GÜÇ ÜRETİMİ
Su, kohezyon kuvvetine sahip renksiz, kokusuz ve tatsız sıvı bir bileşiktir. Kimyada formülü (H2O)’dur. 2 Hidrojen ve Oksijen atomundan meydana gelmiştir.
Diğer başka maddelerde de olduğu gibi su, katı halinde buz, sıvı halinde su, gaz halinde buhar olarak adlandırılır.
SU BUHARININ TARİHÇESİ
•Eski Mısır dönemi, buharın ilk kez etkin olarak gelişmiş ölçüde kullanıldığı dönemdir. Yaklaşık MÖ 200’lü yıllara dayanır. Birçok uzman bilimci tarafından da Eski Mısır döneminde bulunan devasa tapınak kapılarının buhar gücü ile açılıp kapatıldığı kabul edilmektedir.
•Eski Mısır’ın ardından buhar gücü kullanımına Eski Yunan döneminde de rastlamaktayız. Uzaktan bakıldığında bir topa benzeyen aygıt alttan ısıtıldığında haznesinde bulunan su buharlaşarak uçlardan çıkıyor ve böylece türbinin dönmesini sağlıyordu.
LEONARDO DA VİNCİ
Daha çok ressam olarak bilinen ancak aynı zamanda çok iyi bir matematikçi ve mühendis olan Leonardo Da Vinci de buharın gücünü keşfediyor ve onunla ilgili çeşitli çalışmalar yapıyor. Bu çalışmalardan en önemlisi, içinde silindir ve piston bulunan ve Leonardo kabı adı verilen icadıdır. Bu icat bugün buharla çalışan makinelerin en temel iki parçasını oluşturuyor. Leonardo buharla çalışan bir de buhar silahı tasarlıyor. Bu silahta kapalı bir kabın kömürle ısıtılan yüzeyine su verilmesiyle bir patlama meydana getirilerek namluya benzer bir boruya konan topun fırlatılması amaçlanan, buhar gücüyle çalışan topatardı.
BUHAR KAZANI
•Su buharı, suyun sıvı haldeyken kapladığı hacimden çok daha büyük bir hacme yayılır.
•Serbestçe yayılabildiği zaman, sıvı haldeyken kapladığı hacmin yaklaşık 1.700 katı kadar bir hacmi kaplar. Ama kapalı kaplar böylesine bir genleşmeye olanak vermez ve genleşmek isteyen gaz kabın çeperlerine basınç yapar.
•Kazan içindeki basınç yükseldikçe suyun kaynama sıcaklığı da yükselir ve suyun kaynamayı sürdürmesi için su sıcaklığını 100°C’nin üzerine çıkarmak gerekir.
•Buhar kazanı, ocak ve su bölmesi olmak üzere iki ana parçadan oluşur. Ocaktan çıkan sıcak gazlar ya suyla çevrili alev borularının içinden ya da içleri suyla dolu boruların çevresinden geçer. Alev borulu kazanlar denen birinci tür kazanlar daha düşük basınçlı buhar elde etmek için kullanılan büyük su hacimli kazanlardır.
•Yüksek basınçlı buhar elde etmek için kullanılan ve suyun borulardan geçerken ısındığı kazanlara da su borulu buhar kazanları denir.
•Alev borulu kazanlarda, ısıtılacak olan su çok olduğu için ısıtmanın başlangıcı ile buharın elde edilmesi arasındaki süre uzundur.
SU BUHARINDAN ELEKTRİK GÜCÜ
•1830'larda, İngiliz fizikçi Michael Faraday dinamo olarak adlandırılan erken elektrik jeneratörünü keşfetti. Daha sonraki mucitler elektrik üretmek için müthiş bir yol olan dönme hareketini kullanan buhar makinesini icat ettiler.
•Kömür, nükleer, doğalgaz gibi fosil yakıtların yanmasıyla su yüksek derece sıcaklıklarda ısıtılarak buhar haline dönüştürülür, elde edilen kızgın buhar izole boru sistemleri ile türbin kanatlarının olduğu kısma girer. Çok kızgın ve hareket ettirme potansiyeli oldukça yüksek olan basınçlı buhar türbin kanatlarını döndürür ve mekanik bir enerji oluşturulur. Buhar türbininden elde edilen mekanik enerji genellikle, türbine bir dişli kutusu aracılığıyla bağlanan jeneratör yardımıyla elektrik enerjisine çevrilir. Termodinamiğin temel prensiplerine göre rankine çevrimiyle çalışan bu makineler mega watlar düzeyinde enerji üretebilirler.
BUHAR MAKİNESİ
•Buharın içinde var olan ısı enerjisini, mekanik enerjiye dönüştüren bir dıştan yanmalı motordur. Buhar makineleri, lokomotifler, buharlı gemiler, pompalar, buharlı traktörler ve endüstriyel devreler olabilir.
•Bir buhar makinesi basınç altında buhar üretmek için suyu kaynatacak bir kazana ihtiyaç duyar. Herhangi bir ısı kaynağı kullanılabilir, fakat genelde odun, kömür veya petrol türevi yakıtların yakılmasından elde edilen ateş kullanılır.
