MOTORLU ARAÇLAR TEKNOLOJİSİ

.C. MİLLÎ EĞİİM BAKANLIĞI MOORLU ARAÇLAR EKNOLOJİSİ MOOR ÇERİMLERİ E YAKILAR Anara, 0

Bu modül, meslei ve teni eğitim oul/urumlarında uygulanan Çerçeve Öğretim rogramlarında yer alan yeterlileri azandırmaya yöneli olara öğrencilere rehberli etme amacıyla hazırlanmış bireysel öğrenme materyalidir. Millî Eğitim Baanlığınca ücretsiz olara verilmiştir. ARA İLE SAILMAZ.

İÇİNDEKİLER AÇIKLAMALAR... iv GİRİŞ... ÖĞRENME FAALİYEİ-.... İSONLU İÇEN YANMALI MOORLAR..... eori Otto Çevrimi...... İzantropi Sııştırma... 4... Sabit Hacimde Isı erilmesi... 6... İzantropi Genleşme... 7..4. Sabit Hacimde Soğutma... 7.. eori Otto Çevrimi erimi... 8.. eori Otto Çevrimi Ortalama Efetif Basıncı ve Gücü... 9 UYGULAMA FAALİYEİ... 0 ÖLÇME E DEĞERLENDİRME... 6 ÖĞRENME FAALİYEİ-... 8. RAİK OO ÇERİMİ... 8..eori Otto Çevrimiyle Arasındai Farlar... 8.. olitropi Sııştırma... 0.. olitropi Genleşme....4. rati Otto Çevrim erimi... UYGULAMA FAALİYEİ... 4 ÖLÇME E DEĞERLENDİRME... 8 ÖĞRENME FAALİYEİ-... 0. EORİK DİZEL ÇERİMİ... 0.. İzantropi Sııştırma..... Sabit Basınçta Yanma..... İzantropi Genleşme....4. Sabit Hacimde Soğutma....5. eori Dizel Çevrimi ermi erimi... 4.6. eori Dizel Çevrimi Ortalama Efetif Basınç ve Güç... 5 UYGULAMA FAALİYEİ... 6 ÖLÇME E DEĞERLENDİRME... 4 ÖĞRENME FAALİYEİ-4... 44 4. RAİK DİZEL ÇERİMİ... 44 4.. eori Dizel Çevrimiyle Arasındai Farlar... 44 4... Emme Zamanı... 44 4... Sııştırma Zamanı... 45 4... üsürtme (İş) Zamanı... 45 4..4. Egzoz Zamanı... 46 4.. olitropi Sııştırma... 46 4.. olitropi Genleşme... 47 4.4. rati Dizel Çevrimi erimi... 48 UYGULAMA FAALİYEİ... 50 ÖLÇME E DEĞERLENDİRME... 54 ÖĞRENME FAALİYEİ-5... 56 5. EORİK KARMA ÇERİM... 56 5.. eori Karma Çevrimde - ve -S Diyagramları... 56 i

5.. İzantropi Sııştırma... 57 5.. Sabit Hacimde Isı erilmesi... 58 5.4. Sabit Basınçta Isı erilmesi... 59 5.5. İzantropi Genleşme... 59 5.6. Sabit Hacimde Soğutma... 60 5.7. eori Karma Çevrim erimi... 60 5.8. eori Karma Çevrim Ortalama Efetif Basınç ve Gücü... 6 UYGULAMA FAALİYEİ... 6 ÖLÇME E DEĞERLENDİRME... 66 ÖĞRENME FAALİYEİ-6... 68 6. RAİK KARMA ÇERİM... 68 6.. eori Karma Çevrimi ile Arasındai Farlar... 68 6... Yanma Süresi... 68 6... Homojen Olmayan Karışım... 70 6... Gaz Kaçaları... 70 6..4. Özgül Isıların Değişimi... 70 6..5. Art Gazların Etisi... 70 6..6. Isıl arçalanma... 7 6..7. ompalama Kayıpları... 7 6..8. Isı Kayıpları... 7 6.. olitropi Sııştırma... 7 6.. Yanma Sonu... 7 6.4. olitropi Genleşme... 7 6.5. rati Karma Çevrim erimi... 7 6.6. Ortalama Efetif Basınç ve Güç... 74 UYGULAMA FAALİYEİ... 75 ÖLÇME E DEĞERLENDİRME... 79 ÖĞRENME FAALİYEİ-7... 8 7. HİDROKARBONLAR... 8 7.. anımı... 8 7.. Çeşitleri ve Özellileri... 8 7... Alanlar (arafinler) C n H n+... 8 7... Alenler(Olefinler) C n H n, C n H n-... 84 7... Naftenler (Siloparafinler, Silonlar) C n H n... 85 7..4. Aromatiler (Benzen ürevleri) C n H n-6... 86 UYGULAMA FAALİYEİ... 88 ÖLÇME E DEĞERLENDİRME... 89 ÖĞRENME FAALİYEİ-8... 90 8. BENZİN... 90 8.. anımı... 90 8.. arihçesi... 90 8.. Yapısı... 90 8.4. Benzinde Aranan Özelliler... 9 8.4.. Soğu Havalarda İl Hareet ve Uçuculu... 9 8.4.. Buhar amponunu Önleme... 9 8.4.. Motorun Ani Güç Değişimini Karşılanması... 9 8.4.4. Eonomili... 9 ii

8.4.5. Reçine Oluşumu (Zam ve erni)... 9 8.4.6. Korozyon... 9 8.4.7. Yağlama Yağına Etisi... 9 8.4.8. uruntu Dayanımı... 9 8.5 Benzine Katılan Katılar... 9 8.5.. Otan Sayısını Artırıcı Katılar... 9 8.5.. Diğer Katılar... 94 8.6. Otan Sayısı... 94 8.7. uruntu (Detanasyon)... 95 8.7.. anımı... 95 8.7.. Motora Etisi... 97 8.7.. uruntunun Önlenmesi... 97 8.8. Eren Ateşleme... 98 8.8.. anımı... 98 8.8.. Motora Etisi... 98 8.8.. uruntunun Önlenmesi... 98 UYGULAMA FAALİYEİ... 99 ÖLÇME E DEĞERLENDİRME... 00 ÖĞRENME FAALİYEİ-9... 0 9. MOORİN... 0 9.. anımı... 0 9.. Yapısı ve Özellileri... 0 9.. Motorinde Aranan Özelliler... 0 9.4. Motorine Katılan Katılar... 04 9.5. utuşabilirli ve Setan Sayısı... 04 UYGULAMA FAALİYEİ... 07 ÖLÇME E DEĞERLENDİRME... 08 ÖĞRENME FAALİYEİ-0... 09 0. İÇEN YANMALI MOORLARDA KULLANILAN DİĞER YAKILAR... 09 0.. Doğal Gaz... 0 0... anımı... 0 0... Özellileri ve Katılan Katılar... 0 0.. LG (Liit etrol Gazı)... 0... anımı... 0... Özellileri ve Katılan Katılar... 0.. Diğer Yaıtlar... 4 0... Hidrojen... 4 0... Aloller... 4 0... Bitisel Yağ Esterleri... 5 UYGULAMA FAALİYEİ... 6 ÖLÇME E DEĞERLENDİRME... 7 MODÜL DEĞERLENDİRME... 8 CEA ANAHARLARI... 0 KAYNAKÇA... 9 iii

AÇIKLAMALAR ALAN Otomotiv enolojisi Alanı DAL/MESLEK Otomotiv Eletromeani, İş Maineleri MODÜLÜN ADI Motor Çevrimleri ve Yaıtlar istonlu içten yanmalı motor çevrimlerinin, teori ve prati MODÜLÜN ANIMI termodinami hesaplamaları ile bu motorlarda ullanılan yaıtların özellileri ve motor performansına etileri haında bilgi ve becerilerin azandırıldığı bir öğrenme materyalidir. SÜRE 40/ ÖN KOŞUL Ön oşulu yotur. YEERLİK Motor çevrimleri ve yaıtlarla ilgili uygulamaları ve hesaplamaları yapma Genel Amaç Bu modül ile gereli ortam sağlandığında; standart süre içerisinde birim, sembol standartlar ile termodinami anunlara uygun olara Otto çevrimi, dizel çevrimi, arma çevrim ve Brayton çevrimi ile ilgili hesaplamaları yapabilece bunlarla ilgili diyagramları ullanabilece ve motorlarda ullanılan yaıtların özellilerini tespit edebilecesiniz. Amaçlar. eori Otto çevrimi ile ilgili hesaplamaları yapabilecesiniz.. rati Otto çevrimi ile ilgili hesaplamaları, yapabilecesiniz. MODÜLÜN AMACI. eori dizel çevrimi ile ilgili hesaplamaları yapabilecesiniz. 4. rati dizel çevrimi ile ilgili hesaplamaları yapabilecesiniz. 5. eori arma çevrim ile ilgili hesaplamaları yapabilecesiniz. 6. rati arma çevrim ile ilgili hesaplamaları yapabilecesiniz. 7. Hidroarbonların özellilerini tespit edebilecesiniz. 8. Benzinin özellilerini tespit edebilecesiniz. 9. Motorinin özellilerini tespit edebilecesiniz. 0. İçten yanmalı motorlarda ullanılan diğer yaıtların özellilerini tespit edebilecesiniz. EĞİİM ÖĞREİM ORAMLARI E DONANIMLARI Donanım: Bilimsel hesap mainesi, benzin, motorin, LG, doğal gaz Ortam: Dersli, imya laboratuvarı ÖLÇME E DEĞERLENDİRME AÇIKLAMALAR Modül içinde yer alan her öğrenme faaliyetinden sonra verilen ölçme araçları ile endinizi değerlendirecesiniz. Öğretmen modül sonunda ölçme aracı ullanara modül uygulamaları ile azandığınız bilgi ve becerileri ölçere sizi değerlendirecetir. iv

GİRİŞ GİRİŞ Sevgili Öğrenci, İnsanlığın en önemli buluşlarından biri olan motorlar, günümüzde hayatımızın ayrılmaz birer parçası hâlini almıştır. Dünyada en yaygın olara ullanılan motorlar içten yanmalı, pistonlu motorlardır. 800 lü yılların sonlarına doğru ullanılmaya başlayan ve ullanımı hızla artan pistonlu içten yanmalı motorlar, hızla gelişmiş ve günümüzde de gelişimini devam ettirmetedir. istonlu içten yanmalı motorlardai bütün gelişmelere rağmen bu motorların temel çalışma prensipleri değişmemiştir. Otomotiv alanında ullanılan pistonlu içten yanmalı motorlar ideal olara Otto çevrimi, dizel çevrimi (Diesel), arma çevrime (seiliger) göre çalışmatadır. Motorlar, ullanım amacı ve yerlerine göre bu çevrimlerden birisi tercih edilere imal edilmetedir. İyi bir otomotiv eletromeanieri olabilme için motorlarda termodinami olayların aışını; bu olaylar sırasında ısı, sıcalı, basınç ve hacim gibi temel parametrelerde meydana gelen değişimleri; bu parametrelerin ve değişimlerin hesaplanmasını, standart birim ve sembollerini ve bu motorlarda ullanılan yaıtların özellilerini ve yaıtların motor performansına etilerini bilme sizlere büyü atılar sağlayacatır. Bu avantaj sizleri günümüz reabet ortamında bir adım daha ileriye taşıyacatır. Modülü başarı ile tamamladığınız tadirde, otto, dizel ve arma çevrimin teori ve prati hesaplamalarını yapabilece, sonuçları standart birim sembolleri ile ifade edebilece ve bu motorlarda ullanılan yaıtların sahip olmaları gereen özellileri ve yaıtların motor performanslarına etilerini bilecesiniz.

AMAÇ ÖĞRENME FAALİYEİ ÖĞRENME FAALİYEİ- eori otto çevrimi ile ilgili hesaplamaları yapabilecesiniz. ARAŞIRMA Dört ve ii zamanlı otto motorlarda, zamanların meydana gelişini araştırınız. Isı, sıcalı, iş, güç, basınç, hacim, tor avramlarını ve birimlerini araştırınız. Bilimsel hesap mainesi ile üslü sayılarda işlemlerin nasıl yapıldığını araştırınız.. İSONLU İÇEN YANMALI MOORLAR Günümüzde en yaygın olara ullanılan motorlardır. istonlu içten yanmalı motorları özellilerine göre birço alanda sınıflandırma mümündür (çalışma prensiplerine, termodinami çevrimlerine, arışım oluşumuna, silindir tertip tarzına, soğutma sistemine, yağlama sistemine, il hareet sistemine, yaıtlarına gibi). istonlu içten yanmalı motorlar termodinami çevrimlerine göre; Otto çevrimi (buji ile ateşlemeli benzinli motorlar) Dizel çevrimi (sııştırma ile ateşlemeli dizel motorlar) Karma çevrim olma üzere üçe ayrılır... eori Otto Çevrimi Gerçe motor çalışmasında yanma işlemi motor silindirinde gerçeleşir. Yanma sonu açığa çıan ısı enerjisi meani enerjiye dönüşür. Motorun çalışması esnasında emme, sııştırma, iş ve egzoz zamanları meydana gelir. eori otto çevriminde ise silindirin içerisinde ısı geçişlerini sağlayan bir aracı aışan bulunur. Bu aracı aışan ideal gaz abul edilen havadır. Silindirin içerisinde bulunan hava dış bir ısı aynağı tarafından ısıtılır. eori otto çevrimi ii sabit hacim ve ii izantropi (adyabati) işlemden meydana gelir. Bütün teori hava standart güç çevrimleri (otto, dizel, arma) için aşağıdai abuller yapılır:

Çevrimde ullanılan gaz, ideal gaz olara abul edilen havadır. Çevrimde ullanılan çalışma gazının (havanın) ütlesi sabittir ve çevrim boyunca değişmez. Sııştırma ve genleşme işlemlerinde sistemle çevre arsında ısı alışverişi yotur. Yani sııştırma ve genleşme işlemleri izantropitir (adyabati). İdeal gaz abul edilen havanın ısı apasitesinin (özgül ısılarının) sıcalıla değişmediği abul edilir. Yanma işleminin yerini dış aynatan ısı geçişi, egzoz işleminin yerini de dış aynağa ısı geçişi alır. Çevrimi oluşturan hâl değişimlerinin tümü içten tersinirdir. Basit olara ideal gazlar mr eşitliğine uyan gazlardır. Burada basınç, hacim, m ütle, R gaz sabiti ve sıcalıtır. Bu abullerden sonra teori otto çevrimini, Şeil. dei - ve -S diyagramlarından faydalanara basitçe şöyle anlatabiliriz: Çalışma maddesi (ideal gaz, gerçete yaıt hava arışımı), notasından notasına adar izantropi olara sııştırılır. Sııştırma sonunda çalışma maddesinin basıncı ve sıcalığı artar. notasından notasına adar çalışma maddesine sabit hacimde dışarıdan ısı verilir. Böylece basınç ve sıcalı terar artar. notasında basınç ve sıcalı masimum değerlerine ulaşır. notasından, 4 notasına adar basıncın etisi ile silindirdei piston aşağıya doğru itilir bu genleşme izantropi bir genleşmedir. 4 notasından notasına adar sabit hacimde çalışma maddesinden dışarıya ısı atılır ve notasında sistem, en baştai oşullarına döner ve çevrim tamamlanır. -S diyagramı üzerinde S entropiyi temsil eder ve izantropi bir işlemde entropi sabittir.... İzantropi Sııştırma Şeil.: eori otto çevrimi - ve -S diyagramları eori otto çevriminde notasındai çalışma maddesi notasına adar izantropi olara sııştırılır. notasında arışımın sıcalığı ve basıncı dir notasında sıcalı ye basınç ise ye çıacatır (Şeil.). Bu esnada piston dış bir uvvet tarafından itilir. 4

5 İzantropi hâl değişimlerinde ısı transferi olmadığını belirtmişti. İdeal gaz denleminden gereli sadeleştirmeler ve hesaplamalar yapılara aşağıdai bağıntılar yazılabilir: (.) buradan, (.) elde edilir. Burada silindir hacmini, yanma odası hacmini ifade etmetedir. Sııştırma oranı: (.) olduğundan. numaralı denlemde / yerine ε yazılırsa yeni denlemimiz (.4) elde edilir. sıcalığı için (.5) buradan, (.6) olur..6 numaralı denlemde / yerine ε yazılırsa yeni denlemimiz; (.7) bulunur. Ayrıca ve notaları arasında ve ilişisini / / (.8) denlemi ile ifade ederiz.

Bu denlemler ullanılara izantropi sııştırma sonu sıcalı ve basınç değerleri hesaplanır. Burada izantropi durum değiştirmede ullanılan bir atsayıdır ve sabit basınçtai özgül ısının, sabit hacimdei özgül ısıya oranıdır. c p c v (.9).9 numaralı denlemde, çevrimde ullanılan maddenin ideal bir gaz olara abul edilen hava olmasından dolayı özgül ısıları sabit basınç özgül ısısı cp=.005 J/gK, sabit hacim özgül ısısı cv=0.78 J/gK olara tablolardan bulunur ve denlemde değerler yerlerine onursa c c p.005 0.78.4 v olara bulunur. Yapılaca hesaplamalarda, parametrelerin birimleri önemlidir. Sıcalı Kelvin (K), basınç ilopascal (a), hacim metreüp (m), özgül ısı ilojoul/ilogramelvin (J/gK), ısı ilojoul (J), ağırlı ilogram (g), zaman saniye (sn.), alan metreare (m), uzunlu metre (m) olara ullanılacatır.... Sabit Hacimde Isı erilmesi eori Otto çevriminde, notasındai çalışma maddesine sabit hacimde ısı verilme suretiyle çalışma maddesi notasına adar ısıtılara basıncı ve sıcalığı değerlerine yüseltilir (Şeil.). Sabit hacimde ısı verilmesi sonucu oluşan ve sıcalığı değerlerine, ideal gaz denleminden istifade edere ulaşabiliriz. olduğundan = tür gereli sadeleştirme yapılırsa ve ısı verme işlemi (piston ÜÖN de ien) sabit hacimde (.0) burada elde edilen denlem aynı zamanda sabit hacimde basınç artış oranını (r v ) da vermetedir. r (.) r (.) r (.) 6

... İzantropi Genleşme eori Otto çevriminde notasındai çalışma maddesi 4 notasına adar izantropi olara genleştirilir. notasında arışımın sıcalığı ve basıncı tür, 4 notasında sıcalı 4 e basınç ise 4 e düşecetir (Şeil.). -4 notaları arasında piston, üzerindei basınç etisi ile AÖN ye doğru itilece ve hâl değişimi boyunca pozitif bir iş elde edilecetir. İzantropi hâl değişimlerinde ısı transferi olmadığını belirtmişti. İdeal gaz denleminden gereli sadeleştirmeler ve hesaplamalar yapılara aşağıdai bağıntılara ulaşılır: 4 4 (.4) buradan 4 4 4 (.5) elde edilir. Burada = 4 ve = olduğu unutulmamalıdır. 4 4 (.6) buradan 4 4 4 (.7) ayrıca -4 notaları arasında ve arasındai ilişiyi, / / 4 4 denlemi ile ifadelendirebiliriz. (.8)..4. Sabit Hacimde Soğutma eori Otto çevriminde, izantropi genleşmeden sonra çalışma maddesinin sıcalı ve basıncı, başlangıç notasındai sıcalı ve basınç değerlerinden yüsetir. Çevrimin tersinir olabilmesi için çalışma maddesinin çevrim sonunda başlangıçtai özellilerine sahip olması geretiğinden, sabit hacimde sistemden dışarıya ısı atılara çalışma maddesi soğutulur ve başlangıçtai şartlara geri dönüş sağlanmış olur. Burada hacim sabit olacağından genleşme sonu sıcalı ve basıncı ile başlangıç sıcalı ve basıncı arasında ideal gaz denlemi ullanılara aşağıdai bağıntılar urulur. 4 4 4 olduğundan = 4 tür gereli sadeleştirme yapılırsa dış ortama ısı atma işlemi (piston AÖN de ien) sabit hacimde 7

