BAKIR. Chuquicamata'da (Şili) bir bakır dökümhanesi.

Transkript

1 ALİMÜNYUM Yoğunluğu 2,7 olan hafif maden. Aynı hacimde demirden üç kat daha hafiftir. 660 derecede erir. Alüminyum, boksit denilen bir maden filizinden çıkartılır. Boksit adı, 1821'de bu filizin ilk bulunduğu yerin adından gelir (Fransa'da Provence iline bağlı Baux [Bo] köyü). Boksit, içinde biraz demir bulunduğu için kırmızı, daha doğrusu pas rengindedir. Boksitten elektroliz adı verilen bir yöntemle alüminyum elde edilir; bu yöntem çok fazla elektriğe ihtiyaç gösterir; bir ton alüminyum elde etmek için kw/saat elektrik gerekir. Bu nedenle alüminyum özellikle A.B.D., Kanada, S.S.C.B., Japonya ve Fransa gibi önemli elektrik kaynaklarına sahip ülkelerde üretilir. Alüminyum üretimi hızla gelişmektedir: 1945'ten beri hemen hemen her 8 yılda bir üretim iki katına çıkar. Alüminyum, demirden sonra en çok kullanılan madendir, çünkü sanayi açısından pek ilgi çekici özelliklere sahiptir: hafiftir, ısıyı ve elektriği iyi iletir, atmosfer aşındırmasına karsı dayanıklıdır. Bununla birlikte, saf alüminyum birçok yerde kullanılamayacak kadar yumuşak olduğundan, «hafif alaşımlar» denilen birçok alaşımda, silisyum ile, magnezyum ile, bakır ile karıştırılır. Hafif oldukları için bu alaşımlar hafif malzemeyi gerektiren her yerde, özellikle uçak ve otomobil yapımında çok kullanılır (kullanılan alaşıma Dür alimin denir) Alüminyumdan en fazla otomobil yapımında yararlanılır; hafif olduğu için piston, karterler ve karoserlerde, iletken olduğu için blok silindir ve üst kapaklarda, süsleme amacıyla far ve ayna çerçevelerinde, kapı kollan v.b. yerlerde çok kullanılır. Alüminyum veya hafif alaşımlar bina yapımında, elektrikli araçlarda, kap-kacak yapımında v.b. yerlerde kullanılır. Alüminyum oksit başka doğal kimyasal elementlerle karıştırılınca safir ve yakuta dönüşür. Aynı oksit, toz haline getirilirse zımpara olur; bu da yüzeyleri aşındırarak düzlemeğe yarar.

2 BAKIR yoğunluğunda, kızıl-esmer bir element. Simgesi: Cu Chuquicamata'da (Şili) bir bakır dökümhanesi. Bakır metalürjisi XIX. yy. sonlarında gelişti. Maden, eritme yoluyla sıvı haline dönüştürülür ve arılaştırılarak kalıplara dökülür. Bakır, 1100 derece dolaylarında eriyen bir madendir. Çeşitli maden filizlerini fırınlarda yakarak, oldukça karmaşık yöntemlerle elde edilir. Bu işlemden, atmosferi kirleten, zararlı, kükürtlü gazlar çevreye yayılır. Temel filizler pek yaygın olmadığından (başlıca yataklar Şili, Kanada ve Amerika Birleşik Devletleri), bakır pahalı bir madendir, çelik ile alüminyum bakıra rakip çıkmıştır ve çoğu yerde bakırın yerine bunlar kullanılır. Bakır çok kolay işlenir: dövme suretiyle kolaylıkla biçim verilebilir. İyi bir *elektrik iletkeni olduğundan, elektrik telleri ve kabloları bakırdan yapılır. Aynı zamanda iyi bir ısı iletkenidir ve uzun süre ev işlerinde kullanılmıştır (tabaklar, tencereler, kazanlar v.b.). Havayla temas edince bakır, «bakır pası veya yeşili» adı verilen yeşilimtırak bir renk alır. İşte bazı eski yapıların damlarının ve bronz heykellerin karakteristik rengi, bu yeşildir. Bakır eşyayı parlaklığını korumak için sık sık ovalamak, parlatmak gerekir. Gemilerde yapıldığı gibi, oksitlenmeyi önleyecek bir tabaka özel cila da sürmek mümkündür.

