GÜNES ENERJİSİ İLE DENİZ SUYU DAMITMA UYGULAMASI 2015 LİSANS TEZİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ. Emre AYDIN Fatih ÇİÇEK Nazmi AKCİHAN

Transkript

1 GÜNES ENERJİSİ İLE DENİZ SUYU DAMITMA UYGULAMASI 2015 LİSANS TEZİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ Emre AYDIN Fatih ÇİÇEK Nazmi AKCİHAN

2 GÜNEŞ ENERJİSİ İLE DENİZ SUYU DAMITMA UYGULAMASI Emre AYDIN Fatih ÇİÇEK Nazmi AKCİHAN Karabük Üniversitesi Teknoloji Fakültesi Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölümünde Lisans Tezi Olarak Hazırlanmıştır KARABÜK MAYIS 2015 ii

3 Emre AYDIN, Fatih ÇİÇEK, Nazmi AKCİHAN tarafından hazırlanan GÜNEŞ ENERJİSİ İLE DENİZ SUYU DAMITMA UYGULAMASI başlıklı bu tezin Lisans Tezi olarak uygun olduğunu onaylarım. Doç.Dr. Sezayi YILMAZ. Tez Danışmanı, Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölümü Bu çalışma, jürimiz tarafından oy birliği ile Enerji Sistemleri Mühendisliği Anabilim Dalı Mezuniyet Tezi olarak kabul edilmiştir.../../2015 Jüri Üyeleri Ünvanı, Adı SOYADI İmzası Prof. Dr. Ziyaddin RECEBLİ Doç. Dr. Sezayi YILMAZ Doç. Dr. İlhan CEYLAN Yrd. Doç. Dr. Bahadır ACAR. Yrd. Doç. Dr. Şafak ATAŞ...../../2015 KBÜ Teknoloji Fakültesi Yönetim Kurulu, bu tez ile Lisans derecesi onamıştır Prof. Dr. Mehmet ÖZKAYMAK.. Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölüm Başkanı iii

4 Bu tezdeki tüm bilgilerin akademik kurallara ve etik ilkelere uygun olarak elde edildiğini ve sunulduğunu; ayrıca bu kuralların ve ilkelerin gerektirdiği şekilde, bu çalışmadan kaynaklanmayan bütün atıfları yaptığımı beyan ederiz. Emre AYDIN Fatih ÇİÇEK Nazmi AKCİHAN iv

5 ÖZET Lisans Tezi GÜNEŞ ENERJİSİ İLE DENİZ SUYU DAMITMA UYGULAMASI Emre AYDIN Fatih ÇİÇEK Nazmi AKCİHAN Karabük Üniversitesi Teknoloji Fakültesi Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölümü Tez Danışmanı: Doç. Dr. Sezayi YILMAZ Mayıs 2015, 50 sayfa Bu çalışmada, deniz suyundan, içme ve kullanım suyu elde edilmesi amacıyla kullanılan güneş enerjisi ile damıtma yöntemi deneysel olarak incelenmiştir. Deniz suyundan içme suyu elde edilmesinde değişik yöntemler kullanılmakta ve bunlardan birisi de güneş enerjisiyle su damıtılmasıdır. Çalışmaya bir güneş enerjili su damıtıcı yapılmasıyla başlanmıştır. Damıtma işlemi için iki aşamalı sistem tasarlanmıştır. İlk aşamada güneş toplayıcı sistemi yapılmıştır[sistemde 5 adet 40 cm boyunda vakum tüpü kullanılmıştır]. İkinci aşamada damıtma havuzu imal edilmiştir. Damıtma havuzu ve güneş toplayıcı sistemi birbirine bağlanarak tuzlu su hem alttan hem de üstten ısıtır. Yapılan deneyler Karabük koşullarında yapılmış ve deniz suyu olarak Marmara denizi tuzluluk oranı (%25) baz alınmıştır. Yapılan deneyler sonucunda, sistemin verimi; dış ortam sıcaklığına, güneş ışınım değerlerine, depo yalıtımına ve su derinliğine göre değişmekte olduğu gözlemlenmiştir. v

6 TEŞEKKÜR Bu tez çalışmasının planlanmasında, araştırılmasında, yürütülmesinde ve oluşumunda ilgi ve desteğini esirgemeyen, engin bilgi ve tecrübelerinden yararlandığımız, yönlendirme ve bilgilendirmeleriyle çalışmamızı bilimsel temeller ışığında şekillendiren sayın hocamız Doç. Dr. Sezayi YILMAZ a sonsuz teşekkürlerimizi sunarız. Tez çalışması sırasınsda yardımlarını ve desteklerini esirgemeyen, Meslek Yüksek Okulu Teknikerleri Mehmet ALPARSLAN ve Mehmet SERT e teşekkürü bir borç biliriz. Hayatımız boyunca maddi ve manevi desteklerini hiçbir zaman esirgemeyen ailelerimize tüm kalbimizle teşekkür ederiz. vi

7 İçindekiler Tablosu TEŞEKKÜR... vi Şekiller Dizini... x Çizelgeler Dizini... x BÖLÜM GİRİŞ ÇALISMANIN ÖNEMİ ÇALISMANIN AMACI... 2 BÖLÜM GENEL BİLGİLER GÜNEŞ ENERJİSİ TÜRKİYE DE GÜNEŞ ENERJİSİ POTANSİYELİ DENİZ SUYU ÖZELLİKLERİ VE İÇME SUYU KALİTESİ BAKIMINDAN TUZLU SU Deniz Suyunun Tuzluluğu Deniz Suyunun Sıcaklığı Deniz Suyunun Yoğunluğu... 6 BÖLÜM GÜNEŞ ENERJİSİYLE SU DAMITILMASI DAMITMA NEDİR? SU DAMITMA İŞLEMİNDE KULLANILAN ENERJİ KAYNAKLARI Nükleer Enerji Kaynakları Yenilenebilir Enerji Kaynakları Rüzgâr gücü Jeotermal Enerji Su Gücü Güneş Enerjisi GÜNEŞ ENERJİSİNDEN YARARLANILARAK SUYUN DAMITILMASI TARİHİ GÜNEŞ ENERJİLİ DAMITMA SİSTEMLERİ Güneş Enerjili Damıtıcı Tipleri vii

8 Aktif Sistemler Pasif Solar Damıtıcı HAVUZ TİPİ DAMITICI SİSTEM BİLEŞENLERİNİN ÖZELLİKLERİ Genel Olarak Damıtıcıların Özellikleri Havuz Tipi Damıtıcıların Performansına Etki Eden Faktörler BUHARLASMAYA ETKİ EDEN FAKTÖRLER Meteorolojik Faktörler Güneş Radyasyonu Hava Buhar Basıncı Sıcaklık Rüzgâr Basınç Coğrafik ve Tomografik Faktörler Enlem Yükseklik Yön Suyun Kalitesi ve Bulunduğu Ortam Su Kütlesinin Büyüklüğü Tuz Durumu Kirlenme Dalgalı ve Hareket Halindeki Su BİR GÜNES ENERJİLİ DAMITMA HAVUZUNUN ÇIKTISININ HESABI GÜNEŞ ENERJİLİ DAMITMA HAVUZLARI YAPILAN DENEYLERDEN ELDE EDİLEN SONUÇLAR BÖLÜM MATERYAL VE METOD Vakum Tüplü Güneş Enerjili Deniz Suyu Damıtma Sistemi ve Özellikleri Damıtma Sisteminin Elemanları Güneş Toplayıcı (Kollektör) Isıtıcı Akışkan Deposu Isıtıcı Akışkan Damıtma Havuzu Isı Değiştirici Ön Isıtıcı ve Yoğuşturucu viii

9 4.2.7 Temiz Su Toplama Kanalı Tuzlu Su Deposu Isıtıcı Akışkan Genleşme Deposu Ölçüm Materyalleri Sıcaklık Ölçer Işınım Ölçer BÖLÜM DENEY VE SONUÇ DENEYLER Perşembe Cuma Deney Sonuçları Sistem Verimi Hesabı BÖLÜM TARTIŞMA, SONUÇ VE ÖNERİLER KAYNAKLAR ix

