ÖZEL EGE LİSESİ ATIK ISIDAN ELEKTRİĞE GEÇİŞ HAZIRLAYAN ÖĞRENCİ: Emir İSKİFOĞLU Dilara ŞEKURİ DANIŞMAN ÖĞRETMEN: Melike GÜZEL İZMİR 2016
İÇİNDEKİLER 1.Proje özeti...2 2.Projenin amacı...2 3. Giriş...3-4 4.Yöntem...5-6 4.1. İki yüzey arasında ısı farkının arttırılması ile elektrik eldesi...5 4.2. TEG in tek bir yüzeyinin ısıtılması ile elektrik eldesi..6 5. Ulaşılan sonuçlar ve sonuçların değerlendirilmesi...6-7 6. Proje Bütçesi...7 7.Kaynaklar...8 1
Proje Adı: ATIK ISIDAN ELEKTRİĞE GEÇİŞ 1. Proje Özeti Elektrik enerjisi, özellikle kullanım kolaylığıyla, her alanda yaşamın içerisine girmiştir ve dünyada en çok kullanılan enerji türüdür. Elektriğin kül bırakmaması ve havayı kirletmeme özelliği de başka bir üstünlüğüdür. Günümüzde elektrik enerjisi, çeşitli yollardan elde edilmektedir. Örneğin hidrolik, termik, nükleer, doğalgaz, rüzgâr ve güneş gibi enerji kaynaklarından faydalanılmaktadır. Fosil enerji kaynaklarının ciddi cevre sorunlarına yol açması, rezervlerinin yakın gelecekte tükenecek olması, kaynak ülkelere bağımlılığın çeşitli sorunlara yol açması yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ilgiyi arttırmıştır. Gelişmekte olan, mevcut enerji yapısı yüksek oranda dışa bağımlı olan Türkiye de de aynı durum söz konusudur. Hızlı sanayileşme ile birlikte dünyanın ısı kullanım teknolojileri de giderek gelişmiştir. Birçok proseste kullanılan ısı, kullanıldıktan sonra atık ısı halini alır. Bu atık ısıyı elektriğe çevirmek veya tekrar sisteme kazandırmak mümkündür. Birçok endüstriyel tesiste de ortaya çıkan atık ısı, hiçbir yararlı iş yapmadan doğaya salınır. Bunun önüne geçmek için atık ısı geri kazanım sistemleri geliştirilmektedir. Atık ısıdan elektrik üretebilmek enerjide tasarrufun bir yolu olurdu. Eğer elektrik akımı ısı üretebiliyorsa ısı da elektrik oluşturabilir. Biz de bu projede iki yüzey arasında ısı farkı oluşturarak TEG yardımıyla elektrik enerjisi ürettik. Böylece günlük yaşamda birçok yerde çevreye salınan atık ısı değerlendirilerek temel ihtiyacımız olan elektrik enerjisine dönüştürülmüş ve enerji tasarrufuna da katkıda bulunulmuş olacaktır. 2. Projenin Amacı Bu projede amaç, mevcut elektrik üretme yöntemlerine alternatif olarak var olan ısı enerjisini termoelektrik jeneratör sistemi yardımıyla elektrik enerjisine dönüştürmektir. Böylece birçok alanda açığa çıkan atıl ısı hiçbir mekanik enerji dönüşüm sistemine ihtiyaç duyulmadan elektrik enerjisine dönüştürülebilecektir. 2
3. Giriş Günümüzde enerji, bütün ülkeler için büyük önem taşımaktadır. Gelişmiş ülkelerde olduğu kadar, gelişme çabası içinde olan ülkelerde de gelişmeye paralel ve hatta onlardan daha hızlı artan bir enerji talebi bulunmaktadır. Bu bakımdan bu ülkeler, her türlü imkânlarından yararlanarak enerji üretimlerini artırmaya çalışmaktadırlar. Çünkü ülkelerin güçlü bir ekonomik, siyasi, sosyal ve kültürel yapıya sahip olmasında en önemli faktörlerin başında enerji temini hususu gelmektedir. Günümüzde enerji üretim ve tüketim dengesini sağlayabilmiş kalkınmış ülkeler olduğu gibi, ihtiyaç duyduğu enerjinin bir kısmını dışarıdan sağlama yoluna giden çok sayıda ülke de vardır. Bu türlü ülkeler enerji ile ilgili dış alımlarda önemli döviz kaybına uğramalarının yanında endüstrilerinin çalışma ve gelişmesinde dışa bağlı olma sakıncası ile de karşı karşıya kalmaktadırlar. Enerji kaynaklan arasında elektrik enerjisi, özellikle kullanım kolaylığı ve tüm ekonomik ve sosyal yaşamın içerisine yoğun bir şekilde girmiş olması ile sayılamayacak diğer avantajları sayesinde dünyada en çok kullanılan enerji türüdür. Ayrıca, elektriğin kül bırakmaması ve havayı kirletmeme özelliği de başka bir üstünlüğüdür. Çünkü enerji temini her ne kadar ön planda ise de çalışmalar sırasında çevre ve insan sağlığı da dikkate alınmalıdır. Günümüz