Siloksanın Motorlar Üzerindeki Etkileri Ve Bunların Doğurduğu Zararlar

SİLOKSANIN MOTORLAR ÜZERİNDEKİ ETKİLERİ VE BUNLARIN DOĞURDUĞU ZARARLAR

Gaz motorunun yanma odasında biriken silikon dioksit, motorunun piston, silindir kafaları, valfler gibi çeşitli kısımlarına zarar verir, motor yağının ve yağ filtrelerinin ömrünü kısaltır. Bunun sonucunda motorların bakım sıklıkları artar, motorlarda vuruntular oluşur, enerji çevrim kayıpları meydana gelir ve yedek parça sarfiyatı artar. Bu etkileri şu şekilde detaylı olarak sıralayabiliriz:

  • Pistonlarda biriken silikondioksitin gömleklerde çiziklere neden olması ve segmanların iyi süpürme yapamaması nedeni ile yağlama yağı tüketiminin artması [1]
  • Piston segmanlarını kaplayan silikondioksit sonucu yanma adımında piston segmanlarının genleşememesi ve yağ tüketiminin artması [1]
  • Siloksanın yanma odasında yanması sonucu ortaya çıkan Orthosilicic asit (H4SiO4)’in yağa karışarak yağın asiditesini artırması ve yağın erken değişimine sebep olması [1]
  • Siloksanın yanması sonucu ortaya çıkan silikondioksitin valfleri kaplaması sonucu valflerin yuvalarına tam oturamaması ve valf torching (yanma odasından dışarı alev sızması) ile valflerin kesilmesi (valve guttering) [1]
  • Yanma odasını heterojen olarak kaplayan silikondioksitler nedeni ile yanma adımında prematüre basınç bölgelerinin oluşması sonucu oluşan vuruntular ve vuruntunun kısa sürede motor komponentleri ve yataklara ciddi zarar verme tehlikesi [3]
  • Silikondioksitin silindir yüzeylerinde oluşturduğu çizikler sonucu yağ filminin bozulması ve piston segmanlarının gömlek yüzeylerine kuru sürtünmesi [1]
  • Yağlama yağında bulunan silikondioksit partiküllerinin yataklar da dahil olmak üzere motorda temas ettiği yüzeyleri çizmesi [1]
  • Bujilerde biriken silikondioksitin (silika endüstride elektrik yalıtım malzemesi olarak kullanılır ve elektrik yalıtkanlığı çok yüksektir) tasarım ateşleme voltajlarını etkilemesi, bujilerin daha sık temizlenmeye ihtiyaç göstermesi ve erken değişim ihtiyacı [1]
  • Termokupl, vuruntu sensörlerinin üzerlerini kaplayan silikondioksitin yalıtım etkisi ile yanlış değer göstermesi neticesinde motorun yakıt/hava oranının optimal değerlerden şaşarak motor veriminin düşmesi ve emisyonların artması, ayrıca motoru aşırı sıcaklık ve vuruntudan koruyan elektronik sistemlerin düzgün çalışamaması neticesinde motorun ağır hasar görmesi [1]

SİLOKSANIN YANMASI İLE OLUŞAN BİRİKİMLERİN MOTORLARDA NEDEN OLDUĞU VERİM VE GÜÇ KAYIPLARI

Siloksanın motorun yanma odasında yanmasıyla birikmeye başlayan silikondioksit, birikime başladığı andan itibaren etkisi artarak aşağıdaki yollarla enerji çevrim kayıplarına neden olur:

  • Kirlilik nedeniyle oluşan vuruntu sonucu düşük yükte çalıştırmadan dolayı güç kaybı (1415 kW yerine 1250 kW gibi) [1]
  • Düşük yükte çalıştırmada verim kaybından dolayı güç kaybı (motorun 1415 kW’taki verimi %40.5 iken 1060 kW’ta bu verimin %39.3’e düştüğü motorun teknik dökümanında verilmiştir. Ara güçlerdeki verim kaybı interpolasyonla hesaplanmalıdır). [2]
  • Kirlilik nedeniyle yanma odasının tasarlanan sıkıştırma oranının bozulmasından dolayı aynı güç için motorun temiz motora nispetle fazla gaz yakması, emisyonların bozulması, ileriki safhalarda tam yüke çıkamama [3]
  • Kirlilik nedeniyle yanma odasının tasarlanan oda geometrisinin ve ısı transferinin bozulmasından dolayı aynı güç için motorun temiz motora nispetle fazla gaz yakması, emisyonların bozulması, ileriki safhalarda tam yüke çıkamama [3]
  • Emme valfinin etrafındaki birikintilerden kaynaklı, valf açıklığının azalması ve motorun emme hava/yakıt karışımı debisinin azalmasından dolayı motorun volümetrik veriminin düşmesi (başlangıçta fazla gaz yakılması, emisyonların bozulması, ileriki safhalarda tam yüke çıkamama) [3]
  • Eksoz valfinin etrafındaki birikintilerden dolayı tam kapanamayan eksoz valfinin gaz kaçırması ile yanmanın düşük basınçta gerçekleşmesi ve yanma verimi kaybı (başlangıçta fazla gaz yakılması, ileriki safhalarda tam yüke çıkamama) [3]
  • Yakıt/hava karışımının türbülansı ile homojen yanmayı sağlayan yanma odasındaki tasarım geometrisinin biriken silikondioksit tabakası nedeniyle bozulması ve yanma veriminin düşmesi sonucu fazla gaz yakılması ve güç kaybı [3]

Silikondioksit, eksoz gazının ısı enerjisini kızgın yağa transfer eden ORC kazanlarında birikime başladığı andan itibaren şunlara neden olur:

  • Finli borularda ve finlerin üzerinde tutunarak yalıtım tabakası oluşturması sonucu ısı transferini %20 ila %33 arasında düşürerek aynı oranda güç kaybına neden olması [4]
  • Finli borularda ve finlerin üzerinde tutunarak yalıtım tabakası oluşturması sonucu gaz geçiş kesit alanının daralması ve bu durumun eksoz gazı backpressure’ına neden olması ( belli bir backpressure değerinden sonra motorların verimsiz çalışmasına hatta durmasına neden olur) [4]

 

Motorlarda siloksanın zararlı etkileri dolayısı ile motorlarda güç düşümü yapmak zarureti olan durumlarda başvurulabilecek stratejilerin değerlendirilmesi

  • Düşük güçte çalışabilen mevcut motorlarla yetinmek. Bunun neticesinde sahadan alınabilecek azami gaz miktarından istifade etmek mümkün olmayacaktır.
  • Ek motor devreye almak. Devreye alınan ek motor ancak çok sayıda motorun düşük güçte çalışması durumunda tam güçte ve yüksek verimle çalıştırılabilir. Aksi takdirde bu ek motor da düşük güçte ve düşük verimle çalıştırabilecektir. Eğer siloksan etkilerinden dolayı düşük güçte çalışan motor veya motorların toplam eksik gücü normal bir motorun gücünün yarısından (örneğin 1415  kw gücündeki bir  motor için 1415/2=707 kW) az ise ek motor uzun süreli çalıştırılamaz. Bir çözüm olarak normal çalışan motorların gücü biraz azaltılıp devreye alınacak ek motora kalan güç bu motorun devamlı çalışması için yeterli güce çıkarılır. Bu çözümde güç düşümü yapılan normal motorların verimi düşecektir.

 

KAYNAKLAR

  1. Florez-Alvarez J., Egusquiza E., Analysis of damage caused by siloxanes in stationary reciprocating internal combustion engines operating with landfill gas, Engineering Failure analysis, 35, 2015.
  2. Technical Description, Genset JGS 420 GS-L.L GE Jenbacher No Tolerance Datasheet, 5, 2008.
  3. Stępień Z., Intake Valve And Combustion Chamber Deposits Formation – The Engine And Fuel Related Factors That Impacts Their Growth, 240-241, 2014.
  4. Visser P., Gersen S., Van essen M., Regarding Specifications For Siloxanes In Biomethane For Domestic Equipment, 38, 2013.