10 Şekiller Dizini Şekil Deniz suyunun kimyasal bileşenleri (Künzel, 1989)... 5 Şekil Su Damıtma işleminde Kullanılan Enerji Kaynakları [10]... 7 Şekil Şili deki Damıtıcılar Şekil Güneş Enerjili Damıtma Yöntemleri[4] Şekil Tek havuzlu cam çatılı güneş damıtma sistemi Şekil Aktif sistem (Ön Isıtmalı) [16] Şekil Tek Havuzlu ayrı kondenserli damıtıcı[17] Şekil Farklı Tip Damıtıcılar Şekil 3.4.6:Tek havuzlu cam çatılı güneş damıtma sistemi [25] Şekil Havuz tipi güneş enerjili damıtıcı [20] Şekil 3.4.8:Cezayir de yapılmış olan sistem Şekil 3.4.9:Aktif çalışan güneş enerjili damıtma havuzunun fotoğrafı.[23] Şekil Flatmodel Rosendahl damıtma sistemi Şekil Sistemin yandan 2 boyutlu çizimi Şekil Sistemimizin 3D similasyon görünümü Şekil Vakum Tüpleri Şekil Isıtıcı Akışkan Deposu Şekil Ön Isıtıcı, Damıtma Havuzu ve Temiz Su olukları Şekil PKKP tipi radyatör örneği Şekil Tez Çalışmasının Son Hali Şekil Zamana göre ışınım miktarındaki değişim Şekil Zamana göre Havuz suyu, besleme suyu ve dış hava sıcaklıklarındaki değişim. 41 Şekil Zamana göre ışınım miktarındaki değişim Şekil Zamana göre Havuz suyu, besleme suyu ve dış hava sıcaklıklarındaki değişim. 42 Çizelgeler Dizini Tablo 2.3.1Dünya üzerindeki çeşitli denizlerin tuzluluk oranları (Janisch, 1994).[7]... 5 Tablo Isıtıcı Akışkanın Özellikleri x

11 SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ SİMGELER C : Santigrat ( Derece Celsius) A : Alan (m 2 ) E : Toplam verim G : Günlük ışınım miktarı (MJ/m 2 ), (kwh/m 2 ), (W/m 2 ), (kcal/m 2 ), (kwh/m 2 ) ml : Mililitre m/s : Saniyedeki metre m 2 : Metrekare Qsu : Günlük yoğuşan su kapasitesi (litre/gün), (litre/m 2 ) Δh : Buharlaşma ısısı farkı Q : Toplam ısı geçişi (kcal), (kj) kj : Kilojoule MJ : Megajoule cm 3 : santimetreküp m 3 : metreküp Kg : Kilogram Mm : milimetre : açı cinsinden derece M : metre Cm : santimetre KISALTMALAR MSF : Çok aşamalı flaş MED : Çok etkili damıtma ew : Sudaki buhar basıncı ea : Havadaki buhar basıncı PKKP : Panel-Kanat-Kanat-Panel xi

12 BÖLÜM 1 GİRİŞ Su, insanın vazgeçilmez fizyolojik ihtiyaçlarından birisidir. Bilindiği gibi insan vücudunun yaklaşık %90 ı sudur. İnsanın bir şey yemeden yaklaşık bir ay kadar yaşaması mümkün olmasına rağmen, su içmeden en fazla bir hafta yaşayacağı bilinmektedir. [1] Dünya üzerindeki su potansiyelinin yalnızca % 0,5 i içilebilecek nitelikte olup, % 97 si deniz suyu, % 2,5 i ise tuz içermesinden dolayı tuzlu yeraltı suyu olarak sınıflandırılmaktadır. Söz konusu tuzlu sular, içilebilecek nitelikte suya dönüştürülürse su temini açısından sınırsız bir potansiyel elde edilecegi açıktır. [2] Deniz suyundan tatlı su üretiminde faydalanılan sistemlerin enerji ve işletme maliyetlerinin yüksek oluşu, hava kirliliğine yol açmaları, pahalı ve hassas cihazlar kullanma zorunda kalmaları bu sistemlerin kullanımını olumsuz yönde etkilemektedir. Deniz suyunun içilebilir hale getirilmesinde güneş enerjisi kullanmak yukarıda sayılan sakıncaları ortadan kaldırabilecektir. [1] 1.1 ÇALISMANIN ÖNEMİ Dünyada ve ülkemizde gün geçtikçe su sıkıntısı büyük bir ölçüde artmaktadır. Küresel ısınma, çevre kirliliği vb. nedenlerden dolayı ülkemizdeki barajlarda doluluk oranı yüzde 20 lere kadar düşmektedir. Türkiye üç tarafı denizlerle çevrili bir ülkedir. Ancak tuzlu olan deniz suyunun içilmesi ve tarımsal amaçlarla kullanılması mümkün değildir. Tuzunun alınması halinde deniz suyu, içme ve tarımsal amaçlarda kullanılabilir. Yalnız içmede kullanılması bile içile bilir su bulma sıkıntısını ortadan kaldırabilir yılı itibariyle dünya üzerindeki tuz giderme tesislerinin toplam kapasitesi günlük 17,5 milyon m 3 tür. Türkiye ise yaklasık 3600 m 3 /gün kapasite ile bu ülkelerin çok gerisinde kalmaktadır. 1

13 Ülkemiz güneş enerjisi kullanımında verimi yüksek olan ülkeler arasında yer almaktadır. Güneş enerjisini kullanarak, deniz suyunu arıtma işlemi hem maliyeti düşürecek hem de içilebilir ve kullanılabilir su miktarında artış sağlayacaktır. 1.2 ÇALISMANIN AMACI Bu çalışmada, Karabük ili şartlarında %25 tuz konsantrasyonuna sahip tuzlu sudan (Marmara denizi) güneş enerjili, bir damıtma cihazı tasarlanarak imal edilmesi ve denenmesi amaçlanmıştır. Tasarlanan damıtıcı vakum tüplü ve havuz tipi şeklindedir. Damıtıcının her alanda kullanılabilmesi için taşınabilir olması düşünülmüştür. Yüksek verim elde edebilmek için de yoğuşturma yüzeyinde ısı geri kazanım uygulamasına gidilmiştir. 2

14 BÖLÜM 2 GENEL BİLGİLER 2.1 GÜNEŞ ENERJİSİ Güneş, dünyamıza ve diğer gezegenlere enerji veren sonsuz denilebilecek güce sahip tek enerji kaynağıdır. Güneş enerjisi, doğrusal yönde hareket eden güneş ısınlarıyla iletilir. Bir cisim üzerine gelen güneş ışınları dört kısma ayrılır. Bunların bir kısmı cismin içine girerek arka tarafa geçer, bir kısmı yansır, bir kısmı dağılım (tifüse) yoluyla yansır, geriye kalan kısmı ise, cisim tarafından soğurulur (absorbe edilir). Güneş enerjisinin tamamı, bu güneş ışınlarının toplamına eşittir. Bunların her birinin toplam enerjiye oranı o cismin geçirme, yansıtma, tifüs yansıtma ve soğurma özelliklerini gösterir.[3] Güneşten gelen ısınlar atmosferin içine girdiği andan itibaren kırılıp yansıyıp yutulmakta, yön ve sekil değiştirmekte sonunda yine uzaya dönmektedir. Bulutlar ise ışık yönünü değiştirerek yansıtır. Bu olaya kırılma yansıma refleks iyon denir. Yer yüzeyine kadar gelen ısınlarda yere çarptığı zaman yön değiştirerek yansımaya uğrarlar. Bu olaya ise albino adı verilir. Güneş ısınları bir cisme çarptığı zaman dalga uzunluklarına göre farklı açılarda kırılır ve yansır, bu olaya ışık dağılması difüzyon denir.[4] Güneş ısınımı atmosferi geçerken bir kısmı yansıtılır, bir kısmı yutulur. Yeryüzüne ulasan güneş ısınımı miktarı, dünyanın, güneş etrafındaki yörüngesine (senenin günlerine), kendi etrafında dönmesine (günün saatine), atmosferik Sartlara (bulutluluk, nem oranı, görünürlük vs.), coğrafik faktörlere (enlem, yükseklik) göre değişir. Yeryüzündeki birim yatay düzleme gelen güneş ısınımı ortalama 400 ile 800 W/m 2 mertebesindedir. Bütün yeryüzüne, bir senede gelen güneş ısınımı, dünya enerjisi ihtiyacının yaklaşık katıdır.[5] 3