4 4 4 ve 4 denlemi elde edilir... eori Otto Çevrimi erimi (.9) Herhangi bir mainenin verimi hesaplanıren maineye verilen toplam enerji ve bu enerji arşılığında maineden alınan net iş diate alınır. Maineden alınan net işin maineye verilen enerjiye oranı, mainenin verimini ortaya oyar. Hiçbir mainenin verimi % 00 olamaz. Her zaman çeşitli ayıplardan (sürtünme ayıpları, ısı ayıpları gibi) dolayı verim %00 ün altında olacatır. eori Otto çevriminde sisteme, sabit hacimde ısı verilmete (Şeil. de - notaları arasında) ve yine sistemden dışarıya ısı sabit hacimde atılmatadır (Şeil. de 4- notaları arasında). O hâlde teori Otto çevrimi verimini bulabilmemiz için sisteme verilen ısıyı ve sistemden atılan ısıyı bulmamız geremetedir. Q m c denlemini, maddelerde meydana gelen sıcalı değişimini sağlayan ısıyı hesaplayabilme için ullanıyoruz. Otto çevriminde de sisteme ısı verildiğinde veya atıldığında sıcalı değişimi meydana gelmete idi. Q ısıyı, m madde mitarını, c ise maddenin özgül ısısını ifade ederen Δ sıcalı farını belirtmetedir. Denlemi Otto çevrimine göre düzenlerse çevrime verilen ısıyı, Q in biliyoruz. Q in mc mc v v elde edilir. Sistemden atılan ısı; Q m c buluruz. Buradan, sıcalı değişiminin den e olduğunu (.0) OU v, buradan sıcalı değişiminin 4ten e olduğunu biliyoruz. QOU m c v 4 (.) Net işinde sisteme sürülen ısıdan sistemden atılan ısının farı olduğunu biliyoruz. Wnet Qin Qout (.) Şimdi sisteme verilen ısıyı ve sistemden elde edilen net işi bildiğimize göre sistemimizin ısıl verimini aşağıdai gibi hesaplayabiliriz: W Q net Q in Q Q out Q Q in in in (.) erim denlemini sisteme verilen ve sistemden atılan ısıların değerlerini yerine yazara sadeleştirirse out 8

Q Q out in mc mc v v 4 4 4 / / (.4) denlemi elde edilir. Burada maddenin ağırlığı ve özgül ısıları sabit olduğundan sadeleştirilmişlerdir. Ayrıca esrin payı, paydası parantezine alınmıştır. ay ve paydanın parantez içindei ifadelerinin, daha öncei denlemler incelenere eşit olduğu görülmüş ve sadeleştirilmişlerdir. / ifadesi yerine.7 numaralı denlem yazılmış ve verim sııştırma oranına bağlı olara hesaplanabilece duruma getirilmiştir... eori Otto Çevrimi Ortalama Efetif Basıncı ve Gücü eori Otto çevriminin ortalama efetif basıncı, pistonun urs boyunca üzerine eti eden ortalama basıncı ifade etmetedir. e ile ifade edilir ve elde edilen net işin urs hacmine bölünmesiyle bulunur. W e net H (.5) Burada, e ortalama efetif basıncı a, Wnet yapılan net işi J, H urs hacmini m olara göstermetedir. eori Otto çevrimine göre çalışan bir motorun gücünü aşağıdai denlemi ullanara hesaplayabiliriz. Wnet n z N 60 i (.6) Bu denlemde; N gücü W olara n motorun daiadai devir sayısını devir/daia olara vermetedir. 60 sabit sayısı daianın saniyeye çevrilmesi için ullanılmıştır, i sayısı ise dört zamanlı motorlarda, ii zamanlı motorlarda olara alınır. Buraya adar teori Otto çevriminde riti notaların basınç, sıcalı ve hacimlerinin, çevrim veriminin, ortalama efetif basıncın ve gücün hesaplanabilmesi için gereen denlemleri öğrendi. Bununla birlite teori Otto çevrimi - ve -S diyagramlarını da incelemiş oldu. Artı problem çözmeye ve diyagram çizmeye hazırız. 9

UYGULAMA FAALİYEİ UYGULAMA FAALİYEİ eori Otto çevrimi ile ilgili hesaplamaları yapınız. avsiyeler: Örne problemler çözülüren öncelile verilenler birimleri ile birlite yazılmalı ve birimlerde gereli çevrimler yapılmalı, daha sonra istenenler yazılara istenenlerin işlem sırası yani çözüm sıraları incelenmeli ve en uygun çözüm sırası seçilditen sonra çözüme geçilmelidir. Bulunan her sonucun birimi mutlaa belirtilmelidir. Bu sizin problemleri, avramları daha iyi ve alıcı bir şeilde öğrenmenizi sağlayacatır. Uygulama eori Otto çevrimine göre çalışan bir motorun sııştırma oranı 7/ ve motorda sııştırma başlangıcında aışanın (ideal gaz) sıcalığı 5.6 0 C, basıncı bar dır. İzantropi sııştırma sonunda aışanın sıcalı ve basıncını bulunuz. erilenler: ε =7 t =5.6 C ise = 7+5.6=88.6 K = bar ise =00000 pa N ve =00 a olur. m İstenler: =? ve =? Burada,. numaralı denlemden, ise,.4 numaralı denlemden hesaplanabilir..4 00 7 54.5 a.4 88.6 7 68.54 K olara bulunur. Uygulama eori Otto çevrimine göre çalışan bir motorun sııştırma oranı / ve motorda sııştırma başlangıcında aışanın (ideal gaz) mutla sıcalığı 98 K, basıncı 00 a dır. İzantropi sııştırma sonunda aışanın sıcalı ve basıncını bulunuz. erilenler: ε = =98 K =00 a İstenler. =? ve =? Burada,. numaralı denlemden, ise,.4 numaralı denlemden hesaplanabilir..4 00 4.0 a.4 98 805.7 K 0

Uygulama eori Otto çevrimine göre çalışan bir motorun izantropi sııştırma sonrası basıncı 4 a ve mutla sıcalığı 805 K dir. Bu motorun sabit hacimde basınç artma oranı.6 ise sabit hacimde ısı verme sonrasında oluşaca basınç ve sıcalı değerlerini bulunuz. erilenler: =4 a =805 K r v =.7 İstenenler : =? ve =? Bu değerleri.0 ve. numaralı denlemleri ullanara bulabiliriz. r.7 4 875 a olur. r.7 805 7.5 K değerleri bulunur. Uygulama 4 eori Otto çevrimine göre çalışan bir motorun izantropi sııştırma sonrası basıncı 54.5 a ve mutla sıcalığı 68.54 K dir. Çevrimin masimum mutla sıcalığı 9 K olduğuna göre çevrimin masimum basıncını bulunuz. erilenler: =54.5 a =68.54 K =9 K bu örnete çevrimin masimum basınç ve sıcalılarının - diyagramının notasında basınç ve sıcalı değerleri olduğu bilinmelidir (Şeil.). İstenenler: =? Bu değeri denlem.9 dan bulmamız mümündür. Bununla birlite önce r v değeri bulundutan sonra. numaralı denlemden de bulunması mümündür. bulunur. 9 54.54 4664.7 a olara 68.54 Uygulama 5 eori Otto çevrimine göre çalışan bir motorun izantropi genleşme başlangıcında çalışma maddesinin mutla sıcalığı 9 K ve basıncı 4664.7 a dır. Bu motorun sııştırma oranı 7/ olduğuna göre genleşme sonu basınç ve sıcalılarını bulunuz. erilenler: =4664.7 a =650 K

İstenenler: 4 =? ve 4 =? Genleşme sonu basıncını.4 numaralı denlemden, sıcalığını da.8 numaralı denlemden bulabiliriz. 4664.7 4 4 4 05.94 a.4 7 9 4 4 4 88.95 K olara bulunur..4 7 Uygulama 6 eori Otto çevrimine göre çalışan bir motorun sııştırma oranı / olduğuna göre bu motorun verimini bulunuz. ( =.4) erilenler: ε = =.4 İstenenler: η =? verimi verilenleri diate alara. numaralı denlemden bulabiliriz. 6.67 verim değerlerinin sonuna birimi olara.4 % işareti genellile onulmaz. Çünü bu bir oranıdır. Çıan sonuç % olara ounur yani verim % 6.67 dir. Uygulama 7 eori Otto çevrimine göre çalışan 4 zamanlı 4 silindirli bir motorun net işi 0,70 J dür. Bu motorun silindir hacmi 9,970-4 m olduğuna göre, ortalama efetif basıncını ve 400 d/d ürettiği gücü bulunuz. erilenler: z = 4 silindir n =400 d/d i = dört zamanlı W net =0.70 J H =9.970-4 m İstenenler: e =? N e =? Bu verilenlerle ortalama efetif basıncı denlem.5 ten ve efetif gücü denlem.6 dan hesaplayabiliriz. Wnet 0.70 e e e 70. 4 a, 9.97 0 H

Wnet n z 0.70 400 4 N N N 56.4 W olara bulunur. 60 i 60 Uygulama 8 eori Otto çevrimine göre çalışan bir motorda dört zamanlı, 4 silindirli, silindir çapı 00 mm, urs boyu 0 mm, sııştırma oranı 9/, sııştırma başlangıcında çalışma maddesinin sıcalığı C, basıncı bar ve sabit hacimde basınç artma oranı.9 olduğuna göre bu motorun Kriti notalarda basınç, sıcalı ve hacimlerini, Çevrimin verimini ve net işini, Ortalama efetif basıncını ve 000 devirde gücünü bulunuz. - ve -S diyagramlarını çiziniz. c v =0.78 J/gK c p =.005 J/gK R=0.87 J/gK ve =.4 tür. erilenler: z =4 D=00 mm = 0. m L=0 mm =0. m i= n=000 d/d r v =.9 t = C = +7=95 K = bar= 00000 pa= 00 a roblem incelendiğinde öncelile urs ve yanma odası hacminin bulunması geretiği daha sonra riti notalardai,,, ve 4, 4 değerlerinin bulunması geretiği, daha sonra çevrim verimi ve net iş için çalışma maddesi ağırlığının ve net işin en son olara da ortalama efetif basınç ve 000 devirdei efetif gücün bulunması geretiği görülmetedir. D.4 0. H 0 4 4 4 L H 0. H 9.4 m 9.4 0 4 H H 4 C C C.8 0 m C 9 = H =9.40-4 m = C =.80-4 m.4 00 9 67. 4 a.4 95 9 r.9 70.4 70.4 r.9 67.4 685.46 a olur. 060.4 K değerleri bulunur. K

685.46 4 4.4 4 9 90 a, 060.4 4 4.4 4 9 885.5 K çevrimin riti notalardai sıcalı, hacim ve basınç değerleri bulundu..4 9 58.47 çevrimin verimi % 58.47 şimdi çevrimde ullanılan maddenin ağırlığını ideal gaz denlemini ullanara Q Q 00 9.4 0 4 m R m m m.0 R 0.87 95 in m c OU W net v m c Q in Q.0 0.78 060.4 70.4 Q. 076 v Q in Q.0 0.78 885.5 95 Q 0. 47 out 4 W net out.076 0.47 W net 0.606 Wnet 0.606 e e e 64. 4 a H 9.4 0 Wnet n z 0.606 000 4 N N N 60.6 60 i 60 in out g J net işte bulundutan sonra W bulunur. Çevrimin, teori Otto çevrimi olduğunu biliyoruz. Diyagramını çizeren öncelile ve esenlerini çizmeliyiz. Bu esenler üzerinde, ölçeğine yaın olara ve değerlerini yerleştirditen sonra ve notaları arasını izantropi sııştırmaya uygun bir eğri ile, - arasını sabit hacim olduğundan hacim esenine di, basınç esenine paralel olara -4 arasını izantropi genleşmeye uygun bir eğri ile ve son olara 4- notaları arasını sabit hacim olduğundan hacim esenine di, basınç esenine paralel olara çizmeliyiz. Çevrim tersinir olduğundan çizimin sonunda başlangıç notasına gelmemiz geremetedir (Şeil.). J J eori Otto çevrimi - ve -S diyagramları 4

5

ÖLÇME E DEĞERLENDİRME ÖLÇME E DEĞERLENDİRME Aşağıdai cümlelerin başında boş bıraılan parantezlere, cümlelerde verilen bilgiler doğru ise D, yanlış ise Y yazınız.. ( ) eori Otto çevriminde sistemin net işi, sisteme verilen enerji ile sistemden atılan enerjinin farına eşittir.. ( ) eori Otto çevriminde verim, sııştırma oranı arttıça azalır.. ( ) eori Otto çevriminin verimi her zaman % 00 ün üzerindedir. 4. ( ) eori Otto çevriminde sisteme ısı, sabit hacimde verilir. 5. ( ) eori Otto çevriminde çalışma maddesinin özgül ısısı sabit abul edilmetedir. 6. ( ) eori Otto çevriminde sııştırma ve genleşme politropi olara gerçeleşmetedir. 7. ( ) eori Otto çevriminde, hesaplamalar yapılıren ısı ve iş J olara silindir hacmi m olara alınır. 8. ( ) eori Otto çevriminde, dış ortamla madde alışverişi yapılır. 9. ( ) ( ) eori Otto çevriminde, basınç artma oranı sisteme verilen ısı ile doğru orantılıdır. 0. ( ) eori Otto çevriminde, çevrimi oluşturan hâl değişimleri içten tersinir değildir. Aşağıdai problemleri çözere sonuçlarını cevap anahtarı ile arşılaştırınız.. ( ) eori Otto çevrimine göre çalışan 4 zamanlı, 4 silindirli bir motorda silindir çapı 80 mm, ursu 00 mm, sııştırma oranı 8/, sııştırma başlangıcında aışan sıcalığı 9 C, basıncı 95 a ve çevrimin masimum sıcalığı 750 C dir. Bu motorun; Kriti notalarda basınç, sıcalı ve hacimlerini, Çevrimin verimini, Çevrimin ortalama efetif basıncını ve 800 d/d dai efetif gücünü bulunuz. c v =0.78 J/gK c p =.005 J/gK R=0.87 J/gK ve =.4 tür.. ( ) eori Otto çevrimine göre çalışan bir motor, atmosfer basıncı 00 a ve sıcalığı 5 C olan bir ortamda çalışmatadır. Bu motorun sııştırma oranı 6/ olduğuna ve basınç artma oranı., silindir çapı 50 mm, ursu 65 mm olduğuna göre; Kriti notalarda basınç, sıcalı ve hacimlerini, Çevrimin verimini, Çevrimin ortalama efetif basıncını bulunuz. 6

c v =0.78 J/gK c p =.005 J/gK R=0.87 J/gK ve =.4 tür. DEĞERLENDİRME Cevaplarınızı cevap anahtarıyla arşılaştırınız. Yanlış cevap verdiğiniz ya da cevap veriren tereddüt ettiğiniz sorularla ilgili onuları faaliyete geri dönere terarlayınız. Cevaplarınızın tümü doğru ise bir sonrai öğrenme faaliyetine geçiniz. 7

ÖĞRENME FAALİYEİ AMAÇ ÖĞRENME FAALİYEİ- rati Otto çevrimi ile ilgili hesaplamaları yapabilecesiniz. ARAŞIRMA ompalama ayıplarını araştırınız. olümetri verimi araştırınız. Benzinli motorlarda teori Otto çevrimi neden uygulanamaz? Araştırınız. Benzinli bir motorun çalışması sırasında meydana gelen olayları araştırınız. Benzinli motorlarda meydana gelen ısı aybının nerelerden ve nasıl meydana geldiğini araştırınız. Araştırmalarınızı, oul ütüphanesi, geçmiş dönemlerdei ders notlarınızı ullanara ve bilimsel hesap mainesi ullanan bir işletmeden faydalanara yapabilirsiniz.. RAİK OO ÇERİMİ..eori Otto Çevrimiyle Arasındai Farlar Öncelile teori Otto çevrimi, apalı bir sistemde ve tersinir olara gerçeleşen bir çevrimdir. Benzinli (buji ile ateşlemeli) motorlarda ullanılan çevrim, temel mantı olara teori Otto çevrimini ullanmala beraber açı bir çevrimdir. Yani dışarıdan madde alışverişi yapılır. Bununla birlite gerçete hiçbir çevrim tersinir değildir. rati Otto çevriminde, motora alınan arışım ideal gaz olmadığından sıcalı değişimleri ile özgül ısılar değişmetedir (c v ve c p ). Özgül ısılardai bu değişim sabitinin değişmesine neden olmatadır. eori ve prati Otto çevrimleri arasındai farları çevrimlerdei riti notaları (zamanları) diate alara inceleyebiliriz. Çevrimler arasında muayese yapılıren Şeil. dei diyagramlar incelenmeli ve muayeseler diyagramlar diate alınara yapılmalıdır. Emme zamanı eori Otto çevriminde zamanından bahsedilmez çünü sistem apalı bir sistemdir. Sistemde bulunan çalışma maddesi ideal bir gazdır ve yenilenen her çevrim için madde mitarı sabittir. 8

Şeil.: eori ve prati Otto çevrimi - diyagramları rati Otto çevriminde emme zamanında silindire yaıt hava arışımı alınır ve bu arışım ideal bir gaz değildir. Silindirin urs, yanma odası ve toplam hacmi her çevrimde sabit olmasına rağmen, farlı mitarlarda arışım emilebilir ve silindir tamamen yeni arışımla dolmaz. Yani, volümetri verim hiçbir zaman %00 olmaz. olümetri verim; pompalama ayıplarından, motor hızından, emme supaplarının açı alma süresi ve açılı mitarından, emme supabının apanma zamanından, silindirde alan egzoz gazlarının mitarından etilenmetedir. Bir de emme işlemi sırasında yapılan negatif bir işten bahsetme gerelidir. Sııştırma zamanı eori Otto çevriminde, sııştırma izantropitir (ısı alış verişi yo) ve sııştırma işlemi sırasında sistemden madde azalması olmaz çünü çevrim apalıdır. Sııştırma AÖN den başlayıp ÜÖN ye adar devam eder. rati Otto çevriminde ise sııştırma sırasında silindir cidarlarından ısı aybı meydana gelir. Sııştırma zamanı tam AÖN de başlayamaz ve tam ÜÖN de sona ermez. Çünü emme ve egzoz supapları, ölü notalarda açılıp apanmazlar. Sııştırma sırasında ne adar tedbir alınırsa alınsın, mutlaa açalar meydana gelir ve silindirdei madde mitarı azalır. Ateşleme (iş) zamanı eori çevrimde, sabit hacimde sisteme ısı verilir ve artan basınç ile sıcalığın etisinde alan piston AÖN ye doğru yönelir. Buradai genleşme işlemi izantropi bir genleşmedir. Isı aybı olmasızın ve piston AÖN ye ulaşıncaya adar devam eden genleşme, 9

yapılan net işin artmasını sağlar. Sisteme sabit hacimde ısı verildiğinden, ısı verme işlemi ani olur, zaman almaz dolayısıyla elde edilen basınç ve sıcalı yüse olacağından verim artar. rati çevrimde sııştırılan yaıt, hava arışımı buji ile ateşlenere yaılır ve sisteme yanma sonucu ısı verilmiş olur. Yanma işlemi 0,00 ile 0,00 saniye civarında bir zamanda tamamlanır. Yaıt hava arışımı, tutuşturuldutan sonra tam olara yanamaz çünü arışım her notasında homojen değildir. Bazı notalarda yanma için gereli olan osijen esi, bazı notalarda da yaıt mitarı esi olabilir. Yanma işleminin imyasal denlemi hiçbir zaman tam değildir. rati çevrimde, sisteme ısı sabit hacimde verilemediğinden yanma sonu basınç ve sıcalı değerleri tori çevrime nazaran düşü olmatadır. Sisteme ısı verilditen sonra, piston AÖN ye hareet ederen de ısı ayıpları meydana geleceğinden net iş düşer. Genleşme işlemi tam olara AÖN ye adar devam etmez. iston AÖN ye yalaşıren egzoz supabı açılır ve yanmış gazların dışarıya atılma işlemi başlar, bu durum da net işin azalmasına neden olur. Egzoz zamanı eori Otto çevriminde, sistemden ısı atılara başlangıç notasına dönülmesi işlemi sabit hacimde ve ani olara yapılır. Sistemden ısı atılması sonunda çalışma maddesi, tam olara başlangıç notasındai özellilerine dönmüştür. eori çevrimin tam olara içten tersinir ve apalı bir sistem olduğu görülüyor. rati Otto çevriminde egzoz gazlarının sistemden atılmasına, AÖN den önce başlanır ve piston ÜÖN yi geçince sona erer. Dışarı atılan egzoz gazları, sisteme alınan arışımın özellilerinden uzatır. Basınçları ve sıcalıları daha yüsetir, imyasal ve fizisel olara da başlangıç özellilerinden ço farlıdır. Bu durumda da prati Otto çevrimi, açı ve içten tersinmez bir çevrim olmuş oluyor. Zamanlarına göre teori ve prati Otto çevrimin temel farlarını inceledi. rati Otto çevriminde sııştırma ve genleşme işlemleri politropi olara yapılmatadır. Şimdi, prati Otto çevriminde riti notalardai değerleri, ortalama efetif basıncı, çevrim verimini ve gücünü nasıl bulacağımızı görelim... olitropi Sııştırma rati Otto çevriminde silindire alınan arışım, silindirin ve artı egzoz gazlarının sıcalılarından dolayı ısınır ve sıcalığı artar. Sııştırma başlangıcında arışım sıcalığı aşağıdai denlem ullanılara hesaplanmatadır. / in ( f )in fex ex (.) Denleme diat edilirse emme ve egzoz basınçları eşit olduğunda öşeli parantezin içi e eşit oluyor ve çarpmada etisiz olduğundan denlemden çıarılabilir. Bu denlemde; : Sııştırma başlangıcında arışım sıcalığını, 0

f: Silindirde alan ard gazların ütle oranını yalaşı olara (f=0,05), in : Karışımın motora giriş sıcalığını, in : Karışımın motora giriş basıncını, ex : Egzoz gazları sıcalığını, ex : Egzoz gazları basıncını, : Adyabati üssü ifade etmetedir. Genel olara sııştırma başlangıcı basıncı emme basıncına ço yaındır. Dolayısıyla sııştırma başlangıcı basıncı ; in (.) olara alınır. Sııştırma sonu basıncını ; n (.) elde edilir. Sııştırma sonu sıcalığı ; n (.4) burada ε: sııştırma oranını, n : Sııştırmanın politropi üssünü ifade etmetedir. Hatırlanacağı gibi prati çevrimde sııştırma izantropi değildi. Yapılan deneyler ve hesaplamalar sonucunda Otto çevrimleri için n in, ile,9 değerleri arsında değiştiği görülmüştür... olitropi Genleşme rati Otto çevriminde iş zamanı, arışımın yanması ve genleşme evrelerinden oluşur. Yanma sonu sıcalı ve basınç değerlerine ulaşabilmemiz için arışımın alt ısıl değerini bilmemiz gerelidir. Yanma sonu sıcalı : ( f )q f (.5) c burada q f : arışımın alt ısıl değeridir (J/g), birim ütle için hesaplamalar yapılıren ullanılır. Gerçe çevrimlerde, arışımın yanması sonucu ortaya çıaca ısı ullanılır. Yanma sonu çevrime verilen gerçe ısı, çevrime alınan arışımın ütlesi ile yaıtın alt ısıl değerinin çarpımından elde edilir.

