyi amaçlamaktadır. KarıĢımlar için ülkemizde kullanılacak biyodizel yakıt dizel yakıt ile karıĢtırılmadan önce bu TSE 14214 standardını sağlamak zorundadır. TSE‟nin diğer yakıt standartları gibi TSE 14214 de dizel motor güvenliği ve memnuniyeti için gerekli fiziksel ve kimyasal özellikleri içermektedir.
Motor üreten firmalar genelde malzeme ve iĢçilik hatalarına garanti vermektedir. Bu tip garantiler dıĢ koĢullar nedeniyle oluĢan hasarları kapsamamaktadır. Kullanılan değiĢik yakıtlardan dolayı dizel motorda oluĢabilecek hasarlar motor üreticisinin garantisi dıĢındadır. Bir motordaki hasarın nedeni biyodizel değilse oluĢan hasar motor üreten firma tarafından garanti kapsamında ele alınmalıdır. Hali hazırda dizel motor üreticileri biyodizel yakıtının motorlarına olan etkilerini araĢtırmaktadırlar. Mevcut bir dizel motorda biyodizel kullanımına baĢlanmadan önce motor üreticisi ile temasa geçilmelidir (Ceviz, 2009).
Çizelge 1.4‟de çeĢitli ülkelerde ve Avrupa‟da kullanılan biyodizel standartları gözükmektedir.
Çizelge 1.4. ÇeĢitli ülkelerdeki biyodizel standartları
Özellikler AB Avusturya Fransa Almanya Ġtalya Ġsveç ABD
Standart TS EN 14214 ONC 1191 Journal Official DIN V 51606 UNI 10635 SS 155436 ASTM D-6751 Tarih 2003 Temmuz 1997 Eylül 1997 Eylül 1997 Kasım 1996 Kasım 1996 Ocak 2002
Uygulama YAME YAME BYME YAME BYME BYME YAMA
E Yoğunluk, 15 oC, g/cm3 0,86-0,90 0,85-0,89 0,87-0,90 0,875-0,90 0,86-0,90 0,87-0,90 - Kinematik Viskozite, 40 oC, mm2/s 3,5-5 3,5-5 3,5-5 3,5-5 3,5-5 3,5-5 1,9-6 Distilasyon, %95, oC - - ≤360 - ≤360 - ≤360 Parlama noktası, oC ≥120 ≥100 ≥100 ≥110 ≥100 ≥100 ≥130 Soğukta Filtre Tıkama Noktası,
o C Ülkesel Özellik 0/-15 - 0/-10/-20 - -5 - Akma Noktası, o C - - ≤-10 - ≤0≤-15 - - Condrasson Kök Bakiyesi, Ağırlık %‟si %100 %10 - ≤0,3 - ≤0,05 - - - ≤0,3 - ≤0,05 - - - ≤0,5 - - - - ≤0,05 - - Bakır Korozyon, 3h, 50 o C 1 - - 1 - - ≤No,3 Setan Sayısı ≥51 ≥49 ≥49 ≥49 - ≥48 ≥47
Nötralizasyon Sayısı, mgKOH/g ≤0,5 ≤0,8 ≤0,5 ≤0,5 ≤0,5 ≤0,6 ≤0,8
Alkalite, mg/kg - - ≤5 ≤5 - ≤10 - Ġyot Sayısı ≤120 ≤120 ≤115 ≤115 - ≤125 - Su Ġçeriği, mg/kg ≤500 - ≤200 ≤300 ≤700 ≤300 ≤0,05% Fosfor, mg/kg ≤10 ≤20 ≤10 ≤10 ≤10 ≤10 ≤0,001 %mass BelirlenememiĢ BileĢenler, mg/kg ≤24 - - ≤20 - ≤20 - Kükürt, Ağırlık %‟si ≤10 (mg7kg) ≤0,02 - ≤0,01 ≤0,01 ≤0,001 ≤0,05 C18:3 ve Yüksek DoymamıĢ Yağ
Asitleri, Ağırlık %‟si - ≤15 - - - - -
C(x:4) ve Büyük DoymamıĢ Yağ
Asitleri, Ağırlık %‟si ≤1 - - - -
Okside Kül, Ağırlık %‟si - - - - ≤0,01 ≤0,01 -
Sülfate Kül, Ağırlık %‟si ≤0,02 ≤0,02 - ≤0,03 - - ≤0,02
Metanol, Ağırlık %‟si ≤0,2 ≤0,2 ≤0,1 ≤0,3 ≤0,2 ≤0,2 -
Linoleik Asit, Ağırlık %‟si ≤12 - - - -
Monogliseritler, Ağırlık %‟si ≤0,8 - ≤0,8 ≤0,8 ≤0,8 ≤0,8 - Digliseritler, Ağırlık %‟si ≤0,2 - ≤0,2 ≤0,4 ≤0,2 ≤0,1 - Trigliserit, Ağırlık %‟si ≤0,2 - ≤0,2 ≤0,4 ≤0,1 ≤0,1 - Serbest Gliserin, Ağırlık %‟si ≤0,02 ≤0,02 ≤0,02 ≤0,02 ≤0,02 ≤0,02 ≤0,02 Toplam Gliserin, Ağırlık %‟si ≤0,25 ≤0,24 ≤0,25 ≤0,25 - - ≤0,24
Ester, Ağırlık %‟si ≥96,5 - ≥96,5 - ≥98 ≥98 -
Grup I Metaller (Na,K), mg/kg ≤5 - - - -
Grup II Metaller (Ca,Mg), mg/kg ≤5 - - - -
Oksidasyon Kararlılığı, h, 110 o
C Minimum.