15 2.2 TÜRKİYE DE GÜNEŞ ENERJİSİ POTANSİYELİ Coğrafi konumu itibariyle, dünyanın güneş kuşağı içerisinde yer alan ülkemizin güneş enerjisi potansiyeli oldukça yeterli düzeydedir. Özellikle güney bölgelerimizde oldukça büyük bir güneş enerjisi potansiyelimiz mevcuttur [3]. Kuzey yarımküre üzerinde paralelleri arasında bulunan ülkemiz güneş enerjisi açısından uygun konumda bulunmaktadır. Yıllık güneşlenme süresinin 2640 saat ve ortalama ısınım şiddetinin 3080 kcal/m 2 gün olduğu ülkemiz, güneşlenme bölgesi olarak dört farklı bölgeye ayrılabilir. 1. Güneydoğu Anadolu Bölgesi kcal/m 2 gün ısınım şiddeti 2. Akdeniz ve Ege Bölgesi nin İzmir e kadar uzanan bölümü kcal/m 2 gün 3. Çanakkale den başlayıp Orta Anadolu ve Doğu Anadolu ya uzanan bölge kcal/m 2 gün 4. Marmara ve Karadeniz Bölgesi kcal/m 2 gün [6] 2.3 DENİZ SUYU ÖZELLİKLERİ VE İÇME SUYU KALİTESİ BAKIMINDAN TUZLU SU Deniz sularnın tuzluluk oranlarını büyük ölçüde o bölgedeki yağış oranları ve denizlere giren tatlı su kaynakları (dere, nehir vb.) belirlemektedir. Dünya üzerindeki denizlerin tuzluluk içerikleri Çizelge de verilmiştir. Akdeniz, kavurucu yaz günlerinde buharlaşma ile yitirdiği suyun pek azını akarsu ve yağışlarla geri alabildiği için denizin tuzluluğu giderek artmaktadır[2]. 4

16 Tablo 2.3.1Dünya üzerindeki çeşitli denizlerin tuzluluk oranları (Janisch, 1994).[7] Denizler Tuz konsantrasyonu ( % ) Standart deniz suyu 35 Baltık denizi 7 Hazar denizi 13 Pasifik okyanusu 34 Atlantik okyanusu 36 Kızıldeniz 43 Basra körfezi 43 Karadeniz 18 Marmara denizi 22 Ege denizi 38 Akdeniz 43 Deniz suyunun bileşenleri Şekil de açık olarak ifade edilmektedir. Şekil Deniz suyunun kimyasal bileşenleri (Künzel, 1989) Deniz suyu normalde doğada mevcut bulunan bütün elementleri içermektedir. Denizlerde organik ve inorganik olarak bulunan bu bileşenler, deniz suyunun tuzunu gideren sistemlerde birçok probleme sebebiyet vermektedir (Janisch, 1994). Bu sistemlerde zamanla oluşan yosun tabakalarının yanı sıra, yine bu sistemlerin iç çeperlerinde meydana gelen tortu halindeki kabuklaşma başlıca problemlerdir. Sistem 5

17 içinde artan sıcaklık, tuzun çözünme kabiliyetini azaltır ve bu durum çökelmeye yol açar (Künzel, 1989). Çökelme oluşumunun yüksek sıcaklıklarda meydana gelmesi sebebiyle çalışma sıcaklığının en fazla 120 C da tutulması çökelme oluşumunu engelleme açısından faydalıdır.[8] Deniz Suyunun Tuzluluğu Deniz suyunun tuzluluğunu oluşturan belli başlı erimiş tuzlar sırasıyla klor, sodyum, sülfatlar, magnezyum, kalsiyum, potasyum bikarbonat ve bromdur. Bilinen tüm elementler deniz suyunda mevcuttur Deniz Suyunun Sıcaklığı Deniz yüzeyinde ve yüzeye yakın bölgelerde su sıcaklığı hem mevsimlik hem de günlük değişim gösterir. Su derinliğinin az olduğu kıyı kesimleri dışında, deniz tabanına yakın bölgelerde su sıcaklığı önemli bir değişiklik göstermez. Suyun yüzeyi ile deniz tabanı arasında sıcaklığın derinliğe göre diğer kısımlara nazaran çok daha hızlı değiştiği bölgeye termalin tabaka denir Deniz Suyunun Yoğunluğu Yoğunluk, deniz suyunda tabakalamaya ve akıntıların oluşmasına etki eden önemli bir faktördür. Denize genellikle dipten deşarj edilen atık suların yoğunluğu deniz suyuna göre daha düşük olduğundan yüzeye doğru yükselir ve deniz suyu ile karışarak seyrelirler. Bu arada mevcut tabakalamaya göre yüzeye çıkarlar ya da belli bir derinlikte kalırlar. Deniz suyunun yoğunluğu; basınca, derinliğe, tuzluluğa ve su sıcaklığına bağlı olarak değişiklik gösterir ve 4 C deki yoğunluğu 1000 kg/m 3 olan saf sudan fazladır. Yoğunluk, tuzluluk ve sıcaklık değişimlerine bağlı olarak derinlikle değişir. Genellikle az yoğun bir üst tabaka ve tabanda yoğun bir alt tabaka mevcuttur. Bu iki tabaka arasında yoğunluğun derinliğe göre hızla değiştiği pikniklin tabaka yer alır. [2] 6

18 BÖLÜM 3 GÜNEŞ ENERJİSİYLE SU DAMITILMASI 3.1 DAMITMA NEDİR? Damıtma bir sıvı karışımdaki bileşenlerin önce buharlaştırılması ve sonrada soğutulması sonucunda birbirinden ayrıştırılması işlemidir. Bu yöntemde esas olay buhar basıncına dayanmaktadır. Bir sıvının buhar basıncı, sıvı ile dengedeki buharın basıncı anlamına gelmektedir. Her sıvı ve katının bir buhar basıncı vardır. Sıvı sabit sıcaklıkta ısıtılırsa, sıvının buhar basıncı verilen ısı ile orantılı olarak artar. Sıvının buhar basıncının dış atmosfer basıncına eşit olduğu noktaya ise kaynama noktası denir. Kaynama noktasındaki bir sıvıya daha fazla sıcaklık verildiği zaman sıvının sıcaklığı artmaz sadece fazla ısı sıvının buharlaşmasına neden olur.[9] 3.2 SU DAMITMA İŞLEMİNDE KULLANILAN ENERJİ KAYNAKLARI Şekil Su Damıtma işleminde Kullanılan Enerji Kaynakları [10] Nükleer Enerji Kaynakları Nükleer enerji, uranyum gibi ağır radyoaktif atomların bir nötron çarpması ile daha küçük atomlara bölünmesi (fisyon) veya hafif radyoaktif atomların birleşerek daha ağır atomlar meydan gelmesi(füzyon) sonucu ortaya çıkan enerjidir. Bu enerji kaynağı elektrik enerjisinin üretilmesinde kullanılmaktadır. Klasik yöntemlerde kullanılan iki 7

19 enerji kaynağı da önemli düzeyde çevre kirliliğine neden olmaktadır. Ayrıca bu enerji kaynaklarının pahalı olması da arıtma prosesinin işletme maliyetini artırmaktadır.[10] Yenilenebilir Enerji Kaynakları Bu enerji kaynakları başta güneş olmak üzere rüzgar, jeotermal ve su gücüdür. Bu kaynaklardan elde edilen enerji, klasik kaynaklardan elde edilen enerjiye göre işletme maliye çok düşüktür. Bu enerji kaynakları aynı zamanda çevre kirliliği üzerinde de çok önemli bir etkiye sahip değildir. Teknolojinin gelişmesiyle birlikte büyük bir enerji talebi olmuştur. Günümüzde bu enerjinin büyük bir kısmı fosil yakıtlardan elde edilmektedir. Bu şekilde elde edilen enerji hem pahalı hem de çevre kirliliğine neden olduğundan yenilebilir enerji kaynaklarına olan talep artırmıştır. Yenilebilir enerji kaynaklarından en fazla kullanılanı güneş enerjisi olup, onu su rüzgâr ve jeotermal enerji takip etmektedir. [10] Rüzgâr gücü Rüzgârın kinetik enerjisi basınç üretiminde ve elektrik üretiminde kullanılır. Rüzgâr gücünden elde edilen enerji elektrik ve mekanik enerji olmak üzere iki şekilde kullanılmaktadır. Rüzgâr tribünlerinden aracılığıyla elde edilen elektrik enerjisi, elektrodiyaliz ve ters osmoz proseslerinde kullanılabilir. Rüzgârdan elde edilen mekanik enerji direk olarak ters osmoz yönteminde kullanılabilir. Rüzgâr tribünlerinden elde edilen mekanik enerji aynı zamanda yeraltından yer üstüne suyu taşımak için de kullanılır.[10] Jeotermal Enerji Jeotermal enerji yer kürenin derinliklerine var olan ısı enerjisinin açığa çıkarılması ile elde edilir. Çekirdekte 4200 C sıcaklığına sahiptir.. Jeotermal kaynaklar çok eski tarihlerden beri bilinmektedir. Burada elde edilen sıcak su birçok alanda kullanılmaktadır. Günümüzde kullanım alanı ve kullanım da artmaktadır. Buhar/buhar su karışımı ( C) arasında metreden elde edilir. Elde edilen bu buhar elektrik ve ısı enerjisi olarak damıtma proseslerinde kullanılır. Elektrik enerjisi olarak ters osmoz ve elektrodiyaliz yöntemlerinde, ısı enerjisi olarak ısıl proseslerde kullanılabilir [11]. 8

