MAKALELER / Benzin ve Diesel Motorların Doğal Gaz Motoruna Dönüştürülmesi





Benzin ve Diesel Motorların Doğal Gaz Motoruna Dönüştürülmesi

 

1—Doğalgazın Fiziksel-Kimyasal Özellikleri:

 

1.1--Doğal gaz, saf halinde iken renksiz, kokusuz ve tatsız bir gazdır.

 

1.2--Güvenlik amacıyla merkaptanla kokulandırılmaktadır.

 

1.3--Ana maddesini hacimsel olarak %70-99 metan (CH 4 ) gazı oluşturmakta ve bu da onu temiz bir yakıt yapmaktadır.

 

1.3.1--Metan gazından başka en çok bulunan gazlar sırasıyla etan, propan, bütan ve diğer hidrokarbonlardır.

 

1.4--Petrol, kömür ve diğer fosil yakıtlar ise kimyasal olarak daha karmaşık yapıdadırlar ve daha yüksek oranlarda karbon, kükürt ve nitrojen içerirler.

 

1.5--Üretilen Birim Güç Başına Eşdeğer Karbondioksit Salınımı- (kg eş-değer CO2/MWh) ortalama olarak:

 

1—odun………………. …29.6

 

2—doğalgazda………… 232.8

 

3—LPG……………….. 319.6

 

4—fueloil………………387.7

 

5—kömür……………… 501.1

 

6—elektrikte………….. 579.7

 

1.5.1—Petrol ve kömürün yerini doğalgazın almasıyla:

 

1—fueloil de…232/387….%40 daha az CO2 çıkışı.

 

2—LPG de ….232/319….%28 daha az CO2 çıkışı

 

3—Kömür de ….232/501….%54 daha az CO2 çıkışı sağlanabilir.

 

1.5.2—Bu değerlere göre kömür ve petrolden doğalgaza geçiş küresel ısınmayı yavaşlatabilir.Ayrıca havadaki CO2 tutup toprağa gömmek-enerji tasarrufu ve yenilenebilir enerjiler ile atmosferdeki 450 ppm CO2 değeri aşağı çekilmeye başlanabilir mi.

 

 

2—Enerji Üretiminde Doğalgazın Önemi ve Rezervler:

 

 2.1—ABD de kaya gazı üretiminin yüksek değerlere ulaşması ABD yi petrole bağımlılıktan kurtaracak onu net doğalgaz ihracatçısı yapacak düzeye ulaşmıştır.Artık ülkeler ucuz enerji için ABD kaya gazına yoğun oranda başvurursa şaşırmamak gerekecek.Kısaca devir ucuz kaya gazı veya ABD kaya gazı devri olarak yorumlanabilir.

 

2.2—Bu anlamda tüm santrallerde ve motorlu kara-deniz ve hava taşıtlarında doğalgazlı motorlar ön plana çıkabilecektir.Şimdiden LNG li gemi motorları ön plana çıkmaya başladı.

 

2.2.1—Doğalgazı temiz ve ucuz olmasının yanında kaya gazı üretiminde çevreye yoğun oranda sere gazı metan salınabilmektedir.Bu anlamda kaya gazı üretiminde metan salınımını minimuma indirecek tedbirler süratle alınmalıdır.

 

2.3—Doğalgaz sıkıştırılmış ve sıvılaştırılmış(likit-LNG) depolar ile araç dönüşüm kitleriyle benzin ve dizel motorlarda kullanılabilmektedir.

 

2.4--Dünya doğal gaz rezervlerinin % 36,2’si Eski Sovyetler Birliği’nde, % 36,1’i Orta Doğu’da ve geri kalan dünyanın geri kalan bölgelerine dağılmış vaziyettedir.

 

2.4.1--Türkiye'de 1996 yılında tüketilen 7700 milyon m 3 doğal gazın %53'ü elektrik, %18'i sanayi, %19'u konut ve %10'u gübre sektöründe kullanılmıştır

 

3--Taşıtlarda Doğal Gaz Kullanımı:

 

3.1--Çevre kirliliği açısından doğal gaz birçok teknik ve ekonomik üstünlüklere sahiptir.