r olduğunu biliyordu Buradan : r r (.6) (.7) olara bulunur. Genleşme sonundai basınç ve sıcalı değerleri olan 4 ve 4 değerlerini; 4 n (.8) 4 (.9) n denlemlerini ullanara hesaplayabiliriz. Burada n : Genleşmenin politropi üssüdür. Benzinli motorlarda,5 ile, arasındadır. rati Otto çevriminin tersinir olmadığı için egzoz gazlarının gerçe basınç ve sıcalı değerleri, emme arışımı değerlerinden yüsetir. Egzoz gazı sıcalığı çevrim verimi için önemlidir..4. rati Otto Çevrim erimi rati Otto çevrimi riti notalarındai basınç, sıcalı değerleri bulundutan sonra çevrimin verimi için W Q Q net in out out g g g denleminden gereli Qin Qin Qin sadeleştirmeler yapılara g n denlemine ulaşılır. Burada η g : rati çevrim verimini, n: Çevrimin politropi üssünü belirtmetedir. Q (.0)

Hesaplamalar yapıldıtan sonra çevrimin diyagramını çizeren öncelile ve esenlerini çizmeliyiz. Bu esenler üzerinde, ölçeğine yaın olara ve değerlerini yerleştirditen sonra, ve notaları arasını politropi sııştırmaya uygun bir eğri ile - arasında hacim değiştiğinden bu değişime diat edere yalaşı hacim esenine di, basınç arttıça hacimdei artış gösterilere -4 arasını politropi genleşmeye uygun bir eğri ile ve son olara 4- notaları arasını hacim değişiliğini diate alara çizmeliyiz. Emme ve egzoz eğrileri çiziliren emme basıncının atmosfer basıncına ço yaın faat atmosfer basıncından daha düşü olduğunu, egzoz basıncının da atmosfer basıncına ço yaın faat daha yüse olduğunu diate alara çizmeliyiz. Otto çevriminde emme ve egzoz ayıpları, dizel çevriminden daha fazladır. Şeil.: rati Otto ve dizel çevrimi - diyagramı emme ve egzoz ayıpları muayesesi

UYGULAMA FAALİYEİ UYGULAMA FAALİYEİ rati Otto çevrimi ile ilgili hesaplamaları yapınız. avsiyeler: Örne problemlerin çözümünde, öncelile verilenler birimleri ile birlite yazılmalı ve birimlerde gereli çevrimler yapılmalı, daha sonra istenenler yazılara istenenlerin işlem sırası yani çözüm sıraları incelenmelidir. En uygun çözüm sırası seçilditen sonra çözüme geçilmelidir. Bulunan her sonucun birimi mutlaa belirtilmelidir. Bu sizin, problemleri, avramları daha iyi ve alıcı bir şeilde öğrenmenizi sağlayacatır. Uygulama : rati Otto çevrimine göre çalışan bir motorda emme başlangıcında arışımın mutla sıcalığı 98 K, basıncı 95 a ve artı gazların ütle oranı 0,05 ve egzoz gazlarının mutla sıcalığı 765 K ise bu motorun sııştırma başlangıç sıcalığını bulunuz. Not: Emme başlangıcı basıncı, sııştırma başlangıcı basıncı ve egzoz basıncı yalaşı olara eşittir. erilenler: in =98 K ex =765 K in = = ex = 95 a f=0,05 İstenenler: =? in = = ex olduğu için. numaralı denlem aşağıdai gibi sadeleşir: ( f )in fex verilenler yerine onursa ( 0,05)98 0,05765,5 K bulunur. Uygulama. rati Otto çevrimine göre çalışan bir motorda egzoz basıncı 95 a, artı gazların ütle oranı 0,05 ve sııştırma başlangıç mutla sıcalığı,5 K ve sııştırma oranı 0/ ise bu motorun politropi sııştırma sonu basınç ve sıcalılarını bulunuz. Not: Emme başlangıcı basıncı, sııştırma başlangıcı basıncı ve egzoz basıncı yalaşı olara eşittir. Sııştırmanın politropi üssü,5 tir. erilenler: n =,5 =,5 K in = = ex = 95 a f=0,05 4

ε=0 İstenenler: =? ve =? rati Otto çevriminde sııştırma politropi olduğundan n ullanılacatır.. ve.4 numaralı denlemlerden; n,5 95 0 6,78 a n,5,5 0 79,0 K Uygulama. rati Otto çevrimine göre çalışan bir motorda, sııştırma sonu basıncı 6,78 a, mutla sıcalığı 79,0 K ve basınç artma oranı dir. Bu motorun masimum basınç ve sıcalılarını bulunuz. erilenler: =79,0 K = 6,78 a r v = İstenenler: =? ve =? çevrimin masimum basınç ve sıcalılarını denlem.6 ve.7 den bulabiliriz. r 79,0 r 6,78 45,56 a 48,6 K olara bulunur. Uygulama 4. rati Otto çevrimine göre çalışan bir motorda masimum basınç 45,56 a, mutla sıcalı 48,6 K ve sııştırma oranı 0 olduğuna göre bu motorun yanma sonu basınç ve sıcalılarını bulunuz. Genişlemenin politropi üssü n =,5 olara alınacatır. erilenler: =48,6 K = 45,56 a n =,5 ε=0 İstenenler: 4 =? ve 4 =? rati Otto çevriminde yanma sonuna, politropi bir genleşme sonrasında ulaşılmataydı. Dolayısıyla politropi genleşme işleminin üssü ullanılmalıdır. Yanma sonu basınç ve sıcalı değerlerine.8 ve.9 numaralı denlemleri ullanara ulaşabiliriz. 5

48,6 4 4 n, 4 0 808,98 K 45,56 4 4 n,5 4 0 9,9 a elde edilir. Uygulama 5. rati Otto çevrimine göre çalışan bir motorun sııştırma oranı 9/ ve politropi üssü, ise verimini hesaplayınız. erilenler: n=, ε=0 İstenenler: η g =? rati çevrim veriminde politropi üs alınır. erim.0 numaralı denlemden bulunur. g 0,487 n, g ve % 48.7 olara bulunur. 9 Uygulama 6. rati Otto çevrimine göre çalışan bir motorun; sııştırma oranı /, emme başlangıcında arışımın mutla sıcalığı 00 K, basıncı 97 pa, sııştırmanın politropi üssü,, çevrimin masimum basıncı 5654 a, politropi genleşmenin üssü,6, egzoz gazları mutla sıcalığı 665 K, ve basıncı 0 a, artı gazların ütle oranı 0,05 ve sabit hacimde özgül ısısı 0,880 J/gK ve çevrimin politropi üssü,9 ise Sııştırma başlangıcında arışımın basınç ve sıcalığını, olitropi sııştırma sonu basınç ve sıcalığını, Çevrimin masimum sıcalığını, olitropi genleşme sonu basınç ve sıcalığını, Çevrimin verimini hesaplayara - diyagramını çiziniz. erilenler: in =00 K ex =665 K in =97 a ex = 0 a = 5654 a f=0,05 n =, n =,6 n=,9 ε= 6

c v =0,880 J/gK a) Sııştırma başlangıcı sıcalığını. numaralı denlemden buluruz. / in 97 ( f )in fex ( 0,05)00 0,05 665 ex 0 =05,0 K ve in =97 a,4 /, 4 b) rati Otto çevriminde sııştırma politropi olduğundan n ullanılacatır.. ve.4 numaralı denlemlerden; n, 97 54,09 a n, 05,0 674, 0 K Şeil.: rati Otto çevrimi - diyagramı c) Çevrimin masimum sıcalığını denlem.6 ve.7 den bulabiliriz. r,4 674, 68,08 r r / r 5654 / 54,09 r,4 a 0 K olara bulunur. 68,08 d) 4 4 4 867, 4 K n,6 5654 4 4 4 75,55 a elde edilir. n,6 e) g g 0,49, 8 olara bulunur. Şimdi çevrimin - n,9 diyagramını çizelim. 7

ÖLÇME E DEĞERLENDİRME ÖLÇME E DEĞERLENDİRME Aşağıdai cümlelerin başında boş bıraılan parantezlere, cümlelerde verilen bilgiler doğru ise D, yanlış ise Y yazınız.. ( ) rati Otto çevriminde çevrim içten tersinirdir.. ( ) rati Otto çevriminde verim, sııştırma oranına bağlı değildir.. ( ) rati Otto çevriminin verimi her zaman teori çevrim veriminden üçütür. 4. ( ) rati Otto çevriminde sisteme ısı sabit hacimde verilir. 5. ( ) rati Otto çevriminde çalışma maddesinin özgül ısısı sabit abul edilmetedir. 6. ( ) rati Otto çevriminde sııştırma ve genleşme politropi olara gerçeleşmetedir. 7. ( ) rati Otto çevriminde, hesaplamalar yapılıren politropi üsler ullanılır. 8. ( ) rati Otto çevriminde, dış ortamla madde alışverişi yapılır. Aşağıdai problemleri çözere sonuçlarını cevap anahtarı ile arşılaştırınız. 9. rati Otto çevrimine göre çalışan bir motorun; sııştırma oranı 0/, emme başlangıcında arışımın mutla sıcalığı 85 K, basıncı 98 pa, sııştırmanın politropi üssü,5, çevrimin masimum basıncı 540 a, politropi genleşmenin üssü,7, egzoz gazlarının mutla sıcalığı 760 K, ve basıncı 98 a, artı gazların ütle oranı 0,05 ve sabit hacimde özgül ısısı 0,886 J/gK ve çevrimin politropi üssü, ise Sııştırma başlangıcında arışımın basınç ve sıcalığını, olitropi sııştırma sonu basınç ve sıcalığını, Çevrimin masimum sıcalığını, olitropi genleşme sonu basınç ve sıcalığını bulunuz. 0. rati Otto çevrimine göre çalışan bir motorun sııştırma oranı 9/, emme başlangıcında arışımın mutla sıcalığı 05 K, basıncı 00 pa, sııştırmanın politropi üssü,4,çevrimin masimum basıncı 4654 a, politropi genleşmenin üssü,6, egzoz gazları mutla sıcalığı 665 K, ve basıncı 00 a, artı gazların ütle oranı 0,05 ve sabit hacimde özgül ısısı 0,880 J/gK ve çevrimin politropi üssü,9 ise Sııştırma başlangıcında arışımın basınç ve sıcalığını, olitropi sııştırma sonu basınç ve sıcalığını, Çevrimin masimum sıcalığını, olitropi genleşme sonu basınç ve sıcalığını bulunuz. 8

DEĞERLENDİRME Cevaplarınızı cevap anahtarıyla arşılaştırınız. Yanlış cevap verdiğiniz ya da cevap veriren tereddüt ettiğiniz sorularla ilgili onuları faaliyete geri dönere terarlayınız. Cevaplarınızın tümü doğru ise bir sonrai öğrenme faaliyetine geçiniz. 9

ÖĞRENME FAALİYEİ AMAÇ ÖĞRENME FAALİYEİ- eori dizel çevrimi ile ilgili hesaplamaları yapabilecesiniz. ARAŞIRMA Dört ve ii zamanlı dizel motorlarda zamanların meydana gelişini araştırınız. Isı, sıcalı, iş, güç, basınç, hacim, tor avramlarını ve birimlerini araştırınız. Bilimsel hesap mainesi ile üslü sayılarda işlemlerin nasıl yapıldığını araştırınız. Dizel motorların daha yaygın olara neden ağır yü ve iş mainelerinde ullanıldığını araştırınız. Hava standart çevrimlerde yapılan abulleri araştırınız.. EORİK DİZEL ÇERİMİ eori dizel çevriminde sisteme ısı, emme zamanında silindire alınan havaya sııştırma zamanı sonunda piston ÜÖN de ien enjetör tarafından yaıt püsürtülere verilir. Yanmanın sabit basınçta gerçeleştiği abul edilir. Öğrenme Faaliyeti de belirtildiği gibi hava standart çevrimler için yapılan abuller teori, dizel çevrimi içinde geçerlidir. Öğrenme Faaliyeti den bu abulleri bir ez daha gözden geçirmenizde fayda var. Bu abulleri gözden geçirditen sonra teori dizel çevrimini Şeil. dei - ve - S diyagramlarından faydalanara basitçe şöyle anlatabiliriz: Çalışma maddesi (ideal gaz, gerçete hava) notasından notasına adar izantropi olara sııştırılır. Sııştırma sonunda çalışma maddesinin basıncı ve sıcalığı artar. notasından notasına adar çalışma maddesine sabit basınçta dışarıdan ısı verilir ve sıcalı terar artar. - notaları arsında sabit basınçta genleşme meydana geldiğinden piston aşağı doğru itilir. notasında sıcalı masimum değerine ulaşır. notasından 4 notasına adar basıncın etisi ile silindirdei piston aşağıya doğru itilir bu genleşme izantropi bir genleşmedir. 4 notasından notasına adar sabit hacimde çalışma maddesinden dışarıya ısı atılır ve notasında sistem en baştai oşullarına döner ve çevrim tamamlanır. 0

.. İzantropi Sııştırma Şeil.: eori dizel çevrimi - ve -S diyagramları eori Otto çevriminde, notasındai çalışma maddesi notasına adar izantropi olara sııştırılır. notasında arışımın sıcalığı ve basıncı dir. notasında sıcalı ye basınç ise ye çıacatır (Şeil.). İzantropi hâl değişiminin gerçeleşebilmesi için negatif bir iş yapılmatadır. İzantropi hâl değişimlerinde ısı transferi olmadığını belirtmişti. İdeal gaz denleminden gereli sadeleştirmeler ve hesaplamalar yapılara aşağıdai bağıntılar yazılabilir: (.) buradan, (.) elde edilir. Burada silindir hacmini, yanma odası hacmini ifade etmetedir. Sııştırma oranı: (.) olduğundan,. numaralı denlemde / yerine ε yazılırsa yeni denlemimiz; (.4) elde edilir. sıcalığı için;

(.5) buradan, (.6) olur..6 numaralı denlemde / yerine ε yazılırsa yeni denlemimiz; (.7) bulunur. Ayrıca ve notaları arasında ve ilişisini / / (.8) denlemi ile ifade ederiz... Sabit Basınçta Yanma eori dizel çevriminde notasındai çalışma maddesine, sabit basınçta ısı verilme suretiyle çalışma maddesi notasına adar ısıtılara hacmi, sıcalığı değerlerine yüseltilir (Şeil.). Sabit basınçta ısı verilmesi sonucu oluşan hacim ve sıcalığı değerlerine ideal gaz denleminden istifade edere ulaşabiliriz. ısı verme işlemi (iston ÜÖN de ien başlıyor hacmine adar devam ediyor.) sabit basınçta olduğundan = tür gereli sadeleştirme yapılırsa ve (.9) burada elde edilen denlem aynı zamanda sabit basınçta hacim artış oranını (r ) vermetedir. r (.0) r (.) r (.)

.. İzantropi Genleşme eori dizel çevriminde notasındai çalışma maddesi 4 notasına adar izantropi olara genleştirilir. notasında arışımın sıcalığı ve basıncı tür, 4 notasında sıcalı 4 e basınç ise 4 e düşecetir (Şeil.). -4 notaları arasında piston üzerindei basınç etisi ile AÖN ye doğru itilmeye devam edilece ve hâl değişimi boyunca pozitif bir iş elde edilecetir. İzantropi hâl değişimlerinde ısı transferi olmadığını belirtmişti. İdeal gaz denleminden gereli sadeleştirmeler ve hesaplamalar yapılara aşağıdai bağıntılara ulaşılır: 4 4 (.) buradan 4 (.4) 4 4 4 (.5) buradan 4 4 4 (.6) 4 ayrıca -4 notaları arasında ve arasındai ilişiyi / / 4 4 denlemi ile ifadelendirebiliriz. (.7).4. Sabit Hacimde Soğutma eori dizel çevriminde izantropi genleşmeden sonra çalışma maddesinin sıcalı ve basıncı, başlangıç notasındai sıcalı ve basınç değerlerinden yüsetir. Çevrimin tersinir olabilmesi için çalışma maddesinin çevrim sonunda başlangıçtai özellilerine sahip olması geretiğinden sabit hacimde sistemden dışarıya ısı atılara çalışma maddesi soğutulur ve başlangıçtai şartlara geri dönüş sağlanmış olur. Burada hacim sabit olacağından genleşme sonu sıcalı ve basıncı ile başlangıç sıcalı ve basıncı arasında ideal gaz denlemi ullanılara aşağıdai bağıntılar urulur: 4 4 4 olduğundan = 4 tür gereli sadeleştirme yapılırsa dış ortama ısı atma işlemi (piston AÖN de ien) sabit hacimde

4 4 4 ve 4 denlemi elde edilir. (.8).5. eori Dizel Çevrimi ermi erimi Öğrenme Faaliyeti de bir mainenin verimi hesaplanıren maineye verilen toplam enerji ve bu enerji arşılığında maineden alınan net işin diate alındığı, maineden alınan net işin maineye verilen enerjiye oranının, mainenin verimini ortaya oyduğu belirtilmişti. eori dizel çevriminde sisteme sabit basınçta ısı verilmete (Şeil. de - notaları arasında) ve sistemden dışarıya ısı sabit hacimde atılmatadır (Şeil. de 4- notaları arasında). O hâlde, teori dizel çevrim verimini bulabilmemiz için sisteme verilen ısıyı ve sistemden atılan ısıyı bulmamız geremetedir. Q Q in OU mc (.9) v 4 mc (.0) Net işinde sisteme sürülen ısıdan sistemden atılan ısının farı olduğunu biliyoruz. W net Q Q (.) in out Şimdi sisteme verilen ısıyı ve sistemden elde edilen net işi bildiğimize göre sistemimizin ısıl verimini aşağıdai gibi hesaplayabiliriz: W Q net in out out (.) in Q Q Q in erim denlemini sisteme verilen ve sistemden atılan ısıların değerlerini yerine yazara sadeleştirirse Q Q out in m c m c r 4 4 Q Q in 4 r r r 4 / / (.) denlemi elde edilir. Burada maddenin ağırlığı m sabit olduğundan sadeleşir, sabit hacimde özgül ısının sabit basınçta özgül ısıya oranı / dır, Ayrıca esrin payı, paydası parantezine alınmıştır. / ifadesi yerine.7 numaralı denlem yazılmıştır. 4 / ve / ifadeleri entropi değişimi eşitliğinden, yararlanılara (s 4 -s =s -s çevrim notasından

başlayıp terar notasına dönüyor. - ve -4 notaları arasında izantropi yani sabit entropide hâl değişimi meydana geldiğinden 4- ve - notalarındai entropi değişimleri eşit olma durumundadır.) sadeleştirilmiş ve verim sııştırma oranı ile sabit basınçta genleşme oranı cinsinden indirgenere yazılmıştır..6. eori Dizel Çevrimi Ortalama Efetif Basınç ve Güç eori dizel çevriminin ortalama efetif basıncı, pistonun urs boyunca üzerine eti eden ortalama basıncı ifade etmetedir. e ile ifade edilir, elde edilen net işin urs hacmine bölünmesiyle bulunur. W net e (.4) H Burada, e ortalama efetif basıncı a, W net yapılan net işi J, H urs hacmini m olara göstermetedir. N E Wnet n z (.5) 60 i Bu denlemde N gücü W olara n motorun daiadai devir sayısını devir/daia olara vermetedir. 60 sabit sayısı daianın saniyeye çevrilmesi için ullanılmıştır, i sayısı ise dört zamanlı motorlarda (ran milinin ii turunda bir çevrim tamamlandığı için), ii zamanlı motorlarda (ran milinin her turunda bir çevrim tamamlandığı için) olara alınır. Şeil.: Dizel motoru 5

