LEE- Gemi İnşaatı ve Gemi Makinaları Mühendisliği-Doktora
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Yazar "Ergin, Selma" ile LEE- Gemi İnşaatı ve Gemi Makinaları Mühendisliği-Doktora'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
ÖgeBir cisim etrafındaki sualtı akış gürültüsünün teorik ve deneysel olarak incelenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-04-21) Bulut, Sertaç ; Ergin, Selma ; 508152006 ; Gemi İnşaatı ve Gemi Makinaları MühendisliğiGünümüz mühendislik uygulamaları içerisinde gürültü olgusunun yeri gitgide daha önemli bir hale gelmektedir. Sualtı gürültüsü ise askeri, endüstriyel ve ekolojik açıdan kritik bir öneme sahiptir. Askeri alanda, savaş gemilerinin ve denizaltıların sualtı gürültüsü karakteristikleri, gizliliklerinin tesisini ve yüksek hızlarda sessiz çalışabilmelerini etkileyen bir faktördür. Ayrıca, yüksek gürültü seviyelerinin sualtı canlıları üzerindeki olumsuz etkileri ve deniz taşımacılığında yolcuların konforu ile sağlığı sualtı gürültüsü üzerine yapılan araştırmalar için teşvik edici faktörlerin başında gelmektedir. Denizcilik uygulamaları içerisinde silindirik yapılar oldukça geniş bir kullanım alanına sahiptir. Denizaltılarda periskop, hava tahliye borusu, radar, elektronik savaş antenleri gibi kısımlar, açık deniz yapılarında sualtı destekleme üniteleri, deniz yatağı boru hatları ve gemi direk sistemleri silindirik yapıların yer aldığı denizcilik uygulamalarından sadece birkaç tanesidir. Bu nedenle, silindirik yapıların hidroakustik karakteristiklerinin araştırılması büyük önem arz etmektedir. Daha sessiz mühendislik sistemlerinin tasarlanabilmesi için, bu yapıların akış temelli gürültü mekanizmalarını etkileyen faktörlerin iyi anlaşılması gerekmektedir. Akış gürültüsünü oluşturan en önemli etmenler arasında, türbülanslı iz bölgesi, sınır tabakaları, akım ayrılmaları ve kararsız akış yapılarının katı cisimlerle etkileşimi yer almaktadır. Kararsız ve türbülanslı akış alanının, gürültü üretimi ve yayılımının ve çok kutuplu gürültü kaynaklarının karmaşık fiziği, akış gürültüsünün anlaşılması en zor gürültü bileşenleri arasında yer almasına neden olmaktadır. Doktora tezi kapsamında, silindirik yapıların hidroakustik karakteristikleri analitik, sayısal ve deneysel metotlar kullanılarak incelenmiştir. Geliştirilen bir yazılım ile, akış verilerinden yararlanılarak tekil silindirler etrafındaki akış gürültüsü seviyeleri analitik olarak hesaplanmıştır. Farklı geometrik kesitlere ve boyutlara sahip silindirlerin akustik karakteristikleri çeşitli hibrit akustik metotlar kullanılarak sayısal olarak incelenmiştir.
-
ÖgeDeniz tipi karbon tutum sistemlerinin incelenmesi(Graduate School, 2025-04-10) Güler, Engin ; Ergin, Selma ; 508202001 ; Gemi İnşaatı ve Gemi Makinaları MühendisliğiSera gazı emisyonlarının azaltılmasına yönelik ilgi ve alınan önlemler her geçen yıl dünya çapında daha yüksek seviyelere ulaşmaktadır. Uluslararası Denizcilik Örgütü (IMO), 2008 yılından bu yana çalışmalarını önemli ölçüde hızlandırmış ve uluslararası deniz taşımacılığından kaynaklanan karbondioksit (CO2) emisyonlarını azaltmak için bir dizi kural ve düzenleme uygulamaktadır. Bu tez çalışması, kara tesislerinde %90 seviyelerine varan CO2 azaltma potansiyeline sahip karbon tutum ve depolama sistemlerinin (CCS) denizcilik endüstrisinde CO2 emisyonlarını azaltmak için kullanımını incelemektedir. CCS sistemlerinin CO2 emisyonlarını azaltmadaki üstünlüğüne rağmen bazı dezavantajları bulunmaktadır. Çalışmanın amacı, sistemin en büyük dezavantajları olan sistem maliyetlerinin azaltılması, CO2'yi ayırmak için gereken enerji miktarının ve güç kaybının azaltılması ve sistemin fizibilitesinin artırılmasıdır. Bu çalışma kapsamında, farklı sıvılaştırılmış doğal gaz (LNG) taşıyıcı gemi tipleri için soğutma, ısıtma ve güç sistemlerinin farklı entegrasyon seviyelerinde CCS sistemlerine entegre edilmesinin termoekonomik analizini araştırmaktadır. Bu amaçla, ana