Enerji Kaynakları MAKİNE MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ Ders 3 Enerji kaynakları Yakıtlar Doğa kuvvetleri Özel doğa kuvvetleri Yrd. Doç. Dr. Yüksel HACIOĞLU Katı Sıvı Gaz Odun Petrol Doğal Gaz Hidrolik Güneş Rüzgar Nükleer Kömür 2 Hidroelektrik santral Hidroelektrik santrallerde barajlarda toplanan su genellikle kanal veya borular ile aşağıda bulunan bir türbine gönderilir. Böylece barajda toplanan suyun potansiyel enerjisi borularda aşağı doğru akarken kinetik enerjiye dönüşür. Rezervuar Set Güç odası Transformatör Jeneratör Enerji hattı Aşağıda suyun türbini döndürmesiyle türbine bağlı olan jeneratör rotoru da döner ve böylece elektrik üretilmiş olur. Üretilen elektrik, yüksek gerilim hatlarıyla tüketim yerlerine gönderilir. Giriş Kontrol kapısı Su kanalı Türbin Taşma odası 3 4
Termik Santral Termik santrallerde yakıt olarak kömür, fuel-oil veya doğal gaz kullanılır. Termik santralde elektrik üretimi Yakıtın yanmasıyla kazanlarda buhar elde edilir. Buhar, buhar türbinine gönderilir ve türbin çarkını döndürür. Kazan Buhar Buhar Türbini Kinetik enerji Jeneratör Elektrik iletim hattı Çark miline bağlı jeneratörün rotoru da döner ve elektrik elde edilir. Isı Üretilen elektrik, yüksek gerilim hatlarıyla tüketim yerlerine gönderilir. Yakıt Elektrik 5 6 Nükleer Santral Nükleer santrallerde genellikle uranyum atomlarının parçalanması (fisyon tepkimesi) sonucu yüksek miktarlarda ısı enerjisi elde edilir. Basınçlı ve ısıtılmış suyun kullanıldığı tipteki nükleer santralde, su reaktörde ısındıktan sonra eşanjöre gönderilir ve eşanjörden geçen basınçsız sudan buhar elde edilir. Bölünme için, nötronlar yüksek bir hızla uranyum elementinin çekirdeğine çarptırılır. Bu çarpışma çekirdeğin kararsız hale geçmesine ve sonrasında büyük bir enerji açığa çıkartan fisyon tepkimesine neden olur. Elde edilen buhar buhar türbinine gönderilir ve türbin çarkının dönmesi sağlanır. Türbin miline bağlı jeneratörün rotorunun da dönmesiyle elektrik üretilir. Üretilen elektrik, yüksek gerilim hatlarıyla tüketim yerlerine gönderilir. 7 8
Rüzgar gücü ve enerjisi Rüzgarın ulaştırma/taşıma amaçlı kullanımı Rüzgarın tarım amaçlı kullanımı Yelkenli Değirmen 9 10 Güneş enerjisi Rüzgardan elektrik enerjisi üretimi Pervane kanadı Muhafaza Göbek Kule Güneş ışınımı Güneş paneli İnverter Şarj kontrolör Akü Trafo AC yükler DC yükler Jeneratör 11 12
İçten yanmalı motorlar İçten yanmalı motorlarda, kapalı bir sistem içerisinde ateşleme ve yanma ile yakıtın kimyasal enerjisi serbest bırakılarak basınca dönüştürülür. Bu basınç piston denilen bir elemanı etkileyerek bunu doğrusal bir hareket yapmaya zorlar ve bu şekilde mekanik enerji elde edilir. Bu motorlar benzin ve dizel olmak üzere iki gruba ayrılırlar. Dört zamanlı motorlar Dört zamanlı motorlarda, emme, sıkıştırma, genişleme (yanma) ve egzoz olmak üzere dört strok söz konusudur. Mekanik iş, pistonun genişleme strokunda gerçekleşir. Bu süre içerisinde silindir içerisinde meydana gelen olayların toplamına iş çevrimi denir. 13 14 A : Emme subapı B : Silindir kapağı C : Emme borusu E : Soğutma boşluğu F : Motor bloğu G : Karter H : Yağ I : Kam mili J : Egzoz subapı K : Buji L : Egzoz borusu M : Yanma odası N : Piston O : Dengeleme ağırlığı P : Krank mili Motor parçaları 15 Emme stroku: Emme subapı açılır, piston aşağı doğru hareket eder ve silindir içerisine karbüratörde hazırlanan benzin-hava karışımı emilir. Emme piston alt ölü noktaya gelinceye kadar devam eder. 16
