MAKİNE VE MOTOR DERS NOTLARI 1.HAFTA

Transkript

1 MAKİNE VE MOTOR DERS NOTLARI 1.HAFTA Hazırlayan: Öğr. Gör. Tuğberk ÖNAL MALATYA 2016

2 DERS İLE İLGİ GENEL HUSUSLAR Ders 1 Vize ve 1 final sınavı yapılarak değerlendirilecektir. Vize sınavının %40 ı ve final sınavının %60 ı alınarak genel ortalama belirlenir. Toplam 5 hafta (10 saat) devamsızlık hakkı vardır. Dersin ilk 10 dakikası haricinde derse geç gelen öğrenciler kesinlikle derse alınmaz. Ders notları haftalık olarak aşağıda verilen linkte yayınlanacaktır. Ders ile ilgili herhangi bir konuda danışmak için aşağıdaki mail adreslerinden bana ulaşabilirsiniz.

3 Ders İçerikleri 1.Hafta: Genel Bilgiler. Enerji ve enerji çeşitleri 2.Hafta: Motor ve makine kavramlarının açıklanması ve Motorların gruplandırılması 3.Hafta: Motorların gruplandırılması ve basit çalışma şekilleri 4.Hafta: Benzin motorlarının çalışma prensibi 5.Hafta: Dört zamanlı benzin motorlarının çalışması ve diyagram çizimi 6.Hafta: Motor donanımları. Yağlama, Ateşleme ve Soğutma sistemleri 7.Hafta: Vize Haftası 8.Hafta: İki zamanlı benzin motorunun çalışma prensibi ve diyagram çizimi 9.Hafta: Dizel motorlar 10.Hafta: Dizel motorlar 11.Hafta: Enjektörlü yanma sistemleri 12.Hafta: Dizel motorlarının dairesel çalışma diyagramı 13.Hafta: Benzin ve dizel motorlarının kıyaslanması

4 1.GİRİŞ Bir enerji türünü mekanik işe dönüştüren makinelere olarak motor denir. Dönüştürülen enerji türüne göre ; -Isı ( Termal), -Elektrik, -Nükleer, -Hidrolik olabilmektedir. genel Şekil 1. Isı enerjisi ile çalışan motor örneği

5 Makine, herhangi bir enerji türünü başka bir enerjiye dönüştürmek, belli bir güçten yararlanarak bir işi yapmak veya etki oluşturmak için dişliler, yataklar ve miller gibi çeşitli makine elemanlarından oluşan düzenekler bütünüdür. Herhangi bir mekanik parçası olmayan elektronik veya organik aygıtlar da makine kapsamındadır. Bu dersin kapsamı içerisinde ısı enerjisini mekanik enerjiye çeviren motorlar üzerinde durulacaktır. Bu motorlarda yakıtların kimyasal enerjisi yanma veya oksidasyon sonucu önce ısı enerjisine dönüşür ve bunun sonucunda gazların basıncı ve sıcaklığı hızla yükselir ve bu gazların genişlemesi ile mekanikiş elde edilir.

6 2.ENERJİ Enerji kısaca iş yapabilme yeteneğidir. Tıpkı uzunluklar gibi skaler büyüklüktür. Toplamda 8 ana enerji çeşidi vardır. Bunlar; -Potansiyel, -Kinetik, -Isı, -Işık, -Elektrik, -Kimyasal, -Nükleer, -Ses enerjisidir. Hiç bir enerji türü kaybolmaz. Olsa olsa farklı bir enerji türüne dönüşür.

7 2.1.Potansiyel Enerji Cisimlerin hareket halinde olmadıkları durumlarda sahip oldukları enerjiye potansiyel enerji denir. Bir cismi yerden daha yüksek bir noktaya kaldırdığımızda yer çekimine karşı bir iş yapar. Yapılan bu iş cisimde enerji olarak depolanır ve cismin iş yapabilecek duruma gelmesine neden olur. Potansiyel enerjinin simgesi Ep ve birimi joule dir. Yeryüzünden h yüksekliğine olan m kütlesine sahip olan bir cismin potansiyel enerjisini hesaplamak için; Ep=m.g.h Yukarıda verilen formülde verilen g ifadesi yer çekimi ivmesidir. Değeri g=9,81 m sn 2 dir.

8 Örnek 1: Aşağıda görüldüğü gibi üç farklı konumda bulunan arabanın her konumu için potansiyel enerjisini hesaplayınız.

9 Örnek 2. Aşağıdaki şekilde olduğu gibi iki farklı kütleye sahip cisimlerin yükseklikleri farklı olmasına rağmen sahip oldukları potansiyel enerjilerin eşit olduğunu hesaplayarak gösteriniz.