güç, konvansiyonel atık ısı geri kazanımı (WHR), buharlaşan doğal gazı (BO-NG) sıvılaştırma, CO2 yakalama, CO2 sıvılaştırma ve organik Rankine çevrimi (ORC) sistemleri Aspen HYSYS programı ile modellenmiş ve simüle edilmiştir. Termoekonomik analizler, çalışmada kullanılan gemilerin referans sistemlerinin, incelenen farklı entegrasyon seviyelerindeki soğutma, ısıtma ve yardımcı güç sistemlerinin CCS sistemleri ile değiştirilmesi sonucunda ortaya çıkan maliyet artışı ve CO2 emisyonundaki azalma değerleri baz alınarak gerçekleştirilmiştir. Termoekonomik analiz sonuçları genetik algoritma yöntemi ile optimize edilmiştir. Belirtilen çalışmalara ek olarak LNG taşıyıcıları için yakıt olarak reforme edilmiş NG kullanan yenilikçi bir katı oksit yakıt pili (SOFC)-içten yanmalı makine (ICE)-CCS entegre sistemi önerilmektedir. Entegre sistemlerin termodinamik modelleri yine Aspen HYSYS programı ile simüle edilmiş ve enerji, ekserji, ekonomi ve çevre (4E) analizleri gerçekleştirilmiştir. SOFC ayrıca elektrokimyasal olarak modellenmiş ve SOFC çalışma sıcaklığı, akım yoğunluğu ve bozunmaya bağlı çalışma süresinin etkileri araştırılmıştır. 4E analiz sonuçlarına göre en uygun yakıt pili çalışma sıcaklığı, akım yoğunluğu ve çalışma süresi parametreleri belirlenmiş ve akım yoğunluğu değişimine bağlı olarak yakıt pilindeki kayıpların etkisi incelenmiştir. Önerilen sisteme alternatif olarak SOFC-ICE-buhar türbini (ST) entegrasyonlu H2 yakıtlı başka bir sistem modellenmiş ve bu iki sistem ile halihazırda gemilerde bulunan güç sistemlerinin 4E analizleri yapılarak sonuçlar karşılaştırılmıştır. Bu çalışmada ayrıca, CCS sisteminin performansının, değişen ana makine yüklerinde bir geminin yaşam döngüsü boyunca emisyonları ve maliyetleri nasıl etkilediği incelenmiştir. Bu bulgulara dayanarak, tasarım geliştirmeleri ve modifikasyonları yapılmaktadır. Amaç, denizcilik sektöründe CCS sistemlerinin uygulanmasına ilişkin kapsamlı bir genel bakış sağlamaktır. Bu nedenle, farklı boyutlardaki tanker, konteyner, kuru yük, LNG taşıyıcı, ro-ro, ro-pax, soğutuculu gemi, genel kargo ve off-shore destek (OSV) gemilerinin çalışma profillerini hesaplamak için istatistiksel veriler kullanılmıştır. Ana makineler, literatürden belirlenen farklı gemi tiplerinin güç ihtiyaçlarına uygun olarak seçilmiştir. Gemilerin güç sistemlerinin termodinamik modellemesi, motor üreticisi parametreleri ile gerçekleştirilmiştir. Termodinamik modelleme aynı zamanda geminin CO2 sıvılaştırma ve karbon yakalama sistemlerini simüle etmek için de kullanılmıştır. Son olarak, Kamsarmax tipi bir dökme yük gemisi için CCS sisteminin tasarımında maksimum normalleştirilmiş motor yükü seçiminin emisyonlar ve maliyet üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Uygun varsayımlar kullanılarak CCS sisteminin tekno-ekonomik analizleri farklı gemi tipleri için gerçekleştirilmiştir. Son olarak gemilerin CCS sisteminde iyonik sıvıların çözücü olarak kullanılması konusunda deneysel çalışmalar yapılmıştır. Deneysel çalışmada çözücü olarak iyonik sıvıların kullanıldığı yenilikçi bir gemi CCS sistemi geliştirilmesi amaçlanmıştır. Deney kapsamında CO2 tutumu için yenilikçi iyonik sıvılar sentezlenmiş, karakterize edilmiş, gemi baca gazına uygun koşullarda CO2 çözme etkinlikleri ve çeşitli termodinamik özelikleri deneysel olarak belirlenmiştir ve literatürde özellikleri iyi bilinen monoetanolamin sıvısı ile karşılaştırılmıştır. Üstün özelliklere sahip olduğu tespit edilen bir iyonik sıvı (IL) için CCS sisteminde kullanılması durumunda oluşan avantaj ve dezavantajlar incelenmiştir. Gerçekleştirilen analizler sonucunda CCS sisteminin kullanılmasının, LNG taşıyıcıları için Avrupa birliği karbon vergisini ödemekten daha uygun maliyetli olduğu ve denizcilik endüstrisi adına CO2 emisyonlarını azaltmak için umut verici bir çözüm olabileceği gösterilmiştir. Toplam yaşam döngüsü maliyeti (LCC), BO-NG ve CO2 sıvılaştırma çevrimlerinin entegre edilmesiyle