TÜBiTAK-BİDEB Kimya Lisans Öğrencileri ( Kimyagerlik, Kimya Öğretmenliği ve Kimya Mühendisliği ) Araştırma Projesi Çalıştayı Kimya-2, Çalıştay-2011

TÜBiTAK-BİDEB Kimya Lisans Öğrencileri ( Kimyagerlik, Kimya Öğretmenliği ve Kimya Mühendisliği ) Araştırma Projesi Çalıştayı Kimya-2, Çalıştay-2011 ISIL ENERJİ DEPOLAMA MALZEMELERİNİN BARDAKLARDA KULLANILABİLİRLİĞİNİN ARAŞTIRILMASI CANSU ALTAY HAMDİ TEKELİOĞLU MELİSA NALLAR PROJE DANIŞMANLARI: Prof. Dr. Mehmet AY Prof. Dr. Ahmet SARI KEPEZ/ÇANAKKALE TEMMUZ-2011

İÇİNDEKİLER PROJENİN AMACI PROJENİN HEDEFLERİ DENEYDE KULLANILAN KİMYASALLAR REFERANS BEHERİNİN HAZIRLANIŞI HAVA YALITIMLI BEHERİN HAZIRLANIŞI FDM Lİ BEHERİN HAZIRLANIŞI DENEYSEL ÇALIŞMALAR BULGULAR VE TARTIŞMA SONUÇLARIN DEĞERLENDİRİLMESİ VE ÖNERİLER KAYNAKLAR TEŞEKKÜRLER

PROJENİN AMACI Bu çalışmada ısıl enerji depolama malzemelerinin kullanmaya başlanmasını sağlayacak yeni ve ekonomik bir uygulama alanı oluşturulması amacıyla bardaklarda ısıl enerji depolanarak bardaktaki sıcak içeceğin geç soğumasını sağlanmak.

PROJE HEDEFLERİ FDM lerin kullanılacağı yeni ve ekonomik alanların oluşturulması FDM kullanılarak ısıl enerji depolama Yüksek sıcaklıktaki bir sıvının sıcaklığını daha hızlı düşürüp o sıcaklıkta daha uzun süre kalmasını sağlamak AKILLI BARDAK

DENEYDE KULLANILAN KİMYASALLAR FAZ DEĞİŞİM MADDELERİ Faz değişim maddeleri gizli ısı depolama özelliğine sahip maddelerdir. Gizli ısı, maddenin faz değişim prosesi boyunca depolanan/yayılan ısıdır. Katı-sıvı faz değişim maddeleri, ortam sıcaklığı maddenin erime sıcaklığına yükseldiğinde, erimeye başlayan ve erime prosesi boyunca ortamdan ısı absorbe edebilen, tam tersi durumda sıcaklık maddenin katılaşma noktasına kadar düştüğünde ise katılaşma prosesi boyunca depoladığı bu ısıyı ortama geri verebilen maddelerdir.

FDM lerin kullanıldığı bazı alanlar şunlardır; -Sıcak gıda ürünlerinin taşınmasında ve muhafazasında -Elektronik cihazların soğutulmasında -Çeşitli tekstil ürünlerinde -Sağlık uygulamalarında kan numunelerinin ve organ taşımacılığında -Ameliyat masalarında sıcak ve soğuk terapilerinde -Binaların ısıtılmasında ve soğutulması işlemlerinde -İnşaat sektöründe yalıtım amacıyla -Seraların iklimlendirilmesinde

PARAFİNLER Parafinler, oda sıcaklığında wax kıvamına sahip büyük oranda ağır hidrokarbonlardan oluşan maddelerdir. Kimyasal olarak parafin wax lar başlıca zincir sonlarında 2-metil grupları gibi düşük miktarda kuvvetli zincire sahip hidrokarbonlardan oluşurlar. Parafinler, yüksek erime gizli ısısına sahip olmaları ve geniş bir sıcaklık aralığı içinde bulunmalarından dolayı gizli ısı depolama maddeleri olarak nitelendirilirler.