UYGULAMA FAALİYEİ UYGULAMA FAALİYEİ eori dizel çevrimi ile ilgili hesaplamaları yapınız. avsiyeler: Örne problemler çözülüren öncelile verilenler, birimleri ile birlite yazılmalı ve birimlerde gereli çevirmeler yapılmalı, daha sonra istenenler yazılara istenenlerin işlem sırası yani çözüm sıraları incelenmeli ve en uygun çözüm sırası seçilditen sonra çözüme geçilmelidir. Bulunan her sonucun birimi mutlaa belirtilmelidir. Bu sizin problemleri, avramları daha iyi ve alıcı bir şeilde öğrenmenizi sağlayacatır. Uygulama : eori dizel çevrimine göre çalışan bir motorun sııştırma oranı / ve motorda sııştırma başlangıcında aışanın (ideal gaz) sıcalığı 5.6 0 C, basıncı bardır. İzantropi sııştırma sonunda aışanın sıcalı ve basıncını bulunuz. erilenler: ε = t =5.6 C ise = 7+5.6=88.6 K = bar ise =00000 pa ve =00 a olur. İstenler: =? ve =? Burada,.4 numaralı denlemden, ise.7 numaralı denlemden hesaplanabilir..4 88.6.4 00 7575.5 a 9.7 K olara bulunur. Uygulama : eori dizel çevrimine göre çalışan bir motorun sııştırma oranı 8/ ve motorda sııştırma başlangıcında aışanın (ideal gaz) mutla sıcalığı 0 K, basıncı 90 a dır. İzantropi sııştırma sonunda aışanın sıcalı ve basıncını bulunuz. erilenler: ε =8 =0 K =95 a İstenler. =? ve =? Burada,.4 numaralı denlemden, ise.7 numaralı denlemden hesaplanabilir..4 00 8 579.80 a.4 0 8 6 985.08 K

Uygulama : eori dizel çevrimine göre çalışan bir motorun izantropi sııştırma sonrası basıncı 500 a ve sıcalığı 900 K dir. Bu motorun sabit basınçta genleşme oranı.7 ve yanma odası hacmi.40-4 m ise sabit basınçta ısı verme sonrasında oluşaca hacim ve sıcalı değerlerini bulunuz. erilenler: =500 a =900 K C = =.40-4 m r =.7 İstenenler: =? ve =?. Bu değerleri. ve. numaralı denlemleri ullanara bulabiliriz. 4 4 r.7.4 0.08 0 m olur. r.7 900 50 K değerleri bulunur. Uygulama 4: eori dizel çevrimine göre çalışan bir motorun izantropi sııştırma sonrası basıncı 4950 a ve mutla sıcalığı 00 K ve yanma odası hacmi.050-4 m ve çevrimin masimum sıcalığı 45 K olduğuna göre sabit basınçta genleşme sonu hacmini ve sabit basınçta genleşme oranını bulunuz. erilenler: =4950 a C = =.050-4 m =00 K =45 K bu örnete çevrimin masimum sıcalığının - diyagramının notasındai sıcalı değerleri olduğu bilinmelidir (Şeil.). İstenenler: =? r =? Bu değerleri. ve. numaralı denlemleri ullanara bulabiliriz. r r / r 45 /00 r.48 olara bulunur. 4 4 r.48.05 0.509 0 m Uygulama 5: eori dizel çevrimine göre çalışan bir motorun izantropi genleşme başlangıcında çalışma maddesi mutla sıcalığı 650 K ve basıncı 4664.7 a dır. Bu motorun / 4 oranı /8 olduğuna göre genleşme sonu basınç ve sıcalılarını bulunuz. 7

erilenler: =4664.7 a =650 K / 4 =/8 İstenenler: 4 =? ve 4 =? Genleşme sonu basıncını.4 numaralı denlemden, sıcalığını da.6 numaralı denlemden bulabiliriz. 4664.7 4 4 4 5,78 a,.4 8 8 650 4 4 4 78,0 K olara bulunur..4 8 8 Uygulama 6: eori dizel çevrimine göre çalışan bir motorun sııştırma oranı 8/ ve püsürtme oranı (Sabit basınçta genleşme oranı veya esme oranı da deniyor.),6 olduğuna göre bu motorun verimini bulunuz. ( =.4) erilenler: ε =8 =.4 r =.6 İstenenler: η =? verimi, verilenleri diate alara. numaralı denlemden bulabiliriz..4 r.6 65. r 8.4.6 verim değerlerinin sonuna birim olara % işareti genellile onulmaz. Çıan sonuç bir orandır. Faat çıan sonuç % olara ounur yani verim % 65. dir. Uygulama 7: eori dizel çevrimine göre çalışan 4 zamanlı, 4 silindirli bir motorun net işi 0,985 J dür. Bu motorun silindir hacmi 0,970-4 m olduğuna göre ortalama efetif basıncını ve 000 d/d da ürettiği gücü bulunuz. erilenler: W net =0.685 J H =0.970-4 m z =4 i= n=000 d/d İstenenler: N E =? 8

Bu verilenlerle ortalama efetif basıncı denlem.4 ten, gücü.5 ten hesaplayabiliriz. 9

Wnet 0.685 e e e 64.4 4 H 0.97 0 a olara Wnet n z 0.685 000 4 NE NE NE 68.5 W olara bulunur. 60 i 60 Uygulama 8: eori dizel çevrimine göre çalışan bir motorda masimum basınç 4.4 bar, masimum sıcalı 09 0 C, sııştırma zamanı başlangıcında aışanın sıcalığı. 0 C ve basıncı.0 bardır. Bu motorun verimini bulunuz. Kriti notalarda basınç, sıcalı ve hacimlerini, c v =0.78 J/gK c p =.005 J/gK ve =.4 erilenler: t =. C =.+7=94. K =.0 bar= 000 pa= 0. a = =4.4 bar=440 a t =09 C = 09+7=66 K İstenenler: η=? roblem incelendiğinde verimin bulunabilmesi için öncelile sııştırma ve sabit basınçta genleşme oranlarının bulunması geretiği görülmetedir. Sııştırma oranı.4 numaralı denlemden bulunabilir. Sabit basınçta genleşme oranlarının bulunabilmesi için. numaralı denlemi ullanabiliriz. r * bu denlemde de r ve değerleri bilinmiyor. Çözümü için değerinin bulunması gerelidir. değerini de.5 numaralı denlemden bulabiliriz.. 4 440 0. 40.868 4.5.4 94. 4.5 66 r r r.6 848.97 r 40 848.97 0 K değerleri bulunur..4.6 4.5.4.6 r 0 K 6. Uygulama 9: eori dizel çevrimine göre çalışan bir motorda, sııştırma başlangıcında çalışma maddesinin sıcalığı 7 0 C, basıncı 00 a, urs hacmi 90 cm, sııştırma oranı 6/ dir. Sııştırma sonu mutla sıcalığı 909 K, basıncı 4850 a ve sabit basınçta genleşme oranı dir. İzantropi genleşme sonu mutla sıcalığı 79.7 K, basıncı 64 a dır. Bu motorun

sabit basınçta genleşme sonu hacmini ve verimini hesaplayara riti nota değerlerini diate alara - ve -S diyagramlarını çiziniz. (=.4) erilenler: ε =6 =.4 r = t =7 C =7+7=00 K =909 K =88 K 4 =79.7 K = 00 a = =4850 a = 64 a = H = 90 cm =9,00-4 m İstenenler: =? =? η=? erilenler incelendiğinde, sabit basınçta genleşme sonu hacmini bulabilme ( ) için öncelile yanma odası hacminin ( ) bulunması geretiği, daha sonra. numaralı denlem ullanılara değerinin hesaplanabileceği görülüyor. Çevrimin verimi için gereli olan sııştırma ve sabit basınçta genleşme oranları verilmiş, hacmi bulundutan sonra diyagramların çizimi için gereli riti notaların değerleri tamamlanmış olur ve diyagram değerler ışığında çizilir. 4 9.0 0 4 0.567 0 6 4 4 r 0.567 0.7 0 r r 6.4.4 6.4 Şeil.: eori dizel çevrimi - ve -S diyagramları Diyagram çiziliren ölçelere diat edilmelidir. 4

ÖLÇME E DEĞERLENDİRME ÖLÇME E DEĞERLENDİRME Aşağıdai cümlelerin başında boş bıraılan parantezlere, cümlelerde verilen bilgiler doğru ise D, yanlış ise Y yazınız.. ( ) eori dizel çevrimi sistemine ısı sabit sıcalıta verilir.. ( ) eori dizel çevriminde verim, sııştırma oranı arttıça artar.. ( ) eori dizel çevriminin verimi sabit hacimde genleşme oranı ile ters orantılıdır. 4. ( ) eori dizel çevriminde sistemden ısı sabit hacimde atılır. 5. ( ) eori dizel çevriminde adyabati (izantropi) hâl değişimi yotur. 6. ( ) eori dizel çevriminde sııştırma ve enleşme politropi olara gerçeleşmetedir. 7. ( ) eori dizel çevriminde, hesaplamalar yapılıren ısı ayıpları yo sayılır. 8. ( ) eori dizel çevriminde, dış ortamla madde alışverişi yotur. 9. ( ) eori dizel çevriminde, basınç artma oranı sisteme verilen ısı ile doğru orantılıdır. 0. ( ) eori dizel çevriminde, sııştırma oranı teori Otto çevriminden daha yüsetir. Bundan dolayı teori dizel çevrimin verimi teori Otto çevriminden daha yüsetir.. ( ) eori dizel ve teori Otto çevrimlerinde sııştırma oranı eşit olursa teori dizel çevriminin verimi daha yüse olur. Aşağıdai problemleri çözere sonuçlarını cevap anahtarı ile arşılaştırınız.. eori dizel çevrime göre çalışan 6 silindirli, 4 zamanlı, 400 d/d masimum hızlı bir dizel motorunun silindir hacmi 90 cm ve sııştırma oranı 6/ dır. Sııştırma başlangıcında sıcalı 7 C, basınç atmosferdir ve sabit basınçta sisteme ısı verilmesi urs hacminin % 6.66 sına adar sürmetedir. Kurs ve yanma odası hacimlerini ve sabit basınçta genleşme oranını, Kriti notalarda çevrimin sıcalı, basınç, hacim değerlerini, erimini, Ortalama efetif basıncını ve gücünü bulunuz. c v =0.78 J/gK c p =.005 J/gK R=0.87 J/gK ve =.4 4

. eori dizel çevrime göre çalışan bir motorun sııştırma oranı 4/, püsürtme oranı,8 (sabit basınçta genleşme oranı), silindir çapı 80 mm, ursu 90 mm, sııştırma başlangıcı sıcalığı 5 C, basıncı bar olduğuna göre; Kriti notalardai basınç, sıcalı ve hacim değerlerini, Çevrimin verimini, Net işi ve ortalama efetif basıncı hesaplayınız. DEĞERLENDİRME Cevaplarınızı cevap anahtarıyla arşılaştırınız. Yanlış cevap verdiğiniz ya da cevap veriren tereddüt ettiğiniz sorularla ilgili onuları faaliyete geri dönere terarlayınız. Cevaplarınızın tümü doğru ise bir sonrai öğrenme faaliyetine geçiniz. 4

ÖĞRENME FAALİYEİ 4 AMAÇ ÖĞRENME FAALİYEİ-4 rati dizel çevrimi ile ilgili hesaplamaları yapabilecesiniz. ARAŞIRMA Günümüzde tam olara prati dizel çevrime göre çalışan motor var mı? Araştırınız. Dizel motorlarda meydana gelen zamanları araştırınız. üsürtme avansı ne demetir? Araştırınız. Hava standart gerçe çevrimlerde yapılan abulleri araştırınız. Hacimsel verimini araştırınız. 4. RAİK DİZEL ÇERİMİ 4.. eori Dizel Çevrimiyle Arasındai Farlar rati ve teori dizel çevrimleri arasındai farları inceleren - diyagramlarını arşılaştırma, farlılıların anlaşılmasında ço yardımcı olacatır. Şeil 4. de prati dizel çevrimleri - diyagramı gösterilmetedir. rati dizel çevrimi, teori dizel çevrimi gibi apalı ve tersinir bir çevrim değildir. Dış ortamdan madde alışverişi olan, açı bir çevrimdir. Çevrimin temel mantığı teori çevrimle aynıdır. eori ve prati dizel çevrimi arasındai temel farlılıları, prati çevrimdei zamanların oluşumuna göre inceleyebiliriz. 4... Emme Zamanı Bilindiği gibi teori dizel çevrimi apalı bir çevrimdir. Dolayısıyla sistemde madde alışverişi olamadığından emme işlemi de yotur. Emme işleminin olamaması emme ayıpları ve hacimsel verim gibi etenleri ortadan aldırır. 44

Şeil 4.: rati dizel çevrimi - diyagramları rati dizel çevriminde ise sııştırma öncesinde sisteme dış ortamdan hava alınması geremetedir. Havanın silindirlere alınması pompalama ayıplarından, motor hızından, emme supaplarının açı alma süresi ve açılı mitarından, emme supabının apanma zamanından, silindirde alan egzoz gazlarının mitarından etilenmete ve hiçbir zaman silindir tam olara taze hava ile doldurulamamatadır. Bu durum prati dizel çevriminin verimini olumsuz etiler. 4... Sııştırma Zamanı eori dizel çevriminde, sııştırma izantropitir. Sııştırma işlemi sırasında sistemden madde aybı olmaz çünü çevrim apalıdır. Sııştırma AÖN den başlayıp ÜÖN ye adar devam eder. rati dizel çevriminde sııştırma işlemi sırasında ısı ayıpları mevcuttur. Sııştırma sonunda ısı ayıpları, basınç ve sıcalığın teori çevrime göre daha düşü almasına sebep olur. 4... üsürtme (İş) Zamanı eori çevrimde, sabit basınçta sisteme ısı verilir ve piston AÖN ye doğru yönelir. Sabit basınçtan sonra genleşme işlemi izantropi olara gerçeleşir. Isı aybı olmasızın ve piston AÖN ye ulaşıncaya adar devam eden genleşme, yapılan net işin artmasını sağlar. 45

rati çevrimde, sııştırma sonu basınç ve sıcalığı yüselen havaya enjetörle yaıt püsürtülür ve sağlanan yanma sonucu sisteme ısı verilmiş olur. Yanma işlemi belirli bir zamanda tamamlanır. Sisteme verilen ısı basıncını artırır. Hâlbui, teori çevrimde ısının sabit basınçta verildiği abul edilmişti. Yaıt hava arışımı, tutuştutan sonra tam olara yanamaz çünü arışım, her notasında homojen değildir; bazı notalarda yanma için gereli olan osijen esi, bazı notalarda ise yaıt mitarı esi olabilir. Yanma işleminin imyasal denlemi hiçbir zaman tam olara gerçeleşmez. Yüse sıcalılarda arbonmonosit ve arbondiosit arasında bir döngü söz onusudur. Sisteme ısı verilditen sonra, piston AÖN ye hareet ederen de ısı ayıpları meydana geleceğinden net iş düşer. Genleşme işlemi tam olara AÖN ye adar devam etmez. iston AÖN ye yalaşıren egzoz supabı açılır ve yanmış gazların dışarıya atılma işlemi başlar bu durum da net işin azalmasına neden olur. 4..4. Egzoz Zamanı eori dizel çevriminde sistemden ısı atılara başlangıç notasına dönülmesi işlemi, sabit hacimde ve ani olara yapılır. Sistemden ısı atılması sonunda çalışma maddesi tam olara başlangıç notasındai özellilerine dönmüştür. Böylece yeni bir çevrime hazır hâle gelinir. rati dizel çevriminde egzoz gazlarının sistemden atılmasına AÖN den önce başlanır ve piston ÜÖN yi geçene adar devam eder. Dışarı atılan egzoz gazları sisteme alınan havanın özellilerinden uzatır. Basınçları, ve sıcalıları daha yüsetir; imyasal ve fizisel olara da başlangıç özellilerinden ço farlıdır. Bu durumda prati dizel çevrimi açı ve içten tersinmez bir çevrim olmuş oluyor. Zamanlarına göre teori ve prati dizel çevrimlerinin temel farlarını inceledi. rati dizel çevriminde sııştırma ve genleşme işlemleri politropi olara yapılmatadır. rati dizel çevriminde riti notalardai değerleri ve çevrim verimini nasıl bulacağımızı görelim. 4.. olitropi Sııştırma rati dizel çevriminde silindire alınan hava, silindirin ve artı egzoz gazlarının sıcalılarından dolayı ısınır ve sıcalığı artar. Sııştırma başlangıcında arışım sıcalığı aşağıdai denlem ullanılara hesaplanmatadır. / in ( f )in fex (4.) ex Denleme diat edilirse emme ve egzoz basınçları eşit olduğunda öşeli parantezin içi e eşit olur ve çarpmada etisiz olduğundan denlemin iinci terimi f ex şelinde sadeleşir. 46

Bu denlemde; : Sııştırma başlangıcında arışım sıcalığını, f: Silindirde alan ard gazların ütle oranını yalaşı olara (f=0,05), in : Havanın motora giriş sıcalığını, in : Havanın motora giriş basıncını, ex : Egzoz gazları sıcalığını, ex : Egzoz gazları basıncını, : Adyabati üssü ifade etmetedir. Genel olara sııştırma başlangıcı basıncı, emme basıncına ço yaındır. Dolayısıyla sııştırma başlangıcı basıncı; in olara alınır. Sııştırma sonu basıncı : n (4.) (4.) elde edilir. Sııştırma sonu sıcalığı : n (4.4) burada, ε : Sııştırma oranını, n : Sııştırmanın politropi üssünü ifade etmetedir. Hatırlanacağı gibi prati çevrimde sııştırma izantropi değildi. Yapılan deneyler ve hesaplamalar sonucunda dizel çevrimler için n in,,6 ile,40 değerleri arsında değiştiği görülmüştür. 4.. olitropi Genleşme rati dizel çevriminde iş zamanı, sııştırılan havaya püsürtülen yaıtın yanması ve genleşme evrelerinden oluşur. Yanma sonu sıcalı ve hacim değerlerine ulaşabilmemiz için arışımın alt ısıl değerini, silindire püsürtülen yaıt mitarını veya sabit basınçta genleşme oranını bilmemiz gerelidir. Yanma sonu sıcalı : ( f )q f (4.5) c Burada, 47

q f : Karışımın alt ısıl değeridir (J/g), birim ütle için hesaplamalar yapılıren ullanılır. Gerçe çevrimlerde, arışımın yanması sonucu ortaya çıaca ısı ullanılır. Yanma sonu çevrime verilen gerçe ısı, çevrimde yaılan yaıtın ütlesi ile yaıtın alt ısıl değerine bağlıdır. r olduğunu biliyordu buradan : r (4.6) r (4.7) olara bulunur. Genleşme sonundai basınç ve sıcalı değerleri olan 4 ve 4 değerlerini; n 4 (4.8) 4 n denlemlerini ullanara hesaplayabiliriz. 4 (4.9) 4 Burada, n : Genleşmenin politropi üssüdür. Dizel motorlarda, ile,5 arasındadır. rati dizel çevrimi tersinir olmadığı için egzoz gazlarının gerçe basınç ve sıcalı değerleri, emme arışımı değerlerinden yüsetir. Egzoz gazı sıcalığı çevrim verimi için önemlidir. 4.4. rati Dizel Çevrimi erimi rati dizel çevriminin riti notalarındai basınç, sıcalı değerleri bulundutan sonra çevrimin verimi için; W Q Q net in out out g g g denleminden gereli Qin Qin Qin sadeleştirmeler yapılara: n r g (4.0) n n r 48 Q

denlemine ulaşılır. Burada, η g : rati çevrim verimini, n: Çevrimin politropi üssünü belirtmetedir. Hesaplamalar yapıldıtan sonra çevrimin diyagramını çizeren öncelile ve esenlerini çizmeliyiz. Bu esenler üzerinde ölçeğine yaın olara ve değerlerini yerleştirditen sonra ve notaları arasını politropi sııştırmaya uygun bir eğri ile - arasında basınç değiştiğinden bu değişime diat edere yalaşı basınç esenine di, hacim ve basınçtai artış gösterilere -4 arasını politropi genleşmeye uygun bir eğri ile ve son olara 4- notaları arasını hacim değişiliğini diate alara çizmeliyiz. Emme ve egzoz eğrileri çiziliren emme basıncının atmosfer basıncına ço yaın faat atmosfer basıncından daha düşü olduğunu, egzoz basıncının da atmosfer basıncına ço yaın faat daha yüse olduğunu diate alara çizmeliyiz. Otto çevriminde emme ve egzoz ayıpları, dizel çevriminden daha fazladır. Şeil 4.: Otto ve dizel çevrimleri - diyagramları emme ve pompalama ayıp alanları 49

