geleckete kullanılcak yakıt pilleri

8/7/2019 geleckete kullanlcak yakt pilleri

1/20

T.C.ZONGULDAK KARAELMAS NVERSTES

KARABK TEKNK ETM FAKLTESMakine Eitimi Blm

Otomotiv retmenlii Program

GELECEKTEKULLANILABLECEK YAKIT

TPLER

1999010503032 Refik YILDIZ

1999010503016 Hasan KARATA

1999010503026 Erkan TEKN

Danman : Yrd.Do.Dr. Abdlrezzak AKTA

NSAN 2003KARABK

HAZIRLAYANLAR:


2/20

Gerekte tek bir otomobilin evreye yayd gazlarn tutar ok da fazladeildir. Ne var ki otomobil says artnca durum deiiyor. Bugn byk

kentlerdeki hava kirliliinin birinci nedeni milyonlarca tatn kard gazlardr.Bir tat, yaktn motorda yanmas sonrasnda zararl yan rn olarak birtakmgazlar oluturur. Bu gazlar da hava kirliliine ve kresel snmaya yol aar.

Benzin ve dizel yaktlar, hidrokarbon olarak anlan, hidrojen ve karbonieren bileiklerdir. Kuramsal olarak kusursuz bir motorda, havadaki oksijenleyakttaki hidrojen birleerek suya dnrken yakttaki karbonla birleen oksijen dekarbondioksite (CO2) dnr. Motorda gerekleen bu yanma srecinden

havadaki azot (N) hi etkilenmez. Ne var ki gerekte yanma sreci kusursuzdeildir ve bu srada motorda birka eit zararl gaz da ortaya kar. Bu gazlar,hidrokarbonlar, azot oksitler ve karbon monoksittir. Hidrokarbonlar, motordayanmayan ya da ksmen yanan yakt moleklleridir.

Motorun yksek basn ve scaklk altndaki ortamnda, havadaki azot veoksijen atomlar da tepkimeye girerek deiik azot oksit bileikleri oluturur. Bunlarksaca NOx biiminde gsterilir.

Tatlarn egzoz borularndan kan bu gazlardan baka, bir de yaktdepolarnda buharlaan yaktn oluturduu gaz salm vardr. Bu yakt buhar, scakgnlerde havadaki hidrokarbon kirliliinin nemli bir blmn oluturur. Parkhalindeki tatlarn yakt depolarndaki yakt, evre scaklnn artmasylabuharlamaya balar. Gitmekte olan tatlardaysa snan motorlar, az da olsa yaktbuharlamasna yol aar..


3/20


4/20

Yakt Pilleri

Dnyann nde gelen otomobil irketleri 1990l yllarda elektrikli talarzerinde yaplan Ar-Ge lmalarna hz verdiler. Bu almalarda bilimadamlar, tr elektrikli tat zerinde younlat :

Akmlatrl tatlar Hibrit (elektrikli/ benzinli) tatlar Yakt pilli tatlar Yakt pilleri elektrokimyasal bir sre sonunda yaktta depolanm enerjiyidorudan doru akma dntryor hareketli paralar yoktur. Bu

srete, geleneksel tatlarda olduu gibi bir yanma evresi de bulunmuyor.Bu nedenle temiz bir evre ve insan sal asndan esiz bir teknoloji.Yakt pillerinde yakt olarak metanol, etanol, doalgaz , LPG ya da hidrojenkullanlabilir. Ama tm bu yaktlar arasnda enerji verimi en yksek olanhidrojendir. Ayrca hidrojen, yan rn olarak yalnzca su bahar kartr.teki yaktlarsa, az da olsa zehirli ya da sera etkisine yol aan gazlaryaymaktadrlar. Bunlarn enerji verimi de hidrojeninki kadar yksekdeildir. ekil 1.1.1.1de bir yakt pilinin elemanlarn gstermektedir.