1.1.5. Dünyada Biyodizel Üretimi ve Kullanımı
Biyodizel yağ bitkilerinden, hayvansal yağlardan, kullanılmıĢ atık kızartma yağlarından ve alglerden üretilebilmektedir. Bu kaynaklar içerisinde en büyük paya sahip olan yağ bitkileridir (Hull ve ark., 2006).
Günümüzde biyodizel üretimi artık ticari bir boyut kazanmakta ve üretim miktarları hızla artmaktadır. Dünya‟da biyodizelin üretimindeki artıĢı yıllara göre ġekil 1.5‟de görülmektedir (Licht, 2010).
ġekil 1.5. Yıllara göre Dünya biyodizel üretimi (Licht, 2010)
2000‟li yılların baĢlarında büyük sıçramalar yapan dünya biyodizel üretimindeki artıĢ son iki yıldır daha yavaĢ bir seyir izlemektedir. Bununla birlikte geçen birkaç yıl içerisinde sektördeki en çarpıcı geliĢme, önemli biyodizel üretici örneklerin yön değiĢtirmesi olmuĢtur. Bundan sadece 5 yıl önce, dünyadaki biyodizel üretiminde lider Avrupa‟ydı. Küresel üretim kapasitenin %83‟den fazlasına sahipti ve dünyadaki üretim ve tüketimin %93‟ü Avrupa‟da gerçekleĢtirilmekteydi. 2005 yılında diğer ülkeler özellikle de Kuzey Amerika ve Asya biyodizel sanayilerini geliĢtirmeye baĢladılar. 2007 yılında Avrupa‟nın üretimdeki payı %46‟ya gerilerken, Kuzey Amerika ve
Asya‟nın payı %23‟lere ulaĢtı. Ayrıca Kuzey Amerika ve Asya, dünya üretim kapasitesi içerisinde %19‟luk bir paya sahiptir (Deniz ve Çakallı, 2010).
Dünyada biyodizel üretim kapasitesinin 2012‟lere kadar hızla artacağı tahmin edilmektedir. 2012 yılında Amerika‟nın tek baĢına en büyük biyodizel pazarı olacağı ve dünya toplam biyodizel tüketimi içerisindeki payının da yaklaĢık %19 olacağı tahmin edilmektedir. Amerika‟yı, Almanya ve Fransa takip edecektir (Anonim, 2011).
Yeni ve büyük pazarların ise Çin ve Hindistan olacağı, her iki ülke hükümetinin de büyük biyodizel giriĢimlerini duydukları zaman ortaya çıkacakları tahmin edilmektedir. Bununla birlikte en büyük beĢ üretici ülkenin biyodizel pazarındaki toplam payı zamanla düĢecektir. Örneğin 2005 yılında dünya talebinde %87‟lik paya sahip olan bu beĢ ülkenin payı, 2007 yılında %67‟ye düĢmüĢtür ve 2012‟de bu payın %58 olması beklenmektedir. Bu durum aslında Belçika, Hollanda, Polonya, Macaristan, Arjantin, Avustralya, Kuzey Afrika, Tayland, Endonezya ve Malezya gibi ülkelerde yeni biyodizel pazarlarının ortaya çıkmasından kaynaklanmaktadır.
Biyodizel üretim maliyetinin geleneksel dizel üretim maliyetinden hammaddeden dolayı fazla olması biyodizelin, politik destekler ve vergi muafiyeti olmaksızın geleneksel dizel ile rekabet edebilmesi imkânsızdır (Ar, 2010).
ġekil 1.6‟da çeĢitli hammaddeler arası biyodizel üretim büyümesi hedefleri görülmektedir. Dünya biyodizel üretiminin %75‟den fazlası 2020 yılında bitkisel yağlardan olması beklenmektedir. 2020 yılı tahminlerine göre Jatropha dünya biyodizel üretiminde %7‟lik paya sahip olması ön görülmektedir. Ġkinci jenerasyon biyodizel üretiminde, 2020 yılında yaklaĢık %10‟luk bir kısmını geliĢmiĢ ülkelerin üretmesi beklenmektedir (Anonim, 2011).
1.1.6. Türkiye’de Biyodizel
Türkiye‟de biyodizel dünyadaki geliĢmelerin etkisinde 2000‟li yılların baĢında gündeme gelmiĢ, üniversitelerdeki çalıĢmalar hızla artmıĢtır. 2001 yılında Sanayi ve Ticaret Bakanlığında “Biyodizel ÇalıĢma Grubu”, 2003 yılında Elektrik ĠĢleri Etüt Ġdaresi Genel Müdürlüğü (EĠE) bünyesinde “Biyoenerji Projesi ve Proje Grubu” oluĢturulmuĢtur.
Türkiye‟de ise TBMM tarafından kabul edilerek, 20.12.2003 tarihli Resmi Gazete yayımlanarak yürürlüğe giren 5015 Sayılı Petrol Piyasası Yasası‟nda sağlanan ÖTV muafiyeti sayesinde biyodizel çok hızlı bir geliĢim göstermiĢtir (Eryılmaz, 2009).
