YAKITLAR VE YAKIT SİSTEMLERİ

1. MARINE DIESEL ENGINES YAKITLAR VE YAKIT SİSTEMLERİ Prof.Dr.Adnan PARLAK

2. Yakıt maliyetlerinin yıllara göre

3. İŞLETME GİDERLERİ • Personel maaşları • Kumanya • Sigorta • Liman ve kanal geçiş ücretleri • Klas kuruluşları harcamaları • Bakım- tutum giderleri • Yakıt • Yağlama yağı

4. YAKIT TÜKETEN MAKİNELER • M/E • D/G • KAZAN

6. İŞLETME MALİYETLERİNE ETKİSİ

7. YAKIT GİDERLERİNİ AZALTMA • Ana makinenin yakıt giderini azaltma, • Jeneratörlerin yakıt giderlerini azaltma, • Atık enerjinin geri kazanılması, • Elektrik tüketiminin azaltılması, • Buhar tüketiminin azaltılması. İŞLETME MALİYETLERİNİ DÜŞÜRMEK; MALİYETLERE ETKİ EDEN MOTOR ÇALIŞMA PARAMETRELERİNİ İYİ KONTROL ETMEKLE MÜMKÜNDÜR:

8. Yakıt sistemleri • Yakıt özellikleri yanma verimini nasıl etkiler? • Yüzey gerilimi ve viskozitenin yanma verimi üzerine etkileri ne olabilir?

9. Sıvılarda Parçalanma ve damlacık oluşumu Diesel motorlarında, sıkıştırma zamanı sonunda yanma odasına püskürtülen yakıtın atomizasyonu (parçalanması) yakıt demeti ile havanın silindir içindekısa bir süre içerisinde karışımıyla gerçekleşmektedir. Yakıtın püskürtülmesindeki amaç sıvının küçük damlacıklara ayrılması sonucu hava ile temas eden yüzeyinin arttırılmasıdır. Birim yakıt hacminin 100 m çapındaki damlacıklara ayrılması sonucu toplam yüzey alanı 10,000 kez büyümektedir.

10. Sıvılarda Parçalanma Sıvıların parçalanması iç ve dış kuvvetlerin etkisi altında olmaktadır. Parçalanmada en önemli etkiyi atalet kuvvetleri ile viskoz kuvvetler arasındaki dengeyi tanımlayan Reynolds sayısı belirlemektedir. Re = (atalet kuvvetleri)/(viskoz kuvvetler)= u D /  = u D / Burada  =  /  (m2/s) olup kinematik viskozite olarak adlandırılır.

11. Diesel Yakıt Demeti Hava akımı içine püskürtme Yanma çok farklı noktalarda aynı anda başlamaktadır.

12. Parçalanma üzerine yakıt özelliklerinin etkisi • Viskozite (Viscosity) • Yüzey gerilmesi (Surface tension) • Setan sayısı (Cetane number)

13. Yakıtın viskozitesi • Bir sıvının viskozitesi akışa karşı gösterdiği direncin göstergesidir. Viskozite arttıkça akışa karşı direnç artar. • Mutlak viskozite (Poise, P), kinematik viskozite (stoke, St) veya Sec.Redwood I oalarak gösterilebilir. • Viskozite sıcaklıkla ters ilişkilidir. Sıcaklık arttıkça azalır, azaldıkça artar. Verildiği sıcaklık değerine bakmak gerekir.

14. Yakıt viskozite birimlerinin eşdeğerleri Approximate equivalent viscosities (for information only): Kinematic viscosity (cSt) at 100 oC 6 10 15 25 35 45 55 Kinematic viscosity (cSt) at 50 oC22 40 80 180 380 500 700 Sec. Redwood I at 100 oF 165 300 600 1500 35005000 7000

15. Damlacık çapına vizkozite ve yüzey gerilmesinin etkisi viskozitenin etkisi Yüzey gerilme kuvvetinin etkisi PÜSKÜRTME BASINCI (MPa) PÜSKÜRTME BASINCI (MPa)

16. sabit delik çapı sabit L / d oranı PÜSKÜRTME BASINCI (MPa)PÜSKÜRTME BASINCI (MPa) Damlacık çapına püskürtme basıncı ve delik çapının etkisi L/d oranı ve enjektör delik çapı küçüldükçe artan püskürtme basıncıyla damlacık çapı küçülmektedir.