azaltılabilir. Ana makinelerde yakıt olarak soğutma potansiyeli yüksek olan LNG'nin kullanılması, bu entegrasyonda toplam LCC azaltmak için en iyi çözümdür. Optimizasyon sonuçları, BO-NG'nin sıvılaştırılması için çalışma basıncı seçiminin çok kritik olduğunu göstermektedir. Optimum CO2 depolama basıncı, CO2'nin sadece soğuk LNG ile soğutulduğu en düşük basınçtır. Bir başka sonuç olarak, ORC'nin sistemlere entegrasyonu, başlangıç maliyeti ve bazı durumlarda nispeten düşük verimi nedeniyle sistemin toplam LCC'sini artırmaktadır. Ayrıca, ORC entegrasyonunun CCS sisteminin ekserji kaybını kısmen tolere edebilmektedir. Entegre sistemin toplam ekserji verimi %64,5'tir. Egzoz gazı ve deniz suyu ile çevreye aktarılan ekserji oldukça az iken, ekserji yıkımı önemli düzeydedir. Toplam ekserji yıkımının %59,9'unu ana güç sisteminin, %28,3'ünü ORC ve karbon yakalama sistemlerinin, %11,9'unu ise CO2 ve BO-NG sıvılaştırma sistemlerinin oluşturduğu tespit edilmiştir. Çok yüksek ekserji yıkımına rağmen, ana makine tasarımını sınırlayan parametreler nedeniyle ana güç sisteminden kaynaklanan ekserji yıkımını azaltma potansiyelinin düşük olduğu değerlendirilmektedir. ORC ve karbon yakalama sistemlerindeki ısı değiştiricilerin (HEX) ekserji kaybı 8,45 MW'tır ve HEX'lerin ekserji verimi nispeten düşüktür, bu nedenle ekserji yıkımını azaltma potansiyeli yüksektir. Önceki sonuçlarla birlikte, ORC ve karbon yakalama sistemlerinin ısıl tasarımındaki iyileştirmeler, incelenen entegre sistemin ekserji kaybını büyük ölçüde azaltacaktır. LNG taşıyıcı gemilerde SOFC kullanımı incelendiğinde reforme edilmiş yakıtlı SOFC veriminin H2 yakıtlı SOFC'ye göre en az %20,6 daha düşük olduğu sonucuna varılmıştır. Kayıp mekanizmaları incelendiğinde, farkın büyük ölçüde parazitik kayıplar ve elde edilen Nernst potansiyeli ile ilgili olduğu görülmektedir. Bozunma etkisi nedeniyle SOFC çalışma süresi arttıkça CO2 azaltma oranı, enerji ve ekserji verimleri zamanla azalmaktadır. Maliyeti en aza indiren SOFC çalışma süresi, seçilen koşullara bağlı olarak yaklaşık 35,000 saat olarak hesaplanmıştır. Önerilen SOFCICE- CCS entegrasyonu alternatif SOFC-ICE-ST entegrasyonu ile karşılaştırıldığında 35,000 saatlik SOFC ömründe sistemlerin ortalama toplam enerji verimleri sırasıyla %44,1 ve %57,5, CO2 azaltım oranları ise %76,1 ve %96,9 olarak hesaplanmıştır. Düşük verimine rağmen CCS-SOFC-ICE entegrasyonu, CCS-ICE entegrasyonuna kıyasla sadece atık ısıyla iki kattan daha fazla CO2 yakalayabilmiştir. SOFC-ICE-CCS entegrasyonunda tutucu ve sıyırıcı kolonlar ICE-CCS entegrasyonuna kıyasla oldukça küçüktür. Boyutların küçültülmesi, ağırlık kaybını azaltacağı, geminin yerleşimini kolaylaştıracağı ve stabiliteyi artıracağı için önemlidir. Önerilen sistemlerin ekserji akışı ve yıkımı incelendiğinde, SOFC sistemindeki ekserji kaybının, özellikle reforme edilmiş yakıt kullanımı ve atık ısı potansiyelinden daha az yararlanılması nedeniyle alternatif sisteme kıyasla düşük olduğu görülmektedir. Önerilen sistemin maliyetini en aza indiren koşulların sıcaklık için yaklaşık 900°C ve akım yoğunluğu için 2,5 kA/m2 olduğu bulunmuştur. Bu koşullar altında CO2 azaltım maliyeti yaklaşık 711,1 $/ton olarak hesaplanırken, alternatif SOFC-ICE-ST sistem entegrasyonunda aynı koşullar altında maliyet 1310 $/ton olarak hesaplanmıştır. İncelenen sistemlerin maliyet bileşenleri analiz edildiğinde, her iki sistemin de ilk yatırım maliyetinin işletme maliyetinden çok daha büyük olduğu, SOFC-ICE-CCS sistemi için maliyetin çoğunun SOFC'den, SOFC-ICE-ST sistemi için ise H2 depolama tankından kaynaklandığı görülmüştür. Yüksek özgül yakıt tüketimi makine veriminin düşük olduğunu gösterse de egzoz sıcaklığını artırdığı için yüksek bir atık ısı potansiyeline neden olur. Böylece CO2 rejenerasyonu artar. Buna göre CCS sisteminin düşük verimli makineye sahip bir gemiye uygulanması daha avantajlı olacaktır. Ana makineleri aynı olmasına rağmen, küçük bir tankerin