teknolojisinin vazgeçilmez kaynağı olan elektrik enerjisi, çeşitli yollardan elde edilmektedir. Bu enerjinin temininde hidrolik, termik, nükleer, doğalgaz, rüzgâr ve güneş gibi primer enerji kaynaklarından faydalanılmaktadır. Fosil enerji kaynaklarının dünyada ciddi cevre sorunlarına yol açması, rezervlerinin yakın gelecekte tükenecek olması, kaynak ülkelere bağımlılığın çeşitli siyasi ve ekonomik sorunlara yol açması ve fiyat istikrarsızlıkları gibi nedenlerden dolayı yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ilgi artmıştır. Özellikle gelişmiş ülkelerde yenilenebilir enerji kaynakları olan hidrolik, rüzgar, jeotermal, güneş, biyokütle, dalga, hidrojen vb. enerji kaynaklarından başta elektrik üretimi olmak üzere çeşitli yollarla yaralanılmaktadır. Gelişmekte olan bir ülke olan Türkiye nin de artan nüfus ve büyüyen ekonomisine paralel olarak enerji kaynakları tüketimi yükselerek devam etmektedir. Mevcut enerji yapısı yüksek oranda dışa bağımlı olan Türkiye, bu oranı azaltabilmek için bir yandan sınırları içinde fosil enerji kaynakları hammaddesi arama çalışmaları yürütürken, diğer yandan da yenilenebilir enerji kaynaklarının potansiyelinin belirlenmesi ve kullanımı konusunda çalışmalar yapmaktadır. Bu şekilde ithal enerji kaynaklarına olan bağımlılık azalırken, enerji kaynakları da çeşitlendirilecektir. 3
Hızlı sanayileşme ile birlikte dünyanın ısı kullanım teknolojileri de giderek gelişmiştir. Birçok proseste kullanılan ısı, kullanıldıktan sonra atık ısı halini alır. Bu atık ısıyı yeterli teknolojilerle elektriğe çevirmek veya tekrar sisteme kazandırmak mümkündür. Atık ısı, makinelerde ve diğer ihtiyaç duyulan tüm proseslerde sisteme verilen ısının o ekipmanda veya bölgede iş yapması sonucu oluşan, enerjisi düşük ısıdır. Makineler, fırınlar, elektrik lambaları ve sobalar ısı yayarlar. Kullandığımız enerjinin çoğu ışık, elektrik, kimyasal enerji, mekanik enerji sonuçta ısıya dönüşür. Her gün kullandığımız enerjiden arta kalan ısıdır. Bu ısının çoğu kaybedilir. Isı önce atmosfere oradan da uzaya gider. Havadaki atık ısı, bazı şehirlerdeki havayı değiştirmiştir. Bu şehirlerde eskisine göre daha az yağmur ve kar yağar. Ayrıca, çevredeki yerler kışın kadar soğuk olmazlar. Örneğin fosil yakıta dayalı enerji üretim santrallerinde su kullanılarak buhar elde edilir daha sonra çeşitli sistemlerle elektrik üretilir. Fosil yakıtın yanması sonucu açığa çıkan ısı sistemde kullanıldıktan sonra soğutma amacıyla denizlere, akarsulara veya atmosfere verilir. Bu ısı özellikle verildiği bölgede deniz suyunun ısınmasına ve oradaki canlı popülasyonu olumsuz yönde etkileyebilir. Bunun dışında arabalarda egzoz borusundan çıkan ısı kışın arabayı ısıtmak için kullanılmalı ama yazın havaya bırakılır. Kömür, doğalgaz veya nükleer yakıtla çalışan tribünlerde yüksek sıcaklıkta kullanılan ısıl enerji, eğer kışın ısınmak için kullanılmazsa, daha sonra ya döşenen borularla denizleri ırmakları ya da soğutma kulelerinde havayı ısıtır. Birçok endüstriyel tesiste de ortaya çıkan düşük kalitedeki atık ısı, hiçbir yararlı iş yapmadan doğaya salınır. Bu gibi olayların önüne geçmek için atık ısı geri kazanım sistemleri geliştirilmektedir. Atık ısıdan elektrik üretebilmek enerjide tasarrufun bir yolu olurdu. Enerji türleri birbirine dönüşüm sağlayabilmektedir. Aslında formüler yapıdaki birçok bilimsel olay tersinir özellik taşımaktadır. Örneğin bir bobin içinde hareket eden elektrik akımı manyetik alanla buluşunca dönme hareketi oluşturmaktadır. Bunun tam tersi de mümkündür. Bobin telleri üzerinde hareketli(değişken) bir manyetik alan sağlanabilirse elektrik akımı oluşmaktadır. Buna benzer bir durum da elektrik enerjisinden ısı enerjisi üretmek için de söz konusudur. Eğer elektrik akımı ısı üretebiliyorsa ısı da elektrik oluşturabilir. Isıl farklardan yararlanarak elektrik enerjisi üreten sistemlere termoelektrik jeneratör (TEG) denir. Biz de bu proje ile iki yüzey arasında ısı farkı oluşturarak TEG yardımıyla elektrik enerjisi ürettik. Böylece günlük yaşamda birçok yerde çevreye salınan atık ısı değerlendirilerek temel ihtiyacımız olan elektrik enerjisine dönüştürülmüş ve enerji tasarrufuna da katkıda bulunulmuş olacaktır. 4