17. Düşük Hızlı Jetlerde Parçalanma Viskozite nin etkisi : iç akımı etkilemektedir Ağır yakıt (solda) 5000 cS Diesel yakıtı (sağda) 6 cS

18. Yüzey geriliminin parçalanmaya etkisi Yüzey gerilme kuvvetinin teğetsel bileşeni, Kt bozucu etkiyi arttırmakta eksenel doğrultudaki bileşeni, Ka kesit daralmasını azaltıcı yönde etki etmekte

19. Sıvı sütununun liflere ayrılması

20. Karşı basıncın artması parçalanmayı arttırmaktadır. Ortam basıncı 2.86 MPa Ortam basıncı 0.1 MPa

21. Püskürtme açısının yakıt ve silindir içi gaz yoğunluklarına bağlı değişimi Burada g ve y sırasıyla gaz ve yakıt yoğunluğunu , A enjektör nozul geometrisiyle ilgili bir sabittir(burada A=4.9 alınmıştır.

22. Yakıtın penetrasyonun püskürtme basıncı ve ortam basıncının zamana göre değişimi Δp enjektör basınç düşmesi (Pinj – Pg ), t enjeksiyon süresi (s), dn nozul delik çapı (m), S ve dn

23. Yakıt demeti Standart Pinj :200-1700 bar Püskürtme anındaki Sil basıncı, Pcomp: 50- 100 bar Nozul delik çapı, d: 0.2-1 mm L/d : 2 -8 Sıcaklık, Tpüsk.: 1000 K Yoğunluk g : 15-25 kg/m3 Sıvı jeti enjektörü terk ettikçe türbülanslı akış artmakta, parçalanarak çevresini saran hava ile karışmaktadır. Başlangıçta jet hızı 102 m/s hıza ulaşmakta ve nozulun hemen çıkışında demetin en dışında damlacık çapı 10 m çapa kadar düşmektedir.

24. Püskürtme başlangıcında ort. damlacık çapı (Dd) üzerine etki eden parametreler σ yakıtın yüzey gerilmesi, g gaz yoğunluğu, vr gaz ve yakıt demeti arasındaki rölatif hız (Ortalama püskürtme hızı alınmıştır) C sabit, * en hızlı büyüyen dalganın boyutsuz dalga boyu. * boyutsuz sayı : ile ilişkilidir. Bu denklem, püskürtme hızına bağlı olarak, enjektör delik çapı, yakıt özellikleri,nozul Ln/dn oranı, silindir içi gaz yoğunluğunun damlacık çapı üzerine etkisini göstermektedir.

25. Yüksek Hızlı Jetlerde Parçalanma Atomizasyon rejimi : Enjektör deliğinden çıkan sıvının türbülanslı yapısı (Yüksek Re) ve çıkıştan sonra karşılaştığı hava direnci nedeniyle daha kolay parçalanmaktadır. - Sıvının havaya göre bağıl hızı arttıkça - Püskürtmenin yapıldığı delik çapı küçüldükçe - Sıvının viskozitesi azaldıkça - Püskürtmenin yapıldığı ortam yoğunluğu arttıkça sıvının parçalanması da artacaktır. ·        Segmanlar aşınmışsa yada kırılmışsa Sıvının parçalanması nasıl olur?

26. Setan Sayısı • Setan sayısı (SS) dizel yakıtının tutuşma meylinin bir göstergesidir. • Düşük setan sayılı bir yakıtla motorun çalışması özellikle ilk hareket problemleri meydana getirir. Pik basınç, yanma gürültüsü ve HC emisyonları artar. • Setan Sayısı çok yüksek olduğu takdirde hava ve yakıt yeteri kadar karışamadan tutuşma gerçekleştiği için güçte düşme ve emisyonlarda artma meydana gelir.

27. VURUNTU VE TUTUŞMA GECİKMESİNE ETKİ EDEN PARAMETRELER TG ms cinsinden: N: Devir EA aktivasyon enerjisi (Yakıt özellikleri önemli): Politropik indeks modeli kullanılarak sıkıştırma sonu T ve P tahmini:

28. SORU: 4 stroklu bir dizel motorunun soğuk ilk harekette rahat çalışabilmesi için sıkıştırma oranı 18 olması gerekmektedir. Yukarıdaki denklemleri kullanarak ve Pi= 1atm, Ti=255 K, n=1.13, N=100 d/d, D=H=120mm, ve CN=45 kabullerini yaparak =12-20 için bir - TG grafiği çiziniz.Şayet güvenli bir ilk hareket için TG<20 0KMA olması gerekiyorsa, Sıkıştırma oranı ne olmalıdır?