FDM olarak parafinlerin sahip oldukları üstün özellikler şöyle sıralanabilir: Erime esnasında faz ayrışması göstermezler. Kimyasal olarak kararlıdırlar. Erime noktaları geniş bir sıcaklık aralığı içindedir. Erime gizli ısıları yüksektir. Korozif ve toksik özellik göstermezler. Düşük buhar basıncına sahiptirler. Aşırı soğuma davranışı göstermezler ve bu nedenle çekirdekleştirici gerektirmezler. Düşük maliyete sahiptirler. Kolay temin edilebilirler. Düşük yoğunluğa sahiptirler. Erime esnasında küçük hacim değişimi gösterirler.

REFERANS BEHERİNİN HAZIRLANIŞI 50 ml lik beher alındı. Dış kısmı alüminyum folyo ile kaplandı. Daha sonra ısı yalıtımını sağlayabilmek için dış kısım cam yünü ve alüminyum ile kaplanarak bardak hazırlandı.

HAVA YALITIMLI BEHERİN HAZIRLANIŞI 50 ml lik ve 100 ml lik iki beher alındı. 50 ml lik beherin dış kısmı alüminyum folyo ile kaplandı. Daha sonra ağız kısmına cam yünü sarıldı ve 100 ml lik beherin içine yerleştirilip cam köpüğü ile iki beherin ağız kısımları birleştirildi. Bu bardakta da ısı yalıtımını sağlamak için en dışta olan 100 ml lik beherin dış kısmı ilk olarak cam yünüyle sonra da onun üstüde alüminyum folyo ile sarıldı.

FDM Lİ BEHERİN HAZIRLANIŞI 50 ml lik ve 100 ml lik iki beher alındı. 50 ml lik beherin dış kısmı alüminyum folyo ile kaplandı. Sonra ağız kısmı cam yünü ile sarıldı ve içinde erimiş parafin bulunan 100 ml lik beherin içine yerleştirilip bu bardakta da ağız kısımları cam köpüğü ile birleştirildi. Isı yalıtımı için 100 ml lik beherin dış kısmı cam yünü ve alüminyum folyo ile sarıldı.

DENEYSEL ÇALIŞMA Bardakların hazırlanışından sonra referans bardağına 40 ml sıcak su konularak soğuma sıcaklıkları 3 dakika aralıklarla kaydedildi. Aynı işlem diğer iki bardak içinde uygulanarak değerler birbirleriyle karşılaştırıldı.

zaman referans hava parafin 0 90,8 89,7 89,9 3 79,8 79,8 71 6 73 73,7 61,2 9 67,8 68,9 60,1 12 63,6 65 57,2 15 60 61,8 55,4 18 57 59,4 54,1 21 54,5 56,8 52,9 24 52,3 54,8 51,6 27 50,2 53,1 50,7 30 48,5 51,4 49,6 33 46,8 49,8 48,6 36 45,4 48,5 47,7 39 44,1 47,3 46,8 42 42,9 46,1 45,8 45 41,8 45,1 45 48 40,8 44 44,3 51 40 43,3 43,5 54 39,1 42,5 42,8 57 38,4 41,7 42,1 60 37,8 40,8 41,5 zaman referans hava parafin 63 37,2 40,2 40,8 66 36,7 39,6 40,5 69 36,1 39 39,9 72 35,7 38,4 39,5 75 35,2 37,9 39,1 78 34,8 37,4 38,7 81 34,5 37 38,3 84 34,1 36,6 38 87 33,8 36,2 37,6 90 33,5 35,9 37,3 93 33,3 35,5 36,9 96 33 35,2 36,7 99 32,8 34,8 36,5 102 32,6 34,5 36,2 105 32,4 34,2 35,9 108 32,2 34 35,6 111 32 33,7 35,5 114 31,9 33,5 35,2 117 31,8 33,3 35

BULGULAR VE TARTIŞMA 1) Arasında hava olan beherdeki suyun soğuma süresinin referans beherine göre daha uzun olduğu görüldü. 2) Arasında parafin olan beherdeki suyun soğuma süresinin referans ve arasında hava bulunan beherlere göre daha uzun olduğu görüldü. 3) İlk dakikalarda arasında hava bulunan beherin ısıyı alarak daha hızlı soğuduğu ilerleyen dakikalarda ise bu soğumanın azaldığı görüldü. 4) İlk dakikalarda arasında parafin olan beherin ısıyı alarak diğer beherlere göre daha hızlı soğuduğu ama ilerleyen dakikalarda soğumanın azaldığı görüldü.