3 NİÇİN ALÜMİNYUM? ALÜMİNYUM, kendisine has özellikleri ve hafifliği nedeni ile çok geniş bir uygulama alanına ( uzay, uçak, taşıt, elektrik, inşaat, ambalaj, elektronik, ev gereçleri vs.) sahiptir ve ÇAĞIN METALİ olarak adlandırılmaktadır yılında, Sir Humphery Davis alüminyumu laboratuarda elektroliz yoluyla elde etmeye çalışmış, fakat başarılı olamamıştır yılında, Fransa nın Les Baux ilinde alüminyum maden cevheri bulunmuştur. Bundan sonra, cevherlerin alaşımları ve bulundukları yere bakılmaksızın, alüminyum cevheri boksit (bauxite) olarak adlandırılmıştır yılında, H.C. Oersted çok ufak miktarlarda alüminyum üretmeyi başarmıştır. F. Wohler(1845), H.S.C. Deville (1854), K.J. Meyer in araştırmaları (1888) bir üretim yöntemi patenti ile sonuçlanmıştır. Günümüzde, Fransız Paul.T. Herault ve Amerikalı Charles Martin Hall üretim yöntemi patentleri (1892) kullanılmaktadır. Alüminyumun elektrik alanında iletken olarak ilk kullanılımları : 1895 yılında Amerika ve Fransada hava hattı örgülü alüminyum iletkeni; 1908 yılında hava hattı çelik özlü alüminyum iletkeni; 1910 yılında Boston ve Ealing de alüminyum iletkenli, kağıt yalıtkanlı, kurşun kılıflı yeraltı güç kablosu; 1912 yılında Aquitana isimli gemide alüminyum bara; 1917 yılında transformatör sargısı; 1920 yılında sincap kafesli motor rotoru olarak gerçekleşmiştir.

4 İletken olarak Alüminyum Termik (kömür, fuel-oil, motorin, doğalgaz, jeotermal), hidrolik ve nükleer gibi çeşitli enerjilerden yararlanılarak üretilen elektrik enerjisi, genelde uzun mesafelere iletilir; şehir ve köy gibi yerleşim bölgelerine, sanayi tesislerine dağıtılır ve buralarda tüketilir. Çıplak iletkenler, baralar, yalıtılmış hava hattı ve yeraltı güç kabloları ve ek malzemeleri elektrik enerjisi iletim ve dağıtımının başlıca elemanlarıdır. Yakın zamana kadar, elektrik enerji iletim ve dağıtımında, bakır, uygun özellikleri nedeni ile bu alandaki ana iletken malzemesi olmuştu. Bakır, yüksek elektrik geçirgenliği, işlenebilme ve mekaniksel özellikleri iyi olan bir metaldir. Pek çok ülkede, alüminyumun iletim ve dağıtım sistemlerinin tüm elemanları için bakırın yerine, ana iletken malzemesi olarak kabul edilmesinde pek çok neden bulunmaktadır. Alüminyum bakıra göre çok hafiftir, alüminyumun yoğunluğu, yaklaşık olarak bakırın % 30 u kadardır. Özellikle, hava hattı direk konstrüksiyonlarında hafiflik çok önemlidir, çünkü ağır iletkenler, ağır direk yapılarına ihtiyaç gösterir. Ayrıca, alüminyum iletkenlerin taşınması, işlenmesi ve montajı, ağır bakır iletkenlere göre daha kolaydır. Alüminyumun hafifliği, ağır bakır iletkenlere göre birçok avantaj sağlamaktadır. Alüminyum cevheri, yer yüzü kabuğunda en çok bulunan bir metaldir, yaklaşık yer yüzünün % 8 ini kapsamaktadır. Günümüzde bakır cevherleri çok azalmış ve sınırılı olması sonucu bakır fiyatları yüksek ve yükselme eyilimindedir. Aşağıda, son 20 yılın LME (Londra Metal Borsası) bakır ve alüminyumun yıllık ortalama fiyatlarını gösteren çizelgeden anlaşılacağı gibi senelerdir, alüminyum fiyatları bakıra göre düşük, arada bazı sıçramalar yapmasına rağmen fazla hareketli olmayan bir şekilde gelişmiştir. Alüminyum, ucuzluğun, hafifliğin ve özelliklerinin verdiği avantajları nedeni ile alüminyum çıplak iletken ve kablo fiyatları, bakır çıplak iletken ve kablo fiyatlarının çok altındadır.

5 Londra Metal Borsası (LME) yıllık ortalama Bakır ve Alüminyum hammadde Fiyatları (USD/metrik ton) Yıl Alüminyum $ / mton Bakır $ / mton 2002 (*) (*) Ekim 2002'ye kadar 25 yıldan beri, alüminyumun pratikte üretim, tesis ve ek tekniğinde rastlanan sakıncaları giderilmiş, güvenli ve emniyetli bir konuma gelmiştir.