UYGULAMA FAALİYEİ UYGULAMA FAALİYEİ rati dizel çevrimi ile ilgili hesaplamaları yapınız. avsiyeler: Örne problemler çözülüren öncelile verilenler, birimleri ile birlite yazılmalı ve birimlerde gereli çevrimler yapılmalı, daha sonra istenenler yazılara istenenlerin işlem sırası, yani çözüm sıraları incelenmeli ve en uygun çözüm sırası seçilditen sonra çözüme geçilmelidir. Bulunan her sonucun birimi mutlaa belirtilmelidir. Bu sizin problemleri, avramları daha iyi ve alıcı bir şeilde öğrenmenizi sağlayacatır. Uygulama : rati dizel çevrimine göre çalışan bir motorda emme başlangıcında havanın mutla sıcalığı 00 K, basıncı 98 a ve artı gazların ütle oranı 0,05 ve egzoz gazlarının mutla sıcalığı 705 K ise bu motorun sııştırma başlangıç sıcalığını bulunuz. Not: Emme başlangıcı basıncı, sııştırma başlangıcı basıncı ve egzoz basıncı yalaşı olara eşittir. erilenler: in =00 K ex =705 K in = = ex = 98 a f=0,05 İstenenler: =? in = = ex olduğu için 4. numaralı denlem aşağıdai gibi sadeleşir: ( f )in fex verilenler yerine onursa, ( 0,05)00 0,05705 0,5 K bulunur. Uygulama : rati dizel çevrimine göre çalışan bir motorda egzoz basıncı 98 a, artı gazların ütle oranı 0,05 ve sııştırma başlangıç mutla sıcalığı 9 K ve sııştırma oranı / ise bu motorun politropi sııştırma sonu basınç ve sıcalılarını bulunuz. Not: Emme başlangıcı basıncı, sııştırma başlangıcı basıncı ve egzoz basıncı yalaşı olara eşittir. Sııştırmanın politropi üssü,9 dur. erilenler: n =,9 =9 K in = = ex = 98 a f=0,05 İstenenler: =? ve =? 50

ε= rati dizel çevriminde sııştırma politropi olduğundan n ullanılacatır. 4. ve 4.4 numaralı denlemlerden; n,9 98 6747,0 a n,9 9 078,60 Uygulama : rati dizel çevrimine göre çalışan bir motorda sııştırma sonu basıncı 6547 a, mutla sıcalığı 095 K ve hacimsel genleşme oranı,8 dir. Bu motorun yanma odası hacmi 0,60-4 m ise sabit basınçta genleşme sonu hacim ve sıcalılarını bulunuz. K erilenler: =095 K = 6547 a r p =,8 =0,60-4 m İstenenler: =? ve =? Çevrimin masimum basınç ve sıcalılarını denlem 4.6 ve 4.7 den bulabiliriz. 4 4 r,8 0,5 0 0,45 0 m r,8 095 97 0 K olara bulunur. Uygulama 4: rati dizel çevrimine göre çalışan bir motorda masimum basınç 675 a, mutla sıcalı 04 K ve sııştırma oranı olduğuna göre bu motorun yanma sonu basınç ve sıcalılarını bulunuz. Genişlemenin politropi üssü n =,5 olara alınacatır. 4 / =9,5 erilenler: =04 K = 675 a n =,5 ε=0 4 / =9,5 İstenenler: 4 =? 4 =? rati dizel çevriminde yanma sonuna politropi bir genleşme sonrasında ulaşılmataydı. Dolayısıyla politropi genleşme işleminin üssü ullanılmalıdır. Yanma sonu basınç ve sıcalı değerlerine, 4.8 ve 4.9 numaralı denlemleri ullanara ulaşabiliriz. 04 4 4 n,5 4 ( / ) 9,5 4 79,5 K 5

675 4 404,8 n,5 a elde edilir. ( / ) 9,50 4 4 4 Uygulama 5: rati dizel çevrimine göre çalışan bir motorun hacimsel genleşme oranı,8, sııştırma oranı 0/ ve politropi üssü,7 ise verimini hesaplayınız. erilenler: n=,7 ε=0 r p =,8 İstenenler: η g =? rati çevrim veriminde politropi üs alınır. erim 4.0 numaralı denlemden bulunur. n,7 r,8 g g g 0,6 n,7 nr olur. 0,7(,8 ) Uygulama 6: rati dizel çevrimine göre çalışan bir motorun sııştırma oranı 7/, emme başlangıcında havanın mutla sıcalığı 00 K, basıncı 97 pa, sııştırmanın politropi üssü.4, politropi genleşmenin üssü.5, egzoz gazların mutla sıcalığı 765 K ve basıncı 97 a, artı gazların ütle oranı 0,05, sabit basınçta genleşme oranı, çevrimin politropi üssü, ve yanma odası hacmi 0,040-4 m³ ise; Sııştırma başlangıcında arışımın basınç ve sıcalığını, olitropi sııştırma sonu basınç ve sıcalığını, Çevrimin masimum sıcalığını, püsürtme sonu hacmini, olitropi genleşme sonu basınç ve sıcalığını, Çevrimin verimini hesaplayara - diyagramını çiziniz. erilenler: in =00 K ex =765 K in =97 a ex = 97 a C = =0,040-4 m ve 4 / =8 İstenenler: f=0,05 n =,4 n =,5 n=, ε=7 r p = a) Sııştırma başlangıcı sıcalığını 4. numaralı denlemden buluruz. in ex ( f ) f ( 0,05)00 0,05765 =,5 K ve in =97 a 5

b) rati dizel çevriminde sııştırma politropi olduğundan n ullanılacatır. 4. ve 4.4 numaralı denlemlerden; n,4 97 7 5,5 a n,4,5 7 00,96 K c) Çevrimin masimum sıcalığını denlem 4.6 ve 4.7 den bulabiliriz. 4 4 r 0,04 0 0,608 0 m r 00,96 007,9 K olara bulunur. 007,9 d) 4 4 n,5 4 8 8 9, 9 K 5,5 4 4 n,5 4 8 8 80,65 a elde edilir. e) n, r g g g 0,5 n, nr 7,( ) olara bulunur. Şimdi çevrimin - diyagramını çizelim. Şeil 4.: Hesaplanan prati dizel çevrimi - diyagramları 5

ÖLÇME E DEĞERLENDİRME ÖLÇME E DEĞERLENDİRME Aşağıdai cümlelerin başında boş bıraılan parantezlere, cümlelerde verilen bilgiler doğru ise D, yanlış ise Y yazınız.. ( ) rati dizel çevriminde çevrim içten tersinirdir.. ( ) rati dizel çevriminde verim, sııştırma oranına ve püsürtme oranına bağlıdır.. ( ) rati dizel çevriminin verimi her zaman teori çevrim veriminden büyütür. 4. ( ) rati dizel çevriminde sisteme ısı sabit hacimde verilir. 5. ( ) rati Otto çevriminde pompalama ayıpları prati dizel çevriminden daha fazladır 6. ( ) rati dizel çevriminde sııştırma ve genleşme adyabati olara gerçeleşmetedir 7. ( ) rati dizel çevriminde, püsürtme tam olara ÜÖN de başlar. 8. ( ) rati Otto ve dizel çevrimlerinin - diyagramları benzerdir. 9. ( ) rati dizel çevrimi genleşme zamanında ısı aybı yotur. Aşağıdai problemleri çözere sonuçlarını cevap anahtarı ile arşılaştırınız. 0. rati dizel çevrimine göre çalışan bir motorun sııştırma oranı 9/, emme başlangıcında arışımın mutla sıcalığı 85 K, basıncı 98 a, sııştırmanın politropi üssü,8, politropi genleşmenin üssü,7, egzoz gazlarının mutla sıcalığı 760 K, ve basıncı 98 a, artı gazların ütle oranı 0,05 ve püsürtme oranı, çevrimin politropi üssü, ise / 4 =0 Sııştırma başlangıcında arışımın basınç ve sıcalığını, olitropi sııştırma sonu basınç ve sıcalığını, Çevrimin masimum sıcalığını, olitropi genleşme sonu basınç ve sıcalığını bulunuz.. rati dizel çevrime göre çalışan bir motorun sııştırma oranı /, emme başlangıcında arışımın mutla sıcalığı 05 K, basıncı 00 a, sııştırmanın politropi üssü,4, politropi genleşmenin üssü,6, püsürtme oranı,95, egzoz gazlarının mutla sıcalığı 808 K, ve basıncı 00 a, artı gazların ütle oranı 0,05, politropi üssü,5 ise ve / 4 =0,8 Sııştırma başlangıcında arışımın basınç ve sıcalığını, olitropi sııştırma sonu basınç ve sıcalığını, Çevrimin masimum sıcalığını, olitropi genleşme sonu basınç ve sıcalığını bulunuz. 54

DEĞERLENDİRME Cevaplarınızı cevap anahtarıyla arşılaştırınız. Yanlış cevap verdiğiniz ya da cevap veriren tereddüt ettiğiniz sorularla ilgili onuları faaliyete geri dönere terarlayınız. Cevaplarınızın tümü doğru ise bir sonrai öğrenme faaliyetine geçiniz. 55

ÖĞRENME FAALİYEİ 5 AMAÇ ÖĞRENME FAALİYEİ-5 eori arma çevrim ile ilgili hesaplamaları yapabilecesiniz. ARAŞIRMA Dört ve ii zamanlı dizel ve Otto çevrimlerinin zamanlarındai farlılıları araştırınız. Günümüzde arma çevrime göre çalışan motorlar hangi motorlardır? Araştırınız. Bilimsel hesap mainesi ile üslü sayılarda işlemlerin nasıl yapıldığını araştırınız. Öncei öğrenme faaliyetlerinde açılanan Otto ve dizel çevrimin birlite ullanılmasını mümün olup olmadığını sebepleri ile araştırınız. Hava standart çevrimlerde yapılan abulleri araştırınız. 5. EORİK KARMA ÇERİM 5.. eori Karma Çevrimde - ve -S Diyagramları eori arma çevrimde sisteme ısı, önce sabit hacimde, sonra da sabit basınçta verilir. Yanmanın, sabit hacimde başladığı ve sabit basınçta devam ettiği abul edilir. Öğrenme Faaliyeti de belirtildiği gibi hava standart çevrimler için yapılan abuller teori arma çevrim için de geçerlidir. Bu abuller şunlardı: Çevrimde, apalı sistem ve sabit mitarda ideal gaz ullanıldığından emme ve egzoz işlemlerini içeren pompalama ayıpları diate alınmaz. Sııştırma ve genleşme işlemlerinde sistemle çevre arsında ısı alışverişi yotur. Yani sııştırma ve genleşme işlemleri izantropitir (adyabati). İdeal olara abul edilen havanın ısı apasitesi (özgül ısıları) sıcalıla değişmez, sabittir. Yanma işleminin yerini dış aynatan ısı geçişi, egzoz işleminin yerini dış aynağa ısı geçişi alır. Çevrimi oluşturan hâl değişimlerinin tümü içten tersinirdir. Yapılan abulleri bir ez daha belirtmete fayda olduğundan burada terar hatırlatılmıştır. Bu abulleri gözden geçirditen sonra teori arma çevrimi, Şeil 5. dei - ve - S diyagramlarından faydalanara basitçe şöyle anlatabiliriz: Çalışma maddesi olan hava notasından notasına adar izantropi olara sııştırılır. Sııştırma sonunda çalışma 56

maddesinin basıncı ve sıcalığı artar. notasından notasına adar çalışma maddesine sabit hacimde dışarıdan ısı verilir ve sıcalı ile basınç terar artar, - notaları arsında sabit hacimde basınç artışı meydana gelir. Karma çevrimde basınç artış oranı önemli parametrelerden biridir. -4 notaları arasında sisteme sabit basınçta ısı verilmeye devam edilir ve bunu sonucu olara sabit basınçta genleşme meydana gelir. Sabit basınçta meydana gelen bu genleşme de arma çevrimde önemli parametrelerden biridir. Basıncın etisi ile piston AÖN ye doğru itilir. 4 notasında sıcalı masimum değerine ulaşır. 4-5 notaları arasında izantropi genleşme meydana gelir ve piston basıncın etisi ile AÖN ye itilmeye devam edilir. 5 notasına ulaşıldığında sistemdei çalışma maddesinin basın ve sıcalığı başlangıç notasındainden daha yüse değerlerdedir. Çevrimin izantropi olabilmesi için 5 notasından notasına adar sabit hacimde çalışma maddesinden dışarıya ısı atılır ve notasında sistem en baştai oşullarına döner. Böylece çevrim içten tersinir olara tamamlanır. 5.. İzantropi Sııştırma Şeil 5.: eori arma çevrim - ve -S diyagramları eori arma çevriminde, Otto ve dizel çevrimlerdei gibi notasındai çalışma maddesi notasına adar izantropi olara sııştırılır. notasında arışımın sıcalığı ve basıncı dir, notasında sıcalı ye basınç ise ye çıacatır (Şeil 5.). İzantropi hâl değişiminin gerçeleşebilmesi için negatif bir iş yapılamatadır. İzantropi hâl değişimlerinde ısı transferi olmadığını belirtmişti. İdeal gaz denleminden arma çevrim için aşağıdai bağıntılar yazılabilir: (5.) buradan, (5.) elde edilir. Burada silindir hacmini, yanma odası hacmini ifade etmetedir. Sııştırma oranı: 57

olduğundan. numaralı denlemde / yerine ε yazılırsa yeni denlemimiz; (5.) olur. sıcalığı için; (5.4) buradan, (5.5) olur..5 numaralı denlemde / yerine ε yazılırsa yeni denlemimiz; (5.6) olur. Ayrıca ve notaları arasında ve ilişisini / / (5.7) denlemi ile ifade ederiz. Diat edilirse teori Otto, dizel ve arma çevrim için - notaları arasındai bağıntılar aynıdır. Bunun sebebi her üç teori çevrimde de - notaları arsında izantropi sııştırma işlemi yapılıyor olmasıdır. 5.. Sabit Hacimde Isı erilmesi eori arma çevriminde notasındai çalışma maddesine, sabit basınçta ısı verilme suretiyle çalışma maddesi notasına adar ısıtılara basıncı ve sıcalığı değerlerine yüseltilir (Şeil.). Burada da diat edece olursa arma çevrimin - notaları arasındai bağıntılar, teori Otto çevriminin - notaları arasındai bağıntılarıyla aynıdır. Çünü her ii çevrimde de sabit hacimde sisteme ısı verilmetedir. Sabit hacimde ısı verilmesi sonucu oluşan ve değerlerine ideal gaz denleminden istifade edere ulaşabiliriz. Buradai sabit hacimde basınç artma oranı önemli bir parametredir. olduğundan = tür gereli sadeleştirme yapılırsa ısı verme işlemi (piston ÜÖN de ien) sabit hacimde 58

ve (5.8) burada elde edilen denlem, aynı zamanda sabit hacimde basınç artış oranını (r v ) da vermetedir. r (5.9) r (5.0) r (5.) 5.4. Sabit Basınçta Isı erilmesi eori arma çevrimde notasındai çalışma maddesine, sabit basınçta ısı verilme suretiyle çalışma maddesi 4 notasına adar ısıtılara hacmi 4 ve sıcalığı 4 değerlerine ulaşmatadır (Şeil.). Karma çevrimin -4 notaları arası bağıntılar, teori dizel çevriminin - notalarındai bağıntılarla benzerdir. Çünü her ii çevrimde de sisteme sabit basınçta ısı verilmetedir. Sabit basınçta ısı verilmesi sonucu oluşan 4 hacmi ve 4 sıcalığı değerlerine ideal gaz denleminden istifade edere ulaşabiliriz. 4 4 4 ısı verme işlemi (iston ÜÖN da da ien başlıyor 4 hacmine adar devam ediyor.) sabit basınçta olduğundan 4 = tür gereli sadeleştirme yapılırsa 4 4 4 ve 4 (5.) burada elde edilen denlem aynı zamanda sabit basınçta hacim artış oranını (r ) da vermetedir. r (5.) 4 4 4 r 4 r (5.4) (5.5) burada elde edilen sıcalı değeri çevrimin en yüse sıcalı değeridir. 5.5. İzantropi Genleşme eori arma çevriminde 4 notasındai çalışma maddesi, 5 notasına adar izantropi olara genleştirilir. 4 notasında arışımın sıcalığı 4 ve hacmi 4, basınç 4 tür, 5 notasında sıcalı 5 e basınç ise 5 e düşece, hacim 5 e ulaşacatır (Şeil.). 4-5 notaları arasında piston, üzerindei basınç etisi ile AÖN ye doğru itilmeye devam edilece 59

ve hâl değişimi boyunca pozitif bir iş elde edilecetir. İzantropi hâl değişimlerinde ısı transferi olmadığını belirtmişti. İdeal gaz denleminden gereli sadeleştirmeler ve hesaplamalar yapılara aşağıdai bağıntılara ulaşılır: 5 5 4 4 (5.6) buradan, sıcalı ve hacim arasındai bağıntı: 5 5 4 4 (5.7) Ayrıca 4-5 notaları arasında ve arasındai ilişiyi, / / 4 5 5 4 60 (5.8) denlemi ile ifadelendirebiliriz. eori Otto çevriminde izantropi sııştırma başlangıcı ve izantropi genleşme sonu değerleri hesaplanıren sııştırma oranından faydalanılır. Faat dizel ve arma çevrimler de izantropi genleşme başladığında piston ÜÖN den aşağıda olduğu için sııştırma oranı ullanılmaz. 5.6. Sabit Hacimde Soğutma eori arma çevrimde, izantropi genleşmeden sonra çalışma maddesinin sıcalı ve basıncı, başlangıç notasındai sıcalı ve basınç değerlerinden yüsetir. Çevrimin tersinir olabilmesi için çalışma maddesinin çevrim sonunda başlangıçtai özellilerine sahip olması geretiğinden, sabit hacimde sistemden dışarıya ısı atılara çalışma maddesi soğutulur ve başlangıçtai şartlara geri dönüş sağlanmış olur. Burada hacim sabit olacağından, genleşme sonu sıcalı ve basıncı ile başlangıç sıcalı ve basıncı arasında ideal gaz denlemi ullanılara aşağıdai bağıntılar urulur: 5 5 5 olduğundan = 5 tir gereli sadeleştirme yapılırsa, 5 5 5 ve r r 5 dış ortama ısı atma işlemi (piston AÖN de ien) sabit hacimde (5.9) denlemi elde edilir. Bu denlemler de teori Otto ve dizel çevrimleri denlemleri ile benzerdir. Her üç çevrimde de sabit hacimde sistemden ısı atılmatadır ve bağıntılar benzerdir. 5.7. eori Karma Çevrim erimi Öğrenme Faaliyeti de bir mainenin verimi hesaplanıren maineye verilen toplam enerji ve bu enerji arşılığında maineden alınan net işin diate alındığı, maineden alınan

net işin, maineye verilen enerjiye oranının mainenin ısıl verimini ortaya oyduğunu belirtilmişti. eori arma çevrimde, sisteme sabit hacim ve sabit basınçta ısı verilmete (Şeil. de - ve 4-5 notaları arasında) ve sistemden dışarıya ısı sabit hacimde atılmatadır (Şeil. de 5- notaları arasında). O hâlde teori arma çevrim verimini bulabilmemiz için sisteme verilen ısıyı ve sistemden atılan ısıyı bulmamız geremetedir. Sabit hacimde ve sabit basınçta sisteme verilen ısılar Q =sabit hacimde, Q =sabit basınçta aşağıdai denlemlerle hesaplanır: Q m c (5.0) Q 4 mc (5.) Sistemden sabit hacimde atılan ısı (Q out) aşağıdai denlemle hesaplanır. Q out 5 mc (5.) net işinde sisteme sürülen ısıdan sistemden atılan ısının farı olduğunu biliyoruz, sisteme Q ve Q ısıları verilmete sistemden Q out ısısı atılmata olduğundan net iş W net Q in Q out W NE Q Q QOU (5.) olur. Şimdi sisteme verilen ısıyı ve sistemden elde edilen net işi bildiğimize göre sistemimizin ısıl verimini aşağıdai gibi hesaplayabiliriz. W Q net OU out (5.4) in Q Q Q Q Q Q Q Q erim denlemini sisteme verilen ve sistemden atılan ısıların değerlerini yerine yazara sadeleştirirse Qout Q Q mc mc 5 mc yuarıdai verim denleminde ütle sabit olduğundan denlem de sadeleşir, denlem c v parantezine alınır ve sıcalılarda gereli sadeleştirmeler yapılırsa verim sııştırma basıncı, sabit hacimde basınç artışı ve sabit basınçta genleşme atsayılarına bağlı olara aşağıdai denlemle hesaplanabilir. r r (4.5) r r r 4 6