20 Su Gücü Sudan elde edilen enerji su tribünleri aracılığıyla direk mekanik enerji veya elektrik enerjisi olarak kullanılmaktadır. Direk mekanik enerji olarak su değirmenleri şeklinde eski zamanlardan beri kullanılmaktadır. Günümüzde elektrik enerjisinin elde edilmesinde çok önemli bir yere sahiptir. Türkiye de elde edilen elektrik enerjisinin % 29 u hidroelektrik santrallerinden elde edilmektedir. Hidroelektrik santrallerini % civarı nehirlerin önüne setler çekilerek barajlardan elde edilir ve geri kalan kısım ise direk nehirlerdeki akışlardan eldeedilir [12]. Su gücünden elde edilen mekanik enerji damıtma proseslerinde basıncın sağlanmasında kullanılır. Bu sistem ters osmoz yönteminde kullanılabilir. Elde edilen elektrik enerjisi ise elektrodiyaliz ve ters osmoz proseslerinde kullanılabilir Güneş Enerjisi Güneşin dünyadan uzaklığı yaklaşık olarak 150x106 km civarında olup dış yüzeyi 6000 K sıcaklığındadır.güneşin yaydığı elektromanyetik dalgaların boyu 3,0 Mm dan 0,25Mm arasında olup hız 2,9979x108 m/sn dır. [12]. Su damıtma işlemlerinde kullanılan termal ve mebran yöntemlerde enerji olarak fosil yakıtlarından elde edilen enerji kullanıldığı gibi bu proseslerin ya direk kendisinde ya da ara işlemlerde yenilebilir enerji kaynakları kullanılabilmektedir. Mesela buhar sıkıştırmalı damıtma işleminde güneş enerjisinden faydalanarak suyun ısıtılması için kullanılacağı gibi güneş enerjisinin elektrik enerjisine çevrilerek kompresörün buharı sıkıştırması amacıyla kullanılabilir. Aynı şekilde güneş enerjisi direk olarak suyun buharlaştırma ve yoğuşturma prensibi ile çalışan damıtma proseslerinde de kullanılabilir [12]. Güneş enerjisi damıtma proseslerinde 3 temel enerji şekliyle kullanılır. Elektrik ısı ve mekanik şekillerinde kullanılır. Güneş enerjisi yardımıyla elde edilen ısı enerjisi direk olarak MED ve MSF sistemlerinde suyun ısıtılarak buhar elde edilmesi işlemlerinde kullanılır. 9

21 Güneş enerjisi mekanik enerjiye dönüştürülerek ters osmoz ve elektrodiyaliz yöntemlerinde sıkıştırma ve hareketli bölümlerinde kullanılır. Güneş enerjisinden elektrik enerjisi iki şekilde elde edilmektedir. Bunlardan ilki güneş pili ile dönüşümdür. Diğer yöntem ise Güneş enerjisinin ısı enerjisine dönüşümü daha sonra da bu ısının elektrik enerjisine dönüşümüyle elde edilir. Her iki şekilde elde edilen elektrik enerjisi de ters osmoz ve elektrodiyalizde kullanılabilir. Burada elektrik enerjisi mekanik enerjiye dönüştürülerek bu sistemlerdeki mekanik kısımların harekete dönüşümünde kullanılır.[14] 3.3 GÜNEŞ ENERJİSİNDEN YARARLANILARAK SUYUN DAMITILMASI TARİHİ Bilinen ilk güneş enerjili damıtmanın 1551 yılında (Adam Lonicer in yazılarından) yapıldığı anlaşılmaktadır. [13] Güneş enerjili damıtıcılarda modern çağ 1872 de Kuzey Sili de Las Salinas (Şekil ) yakınlarında İsveçli Mühendis Charles Wilson tarafından büyük bir havuz tipi damıtıcının inşasıyla başlamıştır. Geniş ölçekli bu havuz, Şili deki maden çalışanlarına içecek su üretmek için kurulmuştur. Dizayn edilmiş 4700 m 2 lik cam kapaklı damıtıcı, uzun seneler boyunca nitrat isleme tesisi olarak hizmet vermiştir. Harding tarafından tarif edilen orijinal havuz tipi damıtıcı, 61 m uzunluğunda ve 1,4 m genişliğinde ahşap bölmelerden inşa edilmiştir. Bu damıtıcı ile günde 1 m 2 buharlaşma yüzeyinden 5 kg su elde edildiği bilinmektedir. Bu da bir günde toplam litre suya karşılık gelmektedir [14] 10

22 Şekil Şili deki Damıtıcılar 1958 de dikey şekilde imal edilen damıtma havuzu, ılıman bölgelerde uygulanmak üzere tasarlanmıştır. Bu damıtma havuzu, dikey dört adet havuzun birbiri üzerine konulmasıyla bir cam serada inşa edilmiştir. Bu damıtma havuzunun toplam alanı 1 m 2 dir ve zeminin alanı havuza kadar 0,3 m 2 dir. Damıtma havuzunun tabanı, havuzu çevreleyen hava dolayısıyla termal bir izolasyona ihtiyaç duymamaktadır. Test süresince güneş ısınlarının az olduğu zamanlarda bile yeterli miktarda damıtılmış su elde etmek mümkün olmuştur. Elde edilen deney sonuçları 1958 deki Teheran Konferansı nda, çalışmanın bir özeti de 1961 de Birleşmiş Milletlerin Yeni Enerji Kaynakları ile ilgili birimi tarafından Roma da sunulmuştur.[15] 1962 yılında yeni bir damıtma havuzu tasarlanmıştır. Bu havuz basamaklı biçimde yapılmıştır. Havuz, siyah anotlarmış alüminyumdan yapılmış ve tuzlu suyu toplamak için kullanılmıştır. Üst cam örtü yaklaşık 20 lik bir eğime sahiptir ve tabanında tuzlu su bulunmaktadır. Bu damıtma havuzu 5 cm lik polystyrene plastik ile izole edilmiştir. Damıtma havuzları 1,5 ile 3 m 2 arasında alanlara sahiptir. Bu modelle çok miktarda su üretimi yapılmıştır. Tuzlu su, geceleyin havuza verilmektedir. İlk üst havuzdan, en alttaki havuzlar dolana kadar boşaltım işlemi devam etmektedir. Fazla tuzlu su, en alttaki havuzdan tüpler kullanılarak gün boyunca boşaltılmaktadır. Cam örtü, havuzların temizlenmesi için kolaylıkla kaldırılabilecek şekilde yapılmıştır. Bu 11

23 havuzlardan düzinelerce inşa edilmiştir. Özellikle kurak adalarda Pantelleria (Akdeniz de Sicilya ile Tunus un arasında) ve Tremiti (Apulia) ve diğer sahil alanlarında kurulup, test edilmiştir [15] 3.4 GÜNEŞ ENERJİLİ DAMITMA SİSTEMLERİ Damıtma ile temiz su üretimi basit ve etkili bir yöntemdir ve aynı zamanda güvenlidir. Bu işlem enerji gerektirir ve güneş enerjisi ısı kaynağı olarak kullanılabilir. Bu işlem sırasında su buharlaşır, böylece içindeki maddelerden ayrılır ve saf su olarak yoğunlaşır. Güneş enerjili damıtma havuzları sudaki tuzu, ağır metalleri ve sudan kaynaklanan hastalıkları yok etmektedir. Güneş enerjisiyle damıtma elde edilen saf su pek çok şişelenmiş sudan çokta iyidir. [4] Şekil Güneş Enerjili Damıtma Yöntemleri[4] Güneş enerjili damıtma sistemleri genelde aktif ve pasif olmak üzere iki ana gruba ayrılır. Bu sistemlerin sınıflandırlması Şekil de gösterilmektedir. Pasif damıtma sistemlerinde pompalı dolaşım yoktur. Genelde havuz tipli tasarlanmış sistemlerdir(şekil 3.4.2). 12