 

3.2--Teknik üstünlükler;

1--fotokimyasal reaktivitesinin son derece düşük olması,

2--buharlaşıcı emisyonlarının olmayışı,

3--daha az soğuk ilk hareket

4--düşük sıcaklık emisyonları

5--yakıt etkili fakir yanma teknolojisine uyumluluğu şeklinde özetlenebilir.

 

3.2.1--Ekonomik üstünlükleri ise;

1--hazır biçimde elde edilebilir oluşu,

2--düşük fiyatı,

3--halen var olan iletim ve dağıtım sistemlerinden yararlanılabilir olmasıdır

 

3.3--Doğal gaz, geleneksel ve gelişmiş içten yanmalı motorlar için mükemmel denilebilecek bir yakıttır.

 

3.4--Sıkıştırılmış doğal gaz (CNG), uygun kitlerle ve belirli değişikliklerle, hem buji ile ateşlemeli, hem de sıkıştırma ile ateşlemeli motorlarda başarıyla kullanılmaktadır.

 

3.4.1--Yüksek oktan numarası sayesinde (130’un üzerinde) motorların sıkıştırma oranları yükseltilebilmekte ve modern yakıt enjeksiyonlu doğal gaz motorları, benzeri geleneksel yakıtlı motorlu taşıtlara oranla daha iyi yakıt ekonomisi sağlamaktadır.

 

3.4.2--Buji ile ateşlemeli motorlar genellikle sadece doğal gaz veya herhangi bir zamanda, doğal gaz ve benzinden sadece bir tanesini kullanan çift yakıt sistemleriyle donatılmaktadırlar.

 

3.4.3--Çift yakıtlı sis-temlerde yakıt seçimi, sürücü tarafından kontrol edilen bir seçici anahtarla yapılmaktadır.

 

3.4.4—Doğalgazlı motorlarda gaz egzoz emisyon azalması %66,6 varabilmektedir(Daha temiz).Çift yakıtlı(Dizel-doğalgaz) sistemlerde Gürültü azalması = 3,0 db (A) ulaşabilmektedir(daha sessiz)

 

3.4.5--Doğal gazın ağır-kamyonlarda ve otobüslerde kullanımı, diesel motorların iyi bilinen problem-lerinden biri olan NOx’ lerde 2/3 kadar azalma sağlamaktadır.

 

3.4.6--Benzinli taşıta göre daha basit emisyon ekipmanı gereklidir

 

3.5--Doğal gazı yakıt olarak kullanarak şehirlerdeki kirlilik düzeylerini azaltmak için, birçok ülke taşıt-larda kullanımını teşvik etmekte, doğal gaz projelerini desteklemektedir.

 

3.5.1— Bazı ülkelerin dönüşümü yapılmış taşıt ve dolum istasyonu sayıları

 

Ülke

Dönüşüm

Yapılan

taşıt sayısı

Dolum

istasyonu

sayısı

Arjantin

721,830

969

Italya

380,000

369

Pakistan

280,000

333

Brezilya

232,973

284

USA

102,430

1,250

Hindistan

84,150

116

Venezuela

40,962

170

Mısır

39,895

62

Çin

36,000

70

Ukrayna

35,000

87

Rusya

31,000

208

Kanada

20,505

222

Japonya

12,539

181

Yeni Zelanda

12,000

100

Almanya

10,000

146

Fransa

4,550

105

Iran

1,000

3

Büyük Britanya

835

18

Hollanda

874

42

Isviçre

520

26

Ispanya

300

6

Belçika

300

5

Portekiz

238

 

Türkiye

189

3

Avusturya

182

6

 

 

3.6--Doğal gazın yakın gelecekteki kirlenme sorununa çözüm olmasının sebeplerinden biri de teknolojisinin olgunlaşmış olmasıdır. Halen dünyada, sıkıştırılmış doğal gazla çalışan ve çoğunluğu buji ile ateşlemeli olmak üzere,  iki  milyondan fazla taşıt bulunmaktadır

 

3.7—LNG Faydası:Orta ve uzun mesafeli taşımacılık yapan yük taşımacılık sektörünün, CNG (sıkıştırılmış-compres) ile karşılaştırıldığında (yaklaşık 300 kilometre) uzun dolum aralığı (yaklaşık 600 kilometre) ve yakıt tasarrufu gibi ekonomik yararlarına ek olarak sunduğu çevresel yararları nedeniyle, LNG yakıt kullanımına büyük ilgi gösterdiği belirtiliyor.