CCS sistemi, küçük bir dökme yük gemisinden %32,2 daha fazla CO2 yakalamıştır. Bu durum gemilerin operasyonel profili ile ilgilidir. CO2'nin rejenerasyonunda sadece atık ısı kullanılırsa, tüm gemi tiplerinde en az %30'luk bir yakalama oranı elde edilir. Yüksek özgül yakıt tüketimine sahip makinelere sahip gemiler için bu oran %55'i aşabilir. Tankerler ve dökme yük gemileri için gemilerin kargo kapasitesi arttığında, navlun kaybı maliyeti büyük ölçüde düşmekte ve önemini yitirmektedir. Konteynerler, soğutuculu gemiler ve küçük gemi tipleri için günlük kiralama ücreti kargo kapasitesine kıyasla büyüktür ve navlun kaybı maliyeti oldukça yüksektir. Ekstra yakıt maliyeti LNG taşıyıcıları hariç tüm gemi tiplerinde neredeyse aynıdır. CCS sisteminin ihtiyaç duyduğu güç hemen hemen tüm gemilerde ana makine tarafından sağlanan gücün %2,5'i kadardır. LNG taşıyıcılarında CO2'yi soğutmak için soğuk LNG kullanıldığından soğutma çevrimi güç tüketimi ve ilk yatırım maliyeti düşüktür. Buna ek olarak, LNG ile çalışan makinelerin özgül yakıt tüketimi önemli ölçüde daha düşüktür ve yakıt daha ucuzdur. Böylece, LNG taşıyıcılarında birim CO2 kütlesi başına maliyet %40,3-54,2 oranında azalmaktadır. Kamsarmax tipi bir dökme yük gemisi için %75 MCR normalleştirilmiş maksimum yüke göre yapılan tasarımda, CCS sisteminin LCC'si %55'lik MCR'ye göre yapılan tasarımdan %17,9, yakalanan CO2 miktarı %10,3 daha düşüktür. İyonik sıvıların gemilerdeki CCS sisteminde kullanılması ile ilgili deneysel çalışma sonuçları iki adet sıvı için elde edilmiştir. 1,1,3,3-Tetrametilguanidin imidazolyum sıvısı ağırlıkça %30 MEA içeren sulu çözeltiye kıyasla ilk 10 dakikalık kısımda 2 kattan daha fazla CO2 çözmüştür. İncelenen IL'nin Q-Flex tipi LNG taşıyıcısı için CCS sisteminde kullanılması tutulan CO2 oranını %39,9'dan %90'a çıkarmış, maliyeti %26,9 azaltmıştır.
-
ÖgeGemilerde kullanılan seçici katalitik indirgeme sistemlerinde tortu oluşumunun ve azot oksit indirgeme performanslarının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-06-19) Canyurt, Talat Gökçer ; Ergin, Selma ; 508162007 ; Gemi İnşaatı ve Gemi Makinaları MühendisliğiGemiler, dünya çapında mal ticareti ve deniz ulaşımı için kritik role sahip olmaları ile beraber çevreye ve insan sağlığına zarar veren gazlar (emisyonlar) yaymaktadır. Emisyonların kontrolü için çeşitli Emisyon Kontrol Sistemlerine (EKS) başvurulmaktadır. Dizel motorlu gemilerin yaydığı emisyonlar arasında azot oksit (NOX) emisyonları çevreye ve insan sağlığına tehdit oluşturabilirler. Bu nedenle, gemi endüstrisinde NOX emisyonlarının kontrolü için teknolojik çözümler geliştirilmektedir. Gemilerin NOX emisyonlarının kontrolünde en umut vadeden EKS teknolojileri arasında Seçici Katalitik İndirgeme (SCR) sistemleri gösterilebilir. Günümüz dizel teknolojisi ile Uluslararası Denizcilik Örgütü (IMO)'nün Emisyon Kontrol Alanları (ECA) bölgelerinde geçerli Aşama III emisyon limitleri sağlanamamaktadır. Bu yüzden gemiler için SCR sistemleri üzerine yapılacak araştırmalar önem arz etmektedir. Gemilerin yaydığı NOX emisyonlarının kontrol altına alınabilmesi için yüksek performanslı SCR sistemi tasarımının ortaya konulması önemlidir. Karmaşık kimyasal reaksiyonların gerçekleştiği SCR sistemlerinde istenmeyen kimyasal reaksiyonlar sonucu EKS metal yüzeylerinde tortu oluşumu meydana gelebilir. SCR sistemlerinde gelişen tortu oluşumu, bu sistemlerde ve motorda çeşitli arızalara neden olabilir. SCR sistemlerinde tortu oluşumunu araştırmak için özgün bir deneysel çalışma ortaya konulmuştur. Deneysel çalışmada düşük gaz sıcaklığı çalışma koşullarında tortu oluşumu detaylı olarak incelenmiştir. "Basit Plaka" adını verilen bu deneysel çalışmada gaz geçen bir kurulumda bulunan plaka üzerine enjektör vasıtasıyla Üre-Su Çözeltisi (ÜSÇ) püskürtülerek kontrollü bir şekilde tortu oluşturulmıştur. Tortu oluşumu nedeniyle ÜSÇ püskürtülen metal plakadaki sıcaklık değişimleri ayrıntılı olarak incelenmiştir.