5.8. eori Karma Çevrim Ortalama Efetif Basınç ve Gücü eori arma çevriminin ortalama efetif basıncı pistonun, urs boyunca üzerine eti eden ortalama basıncı ifade etmetedir. Bu da e ile ifade edilir ve elde edilen net işin urs hacmine bölünmesiyle bulunur. Otto ve dizel çevriminin ortalama efetif basınçları da bu şeilde hesaplanıyordu. W net e (5.6) H Burada, e ortalama efetif basıncı a, W net yapılan net işi J, H urs hacmini m, olara göstermetedir. Bu çevrime göre çalışan motorun gücü de Otto ve dizel çevrimine göre çalışan motorların güçleri ile aynı denlem ullanılara hesaplanır. N E Wnet n z (5.7) 60 i Bu denlemde N gücü W olara n motorun daiadai devir sayısını devir/daia olara vermetedir. 60 sabit sayısı daianın saniyeye çevrilmesi için ullanılmıştır, i sayısı ise dört zamanlı motorlarda (ran milinin ii turunda bir çevrim tamamlandığı için), ii zamanlı motorlarda (ran milinin her turunda bir çevrim tamamlandığı için) olara alınır. 6

UYGULAMA FAALİYEİ UYGULAMA FAALİYEİ eori arma çevrim ile ilgili hesaplamaları yapınız. avsiyeler: roblemler çözülüren öncelile verilenler, birimleri ile birlite yazılmalı ve birimlerde gereli çevirmeler yapılmalı, daha sonra istenenler yazılara istenenlerin işlem sırası, yani çözüm sıraları incelenmeli ve en uygun çözüm sırası seçilditen sonra çözüme geçilmelidir. Bulunan her sonucun birimi mutlaa belirtilmelidir. Bu, sizin problemleri, avramları daha iyi ve alıcı bir şeilde öğrenmenizi sağlayacatır. Uygulama. eori arma çevrime göre çalışan 4 zamanlı ve 4 silindirli bir motorun silindir çapı 80 mm, ursu 00 mm dir. Sııştırma oranı 6/ olan motorda sisteme ısı verilmesi işlemi urs hacminin % 5 inde sona ermetedir. Çevrim başlangıcında havanın mutla sıcalığı 00 K, basıncı 00 a dır. Motorun basınç artma oranı.6 ise; a) Kurs ve yanma odası hacimlerini, b) Sııştırma sonu basınç ve sıcalığını, c) Sabit hacimde yanma sonu basınç ve sıcalığını, d) Sabit basınçta yanma sonu hacim ve sıcalığını, e) üsürtme oranını, f) Genişleme sonu basınç ve sıcalığını, g) Çevrimin verimini, h) Çevrimin net işini, i) Çevrimin ortalama basıncını, j) Bu çevrime göre çalışan motorun 400 devirde gücünü hesaplayınız. c v =0.78 J/gK c p =.005 J/gK R=0.87 J/gK ve =.4 tür. erilenler: D=80 mm=0.08 m L=00 mm= 0. m ε =6/ r v =.6 =00 K =00 a Bu örneğimizde istenenler incelenece olursa çözüm için uygun sırada olduları görülür. Dolayısıyla a şıından başlayara soruyu çözeceğiz. a) D.4 0.08 H 0 4 4 4 L H 0. H 5.04 m 6

5.04 0 4 H C H 4 C C C 0.5 0 m C 6.4 b) 00 6 4850 a.4 00 6 909 K c) r.6 4850 7760 a r.6 909 455 K d) Burada, sisteme ısı verme işlemi urs hacminin % 5 ine adar devam etmiştir. Kurs hacminin %5 i ile yanma odası hacmini toplarsa sabit basınçta genleşme sonrası hacmini yani 4 ü bulmuş oluruz. yanma odası hacmi olduğundan sabit basınçta genleşme sonu sıcalığını aşağıdai işlemlerden sonra buluruz. 4 4 4 4 C (H 0.05) 4 0.5 0 (5.0 0 0.05) 4 0.585 0 4 4 4 4 4 0.585 0 455 0.4 0 4 4 4 546 K m 4 4 0.585 0 e) r r r. 75 4 0.4 0 f) Genleşme sonu basınç ve sıcalıları aşağıdai denlemleri ullanara çözmemiz mümün. Biz en son denlemi ullanacağız. Sizler aşağıdai il ii denlemi ullanara genleşme sonu basınç ve sıcalı değerlerini bulunuz ve sonuçları arşılaştırınız ( = 4 ). 5 5 4 4 5 5 4 4 r r 5 4 5 5.4 5 r r 5 00.6.75 5.4 5 r r 5 00.6.75 5 5 50 a 050 0 K 4 64

g) r r.4 r r r 6.6,4.6.75.4.6 (.75 ) 64 olur verim % 64 tür. h) Çevrimin net işini, çevrime verilen ısılardan çevrimden atılan ısıyı çıarara hesaplıyordu. Çevrime verilen ve atılan ısıların hesaplanması için çalışma maddesi olan havanın ütlesinin bulunması gereli olduğundan öncelile havanın ütlesini bulalım. İdeal gaz denleminden, 4 00 6 0.4 0 4 m m m 6.0 g R 0.87 00 Q Q Q out m c m c m c 4 Q 6.0 0.78 (455 909) Q 0. 44 4 Q 6.0.005 (546 455) Q 0. 6808 4 4 Q 6.0 0.78 (050 00) Q 0. 44 5 OU OU J J J net işinde, sisteme sürülen ısıdan sistemden atılan ısının farı olduğunu biliyoruz. Sisteme Q ve Q ısıları verilmete, sistemden Q out ısısı atılmata olduğundan net iş; W NE Q Q Q W (0.44 0.6808) 0.44 W 0. 589 OU NE NE J Wnet 0.589 i) E E E 7. 7 a 4 6 0.4 0 H Wnet n z 0.589 400 4 j) NE NE NE 49. W olur. 60 i 60 Karma çevrim - ve -S diyagramları 65

ÖLÇME E DEĞERLENDİRME ÖLÇME E DEĞERLENDİRME Aşağıdai cümlelerin başında boş bıraılan parantezlere, cümlelerde verilen bilgiler doğru ise D, yanlış ise Y yazınız.. ( ) eori arma çevrimde sisteme ısı sabit sıcalıta verilir.. ( ) eori arma çevrimde verim sııştırma oranı, basınç artma oranı ve hacimsel genleşme oranlarına bağlı olara değişir.. ( ) eori arma çevriminin verimi sııştırma oranından etilenmez. 4. ( ) eori arma çevrimde sistemden ısı sabit basınçta atılır. 5. ( ) eori arma çevrimde izotermi hâl değişimi vardır. 6. ( ) eori arma çevrimde sisteme ısı, sabit sıcalıta verilir. 7. ( ) eori arma çevrimde hesaplamalar yapılıren çevrimde ullanılan ara aışan müemmel gaz abul edilir. 8. ( ) eori arma çevrimde, dış ortamla madde alışverişi yapılmatadır. 9. ( ) eori arma çevrimde, basınç artma oranı sisteme verilen ısı ile doğru orantılıdır. 0. ( ) eori arma çevrimde, sabit basınçta genleşme oranı sisteme verilen ısıdan bağımsızdır.. ( ) eori arma çevrim, bir nevi teori Otto ve dizel çevrimi birleşimidir.. ( ) Günümüzdei dizel motorlarında ullanılan çevrim, teori arma çevrime benzemetedir. Aşağıdai problemleri çözere sonuçlarını cevap anahtarı ile arşılaştırınız.. eori arma çevrime göre çalışan zamanlı ve silindirli bir motorun silindir çapı 00 mm, ursu 0 mm dir. Sııştırma oranı 8/ olan motorda, sisteme ısı verilme işlemi urs hacminin % 6 sında sona ermetedir. Çevrim başlangıcında havanın mutla sıcalığı 0 K, basıncı 97 a dır. Motorun basınç artma oranı.6 ise; Kurs ve yanma odası hacimlerini, Sııştırma sonu basınç ve sıcalığını, Sabit hacimde yanma sonu basınç ve sıcalığını, Sabit basınçta yanma sonu hacim ve sıcalığını, üsürtme oranını, Genişleme sonu basınç ve sıcalığını, Çevrimin verimini, 66

Çevrimin net işini, Çevrimin ortalama basıncını, Bu çevrime göre çalışan motorun 400 devirde gücünü hesaplayınız. c v =0.78 J/gK c p =.005 J/gK R=0.87 J/gK ve =.4 tür. 4. eori arma çevrime göre çalışan bir motorun silindir çapı 80 mm, ursu 90 mm dir. Sııştırma oranı / olan motorda genleşme oranı,8, çevrim başlangıcında havanın mutla sıcalığı 00 K, basıncı 00 a dır. Motorun basınç artma oranı.6 ise; Kurs ve yanma odası hacimlerini, Sııştırma sonu basınç ve sıcalığını, Sabit hacimde yanma sonu basınç ve sıcalığını, Sabit basınçta yanma sonu hacim ve sıcalığını, Genişleme sonu basınç ve sıcalığını, Çevrimin verimini, Çevrimin net işini, Çevrimin ortalama basıncını hesaplayınız. c v =0.78 J/gK c p =.005 J/gK R=0.87 J/gK ve =.4 tür. DEĞERLENDİRME Cevaplarınızı cevap anahtarıyla arşılaştırınız. Yanlış cevap verdiğiniz ya da cevap veriren tereddüt ettiğiniz sorularla ilgili onuları faaliyete geri dönere terarlayınız. Cevaplarınızın tümü doğru ise bir sonrai öğrenme faaliyetine geçiniz. 67

ÖĞRENME FAALİYEİ 6 AMAÇ ÖĞRENME FAALİYEİ-6 rati arma çevrim ile ilgili hesaplamaları yapabilecesiniz. ARAŞIRMA Dizel motorları hangi prati çevrime göre çalışırlar? Araştırınız. Gerçe bir - diyagramı nasıl elde edilir? Araştırınız. üsürtme avansı ne demetir? Araştırınız. Hava standart gerçe çevrimlerde yapılan abulleri araştırınız. Hacimsel verimini araştırınız. Bir motorun gerçe gücü nasıl ölçülür? Araştırınız. 6. RAİK KARMA ÇERİM 6.. eori Karma Çevrimi ile Arasındai Farlar eori çevrimle prati çevrim birbiriyle arşılaştırıldığında teori çevrimler için yapılan abullerin gerçeleşmediğini belirtmişti. Bu abuller gerçeleşmediği için prati çevrim teori çevrimden farlılılar gösterir. rati Otto ve dizel çevrimlerinin teori çevrimlerle aralarındai farlar: Öğrenme Faaliyeti- ve Öğrenme Faaliyeti-4 te, zamanlar diate alınara açılanmıştı. Karma çevrim, Otto ve dizel çevriminin bir nevi bileşimi olduğu için aynı farlar bu çevrimde de söz onusudur. Burada, prati arma çevrimin teori çevrimden farlı olmasına neden olan etenleri başlılar hâlinde inceleyelim. Şeil 6. de - ve -S diyagramları üzerinde farlar gösterilmiştir. 6... Yanma Süresi eori sistemlerde ısının sabit hacim ve/veya sabit basınçta verildiği abul edilir. Oysai gerçete yanma işlemi ço ısa da olsa bir zaman almatadır. Bu ısa zaman zarfında piston, hareetine devam etmete ve masimum basıncın oluşması istenen notadan uzalaşmatadır. Bu durum, güç ve verimde düşmeye neden olmatadır. Benzinli a pompalama ayıpları, b yanma zamanı ayıpları, c yanma zamanı ve ısıl parçalanma ayıpları d genleşmede ısı aybı, e egzoz supabı açılması ile hızlı basınç düşmesinden aynalanan ayıp motorlarda en yüse verim ve güç için masimum basıncın piston 68

ÜÖN yi 0-5 0 KMA geçe oluşması istenmetedir. Şeil 6. de yanma için gereen zamanın azanılmasını sağlayan supap zaman diyagramı gösterilmiştir. Şeil 6.: eori ve prati arma çevrim arasındai farlar 69

6... Homojen Olmayan Karışım Şeil 6.: Supap zaman diyagramı Yanmanın tam olara gerçeleşebilmesinin şartlarından birisi silindir içinde her notadai yaıt/hava oranın eşit olmasıdır. Gerçete arışım tam homojen bir yapıya ulaşamaz. Bu da yanmanın ötüleşmesine, dolayısıyla masimum basıncın düşmesine neden olara teori çevrimden daha düşü verim ve güç üretimine neden olur. 6... Gaz Kaçaları Silindire alınan gazlar, sııştırma ve genleşme zamanları esnasında piston silindir arasından, supaplardan ve contalardan dışarıya açar. Bu açalar, verimin ve gücün düşmesinde etilidir. 6..4. Özgül Isıların Değişimi eori çevrimlerde özgül ısılar (c p ve c v ) sabit abul edilir. Gerçete ise sıcalı yüseldiçe özgül ısılar da yüselir. Özgül ısının birim madde mitarının sıcalığını 0 yüseltme için gereli ısı olduğu biliniyordu. Özgül ısının artması masimum sıcalığın azalmasına neden olacağından güç ve verim azalır. 6..5. Art Gazların Etisi Egzoz zamanı sonunda yanmış gazların tamamı dışarıya atılamaz. Bir mitar egzoz gazı silindirde alır, bu gazlara art gaz denir. Art gazlar işgal ettileri hacim ve taze dolguyu ısıtara dolgu mitarını yani volümetri verimi düşürür. 70

6..6. Isıl arçalanma Yanma sırasında oluşan yüse sıcalılarda arbondiosit, ortamdan ısı alara arbon monositi oluşturur, su da ısı alara hidrojen ve osijene dönüşür. Bu dönüşümler ters yönlü de olurlar. Bu olaya ısıl parçalanma denir. Isıl parçalanma, yanmanın imyasal denleminin tam olara oluşmasını engeller ve sonuç olara masimum sıcalı ve basınç düşer. Basınç ve sıcalıtai bu düşüş güç ve verimi azaltır. 6..7. ompalama Kayıpları Silindire taze arışım veya havanın alınması ve egzoz gazlarının atılması için bir iş yapılmatadır. Yapılan bu işe pompalama işi denir. Sistemden enerji alınara yapıldığından çevrimin güç ve verimini düşürür. 6..8. Isı Kayıpları Gerçe çevrimlerde, çevrim boyunca dış ortama ısı aybı söz onusudur. En fazla ısı aybı, ısınan motor parçalarının soğutulması için soğutma sıvısı ya da gazına verilen ısıdır. Ayrıca egzozdan da dışarıya ısı atılmatadır. Bu ısı ayıpları sonucu verim ve güçte düşme olur. rati arma çevrim tam da prati Otto ve dizel çevrimlerinin birleşimi olduğundan riti notalardai değerler hesaplanıren bu çevrimlerin denlemlerinden yararlanılır. 6.. olitropi Sııştırma rati arma çevrimde silindire alınan havanın, silindirin ve artı egzoz gazlarının sıcalılarından dolayı artar. Sııştırma başlangıcında arışım sıcalığı aşağıdai denlem ullanılara hesaplanmatadır. / in ( f )in fex (6.) ex denlemde; : Sııştırma başlangıcında arışım sıcalığını, f: Silindirde alan ard gazların ütle oranını yalaşı olara (f=0,05), in : Karışımın motora giriş sıcalığını, in : Karışımın motora giriş basıncını, ex : Egzoz gazları sıcalığını, ex : Egzoz gazları basıncını, : Adyabati üssü ifade etmetedir. Genel olara sııştırma başlangıcı basıncı emme basıncına ço yaındır. Dolayısıyla sııştırma başlangıcı basıncı 7

in (6.) olara alınır. Sııştırma sonu basıncını : n (6.) elde edilir. Sııştırma sonu sıcalığı : n (6.4) burada, ε : Sııştırma oranını, n : Sııştırmanın politropi üssünü ifade etmetedir. 6.. Yanma Sonu eori çevrimde yanmanın sabit hacim ve sabit basınç değerlerinde gerçeleştiğinden yola çıara; Sabit hacimde yanma sonu sıcalı ve basınç : ( f )q f (6.5) c burada, q f- : Sabit basınçta arışımın alt ısıl değeridir (J/g), birim ütle için hesaplamalar yapılıren ullanılır. r r r olduğunu biliyordu buradan : (6.6) (6.7) olara bulunur. Sabit hacim de yanma sonu sıcalı 4 ve hacim 4 : ( f )q f 4 4 (6.8) c 7

burada, q f-4 : Karışımın alt ısıl değeridir (J/g), birim ütle için hesaplamalar yapılıren ullanılır. Gerçe çevrimlerde, arışımın yanması sonucu ortaya çıaca ısı ullanılır. Yanma sonu çevrime verilen gerçe ısı, çevrimde yaılan yaıtın ütlesi ile yaıtın alt ısıl değerine bağlıdır. r olduğunu biliyordu buradan : 4 4 4 r (6.9) 4 r (6.0) olara bulunur. 6.4. olitropi Genleşme olitropi genleşme sonunda; n n (6.) 5 5 4 4 buradan, sıcalı ve hacim arasındai bağıntı; (6.) 5 n n 5 4 4 Ayrıca 4-5 notaları arasında ve arasındai ilişiyi, / n / n 4 5 5 4 (6.) olara ifade ederiz. Burada, n : genleşmenin politropi üssüdür. 6.5. rati Karma Çevrim erimi eori arma çevrimi veriminde izantropi üs olan sabitinin yerini, politropi üs olan n sabiti alır. Denlemde yerine n yazara, n r r g (6.4) n r r n r 7

denlemi elde edilir. Gerçete verimi matematisel yöntemlerle hesaplama, süreli değişen çalışma oşulları ve parametrelerden dolayı ço armaşıtır ve sonuç yine de gerçe çevrim verimini tam olara vermez faat ço yaındır. 6.6. Ortalama Efetif Basınç ve Güç Motorların hepsi gerçe çevrime göre çalışmatadır. Gerçe çevrimlerde güç, ortalama efetif basınç ve net iş ölçümleri sonunda bulunur. Ortalama efetif basınç, basınç indiatör cihazları ile ölçülüren güç ise dinamometreler ullanılara ölçülmetedir. Ortalama efetif basınç ve gücü bulabilme için çevrimin net işinin bulunması gereir. Çevrimin net işi; /( f ) Q mc (6.5) /( f ) Q mc 4 (6.6) Sistemden sabit hacimde atılan ısı (Q out ) aşağıdai denlemle hesaplanır: /( f ) Qout mc 5 (6.7) net işinde sisteme sürülen ısıdan sistemden atılan ısının farı olduğunu biliyoruz, sisteme Q ve Q ısıları verilmete sistemden (Q out ) ısısı atılmata olduğundan net iş: W net in out NE Q Q QOU Q Q W (6.8) olur. Ortalama efetif basınç ve güç: W net e (6.9) H N E Wnet n z (6.0) 60 i Bu denlemde N gücü W olara n motorun daiadai devir sayısını devir/daia olara vermetedir. 60 sabit sayısı daianın saniyeye çevrilmesi için ullanılmıştır, i sayısı ise dört zamanlı motorlarda (ran milinin ii turunda bir çevrim tamamlandığı için), ii zamanlı motorlarda (ran milinin her turunda bir çevrim tamamlandığı için) olara alınır. 74