Şekil 1. Referans olarak alınan beher ile FDM li beherdeki sıcak suyun soğuma-zaman grafiği

Şekil 2. Hava yalıtımlı ile hava yalıtımsız beherlerdeki suyun soğuma-zaman grafiği

Şekil 3. 0-27 dakikalar arasındaki referans ve FDM li beher arasındaki sıcaklık farkı-zaman grafiği

Şekil 4. 27-117 dakikalar arasındaki FDM li ve referans beheri arasındaki sıcaklık farkı-zaman grafiği

SONUÇLARIN DEĞERLENDİRİLMESİ VE ÖNERİLER 1) Faz değişim maddelerinin bardaklarda kullanılabileceği görüldü. 2) Bardaklardaki sıcak içeceğin daha geç sürede soğuyacağı görüldü. 3) Bunun için parafinin kullanılabileceği görüldü. 4) Bu maddeler saklama kaplarında da kullanılabilir.

KAYNAKLAR SARI A., 2000. Bazı Yağ Asitleri ve ötektik Karışımlarının Enerji Depolayıcı Madde Olarak Kullanılabilirliğinin İncelenmesi, Doktora Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Gazi Osman Pasa Üniversitesi, Tokat SARI A., KAYGUSUZ K., 2001a. Thermal energy storage system using some fatty acids as latent heat energy storage materials, Energy Sources 23, 275-285 SARI A., KAYGUSUZ K., 2001b. Thermal Performance of Myristic Acid as a Phase Change Material for Energy Storage Aplication, Renewable Energy, 303-317, 24 SARI A., KAYGUSUZ K., 2002, Thermal performance of palmitic acid as phase change energy storage material, Energy Conversion &. Management 43, 863-876 SARI A., 2003. Thermal Characteristics of a Eutectic Mixture of Myristic and Palmitic Acids as Phase Change Material for Heating Applications, Applied Thermal Engineering, 23, pp. 1005-1017

MAZMAN M., PAKSOY, H.Ö. VE EVLIYA H., 2002. Güneş Enerjisinin Yağ Asitlerinde Gizli Isı Şeklinde Depolanması (Solar Energy Storage in Fatty Acids as Latent Heat ), Proceedings of the Fourth GAP Engineering Congress, 06-08 June, Şanlıurfa,Turkey SHARMA A., SHARMA S.D., BUDDHİ D., 2002. Accelerated thermal cycle test of acetamide, stearic acid and paraffin wax for solar thermal latent heat storage applications, Energy Conversion and Management, 43, 1923-193 Beyza Beyhan, 2010. Sera Uygulamalari Icin Faz Degistiren Maddelerde Termal Enerji Depolama C.Ü. Fen Bil. Enst. Ali Karaipek, 2006. Faz Degisimli Enerji Depolama Maddelerinde Isil Iletkenligin Zenginlestirilmesi G.O.Ü. Fen Bil. Enst. PY X., R. OLIVES, S. MAURAN, 2001. Paraffin/porous-graphite-matrix composite as a high and constant power thermal storage material, Int. J. Heat and Mass Transfer 44, 2727-273

TEŞEKKÜRLER Çalıştay süresince projelendirmemize yardımcı olan tüm proje ekibine, Diğdem ERDENER e, Emre SEFER e, Memduh BİLMEZ e ve danışmanlarımıza teşekkür ederiz. Ayrıca deney süresince yardımlarını bizden eksik etmeyen değerli hocamız Prof. Dr. Ahmet SARI ya teşekkürlerimizi bir borç biliriz.