-
ÖgeGemilerde organik rankine çevrimine dayalı atık ısı geri kazanım sistemlerinin ileri termal analizleri ve termo-ekonomik optimizasyonu(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021-05-21) Akman, Mehmet ; Ergin, Selma ; 508162011 ; Gemi İnşaatı ve Gemi Makinaları MühendisliğiDeniz ticaret hacminin yıllara göre büyüme eğilimi, denizcilik alanında birtakım gelişmeleri ve değişiklikleri de beraberinde getirmiştir. Bu büyümeye paralel olarak fosil kaynaklı yakıt tüketiminde ve yakıt fiyatlarında önemli miktarlarda artış gözlenmiştir. Artan yakıt tüketimi ise, gemi kaynaklı sera gazlarının ve diğer emisyonların artmasına neden olmuş, bunun sonucunda hava kirliliği, asit yağmurları, ozon tabakasında incelme ve küresel ısınma gibi canlı yaşamını ve çevreyi tehdit eden olaylar meydana gelmiştir. Daha açık ifadelerle, Uluslararası Denizcilik Örgütü (IMO) tarafından deniz yolu ile taşımacılık kaynaklı sera gazı emisyonlarının küresel toplam sera gazı içerisindeki payının 2012 yılında hesaplanan %2.76'dan 2018 yılında %2.89'a çıktığı bildirilmiştir. Bu gelişmelere istinaden, Uluslararası Denizcilik Örgütü sıkı tedbirler almış ve küresel bazda gemi kaynaklı emisyonların azaltılması ve enerji verimliliğinin artırılmasına yönelik düzenlemeler yürürlüğe koymuştur. Halen Uluslararası Denizcilik Örgütü, kademeli olarak 2050 yılına kadar gemi kaynaklı sera gazı emisyonlarını yarı yarıya azaltma vizyonuna yönelik gemilerde enerji verimliliğinin artırılması ve kontrol edilmesi için, hesaplanması ve hazırlanmasını zorunlu kıldığı Enerji Verimliliği Dizayn İndeksi (EEDI), Gemi Enerji Verimliliği Yönetim Planı (SEEMP) ve Enerji Verimliliği Operasyon İndeksi (EEOI) parametrelerini geliştirmektedir. Bu kapsamda IMO, gemilerde enerji verimliliği kontrolünün artırılması ve karbon salınımının daha etkin izlenmesi amaçlarıyla, Mevcut Gemi Enerji Verimliliği İndeksi (EEXI) ve Karbon Yoğunluğu İndikatörü (CII) gibi göstergeleri de ilerleyen dönemlerde yürürlüğe koyacağını bildirmiştir. Aynı amaçlara ilişkin mevcut uygulamalar ve yapılan çalışmalar değerlendirildiğinde, gemilerde yeni işletme tedbirlerinin alındığı, yeni nesil sistemlerin ve yenilenebilir enerjinin gemilerde kullanılmasının yaygınlaştırılmaya çalışıldığı görülmektedir. Özellikle ticari gemiler için denizcilik şirketleri, hız kesme, rota optimizasyonu, balast ve trim optimizasyonu ve zamanında operasyon gibi birtakım işletme ağırlıklı uygulamalara gitmekte, makine üreticileri ve araştırmacılar ise mevcut sistemlerin performansının iyileştirilmesi, hibrit sevk sistemlerinin, çift yakıtlı makinelerin, gaz motorlarının ve alternatif sevk sistemlerinin geliştirilmesine yönelik çalışmalar yürütmektedir. Mevcut gemilerin ana sevk sistemleri incelendiğinde, halen dizel motorların, küçük teknelerden dev ticaret gemilerine kadar her türlü gemide yaygın olarak kullanıldığı görülür. Köklü geçmişi, yüksek ısıl verimleri ve torkları sebebiyle dizel motorlar, gemilerde alternatif sevk sistemleri yerine tercih edilmektedir. Verimliliklerine rağmen dizel motorlardaki yakıtın ısıl enerjisi, büyük oranda egzoz gazı ve soğutma süreçlerinde kaybedilmektedir. Öte yandan, gemi dizel motorlarında yakılan ağır ya da deniz tipi dizel yakıtlar ise kimyasal içerikleri ve yanma karakteristikleri sebepleriyle azot oksit (NOX), kükürt oksit (SOX), partikül maddeler (PM), karbon dioksit (CO2), karbon monoksit (CO) ve uçucu organik bileşikler (VOCs) gibi çevre ve canlı yaşamına tehdit oluşturan emisyonların oluşumuna neden olmaktadır. Bu bağlamda, emisyonların etkilerini azaltmak