Avrupa Birliğinin 2003/30/EC Direktifi 2005 sonunda piyasaya arz edilen fosil yakıtların yerine %2 oranında biyoyakıt konulması zorunluluğunu getirmesiyle Türkiye‟nin biyodizel ihtiyacı gündeme gelmiĢtir. Diğer ülkelerde olduğu gibi, Türkiye de biyodizel üretimine gereken önemi vermektedir. Türkiye‟de yıllık biyodizel üretimi Kasım 2005 itibariyle, Gebze, Adana, Ġzmir, Bursa, Polatlı, ġanlıurfa, Tarsus, Kırıkkale, Ankara bölgelerinde 50 bin tonu aĢmıĢ ve üretici sayısı 87‟ye ulaĢmıĢtır. Yeni tesislerle birlikte ve Enerji Verimliliği Kanunu‟nun yürürlüğe girmesiyle, yıllık üretim miktarının 200 bin tonun üzerine çıkabileceği tahmin edilmekteydi.
Biyodizelle ilgili Türkiye‟de en çok yaĢanan sorunlardan biri kaçak yakıtlardır. Yapılan açıklamalara göre, biyodizelin yasadıĢı yollardan akaryakıt piyasasın satıldığını belirlenmiĢtir. YasadıĢı satıĢla birlikte alınamayan Özel Tüketim Vergisi (ÖTV) yüzünden, Türkiye yılda yaklaĢık 400 milyon TL vergi kaybına uğramaktadır. Ayrıca kaçak biyodizel ile birlikte motorin satıĢlarında da 2005 yılının son aylarında düĢüĢ gözlemlenmiĢtir. Motorin satıĢlarını azaltan diğer bir etken de, Türkiye‟ye giren kaçak motorindir. Kaçak motorinin yıllık 2,5 milyon tonu geçtiği belirtilmektedir (Öğüt ve ark., 2006).
Her geçen yıl biyodizel üretiminin arttırılması hedeflenmektedir. Ülkemizde biyodizel üretimi için herhangi bir engel yoktur. Fakat satılması için, Enerji Piyasası Düzenleme Kurulu 05.01.2006 tarih ve 630/26 sayılı kararı ile biyodizel üreticilerine “iĢleme lisansı” alma zorunluluğu getirmiĢtir.
Bunun en büyük nedenleri arasında Türkiye‟de üretilen biyodizellerin standartlara uymaması gösterilmiĢtir. Çünkü standartlara uymayan yakıt motor parçalarına, yakıt pompasına v.b parçalara zarar verecektir. Lisans koĢulu ile birlikte, biyodizel üreticisi üretmiĢ olduğu yakıtı satamayacak, sadece lisans sahibi firmalara
teslim edeceklerdir. Biyodizel dizel yakıtına kıyasla pahalı olmasına rağmen, vergiden muaf tutulduğu takdirde daha ucuz olacaktır. Ancak TBMM'de kabul edilen kanun ile biyodizele litre baĢında 0,6498 TL Özel Tüketim Vergisi (ÖTV) getirilmesi biyodizelin maliyetini arttıracaktır. Biyodizel için diğer ülkelerde vergi uygulanmamaktadır. Ancak Türkiye‟de vergi uygulanması, biyodizel üretimini olumsuz etkilemiĢtir. Kanundaki önemli bir husus da, ÖTV getirilirken yerli hammadde veya atık yağ için ayrım yapılmamıĢ olmasıdır.
Ancak bugün Maliye Bakanlığı‟nın biyodizele, motorine eĢdeğer ÖTV uygulaması ve tesis sayısının da 286 kadar çıkması, Türkiye‟nin biyodizel kurulu kapasitesini yıllık 1,5 milyon tona taĢımıĢtır. Bu kapasiteye hammadde temininin sağlanamamasından dolayı biyodizel tesisleri çalıĢmamaktadır (Hatunoğlu, 2010).
1.2. Aspir (Carthamus tinctorius L.)
Compositeae familyasından olan aspir bitkisi (Carthamus tinctorius L.) (2n =
24) 3000 yıl önce Orta Doğu‟da kültüre alınmaya baĢlamıĢ eski bir kültür bitkisidir. Özellikle tohumlarında bulunan yağ ve çiçeklerindeki boyar maddeler nedeniyle Eski Mısır.da MÖ 2000 yıllarında kültüre alındığına dair bilgiler vardır. MÖ 1600 yıllarında Mısır Kralı Amenophis.in mumyasında aspir çiçeklerine rastlanmıĢtır. Orta çağda Arap ülkelerinde bilhassa ilaç ve baharat olarak kullanılan aspir, Ibn Batutahn 1325-1354 yılları arasındaki Afrika ve Asya seyehatlerinde bahsi geçen bitkilerdendir. Ünlü eski Yunan tıpçısı Dioscorides tarafından tanımlanan 600 tıbbi bitki arasında aspir de bulunmaktadır. V. ve VI. Yüzyıllarda Arapların Ġber yarım adasından Avrupa‟ya geniĢleme sürecinde aspir de Avrupa‟ya girmiĢ, uzun bir süre bahçelerde süs ve boya bitkisi olarak değerlendirilmiĢtir. Ġran, Afganistan, Pakistan ve Hindistan gibi Asya ülkelerinde çok eski zamanlardan beri aspir özellikle kilim boyamacılığında kullanılmıĢ, zamanla geleneksel olarak kusumbha olarak tanınan yağı elde edilmiĢtir. Günümüzde halen Hindistan‟da aspir tohumları saf olarak aspir yağı üretiminde veya yerfıstığı ve susam tohumları ile birlikte iĢlenerek “sweet oil” adı verilen yemeklik yağ üretiminde yaygın Ģekilde kullanılmaktadır (Weiss, 2000).