6 Bakır ve Alüminyumun Teknik Değerlendirilmesi Alüminyum veya Bakır çıplak iletkenli hava hatlarının, yer altı kablolarının montajı, tesisi, kullanılan bağlantı parçaları, ek ve kablo uçları genelde büyük farklılık göstermez. Ancak alüminyum ve bakırın fizik ve mekanik özellikleri bakımından iki ayrı metal olduğu unutulmamalıdır. Aşağıdaki çizelgede, iletken ve kabloların müşterek malzemesi olan E-Cu (Elektrolitik bakır), E-Al (Elektrolitik Alüminyum) ile bazı hava hatları ve kablolardada kullanılan alüminyum alaşım AlMgSi yumun fiziksel özellikleri bulunmaktadır. Alüminyum ve Bakırın Fiziksel Özellikleri Özellikler Birim E-Cu Bakır E-Al Alüminyum AlMgSi Al Alaşım Özgül Ağırlık kg/dm 3 8,9 2,7 2,7 Çekme Gerilmesi (sert...tavlı) kg/mm Kopma uzaması (sert...tavlı) % Elastisite Modülü kn/mm Ergime sıcaklığı 0 C Isı genleşme katsayısı 10-6 / 0 C 16,6 23,8 23, C de direnç ısı değişim katsayısı 1/ 0 C 0,0039 0,0040 0, C de iletkenlik IACS % C de özgül direnç mm 2 /m 0, , ,03280

7 Elektriksel Eşdeğerlik Eş uzunluk Eş direnç Eş gerilim düşümü L Al = L Cu R Al = R Cu U Al = U Cu Olarak tarif edilir. Cu eşdeğeri Al (kesit) Al özdirenç Cu özdirenç Al = 0, mm 2 /m Cu = 0, mm 2 /m S Al = 1,6 x S Cu Sonuç: Cu iletken ile eşit uzunlukta, eşit dirençte ve gerilim düğümündeki Alüminyum iletken Bakır iletken kesitinin 1,6 katı daha büyüktür. Cu eşdeğeri Al (ağırlık) Al özgül ağırlık Cu özgül ağırlık 3 d Al = 2,7 kg/dm 3 d Cu = 8,9 kg/dm P Al = 0,5 x P Cu Sonuç: Cu iletken ile eşit uzunlukta, eşit dirençte ve gerilim düğümündeki Alüminyum iletken Bakır iletken ağırlığının yarısı kadardır.

8 Bakır iletken değerleri 1 olarak kabul edilmek şartı ile eşdeğer Alüminyum çıplak yuvarlak iletkenin fiziksel karşılaştırılması Ş a r t l a r B a k ı r A l ü mi n y u m Eşit Kesit 1 1 * Ağırlık 1 0,3 * İletkenlik 1 0,625 * Akım Taşıma Kapasitesi 1 0,8 Eşit İletkenlik 1 1 * Kesit Alanı 1 1,6 * Çap 1 1,3 * Ağırlık 1 0,49 Eşit Sıcaklık Artışı 1 1 * Kesit Alanı 1 1,4 * Çap 1 1,17 * Ağırlık 1 0,42

9 Cu eşdeğeri Al (EKONOMİ) Elektriksel eşitlik sağlanmak şartı ile bir tesis için gerekli bakır iletken ağırlığının yarısı ağırlığında alüminyum iletkene ihtiyaç vardır. Bakır ve alüminyum birim fiyatları (TL/kg) eşit olarak kabul edilmek şartı ile diğer bir deyişle aynı tesis, bakır için gerekli yatırımın yarısı ile alüminyum iletken kullanılarak gerçekleştirilebilir. Yukarda son 20 yılın bakır ve alüminyum fiyatlarını gösteren LME fiyat çizelgesindende görüleceği gibi, bakır alüminyum fiyat oranı çoğunlukla 1 den büyüktür, bu sonuç sağlanan ekonominin % 50 den daha büyük olabileceğini göstermektedir. Çıplak iletkenli tesislerde, Bakır eşdeğeri ALÜMİNYUM İLETKEN EN AZ % 50 EKONOMİ SAĞLAR Sağlanan ekonomi, sadece kullanıcı yönünden olmayıp, ülke döviz çıktısınıda etkilemektedir. Kullanılan alüminyum ve bakırın ham madde olarak dış alımla temin edildiği düşünülürse, elektrik alanında kullanılacak bakırın dış alımı için gerekli döviz miktarının en fazla yarısı alüminyum dış alımı için yeterli olacaktır ve Ülke açısından büyük bir döviz tasarrufu gerçekleşecektir. ve niçin ALÜMİNYUM??? Alüminyumun birim fiyatı yıllardır bakır fiyatlarından daha düşüktür. Yer yüzünde en çok bulunan metaldir ( % 8 ). Hafiflik nedeni ile ALÜMİNYUM iletken ve kablolar, BAKIR iletken ve kablolardan çok daha düşük fiyatlıdır. Hava hatlı tesislerde direklerin hafiflemesi, montaj kolaylığı ve nakliye tesis için ek ekonomik avantajlar üretir. Alüminyum iletkenin pratikte rastlanan ek problemleri son 25 yıldan beri tamamen çözülmüştür.