admin
Araştırmacı: Selçuk DİKİCİ
Endüstri Mühendisi
ORCID iD: 0009-0009-2691-3231
E-posta: selcukdikici@ogr.iu.edu.tr
Yayın Tarihi: Temmuz 2023
Giriş
Bio dizel motorlar, fosil yakıtların yerine çevre dostu bir alternatif sunan bir teknolojidir. Bu motorlarda kullanılan enjektörler, yakıtın yanma odasına optimal şekilde püskürtülmesi açısından büyük önem taşır. Enjektör tasarımı, motorun verimliliği, performansı ve emisyon değerleri üzerinde doğrudan etkili olduğu için, bu konuda yapılan hesaplamalar ve tasarım süreçleri büyük bir dikkatle yürütülmelidir. Bu çalışmada, bio dizel motorlar için enjektör tasarımı üzerinde durulacak, bu tasarımın matematiksel altyapısı detaylandırılacak ve örnek problemlerle çözümler sunulacaktır.
Enjektör Tasarımında Göz Önünde Bulundurulması Gerekenler
Enjektör tasarımında dikkate alınması gereken çeşitli faktörler vardır. Bu faktörler, yakıtın doğru bir şekilde püskürtülmesini ve motorun en yüksek verimlilikte çalışmasını sağlar. Aşağıdaki parametreler, enjektör tasarımının temel unsurlarıdır:
- 1. Yakıtın Viskozitesi:
Viskozite, bir sıvının akışkanlığa karşı gösterdiği dirençtir. Bio dizel yakıtlar genellikle dizel yakıtlardan daha yüksek viskoziteye sahiptir. Bu nedenle, enjektör tasarımında, yakıtın viskozitesine uygun meme çapı ve püskürtme basıncı seçimi kritiktir.
- 2. Enjektör Meme Çapı:
Enjektör meme çapı, yakıtın yanma odasına ne kadar miktarda püskürtüleceğini belirler. Meme çapı ne kadar büyük olursa, püskürtülen yakıt miktarı da o kadar fazla olur. Ancak, aşırı büyük çaplı memeler, yakıtın düzgün atomize olmasını engelleyebilir.
- 3. Yakıt Basıncı:
Yakıt basıncı, yakıtın enjektör memesi üzerinden yanma odasına püskürtülmesi için gereken kuvveti sağlar. Yüksek basınçlar, daha iyi atomizasyon ve dolayısıyla daha verimli bir yanma sağlar. Bio dizel yakıtlar için uygun basınç seviyeleri, motor performansını optimize etmek için titizlikle belirlenmelidir.
- 4. Püskürtme Açısı ve Süresi:
Püskürtme açısı, yakıtın yanma odasına yayılma şeklidir. Optimal bir püskürtme açısı, yakıtın tüm yanma odasına eşit şekilde dağıtılmasını sağlar. Püskürtme süresi ise, yanma sürecini doğrudan etkileyen bir diğer önemli faktördür.
Matematiksel Hesaplamalar
Enjektör tasarımında kullanılan temel formüller şunlardır:
1. Yakıt Akış Hızı (Q):
Q = A * √(2 * ΔP / ρ)
Burada:
– A: Enjektör meme alanı (m²)
– ΔP: Yakıtın basınç farkı (Pa)
– ρ: Yakıt yoğunluğu (kg/m³)
Bu formül, Bernoulli prensibine dayanmaktadır ve akışkan dinamiği temel alınarak hesaplanır.
2. Enjektör Meme Çapı (d):
A = π * d² / 4
Bu formül, enjektör meme çapının hesaplanmasında kullanılır.
3. Yakıt Basıncı (P) ve Atomizasyon:
Yüksek basınç, yakıtın yanma odasına daha küçük damlacıklar halinde püskürtülmesini sağlar (atomizasyon). Bu durum, yanma sürecinin daha verimli hale gelmesine neden olur.
P_{optimal} = F / A
– F: Kuvvet (N)
– A: Enjektör meme alanı (m²)
Örnek Problemler ve Çözümleri
Örnek Problem 1:
Bir bio dizel enjektöründe, yakıtın yoğunluğu ρ = 860 kg/m³, basınç farkı ΔP = 10 MPa, ve meme çapı d = 0.2 mm olarak verilmiştir. Yakıt akış hızını hesaplayınız.
Çözüm:
Öncelikle meme alanını hesaplayalım:
A = π * (0.2 × 10^-3)² / 4 ≈ 3.14 × 10^-8 m²
Yakıt akış hızını hesaplamak için:
Q = 3.14 × 10^-8 * √(2 * 10^7 / 860) ≈ 2.25 × 10^-4 m³/s
Örnek Problem 2:
Eğer enjektör meme çapı d = 0.3 mm’ye çıkarılırsa, yakıt akış hızında ne kadar bir artış beklenir?
Çözüm:
Yeni meme alanını hesaplayalım:
A = π * (0.3 × 10^-3)² / 4 ≈ 7.07 × 10^-8 m²
Yeni yakıt akış hızını hesaplamak için:
Q = 7.07 × 10^-8 * √(2 * 10^7 / 860) ≈ 5.07 × 10^-4 m³/s
Sonuç olarak, enjektör meme çapının artışıyla yakıt akış hızı da artacaktır.
Örnek Problem 3:
Bir enjektör, 15 MPa basınç altında çalışmak üzere tasarlanmıştır. Eğer enjektörün meme alanı 5 x 10^-8 m² ise, yakıtın atomizasyonu için gereken kuvveti hesaplayınız.
Çözüm:
F = P * A = 15 * 10^6 * 5 * 10^-8 = 0.75 N
Bu kuvvet, yakıtın enjektör memesinden püskürtülmesi ve optimal atomizasyonun sağlanması için gereklidir.
Sonuç
Bu çalışma, bio dizel araçlar için enjektör tasarımında dikkate alınması gereken temel parametreleri ve bu parametrelerle ilgili matematiksel hesaplamaları detaylandırmıştır. Örnek problemler, tasarım sürecinde karşılaşılabilecek olası senaryoları anlamayı ve çözmeyi amaçlamaktadır. Bio dizel yakıtların farklı özellikleri, enjektör tasarımını doğrudan etkileyen unsurlar arasında yer almakta ve bu nedenle her bir parametrenin dikkatle değerlendirilmesi gerekmektedir.