10 2.2.Kinetik Enerji Hareketli cisimler iş yapabilme yeteneğine sahiptirler. Yani bu cisimlerin enerjileri vardır. Bu hareketinden dolayı cisimlerin sahip oldukları enerjiye kinetik enerji denir. Akan su, hareket halindeki araba, fırlatılan bir taş, yüksekte uçmakta olan bir kuşun kinetik enerjileri vardır. Duran cisimlerin potansiyel enerjileri, cisimler hareket haline geçtiklerinde bu enerji kinetik enerjiye dönüşür. Örneğin duran bir araba potansiyel enerjiye sahiptir. Araç harekete geçtiğinde potansiyel enerji kinetik enerjiye dönüşür. Araç hızlandıkça kinetik enerji artacaktır. Kinetik enerjinin simgesi Ek ve birimi joule dir.

11 Farklı kütlelere sahip olan cisimlerin kinetik enerjileri de farklıdır. Aynı yol üzerinde hareket eden bir kamyon ile bir otomobilin kinetik enerjileri farklıdır. Bu nedenle bu iki aracın çarpışmasında kinetik enerjisi daha az olan otomobilin hasar oranı kamyona göre daha fazladır. Aynı şekilde daha hızlı hareket eden arabaların çarpışmasında da hasar daha fazla olmaktadır. Bir V hızı ile hareket eden m kütleli bir cismin kinetik enerjisi; Ek= 1 2 mv2

12 Örnek 3: Aşağıda verilen aracın kinetik enerjisini hesaplayınız.

13 2.3.Enerjinin Korunumu Yerden belirli bir yükseklikte bulunan bir cisim serbest bırakıldığında yere doğru düşecektir. Bu cisim düşerken hızlanır ve potansiyel enerjisi azalmaya kinetik enerjisi artmaya başlar. Yani cismin potansiyel enerjisi kinetik enerjiye dönüşür. Yerden yukarı doğru fırlatılan bir cisim ilk atıldığında daha hızlı hareket edecek, yukarı çıktıkça hızı azalacaktır. Burada da ilk başta kinetik enerji fazla olmasına rağmen bu enerji potansiyel enerjiye dönüşür. Bu cismin hızı bir noktada durur ve bu esnada potansiyel enerjisi maksimum noktaya ulaşır. Cisim yerçekiminin etkisi ile tekrar yeryüzüne doğru hareket eder ve potansiyel enerji kinetik enerjiye dönüşür. Cisim hareket ettiğinde enerjiler birbirine dönüşebilmektedir. Bu enerji dönüşümler esnasında toplam enerji miktarı sabit kalmaktadır. Bu ilkeye enerjinin korunumu ilkesi denilmektedir

14 Şekil 2. Enerji Dönüşümü Şekil 3. Bir eğik düzlemde hareket eden bir cismin potansiyel ve kinetik enerjilerinin değişimi

15 2.4.ENERJİ ÇEŞİTLERİ a-hidroelektrik Enerji Suyun potansiyel enerjisinin kinetik enerjiye dönüştürülmesi ile sağlanan bir enerjidir. Barajlardaki suyun potansiyel enerjisinin önce kinetik enerjiye çevrilerek elde edilen enerjinin türbinlerde elektrik enerjisine dönüşmesi gibi. Şekil 4. Hidroelektrik Enerji

16 b- Jeotermal Enerji Yer kabuğunun çeşitli derinliklerinde birikmiş olan ısının oluşturduğu ve sıcaklıkları atmosferik sıcaklığın üzerinde olan sıcak su, buhar ve gazlar olarak tanımlanır. Şekil 5. Jeotermal Enerji

17 Ülkemiz jeotermal kaynak bakımından dünyada yedinci sırada yer almaktadır. Yüzey sıcaklığı 40 derecenin üzerinde olan 140 civarında kaynak mevcuttur. Bu kaynakların 136 tanesi merkezi ısıtma,sera ve konut ısıtılmasına ve endüstriyel kullanıma uygun iken sadece 4 tanesinden teknik ve ekonomik açıdan elektrik enerjisinin elde edilebilmesinin mümkün olduğu belirlenmiştir. Tüm kaynaklarımızın değerlendirilmesinin petrol eşdeğerinin 9 milyar dolar/yıl olduğu hesaplanmıştır.

18 c-güneş Enerjisi Güneşten gelen ve dünya atmosferi dışında şiddeti sabit ve 1370 W/ m 2 olan ve yer yüzeyinde W/ m 2 değerleri arasında değişen yenilenebilir bir enerji kaynağıdır. Isıtmadan soğutmaya ve elektrik üretiminde kontrollü olarak kullanılabilmektedir. Şekil 6. Güneş Enerjisi

19 Ülkemizin yıllık güneşlenme süresi ortalama olarak 2640 saattir. Maksimum güneşlenme 362 saat ile Temmuz ayında, minimum güneşlenme süresi ise Aralık ayında 98 saat ile görülmüştür. Güneşlenme süresi yönünden en zengin bölge Güneydoğu Anadolu bölgesi olup bunu sırası ile Akdeniz, Ege, İç Anadolu, Doğu Anadolu, Marmara ve Karadeniz bölgesi izlemektedir. Güneş enerjisi günümüzde: konutlarda ve iş yerlerinde, tarımsal teknolojide, sanayide, ulaşım araçlarında, iletişim araçlarında, sinyalizasyon ve otomasyonda, elektrik enerjisi üretiminde kullanılmaktadır.