5/20


6/20

Btn yakt pilleri ayn temel ilkelerle alr. Yakt pillerindeiki ince elektrot ve bunlarn arasna sktrlm bir elektrolit

bulunur. Anoda gelen yakt, orada iyonlara ve elektronlara ayrr.yonlar elektrolitten geip katoda ularken elektronlar da birelektik devresi zerinden OC motoruna gnderilir. Katotta iyonlaroksijenle birleip su buhar ve karbondioksit retir. Yakt pilindekullanlan yakta ve elektrolite bal olarak farkl tepkimeler olur.Farkl tepkimelerde de deiik yan rnler ortaya kar.

Kullanlan elektolite gre drt eit yakt pili vardr:

Fosforik asit Ergimi korbonatl Kat oksitli

Proton geiren zarl (PEM)sBu drt farkl yakt pili arasnda, tatlarda kullanma en

uygun olan PEMli yakt hcreleridir.


7/20

PEMli yakt hcrelerinde elktrolit olarak ince bir zar (PEM)kullanlyor. Zarn iki tarafnda iki plaka (elektrotlar)bulunuyor. Bu elektrotlardan birine oksijen tekine dehidrojen veriliyor. Doal olarak bileme eilimindeki iki gaznarasndaki zar, birleme srecini deitiriyor. Bu zar yalnzcahidrojen atomu ekirdeklerinin (tek proton) gemesine izin

veriyor. Elektronlarsa elektrotta kalyor. Bylece bu elektrot(anot) eksi ykleniyor. te yandan kar tarafa geenprotonlar da o elektortu (katot) art yklyor. Bu iki elektrotarasnda kurulan bir elektrik deveresinde de akm oluuyor.Bu olayn yan rn olarak oksijenin hidrojenle birlemesininsonucunda su ortaya kyor. Eer yakt pilinde yakt olarak

hidrojen yerine doalgaz kullanlrsa yan rn olarak az birmiktar CO2 oluuyor. Ama dolagazdan elde edilen enerjininverimi hidrojeniniki kadar yksek deildir.


8/20

Yakt Pilli Ara Gelitirme almalar

Daimler-Benz : 1990larn banda hemen hemen btn bykotomobil irketleri yakt pilleriyle ileyen otomobillere ynelikaratrma program balattlarBallard Daimler-Benz ortakl

neticesinde 1994 yl mays aynda PEMli yakt pilleriyle alan ilkotomobili birlikte rettiler ; NACAR I (New Electric Car) . NECAR I ikikii tayabiliyordu. Menzili de yalnzca 130 kmydi. ki yl sonra yineMays aynda NECAR II retildi. NECAR II alt kii tayabiliyordu vemenzili de iki katna karlmt : 250 km. NECAR I den %20 dahahafif olan bu minibsn eriebildii en yksek hz da 90 km/saatdi.1997 balarnda NEBUS adl otobs retildi. 250 km menzilli bu

otobs kent ii ulamnda geleneksel otobsler gibi rahatlklakullanlabiliyor. NEBUS atsndaki gne panelleri sayesinde ek birelektrik retimi daha gerekletirebiliyor. Bu elektrik de otobsnhavalandrma sisteminde kullanlyor. Ayn yln Eyllnde NECAR IIIhalka gsterildi. NECAR III nceki tattan da farklyd. Yakt olarakhidrojen deil metanol kullanyordu. Metanoldeki hidrojen , otomobilinseyri srasnda ayrtrlp yakt pillerine veriliyordu. Yakt olarakbenzin ve dizel de dnlm ama bunlarn verimleri dkolduundan metanol tercih edilmi. NECAR III bir depo (40 litre)metanolle 400 km gidebiliyor. Daha nceki modeller gibi NECAR IIInde egsoz borusundan yalnzca su buhar kyor. Otomobil ok sessizilerliyor. indeyken bir konpresrn hafif mrlts duyuluyor;drdansa hi ses duyulmuyor