24 Şekil Tek havuzlu cam çatılı güneş damıtma sistemi. Aktif çalışma yönteminde, ilave enerjinin çanağa girmesi doğal dolasım ve zorlanmış dolaşım ile olur. Doğal dolaşımda, sıcak su, havuz suyu ve sıcak besleme suyu arasındaki basınç farkından dolayı kendiliğinden hareket eder. Zorlanmış dolaşımda ise, pompası kullanılarak dolasım sağlanır. Deniz suyunun aktif ve pasif yollarla ısıtılması sonucunda, deniz suyu buharlaşır ve su yüzeyinin hemen üzerinde havayla karışarak havayı nemlendirir. Bunun sonucunda, havanın yoğunluğunda farklılıklar ortaya çıkar. Bu farklılıklar sayesinde de hava-su buharı karışımı hareket ederek, çanak içinde dolaşır. Hareketli karışım, daha düşük sıcaklıktaki saydam örtüye ulaşıp temasa geçtiğinde, su buharı yüzey üzerinde yoğuşur. Oluşan taze su, saydam örtünün eğiminden dolayı alt kısımlara akar. Buradan da damlalar halinde yoğuşma oluğuna dökülür ve oradan da çanak dışındaki depoya iletilir. Isısını kaybetmiş çanak içerisindeki hava, nemlendirme olayının tekrarı için sıcak deniz suyunun yüzeyine geri döner. [14] Güneş Enerjili Damıtıcı Tipleri Güneş enerjisi ile yapılan damıtma sistemleri başlıca 2 kısımda incelenebilir. Sisteme su akışının sürekli olmadığı pasif, akışın sürekli olduğu sisteme ise aktif sistemler denir Aktif Sistemler Bu tür sistemlerdeki temel amaçlardan birisi damıtıcı içerisinde bulunan tuzlu suyun sıcaklığının düşüşünü engellemektir. Bu sistemde tüm sistemin günlük damıtmadaki 13

25 etkisi, yoğuşmadan dolayı oluşan atık ısının kullanılması ve su derinliğinin azalmasıyla artırılabilir. Bir başka deyişle yoğuşturucu ve buharlaştırıcı yüzey arasındaki artan sıcaklık farkı pasif güneşin günlük damıtma miktarını artırır [16]. Bu durum yoğuşturucu yüzeyin sıcaklığındaki azalış ya da buharlaştırıcı yüzeyin sıcaklığındaki artış ya da her iki durumun kombinasyonundan elde edilir. Dış kaynaktan havuza aktarılan termo-enerji buharlaştırıcı yüzeyin sıcaklığını artırır. Dış kaynaktan termal enerji ile beslenme düzenlenmesi iki şekilde olur [16] Gece Üretimi Konvensiyonel tip güneş enerjili damıtıcıda gün içerisinde havuzdaki su kütlesinde depolanmış olan ısı enerjisinin, güneş ışığının olmadığı gece saatlerinde buharlaşma için kullanılması olur. Bu durumun gerçekleşmesi için su derinliğinin mümkün olduğu kadar fazla olması gerekir. Çünkü su miktarı ile depolanan ısı enerjisi miktarı arasında bir doğru orantı mevcuttur [16] Ön Isıtmalı Su Uygulaması Ön ısıtmalı su uygulamasında havuzun içerisine sabit akışlı sıcak su ile beslenmesi söz konusudur. Bu sistemlerde bir damıtıcı ve sistemi sıcak su ile besleyen kolelktörler vardır. Havuz suyu sabit miktarlarda kolektöre gider, burada sıcaklığı artarak tekrar havuza geri döner. Bu döngü sırasında damıtıcıdan elde edilen damıtılmış suyun sistemden ayrılması ile birlikte meydana gelecek su seviyesindeki azalma sisteme dışarıdan soğuk su takviyesiyle sağlanmaktadır. Bu durumda havuz suyunun sıcaklığında bir azalma olacaktır. Bu sıcaklık düşüşünün önüne geçileceği gibi havuz suyunun sıcaklığının da artması sağlanacaktır. Bu işlem güneş ışığının olduğu zaman içersinde sürekli devam etmektedir (Şekil 3.4.3) [16]. 14

26 Pasif Solar Damıtıcı Konvansiyonel Tek Eğilimli Damıtıcı Bu damıtıcılar Şekil (3.4.5.a) da görüldüğü gibi tek eğime sahiptirler. Bu sistemlerde eğilim olduğundan yoğuşma yüzey alanı daha azdır ve toplama kanalı tek taraflı olup, yoğuşan akış da eğim yönünde olacaktır. [10] Konvensiyonel Çok Eğilimli Damıtıcı Bu damıtıcılarda yoğuşturucu yüzeyinde yani üst kapakta 2 4 tane eğim bulunmaktadır. Yoğuşan buharın akış yönü eğim yönünde olmakta ve eğim sayısı kadar toplama kanalı bulunmaktadır. Bu sistemlerde yoğuşan buhar miktarı tek eğilimliye göre daha fazladır. Bu sistemler simetrik ve simetrik olmayan olmak üzere 2 kısma ayrılır (Şekil e). Simetrik olanlarda eğim doğu batı hizasında yerleştirilmekte ve yönlendirme şartları serbesttir. Sistem maksimum ışınım alacak şekilde konumlandırılır ve büyük bir üretim sağlarlar. [10] Şekil Aktif sistem (Ön Isıtmalı) [16] 15

27 Şekil Tek Havuzlu ayrı kondenserli damıtıcı[17] 16

28 Şekil Farklı Tip Damıtıcılar a)simetrik Çift Eğimli Damıtıcı b)simetrik Plastik Örtü c) Simetrik V tipi Plastik Örtülü d) Tek Eğimli e) Çift eğiimli f) Simetrik olmayan Çift Eğimli g) Simetrik olmayan çift Eğimli[18] 17

29 Havuz Tipi Damıtıcılar Genellikle güneş enerjili damıtma sistemlerinin kurulması ve çalıştırılması çok pahalı değildir. Fakat en önemli dezavantajı ısıl etkilerinin çok düşük olmasıdır. Bu yüzden iyi bir sonuç almak için büyük alanlara ihtiyaç vardır. Bu da ilk yatırım maliyetini çok artırmaktadır.[19] Havuz Tipi Damıtıcıların Çalışma Prensibi Havuz her sabah veya her akşam doldurulur, birikmiş su havuzdan alınır. Havuz güneş battıktan sonra da ısısını kaybedene kadar su üretir. Her gün su ilave edilmelidir. İlave edilen su tuz birikmesine de engel olur. Yazın en iyisi geceleyin, kışın ise sabahleyin. Ayrıca havuza su yavaş bir hızla eklenmelidir(şekil 3.4.6). Güneş ışığı (A) cam veya plastik örtüden geçerek (D) absorban edilir. Burada absorban, çanak ya da pis suyla doldurulmuş ve siyaha boyanmış tabandır (B). Aynen düzlem kolektör abstrelerindeki gibi bu absorber tabanı siyah olursa çok iyi çalısır. Bu tabanın siyah, mat boyalı olması istenilir. Mat, siyah olmasının nedeni daha iyi absorbe edici olması ve geriye yansımayı önlemesidir. Bu durum, özellikle su berraksa daha çok önem kazanır. Absorbe edilen güneş ışığı, tabanı ve kademeli olarak suyu ısıtır ve su buhar haline geçer. Bu işlemde güneş ışığı ısıya dönüşür ve bu ısı suya transfer edilir. Isı kaybını minimuma indirmek gerekmektedir. Bunun için damıtıcı tabanın ve saydam örtünün iyi izole edilmesi çok önemlidir. Eğer taban kuru bir yüzeye yerleştirilirse bu iyi bir izolasyon olarak düşünülebilir. 18