Amerika kıtasının aspirle tanıĢması Ġspanyol ve Portekiz gemicileri sayesinde olmuĢ, ABD.de yaygınlaĢmasında 20. yy baĢlarında Kalifornia Üniversitesi‟nin öncülüğünde yapılan araĢtırmalar önemli rol oynamıĢtır. Bu ülkede ikinci dünya
savaĢından sonra yüksek verimli ve yüksek oleik asit içeren çeĢitlerin geliĢtirilmesiyle aspir önemli yağ bitkileri arasına girmiĢtir (Uysal 2006)
Aspir ayçiçeği ile aynı familyada (Compositae) olan ve tohumlarında % 24-35 oranında ham yağ, %12-16 ham protein ve %19-20 ham selüloz bulunan bir bitkidir (Acaroğlu 2007). Dallanan bitki sarı, turuncu, kırmızı veya krem çiçek rengine sahiptir. Ayrıca dikenli ve dikensiz çeĢitleri de bulunmaktadır. Aspir bitkisinin yağı yemeklik ve endüstriyel yağ sanayinde, renkli çiçekleri gıda ve kumaĢ boyası olarak, küspesi ise hayvan yemi olarak değerlendirilmektedir. Derine giden kök sistemi ile kuraklığa dayanıklı olan adaptasyon sınırları geniĢ bir bitkidir. Aspir yağı yüksek oranda linolenik veya oleik asit içerdiğinden, besin değeri zeytinyağına benzerdir. Boya ve vernik sanayinde, yüksek kapasite nedeniyle tercih edilmektedir. Yağı alındıktan sonra kalan küspesi yem sanayinde değerlendirilmektedir (Öğüt ve Oğuz 2006)
ġekil 1.7. Aspir çeĢitleri (Uysal, 2006)
Aspir bitkisinde vejetasyon süresi ortalama 120-130 gündür. Toprak sıcaklığı 5 ºC olduğunda çimlenme gerçekleĢmektedir. Aspir vejetasyon dönemi içerisinde 300 mm‟lik yağıĢa ihtiyaç duymaktadır. Toprak bakımından fazla seçici olmamasına
rağmen, derin, verimli, tınlı, drenaj problemi olmayan, PH değeri nötr veya nötre yakın topraklar aspir tarımı için uygundur.
Aspirde uzun yıllar süren çalıĢmalar sonucunda tescil ettirilen Yenice ve Dinçer çeĢitleri, üretim izinli bir hata rağmen söz konusu bitkinin Türk tarımında hak ettiği yeri alamamasından ötürü çalıĢmalar 1988 yılında durdurulmuĢtur.
Ülkemizde yağ açığının gün geçtikçe artması, pancar alanlarında azalan alanlara alternatif bitki arayıĢından dolayı Tarım ve Köy ĠĢleri Bakanlığı bünyesinde Anadolu Tarımsal AraĢtırma Enstitüsünde Aspir çalıĢmaları yeniden baĢlamıĢtır. 2005 yılında Remzibey-05 adında bir çeĢit tescil ettirilmiĢtir. Yenice ve Dinçer çeĢitleri dikensiz, Remzibey-05 çeĢidi ise dikenli bir çeĢittir ve Çizelge 1.5‟de bu Aspir çeĢitlerinin özellikleri görülmektedir (Öğüt ve ark., 2007b).
Balcı çeĢit, Anadolu Tarımsal AraĢtırma Enstitüsü bünyesinde geliĢtirilerek Mayıs 2011 yılında basın toplantısı yapılarak kamuoyuna tanıtılmıĢtır ve Türkiye‟de tarımı yapılan aspir çeĢit sayısı Balcı çeĢit ile beraber 4 e çıkmıĢtır. Bu bağlamda yağ oranı bakımından mevcut çeĢitlerden üstün, kurağa dayanıklı, dikenli aspir çeĢittir (Öğüt ve ark., 2011).
Çizelge 1.5. Ülkemizde bulunan Aspir çeĢitleri ÇeĢitler Dikenlilik Çiçek Rengi Bitki Boyu
(cm)
Tane Rengi Yağ Oranı (%)
1000 Tane Ağırlığı (gr)
Yenice Dikensiz Kırmızı 100 - 120 Beyaz 24 - 25 38 – 40
Dinçer Dikensiz Turuncu 90 - 110 Beyaz 25 - 28 45 – 49
Remzibey-05 Dikenli Sarı 60 - 80 Beyaz 35 - 40 46 – 50
Balcı Dikenli Sarı 55-70 Krem 38-40 40-48
Ġlkbaharda ekim yapılacaksa, tarla hazırlığına sonbaharda toprak tavda iken derin sürüm ile baĢlanır. Ġlkbaharda ise tarlaya girilebilecek en erken devrede diskaro veya kazayağı+tırmık geçirilerek toprak ekime hazır hale getirilir.
Ġç Anadolu Bölgesinde en uygun ekim zamanı toprak sıcaklığının +4 ºC ve üzerinde olduğu ve toprağın tava geldiği 15 Mart ile 15 Nisan tarihleri arasıdır. KıĢı fazla soğuk olmayan yerlerde sonbaharda ekim-kasım aylarında kıĢlık olarak da ekim yapmak mümkündür. Mibzerle yapılacak ekimde, tahıl ekiminde kullanılan normal sıra aralıkları (12-14 cm) kullanılabileceği gibi, ekici ayakların biri kapalı biri açık Ģeklinde düzenlenerek 24-28 cm sıra aralığında ekim yapılabilir. Ekim derinliği toprağın nem
durumuna göre 2.5-4 cm arasında olmalıdır. Dekara kullanılacak tohumluk miktarı (bin tane ağırlığına göre) 3-5 kg‟dır.