•Çalışma prensibi olarak, ısı enerjisini alan su buharlaşarak genişler ve bir odacığa alınır, odacık soğutulduğunda sıvı hale geçen buhar vakum yaratır böylece mekanizmaların hareket etmesi ile mekanik enerjiye yani işe dönüşür.
TARİHTEN BUHAR MAKİNELERİ
•Savery Makinesi; Buhar kazanından gelen buhar odacığa dolar. Odacık buhar ile doluyken üzerine soğuk su döküldüğünde suya dönüşen buhar vakum yaratır; böylece odacıktaki su seviyesi yükselir. Vana yardımıyla odaya buhar dolduğunda iş yapılmış olur yani madenden su çekilmiş olur. Bu makinede vanaların insan gücüyle sırayla kapatılıp açılması gerekmektedir.
•Newcomen Makinesi; Bu makinenin Savery makinesinden en büyük avantajı pistonun bir zincir yardımıyla tahterevalli benzeri bir tür kaldıraca tutturulmuş olmasıydı. Bu kaldıracın diğer ucu ise bir tür tulumbaya bağlanmıştı. Piston silindirin en üst noktasında iken silindirin içine gönderilen soğuk su, buharı yoğunlaştırıyordu. Böylece atmosferik basınç pistona aşağıya doğru kuvvet uyguladığı anda su madenden yükseliyordu. Buhar pistona dolunca bu çevrim tekrar ediyordu.
•Watt Makinesi; Arkadaşı İskoç kimyacı Joseph Black'tan gizli ısıyı öğrenmiş olan Watt aynı odayı sürekli ısıtıp soğutmanın ne kadar israflı bir şey olduğunu anladı ve aklına iki oda yapmak fikri geldi. Biri sürekli sıcak, diğeri de sürekli soğuk tutulacaktı. Buhar işini yaparken sıcak odada bulunacaktı ve su haline getirilmesi gerektiğinde supaplar sistemiyle soğuk odaya alınacaktı.
•Buhar türbinleri; 1884 yılında İngiliz mühendis Charles Algernon Parsons (1854-1931) ilk başarılı buhar türbinini yapmıştır. Bu sayede yüksek hızlı gemi yapımı kolaylaşmıştır. Jeneratörlerin de kullanılması kolaylaşmıştır.
BUHARIN KULLANIM ALANLARI
•Buhar türbinleri
•Buharlı ısıtma sistemleri
•Kimyasal prosesler
•Gıda endüstrisi
•Gübre endüstrisi
•Kauçuk ürünlerinin vulkanizasyonu
•Sterilizasyon amacı ile ilaç endüstrisinde
•İnşaat malzemeleri endüstrisi
•Kâğıt endüstrisi
•Rafineriler
•Ahşap işlenmesi (ahşap şekillendirme)
Mesela hepimiz evlerimizde eşyalarımızı ütülemek için buharlı ütüler, yemeklerimizi pişirmek için düdüklü tencereler kullanıyoruz. Saunalarda buhar yardımıyla bedenimizdeki toksinleri atıp sağlığımızı korumaya çalışıyoruz. Parfüm ve kozmetik yapımında kullanılan, bitkilerden elde edilen, birçok bileşik halen buharla çalışan kazanlarda elde ediliyor. Birçok besin maddesi buharla sterilize ediliyor. Nükleer santrallerde ve nükleer denizaltılarda da buhar gücü kullanılıyor. Bunlardan elde edilen nükleer enerji ile buhar üretiliyor ve üretilen buhar, türbinleri çalıştırıyor. Bu türbinlerin dönmesi ile de elektrik üretiliyor. Ayrıca buharla çalışan roket motorları da mevcuttur. Bu tip roket motorları kara araçlarında kullanılıyor. Elbette buharın kullanım alanlarının tümünü burada saymak mümkün değil. Kısacası su ve buhar bizim için çok şey ifade ediyor.
ISI DENGESİ
Su buharının, ısı ve güç kaynağı olarak kullanımının ekonomik olması, güç ve proses ısısı için su buharı üretiminin, koordine edilmesi arzusu ile mümkündür. Bu suretle, proses su buharı gereksiniminin bir yan ürünü olarak, gerekli güç üretilmiş olur. Bu ikili enerji gereksiniminin engellenmesinde ilk adım, çeşitli proseslere ait ısı ve güç gereksinimlerinin, dikkatli ve tam olarak araştırılması gerekmektedir. Aşırı ısı, proses çalışmaları esnasında çoğunlukla ısı transfer akışını yavaşlattığı için, türbin çıkışında veya su buharı çekim noktasında su buharının içerisinde bulunduğu durum, ısı aktarımları esnasında meydana gelecek kayıpları karşılayacak yeterlilikte aşırı ısıya sahip olmalı, fakat kullanım noktasında hiç veya az miktarda ısı bulunmalıdır. Bu su buharı aşırı ısının tümü ile, ısıtma için kullanılması demektir. Su buharının, hem proses ısıtılması ve hem de güç üretimi için ikili kullanılmasının koordine edilmesi prensibinin asıl önemi, tablomuzda incelenmesi sonucu görülebilir. Bu tablo, çeşitli basınç ve aşırı ısılara sahip su buharının, 1 atm’de doymuş su buharında genleştirilmesi ile enerjiye dönüşen kalori değerini vermektedir.
Merve TECER