29. Cetane Number Measurement • Setan sayısı, numune yakıtın “tutuşma gecikme süresine” eşdeğer süreyi veren setan (C16H34) + alphamethyl naptane (C10H7 CH3) karışımdaki setanın hacimsel yüzde değeri olarak belirtilir. • Referans Yakıtlardan Setanın Setan Sayısı 100, alphamethyl naptane’nın ise 0. • Tutuşmanın başladığı sıkıştırma oranının(SO) belirlenmesi için CFR motoru kullanılır.Motor bir elektrik motoru tarafından döndürülürken sıkıştırma oranı tutuşmanın başladığı noktaya kadar artırılır. Bu şekilde SS-Kritik Sık. Oranı eğrisi elde edilir.

30. Setan Sayısı-Kritik Sık. Oranı grafiği SS Ölçülen yakıt Kritik Sıkıştırma oranı (k)

31. Dizel indeksi veya Anilin noktası • SS’ nı pratik olarak “Diesel Indeksi” ile hesaplanabilir.Yakıtın DI arttıkça tutuşma meyli artar • Anilin kendisi gibi aromatlarla düşük sıcaklıklarda bile kolayca karışır. Parafin gurubu ile ise yüksek sıcaklıklarda gerçekleşir. • Yakıt içerisindeki parafin oranı ne kadar yüksek ise karışma sıcaklığı o kadar yükselir. Sıcaklığı yükseltilerek tam karışan yakıt, soğumaya bırakılır. Anilinin ayrışmaya başladığı sıcaklık o yakıtın DI ‘ ini verir.

32. Motor devrine göre kabul edilebilir setan sayısı aralıkları • 50 – 60 ( Yüksek devirli dizel motorları) • 25 - 45 (Düşük devirli dizel motorları) Ağır devirli dizel motorlarında düşük setan sayılı yakıt kullanılmasının nedeni nedir?

33. GEMİ DİZEL MOTORLARINDA KULLANILAN AĞIR YAKIT ÖZELLİKLERİ VE STANDARTLAR İSTENEN AĞIR YAKIT ÖZELLİKLERİ ISO 8217, BS6843 and to CIMAC DİREKTİFLERİNE GÖRE YAPILIR. Table 1: Marine fuel standards

34. Yakıt Standartları -British Standart BS MA 100 (1982 yılında olusturuldu ve1989 yılında revize edilerek uluslararası uygun bir şekle getirildi) -CIMAC (International Council on Combustion Engines) -ISO 8217

35. Tecrübelere dayanılarak belirlenen (ağır devirli bir dizel motorunda) uygun yakıt özellikleri (MAN B&W) Table 2: Guiding fuel oil specification Tabloda belirtilen yakıt özelliklerinin sağlanması durumunda ana makine ve jeneratör dizellerinin ömrünün arttığı ifade edilmektedir. 1 cSt = 1 mm2/sec

36. Herhangi bir problemle karşılaşılmaması için genel olarak yakıt özelliklerinin aşağıdaki değerleri aşmamasına dikkat edilmemelidir. Çünkü Tabloda verilen değerler rafineri çıkış değerleridir. Gemi şartları ve tankların durumu bu değerin aşılmasına neden olabilir. Viscosity………….………450 cSt/50°C Carbon residue….. . ………………18% Sulphur…………......…………..……4% Vanadium………...…………400 mg/kg

37. YAKITIN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ VE ETKİLERİ • Viskozite ve yoğunluk • Setan sayısı ve dizel indeksi • Karbon artıkları • Kül • Parlama noktası • Kükürt • Su • Akma Noktası • Bulutlanma noktası • Asfaltenler • Katalitik partiküller • -Vanadium and sodium • - Aluminium and silicon