Aspirde en önemli bakım iĢi yabancı ot mücadelesi ve gübrelemedir. Yabancı otlar en fazla fide döneminde etkili olduğundan, ekim öncesi ilaçlama yapılarak yabancı ot popülasyonu azaltılmalıdır. Aspir tarımında kullanılacak gübre miktarı iklim ve toprak koĢullarına göre değiĢmektedir.
Ülkemizde aspir tarımında önemli hastalık ve zararlı görülmemesine rağmen, yağıĢlı geçen yıllarda ve bölgelerde Aspir pası (Puccinia carthami) görülmektedir.
Hasat zamanı bitkilerin kuruduğu ve sarı-kahverengini aldığı devredir. Hububat hasadında kullanılan biçerdöverler aspir hasadında kullanılabilir. Ancak, aspire göre batör-kontrabatör ve vantilatör ayarının yapılması gerekmektedir (Babaoğlu ve Nazlıcan, 2007).
1.2.1. Aspir Yağı’nın Kimyasal ve Fiziksel Özellikleri
Aspir tohumlarında %13-46 arasında yağ bulunmakta, bu yağın yaklaĢık %90‟ı doymamıĢ yağ asitlerinden (oleik ve linoleik asit) oluĢmaktadır (Lee ve ark., 2004). Aspir yağı diğer bitkisel yağlardan özellikle yüksek linoleik asit (omega-6) içeriği ile ayrılmaktadır. Ortalama %75 linoleik asit içeren aspir yağında ayrıca antioksidan etkisi ve E vitamini değeri yüksek olan tokoferoller bulunmaktadır. Bu nedenlerle aspir yağı kalp ve damar hastalarının uyguladıkları diyetlerde kullanılmakta ve antikolesterol etkisi nedeniyle büyük önem taĢımaktadır (Weiss, 2000).
Yüksek linoleik asit içeren çeĢitler yanında, yüksek oleik asit içeren aspir çeĢitleri de geliĢtirilerek yağının stabilizesi artırılmıĢ ve endüstriyel kullanım alanı daha da geniĢlemiĢtir. Ayrıca aspir yağının biyodizel üretiminde kullanımı üzerinde yoğun araĢtırmalar yapılmaktadır. Aspir çiçeklerinden elde edilen cartharmin maddesi, doğal boya ham maddesi olarak büyük önem taĢır (Ġlkılıç ve ark., 2011). Ayrıca bitkinin kendisi, yeĢil çit ve kuru çiçek olarak kullanılmak üzere aranan değerli bir süs bitkisidir. Küspesi ise değerli bir hayvan yemidir.
Aspirin yukarıda bahsedilen olumlu özelliklerine karĢın, tohum verimi (FAO verilerine göre 2004 yılı dünya aspir verimi ortalaması 80 kg/da‟dır) ve yağ içeriği (ortalama %30) oldukça düĢüktür. DüĢük tohum verimi ve düĢük yağ içeriği nedeniyle, benzer koĢullarda diğer yağ bitkileri ile (örneğin ayçiçeği ile) kolay rekabet edememektedir. Bu nedenle, aspirde yüksek tohum verimine ve yüksek yağ içeriğine
sahip olan ve geniĢ adaptasyon yeteneği olan çeĢitlerin geliĢtirilmesine ihtiyaç duyulmaktadır (Uysal, 2006). Ham aspir yağının özellikleri Çizelge 1.6‟da verilmiĢtir.
Çizelge 1.6. Ham aspir yağının özellikleri (Uysal, 2006)
Özellik Birim Değer
Molekül Ağılığı gr/mol 278
Yoğunluk (15 o C) kg/m3 923 Kinematik Viskozite (40 o C) mm 2/s 30…50 Setan Sayısı - 41,3 Bulutlanma Noktası o C 18,3 Akma Noktası o C -6,7 Parlama Noktası o C 264
Ġyot değeri g iyot/100g 117,9
SabunlaĢma Sayısı - 185-195
Üst ısıl değer
MJ/kg 39,3
Alt ısıl değer 38,22
1.3. Motorlarda yağlama ve yağlama yağının görevleri
Yağlama yağının ana görevleri sürtünmeyi azaltma, aĢınmayı önleme, hareketli elemanları soğutma, piston-segman bölgesinde sızdırmazlığın en iyi Ģekilde sağlanması, piston-segman bölgesindeki katı partiküllerin uzaklaĢtırılması, motor içyapısının temiz kalmasının sağlanması, yağ bozulmasını önleme ve iç korozyonun önlenmesidir (Kalaycı, 1999)
Yağlama yağlarının, ayrıca karbon artıklarının birikmesine engel olmak, yanma sırasında oluĢan asitleri nötrleĢtirerek etkisiz hale getirmek ve asitlerden gelen aĢınmaları en aza indirmek gibi görevleri de vardır (Totten ve ark., 2003).
Bu görevleri yaparken yağlayıcılar, kürecikler halindeki moleküler yapısı sayesinde metal yüzeylerle direkt temasta olan yüzeylerin meydana getirdiği çekme kuvveti olan adhezyon ile, yağ küreciklerinin kendi aralarında oluĢturduğu çekim kuvveti olan kohezyon nitelikleri marifetiyle, metal yüzeyler üzerindeki asperite adı verilen mikroskobik boyuttaki girinti ve çıkıntılardan oluĢan yüzeyler üzerinde film tabakası meydana getirmektedirler. Yağlama yağları, kohezyon ve adhezyon nitelikleri ile yağ filmi teĢkil ederek yüzeyler arasında yayılma ve yapıĢma özelliği gösterip yağlama görevi yaparlar (Pehan ve ark., 2009).