amacıyla çift yakıt yakabilen motorlar geliştirilmekte, özellikle emisyon kontrol bölgelerinde (ECA) bu makinelerle çalışan gemilerin sayıları artırılmaktadır. Çift yakıtlı makineler, pilot yakıt olarak kullanılan dizel yakıtla beraber LNG, LPG, metanol gibi gazları başlıca yakıt olarak kullanırlar. Dizel makinelerde olduğu gibi bu makinelerde de soğutma ve egzoz ısıl yükü benzer seviyelerde olup, atık ısı geri kazanımı hususu, gemilerde enerjinin etkin kullanılması açısından büyük öneme sahiptir. Dizel motorlarda olduğu gibi, çift yakıtlı makinelerde başlıca atık ısı kaynakları, yağlama yağı, ceket soğutma suyu, süpürme havası ve egzoz gazıdır. Bu tür içten yanmalı makinelerdeki atık ısı kaynaklarının düşük ve orta kalitede olmalarından dolayı, enerji geri kazanımı konusunda organik Rankine çevrimi önemli avantajlar sunmaktadır. Klasik Rankine çevrimine kıyasla bu sistemde, düşük sıcaklıklarda gaz fazında çalışabilen organik yapıda iş akışkanları kullanılmaktadır. Düşük kalitedeki atık ısı kaynaklarından enerji geri kazanımıyla, yakıt tasarrufunun sağlanması, emisyon azaltımı, mekanik enerji geri kazanımı dolayısıyla da güç üretim sistemindeki ısıl verim artışı ORC sisteminin sunduğu en önemli avantajlardan olup, bu sistemlerin son dönemde gemilerde de kullanılmaya başlanması denizcilik alanındaki önemli gelişmelerdendir. Konunun önemi ve son gelişmelere istinaden hazırlanan bu tez çalışmasında, uluslararası isterlerin karşılanması, emisyon salınımının azaltılması ve yakıt tasarrufunun sağlanması ihtiyaçlarını karşılayacak düzeyde, 18.2 MW gücünde çift yakıtlı (LNG+MDO) bir makinenin yağlama yağı, ceket soğutma suyu, süpürme havası ve egzoz gazı atık ısılarını nitelikli işe çevirmek üzere tasarlanan ve organik Rankine çevrimi prensibine göre çalışan, iki atık ısı geri kazanım sistemi modellenmiş ve sistemlerin performansları incelenmiştir. İlk sistem, atık ısı kaynaklarının tamamının kullanıldığı birleşik organik Rankine çevrimi (BORC), ikinci sistem ise, çevrim içi enerji etkinliğinin artırıldığı Rejeneratörlü-birleşik organik Rankine çevrimi (RBORC)'dir. Sistemlerin, enerji, ekserji, ekonomik, ekolojik ve elverişlilik yani "5E" analizleri yapılmış, termo-ekonomik performansları çok amaçlı genetik algoritma aracılığıyla optimize edilmiştir. Analizler için MATLAB Script bölümünde kodlar oluşturulmuş, Refprop 9.0 veritabanı kullanılarak termodinamik değerler kodlara entegre edilmiş ve ORC sistemlerinin 5E analizi ile bu analizler kapsamındaki optimizasyon işlemlerinde kullanılmak üzere yeni bir bilgisayar programı geliştirilmiştir. Sistemlerde iş akışkanı olarak ise, düşük küresel ısınma potansiyeli ve ozon tahribat potansiyeline sahip doğal hidrokarbonlar, hidroflorokarbonlar ve yeni nesil hidrofloroolefinler kullanılmıştır. Çevrimlerde kullanılan R601 ile R601a doğal hidrokarbon, R245fa ile R236ea hidroflorokarbon ve R1234ze ile R1234yf de hidrofloroolefin türünden iş akışkanlarıdır. Yapılan termal analizler, kaynak sıcaklığına ve ana makinenin yüküne bağlı olarak değişken sıcaklık, basınç ve kütle debisi altındaki parametrik çalışmaları içermektedir. Yeni nesil güç üretim sistemlerinin performanslarının araştırıldığı çalışmada, çift yakıtlı makinenin Tier II ve Tier III çalışma modlarının ORC sistemlerin performanslarına etkileri de incelenmiştir. Ek olarak, yapılan çalışmada termo-ekonomik performansların değerlendirilmesinde geminin türü de dikkate alınmıştır. Nitekim, atık ısı potansiyelleri aynı olsa dahi gemilerin türü, operasyonel profillerinin farklı olmasından dolayı sonuçları