Sıkıştırma stroku: Emme subapı kapandıktan sonra piston yukarı doğru hareket ederek yakıt-hava karışımını sıkıştırır ve piston üst ölü noktaya yaklaşınca buji ile ateşleme yapılır. Genişleme (yanma) stroku: Yakıt-hava karışımının yanması sonucu ortaya çıkan enerji karışımın basıncını yükseltir. Bu basınç piston yüzeyine etki ederek pistonunun tekrar alt ölü noktaya gitmesini sağlayacak bir kuvvet oluşturur. Bu şekilde mekanik iş elde edilmiş olur. 17 18 Egzoz stroku: Ekzos subapı açılır ve piston tekrar üst ölü noktaya giderken yanmış gazların da dışarıya atılması sağlanır. Piston üst ölü noktaya ulaştığında ekzos subapı kapatılır ve ardından emme subapı açılarak yeni bir iş çevrimi için yakıt-hava karışımı emilmeye hazırlanılır. Pistonun doğrusal hareketi biyel-manivela mekanizmasının yardımıyla dönme hareketine dönüştürülür. Dört zamanlı motorlarda, pistonun dört strokuna karşılık krank-mili (manivela) iki devir yapar; yani her strok için yarım devir yapılır. Pistonun dört strokundan sadece birisi, genişleme stroku mekanik iş yapar. Bu strokta elde edilen enerjinin bir kısmı diğer strokların gerçekleşmesini sağlar. 19 20
Dizel motorları Dizel motorlarında, silindire yalnızca hava emilir, hava sıkıştırılır ve sıkıştırma strokunun sonunda havanın sıcaklığı çok yükselir ve yakıtın tutuşma sıcaklığından daha yüksek olur. Bu durumda silindir içerisine yakıt (fuel-oil) püskürtülür ve sıkıştırılmış havanın sıcaklığı yüksek olduğundan yakıt hemen tutuşur. Dizel motorları da dört ve iki zamanlı olabilirler. İki zamanlı motorlar İki zamanlı motorlarda iş çevrimi iki strokta yani krank milinin bir tam dönmesinde tamamlanır. İki zamanlı motorda emme ve egzoz subapları yoktur, bunların yerine, piston tarafından açılıp kapanan emme ve egzoz pencereleri vardır. Genellikle iki zamanlı motorlar düşük güçlü motorlardır ve tek veya iki silindirli şeklindedirler. 21 22 Bazı motor parçaları A : Buji B : Yakıt, yağ ve hava karışımı girişi C : Yanmış gaz çıkışı (egzoz) D : Piston E : Silindir bloğu F : Taşıma cebi G : Piston kolu H : Krank mili I : Dengeleme ağırlığı Emme-sıkıştırma stroku: Bu strokta piston alt ölü noktadan üst ölü noktaya ilerlerken, bir yandan yanmış gazlar dışarı atılırken karterde biriken yakıt-hava karışımı silindire emilir. Daha sonra egzoz ve kartere bağlı karışım penceresi kapatılır ve gerçek sıkıştırma başlar. 23 24
Genleşme-egzoz stroku: Bu strokta piston üst ölü noktaya yaklaştığında emme penceresi açılır, yakıt-hava karışımı kartere girer ve aynı zamanda ateşleme ile silindirde bulunan karışım yanmaya başlar. Piston alt ölü noktasına doğru ilerlemeye başlar, strokun belirli bir yerinde emme penceresi kapatılıp, egzoz penceresi açılır ve yanmış gazların dışarı atılmasına başlanır. İki zamanlı motor, dört zamanlı motora göre daha basit ve az maliyetlidir. Yakıt karışımının bir kısmı yanmadan egzoz gazı ile atıldığı için çevre ve yakıt ekonomisi konularında başarılı değildir. 25 26 Silindirlerin yerleştirilişine göre motor çeşitleri Sıralı motor Boxer motor V motoru 27