 

4-Doğal Gaz Yakıt Sistemleri:

 

4.1--Doğal gazı taşıtlarda yakıt olarak depolamak ve kullanmak için iki metot bulunmaktadır :

 

1—Sıkıştırılmış- CNG Doğal Gaz (Compressed Natural Gas)

 

1.1--Boru doğal gazının standardlara uygun olarak filtrelendiği, kurutulduğu ve sıkıştırıldığı bir yerel yakıt istasyonunda üretilir.

 

1.2--Taşıtlarda yüksek-basınç sıkıştırılmış gaz tüplerinde depolanır.

 

1.3--Depolama basıncı,200 - 250 bar kadardır ve 250 barda atmosfer

basınç ve sıcaklığındaki doğal gaza oranla yaklaşık 1/200 hacim kaplar.

 

1.4--CNG yakıtlı taşıtın tam yükte kat edeceği mesafe, tüplerin basınç ve hacmine bağımlıdır

 

2—Sıvılaştırılmış/Likit-LNG Doğal Gaz (Liquefied Natural Gas)

 

2.1--LNG, atmosfer basınç ve sıcaklığındaki doğal gaza oranla 1/600 hacim kapladığından, sıvı olarak taşıtların döşeme altında, düşük basınç fakat kaynayan soğuk sıvı (boiling cryogen) olarak atmosfer basıncında -160°C sıcaklıkta çift duvarlı, vakum yalıtımlı tüplerde depolanır.

 

2.2--Daha yüksek depolama yoğunluğuna ek olarak, motor yakıtı olarak CNG ile aynı avantaj-

 

5--Doğal Gaz Yakıt Sisteminin Elemanları

 

5.1--Tipik bir doğal gaz yakıt sistemi elemanları

 

1--Yakıt tüpü

 

1.1--Gazı yüksek basınçta (200 bar veya daha fazla) depolayan yakıt deposudur. Gazın basıncı 250 bara kadar ulaşabilir.

 

1.2--Taşıt tipi 2 karbon-fiber-kaplanmış çelik tüp yaklaşık 24 litre benzin eşde-ğeri (kullanılabilir) gaz.

 

1.3--Rijit olarak bagaja veya döşeme altına monte edilir ve üzeri kapatılarak gizlenir.

 

1.4--Üzerinde bir kapatma (shut-off) valfi ve bir güvenlik patlama diski bulunur.

 

2--Buhar torbası

 

2.1--Tüpün üzerine monte edilir, buhar torbası tüp valfi ve bağlantı borularının üzerini kapatır ve ta-şıtın dışına havalandırılır.

 

3--Aşırı sıcaklık kaçırma valfi

 

3.1--Bu valf, CNG tüpü yüksek sıcaklığın etkisinde kaldığında (sıcaklık 102°C ‘nin üzerine çıktığında), doğal gazı CNG tüpünden atmosfere havalandırarak CNG yakıt sistemini otomatik olarak korur.

 

4--Yüksek-basınç yakıt kapatma valfi (elektrik / tüp içinde)

 

4.1--Tüp içinde bulunan yüksek-basınç kilitleme solenoid valfi, motor CNG modunda çalışmazken veya sistemde önemli bir yakıt sızıntısı olduğunda CNG yakıt akışını otomatik olarak kapatır.

 

5--Doldurma valfi

 

5.1--Doldurma valfi CNG tüplerine yakıt doldurmada kullanılır.

 

6--Yüksek basınç borusu

 

6.1--Yüksek basınç borusu, doldurma valfini CNG tü-püne ve tüpü de basınç regülatörüne bağlar.

 

7--Yüksek-basınç regülatörü

 

7.1--Bu regülatör, tüpten sağlanan CNG basıncını yaklaşık 12 bara düşürür. Sistemin optimum per-formansı için, en yüksek akış debisini ve ısıl verimini sağlayacak biçimde tasarlanır.

 

8--Düşük-basınç regülatörü

 

8.1--Bu iki-kademeli eleman, yüksek-basınç regülatö-ründen sağlanan basıncı yaklaşık olarak 0,015 bar/150 mm H 2 O basınca düşürür.