9/20

yle grnyor ki 21. Yzylda dnya dengeleri petrol zerine deildeyeni ve temiz bir enerji kayna olan hidrojen zerine kurulacak. Dnyannen byk petrol irketleri, otomobil reticileri ve elektrik irketlerihidrojenden elektrii en verimli biimde retecek yakt pillerinigelitirmeye alyor. Gelimelere baklrsa iki binli yllara yakt pilli tatlarkullanarak gireceiz. Yzyln ortalarna dora da evlerimizde,iyerlerimizde kullandmz elektrik yine yakt pilli santrallerde retiliyorolacaktr. [28,34]

Necar I ve Necar II yakt olarak dorudan hidrojenikullanyorlard. Yakt deposunun ve teki aygtlarn bykl nedeniyle butatlar minibs tipindeydi. Ancak Necar IIIte yakt olarak metanolnkullanlmas yakt deposunu ok kltt. Donanmn geri kalanndakiklme sonucunda da gnmz otomobillerniden hibir fark olmayan birelektrikli otomobil ortaya kt. [27]

Necar 4 Mercedes Benzin A serisi baz alnrak yaplm ve svhidrojen ile alan bir arabasdr. Yakt pili hidrojen ve oksijeni reaksiyona

sokarak arabann gitmesi iin gerekli elektrii retiyor. Necar 4 sfremisyona sahip ve bir tank yaktla 280 mil (450 km) gidebiliyor. Ara 90mph (145 km/s) hza ulaabiliyor ve 5 kii tayabiliyor. Necar 4n birnceki modeli Nacar 130 mph hza ulaabiliyordu. Daimler Chrysler 2004ylnda arac az miktarda da olsa seri retim olarak retmeyi dnyor.irket 2004 ylna kadar 11.4 milyon dolar yakt pili teknolojisiningelitirilmesine harcamay dnyor.


10/20

Necar 4, aracn arkasndabulunan ve termosa benzeyen

cryogenic silindirde saklanansv hidrojen ile almaktadr.Yakt daha sonra (protondeiim zarl yakthcresi)(Proton ExchangeMembrane Fuell Cell) PEMFCinierisinde platinyum kapl zar

hidrojeni proton veelektronlarna ayrlr, dahasonra bunlar oksijenlebirletirilerek su oluturulur.Su oluturulurken, elektron veprotonlar, negatif ve pozitifterminaller meydana getirir ve

elektrik retilmi olur.Arabann dier bir zellii denormal arabalarda daha sessizalmasdr


11/20


12/20


13/20


14/20

TAITLARDA KULLANILABLECEK ALTERNATF YAKIT TPLERNNKARILATIRILMASI

Fiziksel ve Kimyasal zellikleri BakmndanKarlatrlmas

HDROJEN METAN METANOL ETANOL BENZN DZEL

Kimyasal Denklemi H2 CH4 CH3OH C2H3OH (C8H18)a

C/H Oran 0 0.25 0.25 0.333 0.556 0.520Molekler Arl 2.02 16.04 32.04 46.07 91.4 170

zgl Arlsv(kg/dm3)

Gaz (kg/dm3)

0.07 0.424 0.790 0.790 0.73a 0.83

0.84*10-4 0.78*10-3

Isl Deeri(Mj/kg)(Mj/litre)

119.93 50.8 20.1 26.9 43.4 43.1

8.41 20.8 15.9 21.3 31.8

Stokiyometrik karm iin

Hava/yakt(ktlesel)Hava/yakt(hacimsel)

(kj/litre)