etkilemekte ve sistemlerin gemiler için doğru bir yatırım olup olmadığı konusunda şüphelere neden olmaktadır. Öte yandan, mevcut gemilerde makine dairesinin hacmi ve çalışma ortamı dikkate alındığında, tasarlanacak sistemler makine dairesine boyutsal açıdan uygun olmalı ve bu sistemlerde kullanılan iş akışkanlarının olası yangın ya da patlama riskleri minimum seviyede olmalıdır. Bu bağlamda, yeni bir yaklaşımla, atık ısı geri kazanım sisteminin gemiye uygulanabilirliği hususu elverişlilik analizi altında araştırılmış, sistemlerin güç yoğunlukları hesaplanarak kütle ve hacim değerleri tahmin edilmiş ve sistemlerin emniyet değerlendirmesi için iş akışkanlarının emniyet faktörleri hesaplanmıştır. Çift yakıtlı makinenin atık ısı analizi sonuçlarına göre, makine yükünün ve emisyon kontrol modlarının (Tier II-Tier III) atık ısının kalitesini ve miktarını önemli derecede değiştirdiği tespit edilmiştir. Güç üretim sisteminde bulunan egzoz gazı devridaim (EGR) ünitesi Tier III modda devreye girmekte ve bu süreçte gerçekleşen egzoz gazının bir miktarının emme havası ile karıştırılması ve silindire gönderilmeden önce soğutulması işlemi, süpürme havası soğutucusunun ısıl yükünü önemli derecede artırmaktadır. Tier III çalışma moduna geçildiğinde süpürme havası soğutma yükünün, EGR sistemi pasif durumda bulunan Tier II modundaki soğutma yüküne kıyasla yaklaşık %70 oranında arttığı görülmüştür. Bu nedenle, Tier III çalışma modunda sisteme birim zamanda daha fazla atık ısı girdisine istinaden Tier II moduna kıyasla daha fazla güç elde edilmiştir. ORC AIGK sistemlerinden Tier III çalışma modu altında elde edilen net güçler Tier II çalışma modundaki değerlere göre yaklaşık %35-%45 oranında daha fazladır. Aynı şekilde, Tier III çalışma modunda, Tier II'ye kıyasla iş akışkanlarının kütle debilerinin ve pompa güçlerinin yaklaşık %40 oranında arttığı belirlenmiştir. Ek olarak, EGR sisteminin devreye girmesiyle birlikte Tier III çalışma modunda silindir içerisinde azalan alev sıcaklığı neticesinde oluşan NOX miktarı, Tier II moddakine kıyasla %71.6 oranında daha azdır. Bu azalmaya ek olarak, yüksek performanslı RBORC AIGK sisteminin gemilere entegrasyonuyla, Tier III çalışma modu altında ve %85 MCR'de yaklaşık 4000 ton CO2 ve 40 ton NOX emisyonunun atmosfere salınımının engellenebileceği hesaplanmıştır. ORC sistemlerinin çift yakıtlı ana makineye entegre edilmesiyle ana güç üretim sisteminin ısıl veriminin %10'a kadar artırılabileceği belirlenmiştir. Yağlama yağı, ceket soğutma suyu, süpürme havası ve egzoz gazı atık ısılarının ORC sistemlerinde beraber değerlendirilmesiyle daha fazla ısı girdisine binaen daha fazla güç üretilmiştir. Atık ısı kalitelerinin, çevrim performansı üzerinde çok etkili olduğu, kaynak sıcaklıklarının yükselmesiyle çevrim içi yüksek sıcaklık ve basınçlara çıkılması sonucunda daha fazla güç üretildiği ve ısıl verimlerin arttığı tespit edilmiştir. Umulduğu gibi, rejeneratörlü birleşik çevrimin, birleşik çevrime kıyasla termodinamik performansı daha yüksektir. Aynı çalışma koşulları altında RBORC sisteminin ısıl veriminin BORC sisteminin ısıl veriminden yaklaşık %11 daha fazla olduğu görülmüştür. Ayrıca, rejeneratörlü birleşik çevrimde gerçekleştirilen çevrim içi ısı transferi ile ön ısıtma işlemi, ekserji yıkımlarını azalttığı için çevrimin ekserji verimi birleşik çevrime kıyasla daha yüksektir. Bu çevrimde aynı birim ısı girdisinde daha fazla güç üretildiği için sistemin ekolojik performansı da daha iyidir. Öte yandan rejeneratörlü birleşik çevrimin özgül yatırım maliyeti birleşik çevrime kıyasla