 

9--Gaz kütle sensörü ve akış kontrol valfi

9.1--Mümkün olan en düşük emisyon düzeyinde taşıt performansını en yüksek düzeyde tutmak için, akış kontrol valfi motora yakıt akışını ölçerken, bir sıcak-telli anemometre akış ölçer de yakıt akı-şını doğru olarak yönetir.

 

10--Düşük-basınç yakıt kesme (shut-off) valfi (elektrik)

 

10.1--Bu ilave güvenlik valfi, motor CNG ile çalışmaz-ken sitemdeki elemanlara doğal gaz akışını oto¬matik olarak kapatmak amacyla tasarlanmıştır.

 

11--Yakıt seviyesi transduseri

 

11.1--Bu sıcaklık-düzeltmeli basınç-gönderme elemanı CNG sistemindeki tüp basıncını doğru olarak yakıt miktarına çevirir ve gösterge panosundaki yakıt göstergesinde gönderir.

 

12--Otomatik kapatma

 

12.1--Basınç 24 bara düştüğünde doğal gaz beslemesi otomatik olarak kapatılır ve taşıt sadece benzinle çalıştırılabilir.

 

13--Marş kesici güvenlik anahtarı

13.1--Yakıt dolumu sırasında motorun çalışmasını önle-yen bir güvenlik anahtarıdır (isteğe bağlı).

 

14--Benzin Solenoid Valfi

 

14.1--Benzin-solenoid valfi, CNG çalışması sırasında motora benzin sağlamayı kesen valftir.

 

15--Seçici Anahtar

 

15.1--Seçici anahtar kontrol paneline yerleştirilir ve CNG veya benzin çalışma modunun seçilmesini sağlar. Aynı zamanda tüpteki CNG miktarını gösteren bir yakıt göstergesi görevi yapar.

 

5.2-- Doğal Gaz Yakıt Sisteminin Çalışması

 

1--Tüplerde bulunan yüksek basınçlı gaz, bir filtreden geçirilerek, önce gaz basıncının, 12-15 bara düşürüldüğü yüksek basınç regülatörüne gönderilir.

 

2--Ikinci bir regüle edici valf olan düşük-basınç regülatörü, bu basıncı daha da düşürerek, gaz kontrol valfine uygun bir besleme basıncı düzeyine indirir.

3--Kontrol valfi, motorun soğutma suyundan yararlanılarak ısıtılabilmektedir.

4--Sistem, her-hangi bir anormal basınç artışı, gaz kaçağı vb. olduğunda, otomatik olarak kapanacak biçimde tasarlanmıştır.

 

5--Ağır yüksek basınç tüpleri-58 litre benzine eşdeğer yakıt depolanan modern hafif bir doğal gaz tüpünün ağırlığı 70 kg kadardır.

 

5.1--Taşıtların ço-ğunda sadece iki - üç tüplük yer bulunmaktadır. 58 litre benzine eşdeğer doğal gaz taşıyan tüpler taşıta yaklaşık 225 kg ağırlık eklemekte ve bagajın yaklaşık yarısını kaplamaktadır.

 

5.2--Buna, çift yakıtlı taşıtların taşımak zorunda olduğu benzin dahil değildir.

 

5.3--1150 - 1600 kg’lık bir taşıta eklenecek ilave 135 kg yakıt ekonomisini % 6 kadar kötüleştirmektedir.

 

6--Doğal Gazın Avantajları

 

1--Ekonomi

 

1.1--Pahalı değildir (Benzin, motorin ve LPG’den ucuz)

 

1.2--Kasım 2002 ayı KDV'li birim fiyatları:

 

1--kurşunsuz benzin 1.637.000 TL/litre,

2--süper benzin 1.641.000 TL/litre,

3--motorin 1.246.000 TL/litre,

4--LPG 983.000 TL/litre iken,

5--doğal gazın konut aboneleri için birim fiyatı 374TL/lt ).

 

1.3--Boru hatlarıyla daha kolay taşınabilir. Gerekli olan yerde küçük bir doğal gaz kompresörü ek-lenerek dolum yapılabilir.

 

1.4--Kullanımdan önce çok az rafinasyon gerektir-mektedir.

 

1.5--Yakıt dolum işlemi kolay ve temizdir.