20 d-rüzgar Enerjisi İn direkt yani çevrime uğramış bir güneş enerjisi olarak tanımlanabilir. Rüzgârdan elde edilecek enerji tamamen rüzgarın hızına ve esme süresine bağlıdır. Şekil 7. Rüzgar Enerjisi

21 Ülkemizin geneli olmasa da rüzgar enerjisi yönünden zengin sayılan yerleri mevcuttur. Rüzgar enerjisi her ne kadar kaynağı doğa olsa bile bedava bir enerji değildir. Bu enerjinin temel hammaddesi olan rüzgar her ne kadar parayla alınmasa bile rüzgarın taşıdığı enerjinin tutularak enerjiye dönüştürülmesi için bir maliyet gerekir. ABD de 750 Dolar/kW olan maliyet Avrupa da 1400 Dolar /kw olabilmektedir. Ekonomik olması için 1000 Dolar/ kw olması gerekmektedir. Denizlere kurulan rüzgar türbinleri ise karadakilere oranla iki kat pahalıya mal olmaktadır. Gelişen teknoloji ile bu rakamların yakın bir gelecekte çok daha aşağılara çekilmesi beklenmektedir.

22 e-fosil Yakıtlardan Elde Edilen Enerjisi Fosil yakıtlar, mineral yakıtlar olarak da bilinir. Hidrokarbon ve yüksek oranlarda karbon içeren kömür, petrol ve doğalgaz gibi doğal enerji kaynaklarıdır. Ölen canlı organizmaların oksijensiz ortamda milyonlarca yıl boyunca, çözülmesi ile oluşur. Fosil yakıtlar endüstriyel alanda çok geniş bir kullanım alanı bulmaktadır. Şekil 8. Fosil yakıtın Çıkartılması

23 Elektrik üretiminde, genelde fosil yakıtın yanması ile açığa çıkan enerji bir türbine güç olarak iletilir. Eski jeneratörlerde genelde yakıtın yanması ile elde edilen buhar türbini döndürmek için kullanılırdı, fakat yeni enerji santrallerinde yanma ile elde edilen gazlar, direkt olarak gaz türbinini döndürmektedir. 20 ve 21. yüzyılda dünya çapındaki teknolojik gelişmelerle, fosil yakıtlardan elde edilen enerjiye olan ihtiyaç artmaktadır. Özellikle petrolden elde edilen benzin, dünya çapında ve bölgesel olarak büyük çatışmaların ana sebebi haline gelmektedir. Dünya çapındaki bu enerji ihtiyacının artması ile çözüm arayışları, yenilenebilir enerji kaynaklarına doğru yönelmelidir.

24 f- Deniz Kökenli Yenilenebilir Enerji Deniz dalga enerjisi, deniz sıcaklık gradyen enerjisi, deniz akıntıları enerjisi( boğazlarda) ve medcezir enerjisi olarak tanımlanabilmektedir. Ülkemiz için üzerinde durulabilecek enerji grubu ise özellikle deniz dalga enerjisidir. Deniz dalga enerjisinin temelinde yine rüzgar enerjisi yatmaktadır. Ülkemizin Marmara hariç olmak üzere açık deniz kıyı uzunluğu 8210 km civarındadır. Bunun turizm, balıkçılık kıyı tesisleri gibi nedenle en fazla beşte birlik kısmı kullanılabilir ve bu yıllık olarak 18.5 TWh/yıl düzeyinde bir enerji elde edilebilir.

25 Şekil 9. Deniz Kökenli Yenilenebilir Enerji Yenilenebilir enerji kaynakları da dahil olmak üzere hemen hemen tüm enerji kaynaklarında teknolojik olarak gelişmeler mevcuttur. Enerji bu güne kadar olduğu gibi gelecekte de insanlık için temel bir sorun olma özelliğini sürdürecektir. Bununla birlikte; Gelecek yıllarda bugün olduğundan daha fazla enerji sağlayan yenilenebilir enerji kaynaklarına sahip olunması da insanlık için uzak bir ihtimal değildir. Bununla birlikte 2020 yılına kadar yenilenebilir enerji kaynaklarının toplam enerji tüketimine getireceği katkılar ne yazık ki insanlığın ihtiyacı olan enerji rakamlarını karşılamaktan uzak görünmektedir. İnsanoğlunun bugün sahip olduğu teknik seviyeler 2020 yılında toplam enerji ihtiyacımızın maksimum % 12 sinin alternatif enerji kaynaklarından karşılanabileceğini göstermektedir.

26 Kaynaklar hbogm.meb.gov.tr/mtao/3elektrikbilgisi/unite03.pdf 3. Deniz O. İçten Yanmalı Motorlar Ders Notları Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul,2008