30 Şekil 3.4.6:Tek havuzlu cam çatılı güneş damıtma sistemi [25] Su, havuzun tabanında ısınır, buharlaşır ve atıkları geride bırakır. Bu buhar cam örtüde (C) düşük ısıda yoğudur ve çıkış yeri olarak gösterilen (D) su toplama kanallarından dışarıya alınır. Cam örtünün ısısı düşüktür; çünkü hava ile temas halindedir. Tabi ki bu durumda ısının sudan ve buhardan az olması gerekir. Bu olay, rüzgâr soğutması ile de yapılabilir. Gece ısı düştüğünde de bu olay gerçekleşebilir. Eğer havuza konulmuş olan su tuzlu ise; tuz ve diğer atıklar buharlaşmaz ve tabanda kalır. Yoğunlaşmış sıvının tuzlusuyla karışmasını önlemek için havuza en az 10 yatay eğimle doldurma işlemi yapılmalıdır. Tüm damıtma işleminde hava koşulları dikkate alınmalıdır. En iyi sonucu elde etmek için havuzdaki kirliliği artan su günlük değiştirilmelidir. Ayrıca cam örtü uygun açı ile yerleştirilmelidir. Bu tip damıtma sistemlerinde üretilen temiz suya ait masraflar şunlardır. Havuzun yapım masrafları Havuzun kurulacağı arazinin masrafları Havuzun ömrü Havuzun işletme masrafları Havuza konulacak besleme suyunun masrafları Üretilen (damıtılan) suyun miktarı [20] 19

31 Havuz Tipi Damıtıcıların Genel Yapısı Güneş enerjili havuz tipi damıtıcılar genel olarak güneş ısınlarının geçmesini sağlayan saydam örtü, suyun konulduğu havuz ve damıtılan suyun toplandığı oluklar olmak üzere üç kısımdan oluşmaktadır(şekil 3.4.7). Şekil Havuz tipi güneş enerjili damıtıcı [20] Yüksek Sıcaklıklı ve Aktif Çalışan Damıtıcılar Havuz tipi bir güneş çanağında maksimum ürün elde etmenin en ekonomik yolu, bir ısı enerji kaynağı sayesinde elde edilen ısının, ilave ısı olarak çanağı beslemesiyle, saydam örtü ile deniz suyu arasındaki sıcaklık farkını maksimum yapmaktır. Bu ilave enerji kaynağının, damıtma sisteminin çevresindeki bir termik santral olabileceği düşünülerek yeni sistemler geliştirilmiştir. Atık sıcak su, sabit bir debide çanağı beslerken, saydam örtü üzerinden su geçirilerek hareketli bir su filminin oluşturulması da düşünülmüş ve bu konu üzerinde de çalışmalar yapılmıştır. [14] Boukar ve Harmim (2005) Cezayir in temiz sudan uzak kurak alanları için güneş potansiyelinin ve günes enerjisiyle damıtmanın iyi bir yöntem oldugu belirtilmiştir(şekil 3.4.8). İnsanlar yeraltı kaynaklarına bağımlıdır fakat bu sulardaki tuz yüzünden her zaman kullanılamamaktadır. Bu çalısma 2003 yılında yaz-sonbahar aylarında Cezayir in iklim kosullarında ve çölde yapılan tek eğimli dikey günes enerjisiyle damıtma havuzu test edilmiş ve onunla ilgili çalısmalar anlasılmıstır. 20

32 Saatlik ve günlük ölçümler, suyun film ısısı, cam kapak, günes havuzunda kalan tuz miktarı, hava sıcaklıgı ve günes radyasyonu kayıt edilmistir.[21] Şekil 3.4.8:Cezayir de yapılmış olan sistem Tripathi ve Tiwari (2006) tarafından yapılan bu çalısmada farklı su derinlikleri için kullanılan aktif ve pasif güneş havuzları için günes bölümlerinde kullanılan genel düşünce anlatılmıştır(şekil 3.4.9). Deneyler Yeni Delhi de 24 saat boyunca Kasım- Aralık aylarında farklı su derinliklerinde yapılmıstır. Havuzun taban yüzeyi siyaha boyanmıs, böylece daha fazla günes ısıgı absorbe edilmesi planlanmıstır. Üzerine 3 mm kalınlıgında cam kapa konulmustur. Havuzun alanı 1 m 2 olacak sekilde imal edilmistir. 2 adet düz plakalı toplam alanı 4 m 2 olan günes kollektörleri sisteme ilave edilmistir. Aktif damıtma işleminde kollektörden gelen sıcak su, havuzun tabanına pompalanır ki bu cam ve su yüzeyinin derece farkını artırmak içindir. Pompanın yalnızca günes ısıgında çalıştırılması düsünülmüstür (09:00-16:00 arası). Bu saatlerin dısında akım tersine olmaktadır. [23] 21

33 Şekil 3.4.9:Aktif çalışan güneş enerjili damıtma havuzunun fotoğrafı.[23] Aşagıda şekli verilen (Sekil ) diger bir günes enerjili damıtma sisteminde deniz suyu direkt olarak pompa vasıtasıyla ham su deposuna alınmıstır. Deniz suyunun giris miktarı, ham su, yani islenmemis su deposundaki samandra sayesinde belirlenmistir. Buradan islenmemis deniz suyu, damıtma görevini yerine getiren günes kollektörünün içerisinden geçirilmistir. Günes ısınımı sayesinde ısısı artan su kollektörün üst örtüsünde yogusmustur. Yogusan su, kollektördeki egim vasıtasıyla da asagı dogru akarak temiz su deposunda toplanmıstır. Damıtılmayan ve içinde tuz artıkları bulunan su ise ayrı bir kanalla dışarı alınmıstır. Bu isleyis damıtma kollektörü ile ham su deposunun arasına yerlestirilmis olan kontrol sistemi sayesinde saglanmaktadır. Şekil Flatmodel Rosendahl damıtma sistemi. 22

34 3.5 HAVUZ TİPİ DAMITICI SİSTEM BİLEŞENLERİNİN ÖZELLİKLERİ Saydam Örtünün Özellikleri Saydam örtünün sıcaklığı, su sıcaklığından düşük olmalı ve yeterli sıcaklık farkını sağlayarak suyun yüzeyi ile örtünün arasında istenilen ısı taşınım akımlarını oluşturmalıdır. Örtü malzemesi, uzun dalga boylu ışınımları yansıtmamalıdır. Böylece güneş ısınımı ile damıtıcıya gelen enerjinin, uzun dalga boylu ışınımlar ile dışarıya kaçışı engellenmiş ve sera etkisi oluşturularak ısı damıtıcı içerisinde hapsedilmiş olur. Örtü sıcaklığının düşük seviyede tutulabilmesi için, örtü malzemesinin ısı iletkenliği, mümkün olduğu kadar yüksek olmalıdır. [14] Havuz Özellikleri Damıtılacak suyun buharlaştırılmak üzere toplandığı, damıtıcıya gelen güneş ışınımının absorbe edilerek buharlaşmanın sağlandığı bölümdür. Havuzun tabanı su ve ısıya karsı yalıtım yapıldıktan sonra, güneş ışınımının iyi bir şekilde absorbe edilebilmesi için siyah boya ile boyanır ya da üzerine siyah bir tabaka serilir. Olması istenilen özellikler şunlardır: Havuz tabanının güneş ışınımını absorbsiyonu, ortalama 0,95 seviyesinde olmalı, bu amaçla siyah renkli malzeme kullanılmalıdır. Malzemeler sudan özellikle tuzdan etkilenmemeli, özelliklerini kaybetmemelidir. Yüksek sıcaklıklara (60-80 C) dayanabilmelidir. Atmosferin korozif etkisinden etkilenmemelidir. Havuz tabanı gibi kenarlar da ısı ve suya karsı izole edilmelidir. Havuz tabanı ısıya ve suya karsı yalıtılmalıdır. İzolasyon malzemeleri, hafif, kolay uygulanabilir olmalı, yüksek sıcaklıklardan etkilenmemelidir. [14] Toplama Oluklarının Özellikleri Bu toplama oluklarının görevi saydam örtü üzerinde yoğuşarak örtüdeki eğim sayesinde kenarlara akan damıtılmış suyun damıtıcı dışına alınmasını sağlamaktır. Bu nedenle de damıtılmış suyun damıtıcı dışına alınması için suyun eğimle akmasını sağlamak üzere hafif bir eğim verilir. 23