UYGULAMA FAALİYEİ UYGULAMA FAALİYEİ rati arma çevrim ile ilgili hesaplamaları yapınız. avsiyeler: roblemler çözülüren öncelile verilenler, birimleri ile birlite yazılmalı ve birimlerde gereli çevirmeler yapılmalı, daha sonra istenenler yazılara istenenlerin işlem sırası, yani çözüm sıraları incelenmeli ve en uygun çözüm sırası seçilditen sonra çözüme geçilmelidir. Bulunan her sonucun birimi mutlaa belirtilmelidir. Bu sizin problemleri, avramları daha iyi ve alıcı bir şeilde öğrenmenizi sağlayacatır. Uygulama : rati arma çevrimine göre çalışan bir motorda emme başlangıcında havanın mutla sıcalığı 95 K, basıncı 98 a ve artı gazların ütle oranı 0,05 ve egzoz gazlarının mutla sıcalığı 700 K ise bu motorun sııştırma başlangıç sıcalığını bulunuz. Not: Emme başlangıcı basıncı, sııştırma başlangıcı basıncı ve egzoz basıncı yalaşı olara eşittir. erilenler: in =95 K ex =700 K in = = ex = 98 a f=0,05 İstenenler: =? in = = ex olduğu için 6. numaralı denlem aşağıdai gibi sadeleşir: ( f )in fex ( 0,05)95 0,05700 verilenler yerine onursa 5,5 K bulunur. Uygulama : rati arma (günümüzdei dizel motorlar) çevrimine göre çalışan bir motorda egzoz basıncı 98 a, artı gazların ütle oranı 0,05 ve sııştırma başlangıç mutla sıcalığı 40 K ve sııştırma oranı 8/ ise bu motorun politropi sııştırma sonu basınç ve sıcalılarını bulunuz. Not: Emme başlangıcı basıncı, sııştırma başlangıcı basıncı ve egzoz basıncı yalaşı olara eşittir. Sııştırmanın politropi üssü,9 tir. erilenler: n =,9 =40 K in = = ex = 98 a f=0,05 ε=8 75 İstenenler: =? ve =?

rati dizel çevriminde sııştırma politropi olduğundan n ullanılacatır. 6. ve 6.4 numaralı denlemlerden; n,9 98 8 5445,7 a n,9 40 8 049,6 K Uygulama : rati arma çevrimine göre çalışan dört zamanlı 4 silindirli bir motorun sııştırma oranı 0/, emme başlangıcında havanın mutla sıcalığı 95 K, basıncı 97 pa, sııştırmanın politropi üssü.5, politropi genleşmenin üssü.5, egzoz gazlarının mutla sıcalığı 705 K, ve basıncı 97 a, artı gazların ütle oranı 0,05, sabit hacimde basınç artış oranı,5, sabit basınçta genleşme oranı,5 çevrimin politropi üssü,4 ve yanma odası hacmi 0,040-4 m ise; c v =0.886 J/gK c p =.4 J/gK R=0.87 J/gK Sııştırma başlangıcında arışımın basınç ve sıcalığını, a) olitropi sııştırma sonu basınç ve sıcalığını, b) Çevrimin masimum basıncını, sıcalığını, püsürtme sonu hacmini, c) olitropi genleşme sonu basınç ve sıcalığını, d) Ortalama efetif basınç ve gücünü, (400 d/d dai) e) Çevrimin verimini hesaplayara - diyagramını çiziniz. erilenler: in =95 K ex =695 K in =97 a ex = 97 a C = =0,040-4 m f=0,05 n =,5 n =,5 n=,4 ε=0 r p =,5 r v =,5 a) Sııştırma başlangıcı sıcalığını 6. numaralı denlemden buluruz. in ex ( f ) f ( 0,05)95 0,05705 =5,5 K ve in =97 a b) rati dizel çevriminde sııştırma politropi olduğundan n ullanılacatır. 6. ve 6.4 numaralı denlemlerden; 76

n,5 97 0 555,56 a n,5 5,5 0 900,4 K c) Çevrimin masimum sıcalığını bulma için önce sabit hacimde yanma sonu sıcalığını ve çevrimin masimum basıncını daha sonra püsürtme (sabit basınçta genleşme) oranını ullanara masimum sıcalı ve genleşme sonu hacmini bulmalıyız. r,5 900,4 r,5 555,56 808,4 a 50,6 K 4 4 4 r 4,5 0,04 0 0,456 0 m 4 r 4,5 50,6 05 K olara bulunur. d) Silindir hacmi = 0 formülünden hesaplanır. =0,040-4 0 ve =6,08 0-4 m Diyagrama baaca olursa = 5 silindir hacmi H =5,7760-4 n 4 n n 4 0,456 0 5 5 4 4 5 4 5 808 4 5 5 6,08 0,5 6,07 a buradan sıcalı ve hacim arasındai bağıntı: n,5 n n 4 0,456 0 5 5 4 4 5 4 5 05 4 5 5 6,08 0 059,7 K 4 e) m / R m 97 6,08 0 / 0,87 5,5 m 6,5 0 4 g Q Q m c m c 4 /( f ) Q 6,5 0 0,886(50,6 900,4) / 0,05 Q= 0,7 Kj 4 /( f ) Q 6,5 0,4 (05 50,6) / 0,05 4 Q= 0,574 Kj Sistemden sabit hacimde atılan ısı (Q out ) aşağıdai denlemle hesaplanır. 77

Q out m c 4 /( f ) Q 6,5 0 0,886(059,7 5,5) / 0,05 5 out Qout=0,45J W NE Q Q Q W (0,7 0,574) 0,45 W 0, 95 OU NE NE J Wnet 0,95 e e e 68086 4 a H 5,776 0 Wnet n z 0,95 4 400 NE NE NE,6 W 60 i 60 f) QOU 0,45 g g g 0,466 olara bulunur. Q Q 0,7 0,574 Şimdi çevrimin - diyagramını çizelim. Bu diyagramda Otto ve dizel çevrimler arasındai farları da inceleme için Otto çevriminin diyagramını da çizdi. Daha önce belirtildiği gibi dizel motorlar arma çevrime göre çalışır. Otto ve dizel çevrimleri arşılaştırılması 78

ÖLÇME E DEĞERLENDİRME ÖLÇME E DEĞERLENDİRME Aşağıdai cümlelerin başında boş bıraılan parantezlere, cümlelerde verilen bilgiler doğru ise D, yanlış ise Y yazınız.. ( ) Günümüz dizel motorları arma çevrimine göre çalışmatadır.. ( ) Gerçe çevrimlerde verimi, özgül ısılardai değişmeler etilemetedir.. ( ) Gerçe çevrimlerde riti notaların basınç ve sıcalıları ısı ayıpları diate alınmadan hesaplanır. 4. ( ) Gerçe çevrim basıncı basınç indiatör cihazları ile ölçülür. 5. ( ) Homojen olmayan arışımların yanması daha düzenlidir ve yanma imyasal olayları tam olara gerçeleşir. 6. ( ) Gerçe çevrimlerde emme ve egzoz olayları için motordan güç çeilmez. 7. ( ) Gerçe, Otto, dizel ve arma çevrimin - diyagramları, teori çevrim diyagramları adar farlı değildir. 8. ( ) rati çevrim verimleri hesaplanıren soğutma suyuna olan ısı aybı ve sürtünme ayıpları hesaba atılmaz. Bu ayıplar motor verimini etiler. Aşağıdai problemleri çözere sonuçlarını cevap anahtarı ile arşılaştırınız. 9. rati arma çevrimine göre çalışan dört zamanlı 4 silindirli bir motorun sııştırma oranı 0/, emme başlangıcında havanın mutla sıcalığı 90 K, basıncı 98 pa, sııştırmanın politropi üssü.5, politropi genleşmenin üssü.5, egzoz gazlarının mutla sıcalığı 75K ve basıncı 98 a, artı gazların ütle oranı 0.05, sabit hacimde basınç artış oranı, sabit basınçta genleşme oranı,7 çevrimin politropi üssü,4 ve yanma odası hacmi 0,50-4 m ise; c v =0.886 J/gK c p =.4 J/gK R=0.87 J/gK Sııştırma başlangıcında arışımın basınç ve sıcalığını, olitropi sııştırma sonu basınç ve sıcalığını, Çevrimin masimum basıncını, sıcalığını, püsürtme sonu hacmini, olitropi genleşme sonu basınç ve sıcalığını, Ortalama efetif basınç ve gücünü (00 d/d dei) bulunuz. 79

0. rati arma çevrimine göre çalışan dört zamanlı 4 silindirli bir motorun sııştırma oranı 8/, emme başlangıcında havanın mutla sıcalığı 80 K, basıncı 98 pa, sııştırmanın politropi üssü.5, politropi genleşmenin üssü.5, egzoz gazlarının mutla sıcalığı 695K ve basıncı 98 a, artı gazların ütle oranı 0,05, sabit hacimde basınç artış oranı,9, sabit basınçta genleşme oranı,65 çevrimin politropi üssü,4 ve yanma odası hacmi 0,0-4 m ise; c v =0.886 J/gK c p =.4 J/gK R=0.87 J/gK Sııştırma başlangıcında arışımın basınç ve sıcalığını, olitropi sııştırma sonu basınç ve sıcalığını, Çevrimin masimum basıncını, sıcalığını, püsürtme sonu hacmini, olitropi genleşme sonu basınç ve sıcalığını, Ortalama efetif basınç ve gücünü (000 d/d dai) bulunuz. DEĞERLENDİRME Cevaplarınızı cevap anahtarıyla arşılaştırınız. Yanlış cevap verdiğiniz ya da cevap veriren tereddüt ettiğiniz sorularla ilgili onuları faaliyete geri dönere terarlayınız. Cevaplarınızın tümü doğru ise bir sonrai öğrenme faaliyetine geçiniz. 80

ÖĞRENME FAALİYEİ 7 AMAÇ ÖĞRENME FAALİYEİ-7 Hidroarbonların özellilerini tespit edebilecesiniz. ARAŞIRMA Karbon ve hidrojen elementlerinin atom modellerini? Araştırınız. Karbon atomu aç bağ yapar? Araştırınız. Hidrojen atomu aç bağ yapar? Araştırınız. Hidrojen ve arbon doğada nerelerde bulunur? Araştırınız. Element ve bileşi terimlerine araştırınız? Araştırınız. Günümüzde ullanılan fosil yaıtların muhteviyatları nelerdir? Araştırınız. 7.. anımı 7. HİDROKARBONLAR İçten yanmalı motorlarda petrolden elde edilen sıvı yaıtlar ullanılmatadır. Daha önceleri atı ve gaz yaıtlar da ullanılmış faat petrolden elde edilen sıvı yaıtların aşağıda belirteceğimiz üstünlülerinden dolayı gelişememişlerdir. etrolden elde edilen sıvı yaıtların üstünlüleri: Birim ağırlılarının enerjisi yüsetir. Enerji ço hızlı bir şeilde ısıya dönüşebilmetedir. Hava ile olay arışım oluştururlar. Yandıtan sonra ül bıramazlar. aşınmaları ve depolanmaları olaydır. Doğada en ço bulunan elementlerin başında hidrojen ve arbon gelmetedir. Hidrojen H ile arbon C ile gösterilir. etrolden elde edilen yaıtların imyasal yapılarının büyü bir ısmı hidrojen ve arbondan oluşmatadır. Karbon ve hidrojenin oluşturduları bileşilere (HC) hidroarbonlar denir. C n H m genel ifadesiyle belirtilir. Bileşitei arbon sayılarına, arbon ve hidrojen arasındai bağlara göre adlandırılmatadır. Yaıt olara ullanılmalarının en önemli sebepleri yüse ısıl verimleri yanında elde edilme, depolama ve taşıma işlemlerinin nispeten daha olay olmasıdır. Karbon atomları, eletronlarının orbitallere dağılımına baıldığında ii bağ yapabilir görünmetedir. Faat arbon atomu bütün bileşilerinde dört bağ yapar. Bunun nedeni 8

arbon atomunun orbitallerinde meydana gelen hipritleşmesidir (b. Organi Kimya, Hidroarbonlar). Hidrojen atomu te valans eletronuna sahiptir ve bileşimlerinde te bağ urarlar. 7.. Çeşitleri ve Özellileri Hidroarbonların, arbon sayılarına, atomlar arasındai bağların durumuna, göre sınıflandırılması Şeil 7. de gösterilmiştir. İçten yanmalı motorlarda ullanılan yaıtların muhteviyatlarında alanlar, alenler, alanların izomerleri ve aromati hidroarbonlar bulunur. Hidroarbonlar Alifati HC Aromati HC Doymuş HC Doymamış HC e Halalı Birleşi Halalı Alanlar (arafinler) Alenler (Olefinler) Alinler 7... Alanlar (arafinler) C n H n+ Şeil 7.: Hidroarbonların Sınıflandırılması Alanlar polar olmayan bileşilerdir. Bunun sonucu olara moleüller arsındai çeim uvvetleri zayıftır. Düz zincirli alanların bütana adar olanları gaz, C 5 ten C 7 ye adar olanları sıvıdır. Bulundurduları arbon sayısına göre adlandırılır. Alanlar polar olmadıları için diğer alanlarda, dietileterde ve benzen gibi polar olmayan ya da ço az polar olan çözücülerde çözünür. Alanlar suda çözünmezler. Aşağıdai ablo 7. de on arbonluya adar olan alanların adlandırılması yapılmış ve açı formülleri verilmiştir. Alanlar, C n H n+ apalı genel formülü ile ifade edilir. Açı formüllerinde arbonlarla hidrojenler ve arbonlar arasındai bağlar belirtilir. Aşağıda çift arbonlu bir alan olan etanın apalı, açı formülü ve moleül yapısı gösterilmetedir. Şeil 7.: Etanın moleül yapısı 8

CH6, apalı formülü, CHCH açı formülü Bütanın apalı formülü, açı formülü ve yapısı da aşağıda gösterilmiştir. Şeil 7.: Bütanın moleül yapısı C 4 H 0, apalı formülü, CH (CH ) CH açı formülü ablo 7. de gösterilmiştir. Karbon sayısı Yapı (Açı formül) Ad CH 4 Metan CH CH Etan CH CH CH ropan 4 CH (CH ) CH Bütan 5 CH (CH ) CH entan 6 CH (CH ) 4 CH Hesan 7 CH (CH ) 5 CH Heptan 8 CH (CH ) 6 CH Otan 9 CH (CH ) 7 CH Nonan 0 CH (CH ) 8 CH Dean ablo 7.: Moleül yapısı, C 4 H 0, apalı formülü, CH (CH ) CH açı formülü Alanların aynama notaları zincire ilave edilen her bir metilen (CH ) grubu ile yalaşı 0 0 C artar. Kaynama notasındai bu artış, ile olara moleüllerin artan zincir uzunlularındai an der Waals çeimlerinin artmasından aynalanır. Bazı alanların aynama notaları aşağıdai ablo 7. de verilmiştir. Aynı C ve H sayılarına sahip olmalarına rağmen, dallanmış zincir şeline sahip olan alanlara izo alanlar denmetedir. Yapılarından dolayı imyasal özellileri normal alanlardan farlıdır. Örne olara otan ve izomerini alalım. Moleül yapıları arasındai farlar aşağıda gösterilmiştir. Otanın moleül yapısı düz zincir ien izo otan dallanmış zincirli bir yapıya sahiptir. Normal Otan İzo-otan Şeil 7.4: Normal Otan ve İzo-otan moleül yapısı 8

Ad Kn C Metan -6 Etan -88,5 ropan -4 Bütan 0 entan 6 Hesan 69 Heptan 98 Otan 6 Nonan 5 Dean 74 ablo 7.: Bazı alanların aynama notaları Benzinli motorlarda ullanılan yaıtlarda otan sayısı önemlidir. Otan sayısı ii referans yaıtla tarif edilir. i-otan C 8 H 8 (trimetilpentan) OS= 00 n-heptan C 7 H 6 OS= 0 dır. Otan sayısı (OS) tarifinden anlaşılacağı gibi alanlar te başlarına iyi bir benzinli motor yaıtı değildir. Otan sayısı 90 deme % 90 ı i-otan ve %0 u n-heptan olan veya bu arışımın eş değer riti sııştırma oranı özellilerini gösteren yaıt anlaşılır. Dizel motorlarda ullanılan yaıtlarda setan sayısı önemlidir. Setan sayısını da ii referans yaıtla tarif edebiliriz. Hezadean (normal setan) C 6 H 4 SS= 00 Heptametilnonan C 6 H 4 SS= 5 Setan sayısı yaıtın tutuşabilme abiliyetini belirtir ve dizel motorları için yüse setan sayısı istenir. Setan sayısı (SS) tarifinden alanların te başlarına iyi bir dizel motoru yaıtı olduğu anlaşılır. Alanlar osijenle yandılarında arbondiosit ve su ile birlite büyü bir ısı açığa çıar. Alanların teori tam yanma denlemi aşağıdai gibidir: C n H n+ +(n +) / O nco +(n+) H O + ısı 7... Alenler(Olefinler) C n H n, C n H n- Karbon atomları, bağ urabileceleri masimum hidrojen atomuna sahip olmadılarından doymamış hidroarbondur. Ayrıca çift bağlı moleül içerir. Doymamış olmalarından dolayı hidrojenle ço olay reasiyona girere alanları (parafinler) ve 84

naftenleri oluştururlar. Adlandırılmalarında en uzun C zinciri seçilir, en üçü numara çift bağı taşıyan C atomuna gelece şeilde arbonlar numaralandırılır. Çift bağın yeri belirtilere C sayısının Latincesi söylenir. Karbon numarasının sonuna en taısı alır. -4 arbonlular gaz, 5-5 arbonlular sıvı daha yüse sayıda arbona sahip olanlar atı hâlde bulunur. e çift bağa sahip olan olefinler monoolefinler, ii çift bağa sahip olan olefinler diolefinler adını almatadır. Alinlerinde genel formülleri; C n H n- dir. Faat alinler bir üs bağa sahiptirler ve son eleri in dir. Aşağıda bazı olefinlerin moleül yapıları verilmiştir. -Buten CH 4 Buten- (Bütilen) İzo-büten veya metil propan Şeil 7.5: -Buten- -buten ve izo-büten veya metil propanın moleül yapısı 7... Naftenler (Siloparafinler, Silonlar) C n H n Naftenler, monoolefinlerle aynı apalı formüle sahip olmalarına arşı hala şelinde doymuş HC lardır. Naftenler benzedileri parafinin isminin başına silo ön taısı elenere isimlendirilir. Ham petrolün ¼ ü adarı nafteni bileşilerdir. Benzin içinde istenen HC lerdendir. Aşağıda bazı naftenlerin moleül yapıları verilmiştir. Silopropan Silobütan Metilsilopentan C H 6 C 4 H 8 C 6 H Şeil 7.6: - Silopropan, Silobütan ve Metilsilopentanın moleül yapısı 85

7..4. Aromatiler (Benzen ürevleri) C n H n-6 Esas yapılarında altı arbon bulunan, benzen yapısına H veya H ve C den oluşan grupların bağlandığı hidroarbonlardır. Benzen halasındai çift bağlar sabit değildir. Bundan dolayı değişi sınır formülleri ile gösterilebilir. Aşağıda farlı sınır formülleri gösterilmiştir. Sınır formülleri birbirleri ile eş değerdir. Bu özelliğinden dolayı moleül ararlılı azanmıştır. Reasiyonlarında birleşme olmaz, sadece grupları yer değiştirir. Bu da özelliğinin orunması anlamına gelmetedir. Karalılılarından dolayı benzinli motorlarda sııştırma işlemi sırasında reasiyonlara arşı muavimdirler. Otan sayılar (OS) yüsetir. Benzen halasından bir H çıarıldığında fenil adını alırlar. Aşağıdai moleüllerin yapılarında çift bağların onumlarına diat ediniz. Benzen C 6 H 6 Etilbenzen C 8 H 0 Şeil 7.7: - Benzen ve etilbenzen moleül yapısı Benzenin ticari adı benzoldür. Benzen düşü aliteli yaıtların OS larını yüseltme için ullanılan iyi bir atı maddesidir. Hidroarbonlar arasında yoğunluğu en yüse olan gruptur. Yoğunlularından dolayı jet yaıtlarına /4 oranında atılır. Kanserojen özellilerinden dolayı diat edilmesi gereen maddelerdendir. m-silen C 8 H 0 p-silen C 8 H 0 Şeil 7.8: - m-silen ve p-silen moleül yapısı 86