34.32 17.2 6.44 8.96 14.7 14.5

2.38 9.53 7.14 14.3 45.79

3.20 3.40 3.53 3.61 3.78

Molrnler/molreaktantlar 0.85 1.00 1.06 1.06 1.04

Buharlama ss(mj/kg) 0.447 0.509 1.102 0.856 0.272a 0.3

Tutuma snrlar% hacim

4.1 74 5-15.4 6-37 3.5-19 1.3-7.6

0.15-4.35 0.592.0 0.242.22 0.291.92 0.291.67 0.48-1.35

Laminar alev hz (m/s) 2.91 0.37 0.52 0.37Adyabatik alev scakl

(0C) 2110 1954 1878 1924 1993a

Difzyon katsays (m2 /s) 0.61 0.16 0.08

Kaynama noktas (0C) -252.35 -161.3 65.1 78.7 32-221 170-350

Donma noktas (0C) -259 -97.6 -114.1 -56a

Kendi kendine tutumascakl (0C) 574-591 632 470 392 257

Oktan Says ROS MOS 130 130 110 106 91-100

105 87 89 82-94


15/20


16/20

Performanslar Ynnden Karlatrlmas

BENZN DZEL HDROJEN METANOL ETANOL LPG DOALGAZ

Hzlanma 0-100 km/h,saniye

12 14 18 10 10 11 12

YaktTketimi,

litre/100 km6.9 6.0 21.4 10.7 8.4 7.6 29.4

Menzil,km,57 litre

Tank820 935 275 565 675 755 205

YaktDoldurma

Sresi,dakika

2 2 2 2 2 5 5

Yukardaki tabloda ABDde kullanlan alternatif yaktlara sahip rnektatlarn genel olarak performanslar karlatrlmtr. Yukardaki deerlere greyakt tketimi bakmndan benzin ve dizele alternatif olarak kullanlabilecekyaktlar arasnda LPG en iyi durumdadr.

Tabloda belirtilen tatlar arasnda metanol ve etanol yaktl tatlarnhzlanma kabiliyetlerinin dier tatlara gre daha iyi olduu grlmektedir.

Tabloda tatlarn menzileri kriter alnarak da karlatrmak mmkndr.Btn tatlarn 57 litre hacminde yakt deposu olduu kabul edilmi ve 1 depoyakt ile tatlarn ne kadar menzile sahip olduklar belirtilmitir.


17/20

Egsoz Emisyonu Ynnden Karlatrlmas

Hidrojenin hava ile yanmas sonucunda, yaktta karbon bulunmamas nedeni ileok az miktarda oluan HClar egsoz gazlar arasnda bulunacaktr. Dier yandan bumotorlarda, yksek yanma scaklklar nedeni ile havann kimyasal reaksiyonu

sonucu azot oksitler, NOx, bol miktarda retilmektedir. Hidrojen yaktl motorlardaegsoz gazlar ierisinde hava kirliliini etkileyecek tek rn olarak bulunan NOxlerinmiktar, yanma odas scaklklarnn azltlmas, oksijen konsantrasyonununazaltlmas ve yanma sresinin ksaltlmas sonucu drlebilmektedir.

Doalgazn yakt olarak motorlu tatlarda kullanm, zellikle ehir trafiindeseyreden, dizel motorlarnda NOx ve HC emisyonlarnda, benzin motorlarnda da COve HC emisyonlarnda azalmalar temin edecektir. Doalgazn karbon orannn, dier

petrol yaktlarna gre, dk olmas egsoz gazlarndaki karbondioksit orannnazalmasna sebep olacaktr. Ayrca doalgaz kullanm, benzinli tatlarn egsozemisyonlarndaki zehirli kurun trevlerini tamamen yokedecektir. Benzinmotorlarnda ve dizel motorlarnda doalgaz kullanlmas durumunda yanma sonuscaklnda bir dme olamaktadr. Bu da NOx emisyonlarnda bir azalmasalayacaktr. Alternatif yaktlar ierisinde egsoz emisyonlar en dk yakttr.Metanoln yanmas sonucu CO, CO2 ve NOx gazlar olumaktadr. Ayrca metanoln benzine

gre daha dk alev scaklnn olmas, yanmann iyilemesini, yanma rnleri iindeki azotoksitlerin NOx ve COnin azalmasn salamaktadr. Metanol benzinin aksine yanmam

hidrokarbonlar retmez. Metanoln yanmas ile oluan s azdr; dolaysyla ok fazla miktarda