Yağın viskozitesi azalır veya yatak yağ basıncı çoğalırsa, yağ filmi incelir, fakat ana yükün yağ katmanı tarafından taĢınması sürdürülür. Böyle bir durumda ince katmanlı mükemmel olmayan yağlama söz konusudur. Kalın yağ filminin azalma miktarı ile orantılı olarak metal yüzeylerde sürtünmeye bağlı aĢınmalar meydana gelecektir (Kara, 2007)
Ġçten yanmalı motorlarda sürtünme sonucu ortaya çıkan aĢınma, motor kullanım ömrünü belirlemede önemli bir rol oynar. Yanma sürecinde yağlama yağı, silindir ve pistonun aĢınmasını önleyerek sistem için koruyucu bir tabaka oluĢturur. Ancak belli bir kullanım periyodu sonrası yağın oksidasyon neticesinde fiziksel ve kimyasal değiĢikliğe uğraması, ayrıca toz, kir, yakıt, su, metalik parça gibi metal partiküllerin yağlama yağına karıĢmasıyla oluĢan dıĢ etkenler motor yağlarının eskiyerek koruyucu etkilerini yitirmelerine sebep olur (Müjdeci, 2009). ġekil 1.8‟de dört silindirli bir motorun yağlama sistemi gösterilmektedir.
ġekil 1.8. Motor yağlama yağının geçtiği bölgelerin Ģematik görünümü (Mollenhauer ve Tshoeke, 2010)
Yapılan deneysel çalıĢmalar ve araĢtırmalar motor içindeki yağlama yağı kayıplarının % 25-30'unun egzoz supap mekanizması içinde olduğunu, geriye kalan %70-75 gibi büyük bir kısmının ise silindir içindeki yanma sürecinde meydana geldiğini göstermektedir. Ayrıca egzoz baĢlangıcında yanma odası basıncı düĢtüğünde yağlama
yağı yanma sonu gazları ile karıĢarak yanma odasında kalır. Bu esnada yağın bir kısmı egzoz supapları kapanmadan önce supap yolunda kalır ve silindir içinde kalan yağ miktarının azalmasının yanında egzoz sisteminde yanmamıĢ hidrokarbon oluĢumuna sebep olur. Bir baĢka önemli unsur ise piston üst kompresyon segmanıdır. Pistonun yukarı hareketi boyunca kompresyon segmanı üstünde bir miktar yağ birikerek toplanır. Pistonun aĢağı hareketinde kompresyon segmanı eksenel yönde yağın silindir yüzeyine yapıĢmasına neden olur. Böylece segman üstündeki yağ birikimi silindir yüzeyinde bir film oluĢturur. Birikim oranı fazlaysa büyük miktarlarda yağlama yağı yanma sonu gazlarına karıĢacaktır. Bu da egzoz supap yoluyla oluĢabilecek yağ kaybına baĢka bir etkendir (Kara, 2007).
Yağlama yağı analizi, makine sistemine ait kısımların Ģimdiki ve gelecekteki durumları hakkında fikir sahibi olunmasını sağlar. Ayrıca, yağın içindeki çeĢitli madde oranlarının değiĢimini incelemek, makinenin ömrünün belirlenmesi, optimum çalıĢmasının devamının sağlanması, doğabilecek arızalar için maliyetin düĢürülmesi açısından gereklidir (Kaya, 2008)
Yağlama yağları elde ediliĢ Ģekillerine göre baĢlıca üç grupta toplanırlar:
1.3.1. Madensel (mineral) yağlar
Bu yağlayıcıların tercih edilme nedenleri Ģöyle sıralanabilir; Hareket eden yüzeyler arasına kolayca yayılabilir,
AkıĢ olması koĢuluyla yüzeyler arasında oluĢan ısıyı dıĢarı taĢırlar,
ÇeĢitli metaller ve lastik gibi malzemelere karĢı kimyasal bakımdan etkisizdirler,
Örneğin, metalleri oksitlemezler, aksine oksitlenmeye karĢı koruyucu olarak etki ederler,
Bir yerden bir yere kolayca taĢınabilirler,
Diğer yağlayıcı maddelere göre nispeten ucuzdurlar.
Ham petrolden elde edilen madensel yağlar esas olarak hidrokarbon bileĢimidir. Her hidrokarbon molekülünde 20-70 veya daha fazla karbon (C) atomu vardır. Madeni yağlar ham petrolden damıtma (distilasyon) yöntemi ile elde edilir (Petrole, 2009).
Madeni yağlar kimyasal yapı bakımından üç büyük gruba ayrılır. 1- Alifatik yapıdaki madeni yağlar
a- Parafinik yapıdaki madeni yağlar b- Naftanik yapıdaki madeni yağlar 2- Aromatik yapıdaki madeni yağlar
3- KarıĢık (Alifatik ve Aromatik) yapıdaki madeni yağlar
1.3.1.1. Alifatik yapıda olan madeni yağlar
Alifatik yapıda olan madeni yağlar, uzun karbon ve hidrojen zincirleri veya halkalarından oluĢurlar. Alifatik hidrokarbonlar, alkan, alken, alkin ve onların alicyclic analoglarını kapsarlar. Alkan grubu, en önemli alifatik hidrokarbon serisidir. Alkan grubu alken ve alkinlere nazaran hidrojen ile reaksiyona girmede daha zayıf yapıdadır ve genel formülasyonu CnH2n+2 seklindedir. Karbon zincir uzunluğu arttıkça moleküler ağırlık ve viskozitenin yanında erime ve kaynama noktaları da artar. Parafin, orta ve yüksek moleküler ağırlıktaki alkanların bir karıĢımıdır. Kullanılan madeni yağların kimyasal yapısı alkanlar ve cyclic parafinlerden oluĢmaktadır. Alkanların dıĢında yer alan diğer alifatik hidrokarbon grubu üyelerinden alkenlerin genel formülasyonu CnH2n, alkinlerin genel formülasyonu ise CnH2n-2 seklindedir (Totten ve ark., 2003).