bir miktar yüksek olsa da üretilen güç ve enerji verimliliği bakımından rejeneratörlü çevrim tercih sebebidir. Elverişlilik analizine göre, ORC AIGK sistemlerinin tahmini hacimlerinin eşdeğer 5 TEU ile 15 TEU arasında değişebileceği öngörülmektedir. Bu veriler, mevcut gemilerin makine dairelerinde önemli değişiklikler gerekebileceğini göstermektedir. Öte yandan, yüksek performanslı RBORC AIGK sisteminin tahmini kütlesinin analizlerde kullanılan çift yakıtlı makinenin kütlesinin yaklaşık% 10 -%15'ine karşılık geldiği hesaplanmıştır. ORC sistemleri için hesaplanan kütle değerleri, bu güçte bir ana makine ile sevk edilen gemilerin ağırlığı düşünüldüğünde önemsiz gibi görünse de sistemlerin kurulu bulunacağı bölgede lokal mukavemetin iyileştirlmesi gerekebilir ve gemi stabilitesi revize edilebilir. Öte yandan emniyet değerlendirmeleri, doğal hidrokarbonların yüksek derecede yanıcılıkları sebebiyle deniz tipi ORC sistemleri için uygun olmadığını göstermektedir. En düşük emniyet faktörüne sahip olan R236ea, iş akışkanları arasında deniz tipi bir ORC sistemi için en uygun iş akışkanıdır. Ayrıca R236ea ile aynı türden olan R245fa, yüksek derecede toksik olsa da tatmin edici bir termodinamik performansa sahip olduğundan gerekli emniyet tedbirleri altında gemilerde ORC sistemlerinde iş akışkanı olarak kullanılabilir. Hidrofloroolefinlerin ise, düşük yanıcılıkları ve toksisiteleri ile emniyet açısından gemilerde kullanımının uygun olduğu değerlendirilmektedir. Termal analiz ve termo-ekonomik optimizasyon sonuçlarına göre, doğal hidrokarbonların, hidroflorokarbon ve hidrofloroolefinlere kıyasla termodinamik ve termo-ekonomik performanslarının daha iyi olduğu tespit edilmiştir. Hidroflorokarbonlardan R245fa'nın performansının doğal hidrokarbonların performanslarına yakın olduğu, R236ea'nın da düşük emniyet faktörü ve toplam maliyeti göz önüne alındığında gemiler için uygun bir iş akışkanı olabileceği sonucuna varılmıştır. Hidrofloroolefinler emniyet açısından gemiler için uygun görünse de termo-ekonomik performansları oldukça düşüktür. Ayrıca, ana makinenin çalışma profilinin sisteminin geri ödeme süresini önemli derecede etkilediği, gemilerde kullanılacak ORC sisteminin, entegre edilecek gemi türünün operasyonel profili dikkate alınarak tasarlanması gerektiği sonucuna varılmıştır. Sonuçlara göre tankerlerin, ortalama makine yüklerinin kuru yük ve konteyner gemilerine göre daha fazla olmasından dolayı ORC sistemleri için termo-ekonomik olarak en uygun gemi türü olduğu görülmüştür. Özellikleri verilen çift yakıtlı ana makineye sahip gemilere RBORC AIGK sistemi entegre edildiğinde, sistemin geri ödeme süresinin tanker için ortalama 7 yıl, kuru yük gemisi için ortalama 9 yıl, konteyner gemisi için ise ortalama 12 yıl olacağı tahmin edilmektedir. Sonuç olarak, analiz edilen sistemlerle organik Rankine çevrimi tabanlı atık ısı geri kazanım sistemlerinin, son dönem emisyon ve enerji düzenlemeleri göz önünde bulundurulduğunda, denizcilik alanında kullanımının yaygınlaştırılması gerektiği değerlendirilmektedir. Çünkü bu sistemlerle, yağlama yağı gibi oldukça düşük sıcaklıklardaki ısı kaynaklarından bile enerji geri kazanımı sağlanabilmektedir. Deniz taşımacılığı kaynaklı hava kirliliğinin azaltılması, gemilerin enerji verimliliğinin artırılması, gemi sahiplerinin ve denizcilik şirketlerinin bu sistemlerden istifade etmeleri dolayısıyla uluslararası düzenlemelere uyulması ve sağlanacak yakıt tasarrufuyla da denizcilik ekonomisine katkıda bulunulması hedefleri için ORC esaslı sistemler, gemiler için umut vermektedir.