 

1.6--Doğal gazlı taşıtlar, benzinin yakıt ekonomisini karşılar veya geçer. Yeni doğal gaz motorları, halen kullanılmakta olan yüksek-kompresyonlu diesel motorları kadar verimlidir.

 

1.7--CNG kullanımı daha düşük bakım maliyeti demektir, zira;

 

1--Bujiler daha geç değiştirilmektedir.

2--Daha seyrek yağ ve yağ filtresi değişimi (yak-laşık iki katı).

 

3--Silindir  yüzeylerinde   çamurlaşan   artıklar oluşmaz

 

4--Egzoz   boru   ve   susturucuları   daha   uzun ömürlü olmaktadır.

 

5—Güvenlik:

 

5.1--Doğal gaz doğal olarak güvenli bir motor yakıtıdır.

 

5.2--Doğal gazlı taşıtlarda yakıt kökenli kaza ve yangın olasılığı, geleneksel taşıtlara oranla çok daha düşüktür. Doğal gazı böyle güvenli bir yakıt yapan iki özelliği vardır:

 

1--Yakıtın kendi özellikleri (Havadan hafif olması nedeniyle çabucak yayılarak dağılır.

 

2--Benzinden farklı olarak, açık havada patlama yapmaz).

 

3--Benzin veya diesel yakıtından farklı olarak, doğal gaz havada sadece sınırlı bir konsantrasyon aralığında yanabilir

 

4--Hava ile % 5 in altında veya % 15 in üzerindeki konsantrasyonlarda yanmaz.

 

5--Benzin ve diesel yakıtı ise çok daha düşük konsantrasyonlarda ve düşük sıcaklıklarda yanabilmektedir.

 

6--Doğal gaz, benzin, veya diesel yakıtının hava ile karışımlarını tutuşturmak için çok az bir enerji gerekli olduğu halde, doğal gaz biraz daha düşük sıcaklıkta yanmaktadır.

 

7--Yakıt sistemine çok sıkı standardlar uygulanmaktadır. Taşıtlar için doğal gaz yakıt tüpleri benzin depolarından çok daha kuvvetli yapılmaktadır. Böylece büyük kazalarda bile sağlam kalabilir, senelerce kullanılabilirler.

 

8—Emisyonlar:

 

8.1--Doğal gaz en az kirletici yayan yakıttır.

 

8.2--Doğal gaz hafif ve orta hizmet taşıt filolarında, taksiler gibi ve dağıtım kamyonlarında kullanıldığında, ozon oluşturan kimyasallar emisyonunu önemli düzeyde düşürme potansiyeline sahiptir,

8.3--Doğal gaz yakıt sistemleri tamamen yalıtılmıştır ve dolum sırasında hiçbir şey yaymazlar. Oysa ki benzinin doldurma sırasındaki buharlaşmasıyla önemli miktarda ozon oluşturan kimyasal çıkmaktadır.

 

8.4--Egzoz emisyonları, henüz yasal zorunluluğu bulunmayan Ultra Low Emisyonlu Taşıt (ULEV) standardının çok altındadır.

 

8.5--Doğal gazlı taşıtların çoğu Super Ultra Low Emisyonlu   Taşıt   (SULEV)   standardını   karşılamakta ve üretilen güç başına emisyonlar dikkate alındığında elektrikli taşıtlardan bile temiz bulunmaktadırlar.

 

8.6--Doğal gaz taşıtlarda kullanıldığında, partikül emisyonlarında geleneksel diesel yakıtlı motor-lara oranla % 65-90 azalma sağlamaktadır,

 

8.7--Doğal gaz kullanan otobüs ve kamyonlar güncel emisyon standardlarını kolayca karşılarlar.

 

8.8--Doğal gazın ağır-kamyonlarda ve otobüslerde kullanımı, diesel motorların iyi bilinen problem-lerinden biri olan NOx’ lerde 2/3 kadar azalma sağlamaktadır.

 

8.9--Benzinli taşıta göre daha basit emisyon ekipmanı gereklidir

 

7--Doğal Gazın Dezavantajları

 

1--Dolum istasyonları yaygın değil ve kurulması daha pahalıdır.

