OBTAINING RENEWABLE ENERGY BY OPTIMIZATION OF THE PERFORMANCE AND EMISSION RESPONSES OF THE DIESEL ENGINE WITH RSM USING ENVIRONMENTALLY FRIENDLY FUEL BLENDS

Abstract

ABSTRACT

In this study, the effects of using biodiesel produced from waste frying oil in a diesel engine on engine responses were examined and an optimization study was carried out with response surface methodology (RSM) so that it can be used under the best conditions. First, experimental studies were carried out with fuel mixtures containing different amounts of biodiesel (10, 20, 30, and 40% by vol.) at different engine electrical loads (500, 1000, 1500, 2000, 2500, and 3000 W) using a single-cylinder diesel generator. According to the test results, the best biodiesel ratio, especially in terms of emissions, was determined to be 30%. The lowest carbon monoxide (CO), hydrocarbon (HC) and smoke emissions were obtained with a fuel mixture containing 30% biodiesel. Then, optimization was made based on the experimental data obtained. While biodiesel ratio and engine load were selected as factors in the optimization study, CO, HC, carbon dioxide (CO2), nitrogen oxides (NOx), smoke and brake specific fuel consumption (BSFC) were selected as responses affected by the factors. According to the optimization results, the optimum factor levels were 26% and 1080 W for biodiesel ratio and engine load, respectively. The optimum responses obtained depending on the optimum factors are 500.1059 g/kWh BSFC, 0.4175% smoke, 375.1013 ppm NOx, 3.9134% CO2, 13.6162 ppm HC, 0.0404% CO. In addition, according to the verification study conducted to prove the reliability and accuracy of the optimization results, the lowest error rate between the optimum results and the experimental results was found in CO emission with 2.51%, while the highest error rate was obtained in HC emission with 7.83%. Accordingly, the fact that the maximum error is lower than 10% indicates that the optimization application can be trusted.

As a result, it was concluded that waste frying oil biodiesel can be an alternative fuel for diesel engines and can be used efficiently in diesel engines with RSM optimization.

ÖZET

Bu çalışmada atık kızartma yağlarından üretilmiş biyodizelin dizel motorda kullanımının motor yanıtlarına etkileri incelenmiş ve en iyi şartlarda kullanılabilmesi için RSM ile optimizasyon çalışması gerçekleştirilmiştir. Öncelikle tek silindirli dizel jeneratör kullanılarak farklı motor yüklerinde (500, 1000, 1500, 2000, 2500 ve 3000 W) farklı oranlarda (10, 20, 30 ve %40) biyodizel içeren yakıt karışımları ile deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Deney sonuçlarına göre özellikle emisyonlar açısından en iyi biyodizel oranı %30 olarak tespit edilmiştir. En düşük karbonmonoksit (CO), hidrokarbon (HC) ve is emisyonu %30 biyodizel içerikli yakıt karışımı ile elde edilmiştir. Daha sonra elde edilen deneysel verilere dayanarak optimizasyon yapılmıştır. Optimizasyon çalışmasında biyodizel oranı ve motor yükü faktör olarak seçilirken, CO, HC, karbondioksit (CO2), azot oksit (NOx), is ve fren özgül yakıt tüketimi (BSFC) faktörlerden etkilenen yanıtlar olarak seçilmiştir. Optimizasyon sonuçlarına göre optimum faktör seviyeleri biyodizel oranı ve motor yükü için sırasıyla %26 ve 1080 W olarak ortaya çıkmıştır. Optimum faktörlere bağlı olarak elde edilen optimum yanıtlar ise 500.1059 g/kWh BSFC, 0.4175% is, 375.1013 ppm NOx, 3.9134% CO2, 13.6162 ppm HC, 0.0404% CO'dur. Ayrıca, optimizasyon sonuçlarının güvenilirliğini ve doğruluğunu kanıtlamak amacıyla yapılan doğrulama çalışmasına göre optimum sonuçlar ile deney sonuçları arasındaki en düşük hata oranı %2,51 ile CO emisyonunda bulunurken en yüksek hata oranı %7,83 ile HC emisyonunda elde edilmiştir. Buna göre, en yüksek hatanın %10'dan daha düşük olması optimizasyon uygulamasına güvenilebileceğini göstermektedir.

Sonuç olarak, atık kızartma yağı biyodizelinin dizel motorlar için alternatif bir yakıt olabileceği ve RSM optimizasyonu ile verimli bir şekilde dizel motorlarda kullanılabileceği sonucuna varılmıştır.