Alifatik yapıda olan madeni yağlar, yapılarına istinaden parafinik ve naftanik olmak üzere iki grupta incelenirler.
(a) Parafinik yağlar: Yüksek akma noktası, yüksek alevlenme noktası, yüksek API derecesi ve viskozite indeks geliĢtirme özelliklerine sahip olan parafinik esaslı baz yağlar oksidasyon stabilizesinin önemli olduğu makine yağlarının üretiminde ana hammadde olarak kullanılmaktadırlar.
Parafinik yapıdaki madeni yağların yapısı Ģöyledir.
— CH2 — CH2 — CH2 — CH2 — CH2
(b) Naftanik yağlar: Naftanik yapıda olanlarda ise CH grupları bir zincir yerine bir halka teĢkil ederler. Parafinik ve aromatikler arası ortalama özelliklere sahip olup çok düĢük akma noktası, düĢük alevlenme noktası, düĢük API derecesi ve parafinik esaslı baz yağlardan daha düĢük viskozite indeksi geliĢtirme özelliklerine sahiptirler.
Çok düĢük sıcaklık koĢullarında kullanılacak bazı özel yağların üretimlerinde kullanılırlar.
Naftanik yapıdaki madeni yağların yapısı Ģöyledir (Kemon ve ark., 1993).
1.3.1.2. Aromatik yapıda olan madeni yağlar
Aromatik hidrokarbonlar, yapılarındaki değiĢken tek ve çift bağa sahip benzen halkalarının durumuna göre karakterize edilirler. Aromatik terimi bu grup bileĢiklerin hoĢ kokulu olmaları nedeniyle kullanılmaktadır. Yapılan çalıĢmalar neticesinde bu gruptaki hidrokarbonlar benzen (C6H6) ve türevleri olarak tanımlanmıĢtır. Benzen halkasındaki karbon atomları sürekli titreĢim yaparlar, ayrıca tek ve çift bağlar sürekli yer değiĢtirirler.
Aromatikler, doymamıĢ hidrokarbonlardır ve kolayca okside olarak yağın kalitesini kısa sürede bozarlar. Makinenin çalıĢtırılma periyoduyla orantılı olarak oksitlenme nedeniyle alifatik fraksiyonda düĢme görülmekte bunun yanında polar ve aromatik fraksiyonda artıĢ görülmektedir. Dizel makinelerin benzinlilere oranla oksidasyon ve kinematik viskozite oranları çok daha yüksek olmasına ve buna bağlı olarak polar oluĢumunda artıĢ olmasına rağmen Dizel makine yağları alifatik yapılarından bir Ģey kaybetmezler. Ancak aromatik fraksiyondaki artıĢ tortu oluĢumunun belirmesi demektir (Özçelik, 2004).
1.3.1.3. Alifatik ve aromatik (karıĢık) yapıda olan madeni yağlar
Hem doymuĢ hem de doymamıĢ hidrokarbon molekülleri oluĢtururlar. 1.3.2. Sentetik yağlar
Sentetik yağlar ise genellikle ham petrolden elde edilmeyen fakat ham petrol esaslı yağların yağlayıcılık özelliklerine sahip yağlardır. Sentetik yağlar ileri teknoloji gerektiren uzay araçları, nükleer, uçak v.b. endüstrilerdeki geliĢmeler karĢısında madeni yağların özelliklerinin yeterli olmaması nedeni ile kimyasal olarak laboratuarlarda geliĢtirilmiĢtir. Bu tür yağlar genel olarak kimyasal yollarla elde edilen ve gliserinden türetilen yağlardır. Sentetik baz yağlara örnek olarak, dibazik asit esteri, fosfat esteri, silikon, silikat esteri, poliglikal esteri verebiliriz (Özçelik, 2004).
Ġyi bir yağlama yağının belli bazı özelliklere sahip olması gerekir. Bunlar viskozitesinin yüksenin olması ve oksidasyona, karbon teĢekkülüne, korozyona, fazla basınca ve köpürmeye dayanıklı olması istenir. Ayrıca motor yağlama yağları motorda iyi bir temizleme elemanı gibi iĢ görebilmeli, düĢük sıcaklıkta akıcılığı yeterli, yüksek ve düĢük sıcaklıklar arasında iyi bir viskoziteye sahip olmalıdır. Sentetik yağların madeni yağlara göre en büyük özelliği yüksek sıcaklılarda kullanılabilmeleridir (Acaroğlu, 2007). Sentetik yağların karĢılaĢtırmalı olarak çalıĢma sıcaklıkları Çizelge 1.7.‟de verilmiĢtir.