35 Toplama oluklarının mümkün olduğu kadar yüksek sıcaklıktan, sudan ve ortamın korozif Sartlarından etkilenmemesi, kolay monte edilebilir, taşınabilir, ekonomik ve ucuz olması istenir. [14] Genel Olarak Damıtıcıların Özellikleri Damıtıcı, arazide kolay olarak kurulabilmeli, pratik olmalıdır. Kolay uygulanabilir olmalıdır. Hafif olmalıdır. Diğer enerji kaynaklarından mümkün olduğu kadar az yararlanılmalıdır. İlk yatırım ve işletme maliyetleri mümkün olduğu kadar düşük olmalıdır Havuz Tipi Damıtıcıların Performansına Etki Eden Faktörler Atmosferik ve İklim Sartları Gerekli olan Sartlar şunlardır: Birim zamanda damıtıcının birim alanına gelen güneş ısınımı Damıtma sisteminin kurulmuş olduğu yerin açık gün ve bulutluluk oranı Ortam sıcaklığındaki değişim Rüzgâr hızı Güneş ışınımını etkileyecek diğer atmosferik Sartlar (enlem v.b.) Ortam sıcaklığının ve rüzgârın özellikle damıtıcıdan çevreye olan ısı geçişinde etkisi olmaktadır. Ortam sıcaklığının düşük olması, ilk olarak yoğuşma örtüsü sıcaklığının düşmesine neden olur. Ayrıca damıtma havuzunun kenarlarından çevreye ısı kayıplarının artmasına neden olur. Yüksek ortam sıcaklığı damıtıcı performansına olumlu yönde etki etmektedir. Yüksek ortam sıcaklığı, asıl damıtma havuzu içi Sartlarına etki etmektedir. Böylece havuzun içindeki su sıcaklığı artarak, diğer taraftan damıtıcıdan ortama olan ısı kayıplarını azaltılarak damıtıcının verimini artırılmaktadır [14] Rüzgâr, özellikle saydam örtüden çevreye olan ısı geçişini etkileyen, saydam örtü sıcaklığını kontrol eden önemli atmosferik faktörlerden biridir. Rüzgâr hızının artması, örtüden çevreye olan tasımımla olan ısı geçişini artırarak, saydam örtü üstündeki 24

36 yoğuşma oranını yükseltmekte, dolayısıyla damıtıcı veriminin artmasını sağlamaktadır. Ancak bu hızının belli seviyeleri asmaması gerekmektedir. Çünkü daha yüksek seviyelerdeki rüzgâr hızları, örtü içindeki su sıcaklığının düşmesine, buharlaşma miktarının azalmasına neden olmakta ve damıtıcı verimi olumsuz yönde etkilenmektedir [14] Havuzdaki su derinliğinin etkisi Damıtma havuzundaki su derinliğinin artması havuzun ısıl kapasitesinin artmasına neden olmaktadır. Bu nedenle damıtıcıdan elde edilecek damıtılmış suyun elde edilme süresi uzamaktadır. Su derinliği az olan damıtma havuzlarında, havuz içerisindeki su miktarı az olduğundan, havuzdaki su kısa zamanda buharlaşma için gerekli sıcaklığa ulaşır ve buharlaşma baslar. Böylece damıtıcıya gelen enerjinin büyük bir kısmı, suyun sıcaklığının artırılmasından ziyade buharlaşma için harcanır ve damıtıcı çok kısa sürede devreye girer. Derinliği fazla olan damıtma havuzlarında ise, su sıcaklığının ve verimin gün boyunca değişimi derinliği az olan damıtma havuzlarına göre daha azdır. Derin havuzlu damıtıcılarda, sabah saatlerinde damıtma daha yavaş olur ve düşük de olsa maksimum sıcaklıklara geç ulaşırlar. İçerdeki yaklaşık 30 cm derinlikteki suyun kazandırdığı ısı depolama özelliği ile gündüz vakti yavaş olan damıtma güneş battıktan sonra aksam hatta gece vakitlerinde de devam eder. Bunda en büyük etkenlerden biride, geceleyin atmosferik Sartlarla daha da düsen örtü sıcaklığıdır. Gündüz vakitlerinde havuzda depolanan ısı, aksam ve gece vakitlerinde suyun sıcaklığı örtü sıcaklığına düşünceye kadar damıtmanın sürmesine neden olur [14] Bunların yanında besleme suyu olarak tabir edilen damıtma havuzundaki tuzlu suyun ısısının yüksek seviyelere çıkartılması ayrıca su özelliklerde çok önemlidir. Damıtma Havuzlarının Konstrüksiyonla İlgili Özelliklerinin Performansa Etkisi Bu özellikleri su şekilde sıralayabiliriz: Havuz konstrüksiyonu ısıl kapasitesi Havuz kayıpları, taban ve çevresinin izolasyonu 25

37 Sistemde oluşacak buhar kaçakları, sızdırmazlık önlemleri Örtü formu Saydam örtünün eğim açısı Sistemin içerisindeki hava sirkülâsyonu Havuz tabanının ısıyı absorbe etme yetenegi Damıtıcının yönlendirilmesi Yoğuşma örtüsünün eğim açısı, damıtıcının üzerine gelen ısınımı yansıtma oranını etkileyen en önemli unsurdur. Açının artması yansıtma oranını etkiler. Bu sebeple, sisteme giren enerji miktarı azalacağından sistemin verimi de düşecektir. Ayrıca örtünün eğim açısı, örtüde yoğuracak olan suyun toplama kanallarına akısını kontrol eder. Eğim açısı küçük olursa, örtüde yogusan suyun damıtma havuzuna damlama durumu oluşabilir. [14] 3.6 BUHARLASMAYA ETKİ EDEN FAKTÖRLER Meteorolojik Faktörler Güneş Radyasyonu Isının başlıca kaynağı güneşten gelen radyasyondur. Azalan veya artan ısı değişimleri, buharlaşma miktarı için önemli bir faktördür. Güneşten gelen enerji miktarı mevsime, günün saatine ve havanın bulutlu veya açık olmasına göre değişir. Radyasyon enerjisi, aynı zamanda enlem, yükseklik ve yöne göre de değişiklik gösterir.[19] Hava Buhar Basıncı Buharlaşma, su yüzeyindeki buhar basıncı ile suyun üstündeki buhar basıncının arasındaki fark ile orantılıdır. Sudaki buhar basıncı (ew), havadaki buhar basıncından (ea) büyük olduğu müddetçe buharlaşma devam eder ve ew= ea olunca buharlaşma durur. Buna göre hava buhar basıncı arttıkça buharlaşma miktarı azalır. [19] Sıcaklık Doymuş buhar basıncı sıcaklığa bağlı olduğundan buharlaşma oranı, hava ve su sıcaklıklarından büyük miktarda etkilenir. Buharlaşmanın günlük ve yıllık değişmeleri, sıcaklığın günlük ve yıllık değişmelerine çok benzer. [19] 26

38 Gün esnasında buharlaşma sabah saatlerinde minimum, öğleden sonra 12:00-15:00 saatleri arasında ise maksimum değerine ulaşır. Yine sıcaklıkla ilgili olarak buharlaşma soğuk mevsimde az, sıcak mevsimde fazladır. [19] Rüzgâr Buharlaşmanın devam etmesi için difüzyon ve konveksiyon ile su buharının su yüzeyinden uzaklaşması gerekir. Bu durum havanın hareketi (rüzgâr) ile mümkündür. Rüzgâr hızı ne kadar fazla olursa buharlaşma o kadar fazla olur. [19] Basınç Hava basıncı arttıkça birim hacimdeki molekül sayısı artar ve sudan havaya sıçrayan moleküllerin hava moleküllerine çarpıp yeniden suya dönmeleri ihtimali yükselmiş olacağından buharlaşma azalır. Ancak bu etki diğerlerinin yanında önemsizdir. Yükseklikle basınç azaldığından, yüksek yerlerde buharlaşma fazlalaşır. [19] Coğrafik ve Tomografik Faktörler Buharlaşma olayında buharlaşmanın gerçekleşeceği bölgenin, coğrafik konumu ve güneşe karşı konumu önemli yer tutmaktadır. [19] Enlem Özellikle serbest su yüzeylerinden meydana gelen buharlaşma miktarının enlem derecelerine göre değişmekte olduğu tespit edilmiştir. Farklı enlem derecelerine sahip bölgelerde açık su yüzeyinde meydana gelen yıllık ortalama buharlaşma miktarları Çizelge de verilmiştir. [19] Çizelge 3.6.1:Serbest su yüzeyinde buharlaşma miktarının enlemlere göre değişimi. [19] Enlem Derecesi Ort. Buharlaşma (mm/yıl) 0-10 ( Ekvator Bölgesi ) ( Alize Bölgesinde ) arası arası arası