 

2--Büyük hacimli yakıt tüpleri fazla yer kaplıyor, bagaj hacmini küçültmekte ve sınırlı sürüş me-safesi sağlamaktadır

 

3--Taşınması sıvı hidrokarbonlara göre daha az uygundur-yüksek P ve düşük T, kompresörler/soğutucular ve ağır kaplar gerekmektedir (pahalı).

 

4--Uzun atmosferik süreklilik nedeniyle CH 4 sera etkisi ile ısınma etkisi   bakımından CO 2 ’ye oranla 20 kez daha kötüdür.

 

4--NOx emisyon problemleri olabilmektedir.

 

5--Doğal gaz kullanan taşıtlar karşılaştırılabilir ra-kiplerine oranla daha pahalıdır. Diğer bir belir-leyici faktör olan dönüşüm maliyetleri de diesellerde biraz daha fazla olmak üzere, pahalıdır.

 

6--Karakteristiklerine de bağlı olarak taşıt performansını bir miktar düşürmektedir.

 

7--Depolama sırasında dökülme ve sızıntı riski bulunmaktadır.Sızıntı olduğunda ha-valandırılmazsa, bir kıvılcım durumunda yanma ve patlama tehlikesi vardır.

 

8--Doğal gazın taşıtlarda yaygın olarak kullanılabil-mesi, sistemin avantajlarının araç sahiplerine tanıtılmasına, dönüşüm işlemlerinin teşvik edilmesine ve dolum istasyonlarının yurt genelinde yaygınlaşmasına bağlıdır.

 

8—Çift Yakıtlı Sistem Deneylerine Göre:

 

8.1--Yapılan bir çalışmada Doğal gazla çalışmanın ortalama HC(hidrokarbon) emisyon değerleri, benzinle çalışmanın yaklaşık % 12 si kadar olmuştur

 

8.2--Egzoz emisyonları bakımından da benzin ve diesel yakıtından daha üstün özelliklere sahiptir.

 

8.3—Yapılan çalışmada Çift yakıtlı çalışmada gaz yakıtı ateşlemek için 0,0033-0,0091 g/çev pilot diesel yakıtı kullanılmış, çevrim başına % 80-92 arasında diesel yakıtı tasarrufu sağlanmıştır.

 

8.4--Doğal gazın sıkıştırma ile ateşlemeli motorda yakıt olarak kullanılması ile birim enerji maliyetinde diesel çalışmasına göre % 65 civarında azalma olmuştur.

 

8.5--Çift yakıtla tam yükteki en ekonomik çalışma 1750 1/min civarında elde edilmiş, bu devirdeki özgül enerji tüketimi, diesel çalışmasından % 65’den daha düşük olmuştur.

 

8.6--Araştırma sonuçlarına göre doğal gazın, uygun dönüşüm kitleri kullanılarak benzin ve diesel motorlarında kullanılabileceği söylenebilir.

 

8.7--Doğal gaz, yakıt temini ve depolama problemlerinin çözümü ve sülfürlü bileşiklerinden de arıtılması halinde, petrolün yerini doldurabilecek önemli bir alternatif yakıt olarak görülmektedir.

 

8.8--Doğal gazın özgül enerji maliyetinin düşük olması, ekonomik yönden onu cazip hale getirmekte-dir.

 

8.9--Benzin motorunun doğal gazla çalıştırılmasında maksimum motor momenti % 3 kadar, maksimum motor gücü de % 6 kadar azalmıştır.

8.10--Motor momenti ve gücündeki azalmanın sebebi, muhtemelen doğal gazın yanma hızının düşük olmasıdır. Motor momenti ve gücünü artırmak için motorun emme manifoldu ve yanma odası, hava-gaz karışımına daha yüksek türbülans sağla-yacak biçimde düzenlenebilir.

 

8.1--Ayrıca doğal gazın oktan sayısı yüksek olduğundan sıkıştırma oranını artırarak da motor performansını iyileştirmek mümkündür

 

 Kaynak:Tesisat Mühendisliği Dergisi Sayı: 81, s. 14-31- 2004--Benzin ve Diesel Motorların Doğal Gaz Motoruna Dönüştürülmesi-Selim Çetinkaya-


 




Makalenin İzlenme Sayısı : 252

Eklenme Tarihi : 21.09.2021

Önceki sayfaya geri dön.