Çizelge 1.7. Sentetik yağların çalıĢma sıcaklıkları (Acaroğlu, 2007) Yağlar Uzun süreli (°C) Kısa süreli (°C)
Madeni yağlar 93-121 135-149
Süper-rafine madeni yağlar 177-232 316-343 Sentetik hidrokarbonlar 177-232 316-343
Organik esterler 177-190 218-232
Poliglikoller 163-177 204-218
Polifenil eterler 316-371 427-482 Alkil fosfat esterleri 93-121 135-149 Aril fosfat esterleri 149-177 204-232
Poli-silikonlar 190-218 260-288 Silikonlar 218-274 316-343 Silikat esterleri 177-232 316-343 Halojenli poli-ariller 204-260 288-316 Florokarbonlar 288-343 399-454 Perfloroglikollar 232-260 288-343
Herhangi bir madeni yağın bütün bu özelliklere doğrudan doğruya sahip olmasına imkan yoktur. Bu nedenle yağ üreticileri fabrikasyon iĢlemleri sırasında yağın içerisine bir takım katık maddeler ilave ederler (Müjdeci, 2009).
1.3.3. Yarı Sentetik Yağlar
Madeni yağlar içerisine sentetik katkı maddeleri katılmasıyla elde edilen yağlardır. Hem fiyatları, hem de sundukları performans açısından madeni yağlar ile sentetik esaslı yağlar arasındadır. Genellikle %70-80 madeni yağa %20-30 sentetik yağ karıĢtırılmak suretiyle elde edilirler (Avcı, 2009).
1.3.4. Motorlarda aĢınmaya etken faktörler
Motorlarda sürtünen, korozyon ve kavitasyona maruz kalan yüzeylerin üzerinde aĢınmalar meydana gelir. Özellikle silindir ve segman yüzeyleri, yüksek basınç ve sıcaklık Ģartlarında çalıĢtığından, aĢınma yönünden en dikkat çekici kısımlardır. AĢınmalar, elemanların görev özelliğine göre belirli bir düzeyin üstüne çıkarsa, ya gerektiği gibi ya da tamamen görevlerini yapamamasına sebep olur. En az düzeyde aĢınma olmasını sağlayarak, motorun ömrünü uzatabilmek için motorlardaki aĢınmalarda hangi faktörlerin etken olduğu bilinmelidir. Genel olarak bu faktörleri aĢağıdaki Ģekilde sıralamak mümkündür.
1- Motorun konstrüktif özelliklere (devir sayısı, strok (H)/çap (D) oranı, strok hacmi, soğutma Ģekli v.s.)
2- Motor iĢletme Ģartları
ĠĢletme Ģekli (kısa aralarla, uzun süreli, sürekli), Cidar sıcaklıkları,
Fren yükü,
Soğutma suyu ve yağlama sıcaklıkları, Dizel motorlarda oluĢan is miktarı,
Ayrıca benzin motorlarında karıĢımın zenginlik derecesi, 3- Yağ filtrasyon sistemi
4- Yağlama yağının özellikleri (viskozite değiĢimi, içerdiği katıklar, oksidasyon süresi v.s.)
5- Silindir gömleklerinin su ile temas eden yüzeylerinde ve sirkülasyon pompası kanatlarında ortaya çıkan kavitasyon etkisi
6- Elemanların malzeme özellikleri
7- Elemanların hareket Ģekli ve yağlama Ģartları 8- Yakıt içerisindeki kükürt miktarı
9- Emme havası ile birlikte ortamdan silindire giren veya karter yağına karıĢan aĢındırıcı partikül miktarı
Motor elemanlarında aĢınmaya etki eden çok sayıda faktörün etkinliği her bir elemanda farklı olduğu gibi, belli bir elemanda değiĢik faktörlerin sebep olduğu aĢınma miktarları da farklıdır. Elemanların boyutu, kayma hızı, maruz kaldığı basınç ve sıcaklık, yağlama Ģekli, malzeme cinsi gibi aĢınmayı belirleyen temel faktörler her elemanda farklı olduğundan, fonksiyonlarını yerine getiremeyecek düzeyde aĢınmaya maruz kalma süreleri de değiĢik olur. Bu durum göz önüne alındığında, motorlarda aĢınma miktarının en yoğun olduğu ve aĢınmalar sonucu ortaya çıkan mahsurların en belirgin Ģekilde hissedildiği kısımlar, silindir ve segman yüzeyleri olmaktadır. Silindir cidarı ile segman yüzeyleri arasındaki harekette hidrodinamik yağlamayı bozucu (yüksek basınç, yüksek sıcaklık, AÖN ve ÜÖN dolayındaki düĢük kayma hızları, yanma gazlarının ve yağlama yağının oluĢturduğu korozif ortam gibi) Ģartların mevcudiyeti aĢınmaları hızlandırmaktadır. Silindir ve segmanların aĢınma sonucu yenilenmeleri, diğer motor elemanlarına göre nispeten daha pahalı olduğu gibi, uzun iĢçilik süresi de gerektirir. Bazı hallerde motorun kullanılma amacına bağlı olarak yenileme nedeniyle motorun çalıĢtırılması sonucu ortaya çıkan ekonomik kayıp, yenileme masraflarının da çok üstünde olabilir. Bu nedenlerle, daha verimli çalıĢma için aĢınma sürelerinin uzatılması zorunludur (Özçelik, 2004).
1.3.5. Motorlarda Yağlama ġekilleri
1.3.5.1. Yakıta yağ karıĢtırarak
Bisiklet, motosiklet ve zirai ilaçlama araçlarında kullanılan küçük motorlarda basitlik amacıyla 20-25 litrelik yakıta 1 litre yağ konularak yağlama sağlanmaktadır. Yakıt sarfiyatı az olduğu için yağ tüketimi fazla olmamaktadır.