YOS MOS Günümüzde içten yanmalı motorlarda petrol ve türevlerinden elde edilen HC ler yaıt olara ullanılmatadır. Buji ile ateşlemeli motorlarda benzin, LG (sıvı petrol gazı) (propan, bütan arışımı), jet motorlarında erozen, dizel motorlarda motorin, ağır dizellerde mazot ullanılmatadır. Alternatif yaıtların araştırılması sürmetedir. Yaın gelecete petrol türevleri olan HC lerin yerini alaca yeni bir yaıttan söz edilemez. Faat hidrojenin te başına yaıt olara ullanılmasına yöneli çalışmalar hız azanara devam etmetedir. Yaıt Adı Normal Benzin Süper Benzin Dizel Yaıtı Ağır Yaıt LG %50-50 y (5 o C) g/dm Alt ısıl değeri H u J/g Kaynama Notası aralığı bar( o C) utuşma Sınırı SS M g/mol Stoyometri Karışım H/Y ütlesel H u, j/g 0,76 49 0-8 0,40-,40 98 88 8 0, 4,97 0,5 0,746 404-86 0,40-,40 9 84 4 0, 4,9,4 0,80 4450 77-56 0,48-,5 - - 0,954 479 75-450 0,50-,5 - - 45-55 4-44 0,5 5,0 05,9 0,7 4,9 0,5 0,540 - -0 0,40-,70 00 95-9,7 5,60 8, Metanol 0,796 9957 65 0,4-,00 > 0 9 9,4 6,45 9,8 ablo 7.: Bazı yaıtların ısıl özellileri Motorlarda ullanılan yaıtların yoğunlu, alt ısıl değer, aynama notası, arışımın tutuşma sınırları [arışım oranına göre (lambda)], yol ve motor otan sayıları, setan sayısı ve stoiyometri arışımların, mol ütlesi, hava/yaıt oranı ve alt ısıl değerleri yuarıdai ablo 7. te gösterilmiştir. Hidroarbon yapıları genel H ve C sayıları diate alınara ullanıldığı yerler aşağıdai ablo 7.4 te verilmiştir. Hidroarbon grubu C 5 H 0 C 7 H 6 C 5 H 0 C H 6 C 9 H 0 C 4 H 0 C H 6 C 6 H 4 C 5 H C 8 H 8 C 6 H 4 C 0 H 4 Yaıtın ullanıldığı yere göre adı Uça benzinleri Motor benzinleri (pistonlu) Jet yaıtı (erosen) Gaz yağı Motorin Madenî yağlar ablo 7.4: Hidroarbon yapıları ve ullanıldığı yerler 87

UYGULAMA FAALİYEİ UYGULAMA FAALİYEİ Hidroarbonların özellilerini tespit ediniz. İşlem Basamaları Benzini meydana getiren hidroarbonları belirleyiniz. Öneriler Hidroarbonları belirleyiniz. arafini HC belirleyiniz. Etileni (hafif) HC belirleyiniz. Naftani HC belirleyiniz. Benzeni HC belirleyiniz. 88

ÖLÇME E DEĞERLENDİRME ÖLÇME E DEĞERLENDİRME Aşağıdai cümlelerin başında boş bıraılan parantezlere, cümlelerde verilen bilgiler doğru ise D, yanlış ise Y yazınız.. ( ) HC ler doğada bol mitarda bulunur.. ( ) Karbon atomu normalde bağ urma eğiliminde olmasına rağmen hipritleşme sonucu bütün bileşilerinde 4 bağ yapar.. ( ) Birim ütle başına en yoğun enerji hidrojende mevcuttur. 4. ( ) eori dizel çevriminde sistemden ısı sabit hacimde atılır. 5. ( ) Bütün HC ler normal şartlar altında atıdır. 6. ( ) Motorlarda yaıt olara HC ullanımını yüse ısıl verim ve nispeten ullanım olaylığından aynalanmatadır. 7. ( ) Alanlar ararsız HC ler olup H ile reasiyona girer. 8. ( ) Otan sayısı yaıtın içerisindei i-otan mitarı ile doğru orantılı, heptan ile ters orantılı olara değişir. 9. ( ) Dizel motorlarında ullanılan yaıtların setan sayısının yüse olması istenmez. 0. ( ) Yaıtın SS (setan sayısını) yi hezadean mitarı belirler.. ( ) Jet yaıtı olara erozen ullanılır.. ( ) Karbon ve hidrojen sayıları aynı olmasına rağmen HC ler moleüllerinin dizilişlerine göre farlı özelliler sergilemetedirler.. ( ) Alanların izomerleri adlandırılıren i veya izo ön elerini alırlar. 4. ( ) Aromatilerin (benzen türevleri) in apalı genel formülü CnHn-6 dir. DEĞERLENDİRME Cevaplarınızı cevap anahtarıyla arşılaştırınız. Yanlış cevap verdiğiniz ya da cevap veriren tereddüt ettiğiniz sorularla ilgili onuları faaliyete geri dönere terarlayınız. Cevaplarınızın tümü doğru ise bir sonrai öğrenme faaliyetine geçiniz. 89

AMAÇ ÖĞRENME FAALİYEİ 8 ÖĞRENME FAALİYEİ-8 Benzinin özellilerini tespit edebilecesiniz. ARAŞIRMA Aaryaıt bayilerinde satılan benzinlerin özellileri aynı mıdır? Araştırınız. Benzinli bir motorun çalışma prensibini araştırınız. Otan sayısı ne demetir? Araştırınız. Kurşunlu benzinler neden ullanımdan aldırılmıştır? Araştırınız. Ülemizde benzini hangi uruluş üretmetedir? Araştırınız. 8.. anımı 8. BENZİN Benzin, -04 C ler arasında aynayan, özgül ağırlığı 0,680-0,760 g/cm olan rensiz ve endine özgü ousu bulunan bir hidroarbonlar arışımıdır. Benzini oluşturan HC lerdei arbon sayısı 4-0 arasında değişir. Ço az olmala beraber ağır ve hafif HC ler ile petrolden gelen S (üürt) ve N (azot) bulunduran, normal şartlar altında sıvı bir HC dir. Benzinin içinde parafini, etileni, naftani ve benzeni hidroarbonlar bulunur. 8.. arihçesi Benzin XIX. yüzyılın son çeyreğinde Otto çevrimine göre çalışan motorlarda ullanılmıştır. etrolün bulunmasından sonra il rafineri işlemleri ile elde edilen yaıtlardandır. 8.. Yapısı Benzin, genel formülü C n H m apalı formülü ile ifade edilen HC lerden oluşur. Benzinin yapısında özellilerini artırma ve ren verme için atı maddeleri ullanılmatadır. Bunun yanında petrolden aynalanan ço az mitarda ve istenmeyen üürt ve azot gibi elementler de bulunmatadır. Benzinin HC yapısında; C n H n+ apalı formülü ile gösterilen parafini HC ler, C n H n apalı formülü ile gösterilen etileni (hafif) HC ler, C n H n apalı formülü ile gösterilen naftani HC ler, C n H n-6 apalı formülü ile gösterilen benzeni HC ler bulunur. 90

Benzinli motorlarda en iyi çalışmayı sırasıyla; benzeni HC ler, naftani HC ler, etileni HC ler ve son olara da parafini HC ler sağlamatadır. Bu cümleden anlaşılacağı gibi benzinin içindei benzeni mitarı ne adar yüse ise benzin motorlar için o adar iyi demetir. Bunu temel nedeni ise benzenilerin yüse otan sayısına sahip olmalarıdır. Benzinin yapısında en az mitarda olması istenen HC grubu ise parafinlerdir. arafinlerden en ço ullanılan heptanın, otan sayısının sıfır olması parafinlerin benzin içindei mitarının neden düşü tutulması geretiğini açılamatadır (Öğrenme Faaliyeti-7 de bu hidroarbonların genel yapıları ve özellileri verilmiştir.). Ham petrol 800C'nin "üstünde ısıtılırsa hidroarbonlar parçalanara daha üçü moleüllü hidroarbonlara dönüşürler. Bu olaya raing denir. Örneğin, hezadean C6 H4 moleülü, otan (C8 H8) ve otan (C8 H6) moleüllerine parçalanır. Isı ve basınç altındai bu imyasal değişim petrolden daha fazla benzin üretilmesine imân sağlar. Bunun için birinci artığı meydana getiren ağır hidroarbonlara raing uygulanır. Bu yolla petrolden elde edilen benzin oranı % 40 - % 60'a çıar. Kraing işleminin diğer önemli bir yanı da benzinin vuruntuya arşı direncini yüseltmesidir. Ayrıca birço yan ürünün alınmasını da sağlar. 8.4. Benzinde Aranan Özelliler Motorlarda ullanılan benzinin bazı özellilere sahip olması gerelidir. Bu özellilerden bazıları motorun performansını iyileştiriren bir ısmı motorun orunması bir ısmı da aracın emniyeti için gerelidir. Benzinde bulunması gereen özellileri aşağıda sıralanmıştır. Soğuta motorun olay çalışmasını sağlamalıdır. Buhar tamponunu önlemelidir. Motorun ani güç değişililerine cevap verebilmelidir. Eonomi olmalıdır. Reçine teşeülü olmamalıdır. Korozyona neden olaca yanma sonu artıları olmamalıdır. Yağlama yağlarının özelliğini bozmamalıdır. uruntuya dayanılı olmalıdır. 8.4.. Soğu Havalarda İl Hareet ve Uçuculu Benzinin ve diğer sıvıların, sıvı hâlden gaz hâline geçebilme yetenelerine uçuculu denir. Her sıvının uçuculuğu sıcalığa bağlı olara değişili gösterir. Örneğin suyu ele alaca olursa bu sıvının uçuculuğu aynama notasına yalaştıça daha da artmatadır. Benzinin uçuculu abiliyeti suya göre ço yüsetir. Bunun nedeni benzinin aynama notasının C gibi düşü bir değerden başlamasıdır. Benzinin içinde farlı yapılarda HC bulunduğunu belirtmişti. HC lerin aynama notaları -80 C arasında değişmetedir. Buji ile ateşlemeli motorlarda ullanılaca yaıtın düşü sıcalılarda buharlaşması istenir. Sıvının aynama notası düşüse uçuculu yüse, aynama notası yüsese uçuculu düşütür. 9

Yaıtta bulunan hafif hidroarbonların düşü sıcalılarda buharlaşması istenir. Özellile soğu motorlarda il hareet için yeterli mitarda yaıtın sağlanması, yaıtın uçuculuğu ile diret olara ilgilidir. Yaıtın uçuculuğu ne adar iyi ise il hareet o oranda olay olur. Benzinin uçuculuğu, motorun değişi çalışma oşullarına uygun bir yaıt olmasını sağlar. 8.4.. Buhar amponunu Önleme Sıvı yaıtlarda uçuculuğun ço fazla olması istenmez. Çünü ısınan motor, yaıt sistemi elemanlarının ısısını artıracatır ve artan sıcalığın etisiyle yaıt, motora ulaşmadan buharlaşaca, bu durum ise yaıt pompası veya borularında buhar tıacı oluşmasına neden olacatır. Bu istenmeyen bir durumdur. Benzinin uçuculuğunun bir ifadesi olan buhar basıncı en ço 7,5 C de 0,8 atmosfer (reid buhar) basıncı olmalıdır. Benzinin buharlaşması uçuculuğu ile bağlantılıdır. Uçuculu yüse olursa buhar tıacı oluşma olasılığı artmatadır. Soğu havalarda il hareet için yüse uçuculu isteniren buhar tamponunu engelleme için düşü uçuculu istenmetedir. Motorun çalışma şartlarına göre optimum bir uçuculu değeri mevcuttur ve bu değer benzini iyi bir yaıt yapmatadır. 8.4.. Motorun Ani Güç Değişimini Karşılanması Yüse hıza ani geçiş için gaz pedalına basıldığında, motorun emdiği hava mitarı ani olara artar. Bu ani hava artışında motorun daha iyi hızlanabilmesi için hava içerisine daha fazla yaıt verilmelidir. Bu yaıt artışını sağlayabilme için yaıtın uçuculuğunun yüse olması gereir. Benzin, ani güç değişililerine uyum sağlayabilece bir uçuculuğa sahip olduğundan motorlar için uygun bir yaıttır. 8.4.4. Eonomili Motorun bütün çalışma oşullarına cevap verebilen yaıtın aynı zamanda eonomi olması da geremetedir. Benzinin fazla uçucu olması buharlaşma ile yaıt aybına neden olduğu için yaıt eonomisi açısında dezavantaj doğurur. Bunun yanında yüse uçuculu, depolama zorlularını da beraberinde getirmetedir. 8.4.5. Reçine Oluşumu (Zam ve erni) Sıvı yaıtlar, depolandıları ortamda osijenle reasiyona girere çöüntü oluşturur. Bu çöüntülere reçine denir. Bu çöüntüler yaıt sisteminde tıanmalara yol açabileceğinden dolayı istenmez. Benzinin içindei reçine oranı 5 mg/cm ten az olmalıdır. Reçine motorda supapların yapışmasına ve yaıt anallarının tıanmasına neden olur. Benzin ço uzun süre beletilirse reçine oluşumu artacağından uzun süre beletilmemelidir. 8.4.6. Korozyon Buji ile ateşlemeli motorlarda, yanma sonunda orozyon etisi olan artılar olmamalıdır. Korozif yanma sonu ürünleri üürt mitarı ile doğru orantılı olara artar. Bu yüzden benzindei üürt mitarı 0,00 den fazla olmamalıdır. Küürt mitarının daha 9

yüse olması, yanma sonunda sülfiroz asit (H SO ) oluşumuna sebep olur. Bu gibi asitler metallerde orozyona sebep olara motor parçalarının ömrünü olumsuz etiler. 8.4.7. Yağlama Yağına Etisi Motorda ullanılan yaıtın uçuculuğu yeterli olmaz ise silindirlere giren yaıtın bir ısmı sıvı hâlde olur. Benzinin sıvı hâli, silindir cidarlarındai yağın incelmesine sebep olara yağın, yağlama görevini yapmasını engeller. Ayrıca artere inere yağı inceltir ve visozitesinin düşmesine, dolayısıyla yağlama görevini yerine getirememesine neden olur. Görüldüğü gibi uçuculu ço önemli bir özellitir. Benzin, içeriğinde bulundurduğu farlı HC ler sayesinde uçuculu için değişen istelere cevap verebilen bir yaıttır. 8.4.8. uruntu Dayanımı Buji ile ateşlemeli dört zamanlı motorlarda, iinci zaman sonunda, yanma odasında sıışmış olan arışım buji ıvılcımı ile ateşlendiğinde arışımın normal zamanda yanmasına, normal yanma denir. Yanma odasındai arışım tamamen yanıncaya adar bujiden başlayan alev, dairesel halalar hâlinde diğer ısımlara yayılmalıdır. Alevin yayılmasını sağlayan alev hızına, alevin yayılma oranı denir. Alevin yayılma hızı normalden yüse olursa ani basınç artışları meydana gelir. Bu olaya vuruntu denir. uruntu, yaıtın otan sayısıyla ilişilidir. Otan sayısı yüse yaıtların vuruntu dayanımı yüsetir. Benzinin otan sayısı ullanıldığı motorlara göre değişmetedir. 8.5 Benzine Katılan Katılar Benzine atılan atı maddelerini ii grupta incelenebilir. İl grup olara benzinin otan sayısını yüseltme için ullanılan atı maddeleri, iinci grup olara oruyucu amaçla ullanılan atı maddeleri olara sınıflandırılabilir. 8.5.. Otan Sayısını Artırıcı Katılar Benzinin üretimi sırasında raing, reforming, polimerizasyon, izomerizasyon gibi yöntemler ullanılara otan sayısı yüseltilmetedir. Üretimden sonra otan sayısını arttırma için; Kurşun tetraetil bir litre benzinde en fazla 0,8 cm bulunmasına izin verilen ve otan sayısını 7-0 adar artıran bir atı maddesidir. Günümüzde gere motor parçalarına olan olumsuz etileri gerese insan sağlığı ve çevreye verdiği zararlardan dolayı ullanımı ço azalmış, ülemizde ullanımı yasalanmıştır. Benzen ilavesi ile otan sayısı yüselir. Genelde % 0 adar benzen ilave edilmetedir. Demir penta arbonil, Mono metil anilin, Metanol ve etanol alolleri atılara da otan sayısı yüseltilebilmetedir. 9

8.5.. Diğer Katılar Motorun temizlenmesi, orunması için ullanılan atılar ve benzine ren veren atılardır. Bunları aşağıdai gibi sıralama mümündür: Yanma odası ve bujilerdei biriintileri temizleme için fosfor bileşileri ve bromür etilen, Karbüratör ve manifoldlardai biriintileri önleme için deterjanlar, Reçine teşeülünü ve urşun tetraetilin parçalanmasını önleyici antiosidanlar, Supap ve silindirin üst ısmını yağlayıcı hafif yağlar, aslanmayı önleyici anti-pas maddeler, Aşıntıları engelleme için etilendibromit, Buzlanmayı engelleme için % izopropilalol, % 0,005 amonyum tuzları % 0, gliol veya fosfatlar, Benzinin donmasını engelleme için ullanılan % metilalol ullanılmatadır. Günümüzde hızla gelişen reabet ortamında daha aliteli ve temiz bir benzin için bütün şiretler farlı mitarlarda atı maddeleri ullanmatadır. 8.6. Otan Sayısı Benzinde otan sayısı, motorun sııştırma oranını, dolayısıyla da verimini ço yaından ilgilendiren bir özellitir. Otan sayısı ne adar yüse olursa yaıtın vuruntu dayanımı da o adar yüse olmatadır. Otan sayısı yaıtın fizio-imya özellileri yanında motorun yapısal ve işletme özellileri ile de değişmetedir. Otan sayısının, yaıtın içindei izo-otan oranına bağlı olduğunu belirtmişti. Otan sayısını yol otan sayısı (YOS), motor otan sayısı (MOS), araştırma otan sayısı (AOS) olara üç farlı şeilde görmemiz mümündür. (YOS), normal yol şartlarında çalışan bir motorda vuruntu sınırları diate alınara belirleniren (MOS), CFR motorunda zor şartlar altında yapılan deneyler sonucunda elde edilir. (AOS) ise daha hafif şartlarda yapılan deneysel çalışmalar sonunda elde edilen otan sayısıdır. AOS si 85 olan bir yaıtın (MOS) i 75 olabilir. Buradai fara yaıt duyarlılığı denir ve deney şartlarlındai değişimden etilenmeyi gösterir. YOS bulunuren deneylerin yol şartlarında yapılması söz onusudur. (YOS) genellile ( MOS) dan üçü (AOS) dan büyü bir değerde olmatadır. Otan sayısın belirlenmesi için yapılan deneylerde motordai vuruntu ölçülmete ve vuruntu eğiliminin başladığı nota, referans yaıtla arşılaştırılara yaıtın otan sayısı belirlenmetedir. CFR (cooperative fuel research) yöntemi ile otan sayısı belirlemede sııştırma oranı değiştirilebilinen bir motor ullanılmatadır. Bu motora CFR motoru denir. Otan sayısı ölçülece yaıt CFR motorunda farlı sııştırma oranlarında denenir. uruntunun başladığı 94

sııştırma oranı tespit edilditen sonra imyasal yollarla elde edilmiş i-otan ve n-heptan arışımının aynı sııştırma oranında vuruntu başlataca arışım oranı tespit edilir. Çıan sonuç (MOS) olara yaıtın otan sayısını verir. Şeil 8. de sııştırma oranı değiştirilebilinen CFR motorunun şemati görünüşü verilmiştir. 8.7. uruntu (Detanasyon) 8.7.. anımı Şeil 8.: CFR motoru basit şemati görünüşü Buji ile ateşlemeli içten yanmalı pistonlu motorlarda, sııştırma zamanı sonunda silindirdei hava/yaıt arışımı bir buji ile tutuşturuluyor ve açığa çıan basınç artışı ile iş yapılmış oluyordu. Buji ıvılcımından sonra alev, dalgalar hâlinde yanma odasına yayılmaya başlar alevin yayılma hızı yalaşı olara 5-40 m/sn.dir. Buji tarafından oluşturulan alev cephesi yayılıren alev cephesinin dışında alan alev cephesi yayıldıça sıcalığı ve basıncı artan henüz yanmamış arışıma son gaz denir. Son gaz bölgesine alev nüvesi ulaşmadan, oluşan sıcalı ve basıncın etisi ile son gazın tutuşması ve iinci bir alev cephesi oluşturmasına vuruntu denmetedir. Son gazın oluşturduğu alev cephesinin hızı 500-700 m/sn. civarındadır. Bu yüse alev yayılma hızı ve ii alev cephesinin çarpışması normalden ço daha hızlı basınç artışını beraberinde getirmetedir. İşte bu hızlı basınç artışı motorun piston ve silindir cidarlarına bir çeiçle vuruluyormuşçasına ses oluşturur. Bu ses vuruntunun anlaşılmasını sağlar. Şeil 8. de normal alev cephesinin ilerleyişi ve türbülanslı alev cephesinin şemati görüntüsü verilmiştir. Şeil 8. te ise basınç indiatör cihazı ile vuruntunun ölçülmesi 95

sonucu elde edilen bir diyagramı gösterilmiştir. Şeil 8.4 te ise yanma odasında vuruntunun oluşumu şemati olara gösterilmiştir. Şeil 8.: Alev cephelerinin ilerleyişi Şeil 8.: uruntuda (detanasyon) basınç artışı Şeil 8.4: uruntuda alev cephelerinin durumu 96