4. Kullanılan Yöntem Basit bir termoelektrik jeneratörü kullanarak iki farklı düzenek oluşturup her iki düzenekte de ısı farkından elektrik enerjisi dönüşümünü gözlemledik.. 4.1. İki yüzey arasında ısı farkının arttırılması ile elektrik eldesi İki adet metal levhayı büktük. Bu metal levhalardan oluşturduğumuz plakaların iç yüzeylerine termal macun sürerek TEG leri iki plaka arasına yerleştirdik. Plakaları tutturucu yardımıyla sabitledik. Ayrı ayrı iki bardağı buzlu soğuk su ve kaynar su ile doldurduk. Plakaların bir ucunu soğuk, bir ucunu sıcak suya batırdık. Bardaklarda bulunan sıcak ve soğuk sulardaki ısı farkı alüminyum plakalar yardımıyla TEG e ulaştırıldı. TEG sayesinde enerji farkından elektrik akımı oluşturuldu ve elde edilen enerji ile led lambanın ışık vermesi sağlandı. 5
4.2. TEG in tek bir yüzeyinin ısıtılması ile elektrik eldesi Civata kullanarak metal levha ile yer arasına bir yükselti oluşturduk. Yerle metal arasına mum yerleştirdik. Daha sonra metal levha üzerine TEG leri sıcak tarafı yere bakacak şekilde termal macun yardımı ile sabitledik. TEG in diğer yüzeyine hiçbir soğutma yöntemi uygulamayıp açıkta bıraktık. TEG leri birbirlerine seri bağladık. Daha sonra TEG kablolarını sistemde üretilecek olan elektiriğin voltajını ölçmek için multimetreye bağladık. Sistem mumun yakılması ile elektrik üretmeye başladı. 5. Ulaşılan Sonuçlar ve Sonuçların Değerlendirilmesi Kurduğumuz her iki düzenekte de ısı enerjisinden elektrik enerjisi üretebileceğimizi gördük. Ancak ikinci düzenekte tek bir yüzeyin ısıtılması ile elde ettiğimiz elektrikle ilk düzeneğimizde elde ettiğimiz enerjiyi kıyasladığımızda 1.düzenekte değerin daha yüksek olduğunu gördük. Bundan dolayı bu yöntemde elde edilmek istenen enerjini daha yüksek değerde ve verimli olması için iki yüzey arasındaki sıcaklık farkı oluşturulması gerektiğini söyleyebiliriz. İki yüzey arasındaki sıcaklık farkı arttıkça sistemin verimi artacaktır. Bu proje benzin veya türevi hibrit araçlarda kullanılmak üzere içten yanmalı motorlardaki atıl ısıyı termoelektrik jeneratörler vasıtasıyla hibrit araçların bünyesinde bulunan elektrik motorları için enerji üretmek amacıyla kullanılabilir. Benzin motorlarının 6
veriminin yapılan araştırmalarda %21 civarı olduğu bilinmektedir. Geriye kalan %79 luk kısmın aracın hareketi için kullanılamadığı düşünüldüğünde projenin hibrit araçlar için çok kullanışlı olacağını söyleyebiliriz. Araba egzozlarında oluşan ısıyı enerjiye dönüştürülebilir. Projenin bir diğer uygulama alanı olarak dağcılık ve tırmanış vb spor dalları olarak planlanlayabiliriz. Burada da dağcılıkla uğraşan insanların elektik ihtiyaçlarını karşılamak için prototipi yapılan ünitenin benzerini kullanmaları öngörülebilir. 6. Proje Bütçesi Termoelektrik Jeneratör Alüminyum Levha(10x10x0,3 cm) Mum Vida (M5) Somun (M5) Krokodil Kablo Elektrik Motoru Ampul Projenin toplam bütçesi: 130 TL 7
7. Kaynaklar 1. http://tucaum.ankara.edu.tr/wp-content/uploads/sites/280/2015/08/tucaum3_3.pdf 2. http://dergiler.ankara.edu.tr/dergiler/47/1924/20179.pdf 3. http://eng.harran.edu.tr/~hbulut/termoelektrik.pdf 4. http://teknolojikarastirmalar.com/pdf/tr/01_0_6_3_57_396.pdf 5. http://www.elektrikport.com/teknik-kutuphane/atik-isi-geri-kazanimi/8796#ad-image-0 6. http://www.bilimania.com/haberler/4362-at-k-is-dan-elektrik-ueretmede-yeni-yoentem 8