39 Yükseklik Diğer faktörler değişmediği takdir de yükseklik arttıkça buharlaşma miktarı artar. Çünkü yükseldikçe hava basıncı azalır. Diğer taraftan yükseldikçe havanın sıcaklığı azalacağından buharlaşma miktarı da azalır. Fakat bu azalma hava basıncından ileri gelen çoğalmayı telafi edemediğinden yükseldikçe buharlaşmanın az bir miktar arttığı kabul edilir. [19] Yön Güneye ve Batıya bakan yamaçlardaki sular güneş ısınlarına daha çok maruz olduklarından buharlaşma Kuzey ve Doğuya bakan yamaçlara göre daha fazla olur. [19] Suyun Kalitesi ve Bulunduğu Ortam Su kütlesinin büyüklüğü, tuzluluk durumu, Bulanıklı lığı ve hareketliliği buharlaşma miktarı üzerinde etkilidir. [19] Su Kütlesinin Büyüklüğü Derin su kütleleri hava sıcaklığındaki değişimlere geç uyarlar. Bu sebeple derin sularda buharlaşma, sığ su kütlelerine göre yazın daha az, kısın daha çok olur Tuz Durumu Tuzlu sular, tatlı sulara göre daha az buharlaşır. Çünkü suda erimiş tuzlar buhar basıncını azaltır Kirlenme Durgun su yüzeyinde biriken yabancı maddeler toz veya yağ tabakaları, buharlaşma oranına olumsuz etki yapar Dalgalı ve Hareket Halindeki Su Akan sulardaki buharlaşmanın durgun sulardaki buharlaşmadan % 7 ile % 9 oranında yüksek olduğu araştırmalarla bulunmuştur[24] 28

40 3.7 BİR GÜNES ENERJİLİ DAMITMA HAVUZUNUN ÇIKTISININ HESABI Güneş enerjili damıtıcılarda günlük damıtılan su miktarı aşağıdaki eşitlik ile bulunabilir. Q = E G A 2.3 (3.1) Eşitlikte; Q= Günlük yogusan su kapasitesi (litre/gün) E= Toplam verim G= Günlük güneş ısınım miktarı (MJ/m 2 ) A= Basit bir havuz için havuzun açıklık alanı (m 2 ) Bir ülkede ortalama günlük küresel güneş ısınım miktarı 18 MJ/m 2 (5 kwh/m 2 ) dir. Basit bir havuz toplam % 30 verimle çalışır. Bu yüzden m 2 ye düsen ürün; Günlük Çıktı; = 2.3 litre [20] (2.3) Katsayı: 18 MJ/m 2 ışınımda havuz tipi damıtıcılardan elde edilebilen günlük su miktarı (litre/m 2 gün) 3.8 GÜNEŞ ENERJİLİ DAMITMA HAVUZLARI YAPILAN DENEYLERDEN ELDE EDİLEN SONUÇLAR Güneş damıtıcılarında en verimli sonuç havuz tipi dizaynlarında elde edilmiştir. Bunlar, en yüksek miktarda temiz su üretimini gerçekleştirmiştir. Kurulması en kolay olan damıtma sistemidir. Yazın en iyi damıtma havuzlarındaki temiz su üretimi 20 MJ/m 2 gün, 4-5 litre/m 2 gün, litre/m 2 ortalama yıllık tır. Suyun damıtılması, güneş radyasyon yoğunluğunun damıtma havuzunun termal kapasitesini artmasıyla baslar. Bu değer, yaklaşık olarak 3-4 MJ/m 2 dir. Çeşitli şekillerde imal edilmiş havuzlarda, damıtmanın güneş battıktan sonra da devam ettiği belirlenmiştir. 29

41 Korozyonu önlemek için tuzlu su içeren havuz metalden (anotlanmıs siyah alüminyum doymuş halde olmalıdır) veya plastikten yapılmalıdır. Güneş radyasyonunun absorbe edilme gücünün yüksek olması için siyah renkli bir toplayıcı olması gerekir. Bu yüzden siyahlatılmış metal havuzlardan en iyi anodik işlem elde edilir. Damıtılmış suyun tadı kötü olabilir (içmek amaçlı), damıtılmış su bir kireç parçası veya bir çeper aracılığıyla filtre edilmelidir (bu kireç taşı suya bir miktar kalsiyum tuzu ilave eder) ya da bu organik tadı ve kokuyu yok etmek için karbon tozu ilave edilebilir. Tuzlu su içeren tepsilerin tabanı ısı kaybını önlemek için izole edilmelidir. Çünkü güneş ışınlarıyla ısınan tuzlu su C ye ulaştığında mantarla yapılmış izolasyon yeterli gelmeyebilir. Daha iyi sonuç, esnek plastik kaplanarak elde edilebilir ki bu esnek plastik her yerden satın alınabilir. Küçük damıtma havuzları için esnek plastik kutu, mesela balıklar için kullanılan yiyecek ve diğer paketlemeler için kullanılan kutular güneş havuzlarına adapte edilebilir. Bu adaptasyon cam ve plastik kapak ile az bir eğimle yapılabilir. Bu kutu kendi başına tuzlu su kabı olarak kullanılır ve bir çukur açılarak damıtılmış su toplanır. Günlük, yaklaşık 1 litre taze su üretimi 0,3-0,5 m 2 lik bir kutuyla yapılabilir. Buharlaşma sırasında tuzlu sudaki su konsantrasyonu artar, tuz konsantrasyonu başlangıçtaki değerinin iki katına çıktığında beyazlamış tuz birikmeye baslar. Bu tuz, kalsiyum sülfat ve karbonattır. Bu olay, güneş radyasyonunun emilmesinin azalmasına sebep olur. Bu yüzden havuza yeni tuzlu su ilave edilmelidir. Damıtma havuzlarından tuzlu suyu almak ve yeniden tuzlu su koymak önemli bir dizayn problemidir. Aslında çok fazla miktarda temiz su elde etmek, havuzdaki damıtılacak su oranının ve derinliğinin az olması ile mümkündür. Aynı zamanda tuzlu suyun buharlaşması sonrasında tuz birikintisi bırakır ki bunun temizlenmesi gerekir. Güneş enerjili damıtma havuzlarının başarısı iyi bir kuruluma, tuzlu su dolumun, damıtıcının bakımına ve kalan tuzun temizlenmesine bağlıdır. Bu bazen çok su ihtiyacı olan yerlerde sorun yaratabilir. [15] 30

42 BÖLÜM 4 MATERYAL VE METOD 4.1 Vakum Tüplü Güneş Enerjili Deniz Suyu Damıtma Sistemi ve Özellikleri Vakum tüplü güneş enerjili deniz suyu damıtma sistemi dışarıdan bağımsız bir sistemdir(şekil 4.1.1). Tek parça halinde sürülebilir ve taşınabilir olması kullanım suyu ihtiyacı duyan denize yakın mahallerin ihtiyaçlarını karşılayacağı gibi tekne ve yatlarda da kullanım kolaylığı sağlayacaktır. Ayrıca dışarıdan bağımsız olması yani enerjisini yalnızca güneşten sağlaması, herhengi bir şebeke elektriğine ihtiyaç duymaması tekne ve yatlar için avantaj ve enerji tasarrufu sağlamaktadır. Şekil Sistemin yandan 2 boyutlu çizimi 31

43 Şekil Sistemimizin 3 boyutlu görünümü 1) Vakum Tüpü 2) Isıtıcı Akışkan Deposu 3) Vakum Tüplü Kollektör Sistemi 4) Isı Değiştirici (Damıtma Havuzu Tabanı) 5) Damıtma Havuzu 6) Ön Isıtıcı ve Yoğuşturucu 7.ö) Ön Ana Temiz Su Toplama Kanalı 7.a) Arka Ana Temiz Su Toplama Kanalı 7.y) Yan Temiz Su Toplama Kanalları 8) Tuzlu Su Deposu 9) Isıtıcı Akışkan Genleşme Deposu Şekil ve Şekil de gösterilmiş olan vakum tüplü güneş enerjili deniz suyu damıtma cihazının ısısı; vakum tüplerinin (1) topladığı güneş ışınları ile ısınan ısıtıcı akışkanın depolandığı ısıtıcı akışkan deposunun (2) oluşturduğu kollektör sistemi (3) ile sağlanır. Kollektör sisteminde (3) ısınan ısıtıcı akışkan damıtma havuzu (5) tabanında bulunan ısı değiştirici (4) sayesinde ısısını havuzda bulunan tuzlu suya aktarmaktadır. Sistemdeki ısıtıcı akışkanının eksilmesini ve genleşmesini ısıtıcı 32