Bitkisel ve hayvansal biyodizel kullanılan bir dizel motorun performans, emisyon ve yanma karakteristiklerinin çok kriterli karar verme yöntemleri ile incelenmesi

Abstract

Bu çalışma için hayvansal atıklardaki kemik iliği yağlarından transesterifikasyon yöntemi ile biyodizel yakıt üretilmiştir. Bu üretime ek olarak aspir ve kanola yağı kökenli bitkisel biyodizel yakıt temin edilmiştir. Deneylerde kullanılmak üzere hacimsel olarak %5, %20, %50 ve %100 oranlarında bitkisel biyodizel ve dizel yakıt harmanlanarak yakıt karışımları oluşturulmuştur. Bu karışımlar VOB5, VOB20, VOB50, VOB100 olarak isimlendirilmiştir. Aynı şekilde, hayvansal biyodizel ile AFB5, AFB20, AFB50 ve AFB100 yakıtları hazırlanmıştır. Hazırlanan yakıtlar, New Power NWR serisi alternatör bulunan ve Fawde marka ağır hizmet tipi dizel motordan oluşan jeneratör setinde 1500 dev/ dk sabit hızda, 3,6, 7,2 ve 10,8 kW yükler altında test edilmiştir. Testlerde her yakıt karışımı için motor performansı, emisyon karakteristikleri ve yanma karakteristikleri belirlenmiştir. Ancak, ölçüm ve hesaplama yapılan tüm test parametrelerinde farklı yakıt karışımlarının farklı üstünlükleri ortaya çıkmıştır. Bu nedenle tüm test sonuçlarının olumlu ve olumsuz etkilerini bütüncül bir yaklaşımla dikkate alan ve en iyi yakıtın belirlenmesine yönelik bilimsel bir karar modeli oluşturulmuştur. Çok kriterli karar verme yöntemlerinden Analitik Hiyerarşi Prosesi (AHP), Analitik Ağ Prosesi (AAP), SWARA (Step-Wise Weigth Assessment Ratio Analysis) ve MOORA (Multi-Objective Optimization on The Basis of Ratio Analysis) hibrit şekilde kullanılmıştır. Tez çalışmasında, grup karar alma teknikleri benimsenmiş olup, öncelikle alternatif yakıtlar ve içten yanmalı motorlar konusunda araştırma yapan akademisyenlerden 5 kişilik karar alma grubu oluşturulmuştur. Seçim kriterlerinin belirlenmesinde ve kriter ağırlıklarının belirlenmesinde grup üyelerinin görüşlerine, deneyimlerine ve bilgilerine başvurulmuştur.Karar süreci için iki farklı yöntem belirlenmiştir. Birinci yöntemde, deneysel çalışma sonucu elde edilen verilere göre bütüncül bir yaklaşımla performans, emisyon ve yanma karakteristikleri açısından en iyi yakıtın seçimi yapılmıştır. Seçimden önce değerlendirme kriterlerinin ağırlıkları karar vericilerin görüşleri doğrultusunda AAP ve SWARA yöntemleri ile ayrı ayrı hesaplanmıştır. Değerlendirme kriterlerinin ağırlıklarının belirlenmesinde uygulama ve değerlendirme süreçleri birbirinden tamamen farklı iki yöntem kullanılmıştır. Böylece karar vericilerin görüşlerinin tutarlılığı test edilmiştir. Yakıt seçimi ise MOORA yönteminin MULTIMOORA yaklaşımıyla yapılmıştır. Test sonuçlarına göre en iyi yakıt karışımının VOB20 olduğu belirlenmiştir.İkinci yöntemde, alternatif yakıtların fiziksel, kimyasal ve ekonomik özelliklerine odaklanarak değerlendirme yapılmıştır. Kriterlerin sonuca olan oransal etkilerini belirlemek için AHP ve SWARA yöntemleri ayrı ayrı uygulanmıştır. Karar verme metodu olarak MOORA yönteminin MULTIMOORA yaklaşımı kullanılmıştır. Bu yöntemde ise yakıtların özelliklerine ve fiyatına bağlı olarak yakıt seçimi yapılmıştır. Uygulama sonucunda en iyi yakıt karışımının VOB20 olduğu görülmüştür.

For this study, biodiesel fuel was produced from the beef bone marrow in animal wastes by transesterification method. In addition to this production, biodiesel fuel of safflower and canola oil origin has been supplied. In order to be used in the experiments, 5%, 20%, 50% and 100% volume of vegetable biodiesel and diesel fuel were blended and fuel mixtures were formed. These mixtures are named as VOB5, VOB20, VOB50, VOB100. Similarly, AFB5, AFB20, AFB50, and AFB100 fuels were prepared with animal biodiesel. Prepared fuels were tested at a constant speed of 1500 rpm, under 3.6, 7.2 and 10.8 kW loads in a New Power NWR series alternator and Fawde heavy-duty diesel engine composed of diesel generator set. In the tests, engine performance, emission and combustion characteristics were determined for each fuel mixture. However, the different advantages of different fuel mixtures have emerged in all test parameters of measurement and calculation. For this reason, a scientific decision model has been formed which takes into account the positive and negative effects of all test results with a holistic approach and the determination of the best fuel. Analytic Hierarchy Process (AHP), Analytic Network Process (ANP), SWARA (Step-Wise Weight Assessment Ratio Analysis) and MOORA (Multi-Objective Optimization on The Basis of Ratio Analysis) in multi-criteria decision-making methods are used as a hybrid. In the thesis study, group decision-making techniques have been adopted and a decision-making group consisting of 5 academicians who are primarily engaged in research on alternative fuels and internal combustion engines has been formed. The opinions, experiences, and information of the group members were used in determining the selection criteria and determining the weight of the criteria. Two different methods were determined for the decision process. In the first method, according to the data obtained from the experimental study, the best fuel has been selected in terms of performance, emission and combustion characteristics with a holistic approach. The weight of the evaluation criteria before the election was calculated separately by the ANP and SWARA methods according to the opinions of the decision makers. In order to determine the weight of the evaluation criteria, two completely different methods were used. Thus, the consistency of the decision-makers' opinions was tested. Fuel selection was made by the MOORA method's MULTIMOORA approach. According to the test results, the best fuel mixture was determined as VOB20. The second method focuses on the physical, chemical and economic characteristics of alternative fuels. AHP and SWARA methods were applied separately to determine the proportional effects of the criteria to the result. The MULTIMOORA approach of the MOORA method was used as a decision method. In this method, fuel selection was made depending on the characteristics and price of the fuels. VOB20 was found to be the best fuel mixture.