NOx meydana gelmesi iin gerekli koul olumaz. Dier tarafan metanol yandnda benzine

gre iki kat daha fazla formaldehit retilir

LPG benzine nazaran niform bir hava yakt karm salayabilmesi ile yanmann

stokiyometrik orana yaklamas sonucunda temiz egsoz gaz kts vermektedir. Bu sebeple

LPGnin egsoz emisyonlar olduka dktr.


18/20

Hava Kirlilii ve Gvenlik Etkileri Bakmndan Karlatrlmas

Yakt Hava kirliliine etkilerdeki deiim evresel ve Gvenlik Etkileri

Doalgaz Toplamda nemli dzelme fakat NOx de az etki Doalgaz iin yksek sktrma gerekli vedoal kaynaklarn korunumu

LPG Toplamda nemli dzelme fakat NOx de az etki Gvenlikli, ve en dk scaklkta depolama

imkan

Hidrojen ok az miktarda NOx verir. Eer sudan elde edilirse doal kaynak korunumu vardr. Ancak sktrma veyasoutma gerekli

Metanol Orta miktarda azalma Suda znm zehirleyici olabilir.

Etanol Orta miktarda azalma Doal kaynak korunumu vardr.


19/20

Ekonomiklik Ynnden Karlatrlmas

Bu karlatrma kullanlan alternatif yaktlarn 100 kmlik bir menziliersindeki enerji tketim fiyatna baklarak bulunur. u anda piyasadabulunan alternatif yaktlar ierisinde en ucuz birim fiyat olan LPG vedoalgazdr. Bu iki yakt gnlk hayatmzda kullandmz tatlardakullanlmaktadr.

Dier alternatif yaktlar ise ok az kullanld iin birim fiyatlar

daha yksektir. rnek vermek gerekirse metanol, etanol ve hidrojengnlk hayatmzdaki aralarda cok az kullandmz iin birim fiyatlaroktur.

Ayrca motorun dnm LPG ve doalgazda kolay bir ekildeyaplabilmektedir. Ancak dier yaktlarda ayn eyi sylemek mmkndeildir. Bu sebeple ilk maliyet ynnden bakldnda da LPG vedoalgaz ne kmaktadr.


20/20

Nisan 2003 tarihindeki normal benzin fiyat= 1860000 liraABD 2003 yl tahmini benzin fiyat = 1.41 $ / galon

( 1 galon = 3.785 litre ve 1$ = 1600000 lira)= 596000 lira / litreABD 2003 yl tahmini metanol fiyat =1.64 $/ galon= 705000 lira / litreABD 2003 yl tahmini etanol fiyat = 1.87 $/galon= 790000 lira / litreABD 2003 yl tahmini doalgaz fiyat= 1.20 $/galon= 507000lira/ litreABD 2003 yl tahmini LPG fiyat = 0.98 $/galon=415000 lira / litreTrkiyedeki benzin fiyat / ABDdeki benzin fiyat = 1860000 / 596000

= 3.12BENZN :6.9 * 596000 = 4112000 lira / 100 kmMETANOL :10.7* 705000 = 7543000 lira / 100 kmETANOL:8.4* 790000 = 6636000 lira / 100 kmDOALGAZ :29.4* 507000 = 14905000 lira / 100 kmLPG :7.6* 415000 = 3154000 lira / 100 km

Yaplan bu hesaplamalar sonucunda gnmzde motorlu tatlardakullanlan benzin ve dizele alternatif olarak kullanlan LPG yaktnn tahminiolarak en ekonomik olduu grlmektedir.

Documents

geleckete kullanılcak yakıt pilleri