38. Yakıt özellikleri Viscosity and density Düşük viskozite yüksek yoğunluk kötü tutuşmaya neden olur. Yakıtın içerisindeki yabancı partikül ve suyun seperatör vasıtasıyla ayrıştırılabilmesi açısından yakıtın yoğunluğu önemlidir. Yoğunluğu yüksek yakıtların karbon içerikleri ve asfalt içeriği daha fazladır. Yoğunluk arttıkça yakıtın C/H oranının arttığı dolayısıyla ısıl değerinin azaldığını söylemek mümkündür. Daha önceleri maksimum limit 991 kg/m3 iken klasik seperatörlerle (prufier-clarfier ayrıştırma yapılabilmekte idi. Ancak yeni seperatörlerle (ALCAP gibi) 1010 kg/m3 yoğunluğundaki yakıtlarda ayrıştırılabilmektedir.

39. Yakıt özellikleri Parlama noktası Depolamada yangın güvenliği açısından önemlidir. 60 0C nin üstünde olması istenir Kükürt Yanma esnasında sülfürük asit oluşumuna neden olur. Korozif etkisi uygun silindir yağlama yağı ve yanma odası cidar sıcaklık kontrolü ile azaltılmaktadır. Yanma prosesine etkisi çok azdır. Bulutlanma noktası Damıtma ürünü yakıtın mum kristallerinin (wax) oluşmaya başladığı sıcaklıktır. Filtrelerin tıkanmasında önemlidir.

40. Yakıt özellikleri Karbon artıkları ve asfaltenler Yakıt laboratuar ortamında tespit edilir. Çok düşük miktarda hava gönderilerek ve motorda yanmanın gerçekleşmediği şartlarda meydana gelen eksik yanmada açığa çıkan karbon miktarıdır. Konradson denilen bir cihaz vasıtasıyla ölçülür. Ancak bu yöntem yerine günümüzde mikro karbon yöntemi (MCR-micro carbon residue) daha hızlı ve hassas sonuç verdiği için tercih edilmektedir. Karbon gaz yollarının, piston, valfler ve yuvalarının, türbin kanatlarının ve baca kazan borularının kirliliği açısından önem arz eder.Yakıt içerisindeki karbon artığı arttıkça kirlenme o kadar hızlı olur.Yağlama yağı ile birleşerek yapışkan bir madde oluştururlar. Asfaltenler yakıtın yağlama özelliğini etkilerler. Yakıtın asfalt içeriği arttıkça pompa elemanlarının tutmasına neden olabilir.

41. Analysis Data Su Yakıt donanımı ve motor parçalarının aşınmasına, soğuk mevsimlerde devrenin donmasına ve yakıt akışına mani olur. Kullanımdan önce seperatörle ayrıştırılmalıdır. Özellikle yakıt içerisinde tuzlu suyun(deniz suyu gibi) bulunması supap ve türbin kanatlarında Sodyum oksit gibi depozit oluşumuna neden olur. Eğer su tamamen ayrıştırılamıyorsa seperatör çıkışında bir homojenleştiriciden geçirilmesi tavsiye edilmektedir.

42. Analysis Data Kül Yakıt içerisinde katı halde bulunan Vanadyum ve Alüminyum gibi maddeleri ifade eder. Bir kısmı rafineri işlemlerinden kalmaktadır. Bir kısmı oldukça aşındırıcıdırlar. Bu nedenle separatör aracılığıyla büyük ölçüde ayrıştırılmalıdır. Temizleme işlemini daha da artırabilmek için seperatör çıkışına ince gözenekli filtre (~510µm) konulabilir. Vanadium and sodium Vanadium yakıt içerisinde çözündüğü için seperatörle ayrıştırılamaz. Sodyumla birlikte egzoz valfi korozyonuna ve türbin kirlenmesine enden olurlar. ISO 8217 ve CIMAC ‘ a göre bu olaylar özellikle sodyum/vanadyum ağırlık oranı 1:3 olduğu takdirde meydana gelmektedir.

43. Analysis Data Sodyum genellikle yakıt içerisinde tuzlu su olarak bulunur ve seperatörle ayrışabilir. Vanadium depozitleri aynı zamanada TC nozullarına ve kanatlarına büyük zararlar verirler. Vanadyum depozitlerini bu bölgelerden çıkarmanın tek yolu T/C’ yi sökerek mekanik olarak kazımaktır. Doğrudan yada katkı maddeleri vasıtasıyla yakıt içerisinde magnezyum bulunmasıvanadyumun ergime sıcaklığının yükselmesine neden olmakta ve böylece depozit oluşumu önlenebilmektedir.

44. Fuel Oil Kararlılığı Ham petrol içeriğinin farklı ve rafineri işlemlerinin farklılıklarından dolayı elde edilen yakıtlar farklılıklar içerebilir. Bu nedenle, farklı yakıtların aynı tankta karıştırılmalarına mümkün mertebe müsaade edilmemelidir. Bu şekilde karışan yakıtların kararlı yapısı bozulabilir ve çamurlaşma riski doğururlar. Bu separatörlerin aşırı çamurdan bloke olmalarına neden olabilir. Servis tankında böyle bir homojen olmayan bir durum var ise separatörün düşük debide servis tankına çalıştırılması gerekir.

45. Seperatörle temizleme tavsiyeleri Gerek HFO gerekse MDO içerisinde rafineri çıkışı sonrası katı ve sıvı madde karışımı olmaktadır.Dolayısıyla motora göndermeden önce katı ve sıvı maddelerin yakıt içerisinden ayrıştırılması gerekir. Yakıt içerisindeki katı partiküllerin başlıcaları toz, kum ve rafineri işlemlerinden kalan katalistlerdir. Sıvı birikintiler ise tatlı veya tuzlu su oluşturur. Yakıt içerisindeki bu poroziteler yakıt pompaları ve elemanlarına, silindir cidarlarına ve egzoz valf oturma yuvalarına zarar verebilirler.Aynı zamanda türbin girişlerinin tıkanmasına ve kanatların zarar görmesine neden olabilirler. Efektif temizleme santrifüj seperatörle olur. Optimum temizleme yakıt viskozitesinin olabildiğince düşük ve siğil duvarının kırılmadığı şartlarda gerçekleşir.

46. YAKIT SEPERATÖRLERİ • YAKIT VE YAĞ SEPERATÖRLERİNDE AYRIŞTIRMA VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTÖRLER: • DEBİ, • ARAYÜZEY POZİSYONU, • SEPERATÖR ÇALIŞMA MODU • YAKIT SEPERASYON SICAKLIĞI

47. Yakıt yoğunluğu arttıkça ara yüzeyin kırılma riski artmaktadır. Prufier seperasyonda yoğunluk limiti 991 kg/m3 (15 0C). Yoğunluk ve viskozite arttıkça yakıtın ısıtılarak gönderilmesi çok daha önemli hale gelmektedir (98 oC).

48. Yakıt Seperasyon Tavsiyeleri Yakıt separatörünün debisi saatlik motor yakıt sarfiyatına eşit olmalıdır. Bu durumda separatör 24 saat boyunca çalıştırılmalıdır. Daha fazla debiyle çalışması seperasyon verimini düşürür. Doğru gravite disk seçimi yakıt içerisindeki suyun atılması açısından çok önemlidir. Disk seçimi yakıt yoğunluğu dikkate alınarak yapılmalıdır. Normalde en az iki seperatör seri veya paralel olarak kullanılır. Araştırmalar en iyi temizlemenin separatörlerin seri olarak purifier ve clarifier modlarında çalıştırmaktır.

49. ARA YÜZEYİN ETKİSİ 180 mm2/s (50 0C)üzerindeki yakıtlarda giriş sıcaklığı en üst sınır olan 98 0C tavsiye edilmektedir. SADECE ALT DİSK GRUBU TEMİZLİK YAPAR! DOĞRU DİSK KÜÇÜK ARAYÜZEY Siğil çemberini kırmayacak en büyük çaplı gravite diski en doğru disktir.

50. prufier işleminden sonra Clarifier işlemi daha iyi sep. verimi verir. ÇÜNKÜ yakıt içerisinde fazla su olması durumunda clarifier işlemi verimsizdir. Geminin dalga etkisiyle dip tk., dinlenme tankı ve servis tankının dibinde biriken çamur ve ağır partikülleri karıştırması nedeniyle separetaörleri paralel çalıştırmak iyi değildir. Clarifier modunda gravite diski su çıkışını kapadığından su tahliyesi ancak slaç tahliyesi esnasında olabilir. Dolayısıyla yakıt içerisinde fazla miktarda su bulunduğunda su tamamen ayrıştırılamaz.