Buhar Makineleri ve Soğutucular

0
1617
buhar makineleri ve soğutucular konu anlatımı

Merhaba arkadaşlar bu yazımızda sizlere buhar makineleri ve soğutucular konu başlıklarını anlatacağız. Boyle’un 1660 yılında yayınladığı “Havanın Sıkıştırılabilirdi ve Etkilerine İlişkin Yeni Fiziko-Mekanik Deneyler” adlı kitabında ilk kez sözü edilen bir yasaya göre, sıcaklığı sabit tutulabilen bir miktar gazın basıncıyla hacmi ters orantılı olarak değişiyordu. (Bu yasa, 1676 yılında Fransız fizikçi Edme Mariotte tarafından Boyle’dan bağımsız olarak yeniden bulunduğu için, Boyle-Mariotte Ya­sası olarak adlandırılmıştır.)

 

boyle yasası
Sıcaklığın sabit tutulduğu ortamda, basınç ve hacim arasındaki ilişkiyi gösteren bir animasyon.

1787 yılında Fransız fizikçi J. A. C. Charles ve daha sonra Joseph Gay-Lussac tarafından yine deneysel yoldan bulunmuş bir başka yasaya göre de, sabit basınç altında tutulan bir miktar gazın hacmi ile mutlak sıcaklığı doğru orantılı olarak değişmekteydi.

Sonuçta, bu iki yasa birleştirilip “gazların basınç ve hacim çar­pımları sıcaklıkla orantılıdır” sözcükleriyle ifade edildi ve karşılık gelen bağıntı da şu yalın biçimde yazıldı: PV∝T.

Her türlü gazın davranışını (normal koşullar denilen belirli bir takım basınç, hacim ve sıcaklık değerleri altında) kapsayacak ölçüde genel olan bu birleşik yasadan yararlanarak örneğin, sıcaklığı sabit tutulan bir gazın hacmi (söz konusu gazın ısıtılması yoluyla) artırıldığında, ne kadarlık iş yapacağı hesaplanabiliyordu.

Aynı gazın hacmi, (sıcaklık yine sabit ama bu kez daha düşük bir değerde tutulmak koşuluyla) azaltıldığında ise, gazın dışarı atacağı ısı miktarı hesaplanabiliyordu. Dolayısıyla bu yasa, buhar makinelerinin olduğu gibi soğutucuların çalışma ilkesini ve bu ilkenin altında yatan fiziği anlaşılabilir kılabiliyordu.

Buhar makinelerinde ısı verilip mekanik enerji elde ediliyor; soğutucularda ise, ya mekanik enerji doğrudan ya da elektrik enerjisi mekanik enerjiye dönüştürülerek harcanıyor, bunun karşılığında da çevreden ısı alınıyor yani, soğutma sağlanabiliyordu.

 

buhar makinaları ve soğutucularHer iki durumda yapılan iş (W) ise, verilen ve alman ısı Qver ve Qal olmak üzere, W = Qver – Qal değerine eşit çıkıyordu; Qver – Qal değeri sıfırdan büyükse gaz iş yapıyor yani, ısı mekanik enerjiye dönüşüyor, küçükse de enerji harcanarak gazın soğuması sağlanıyordu. Dolayısıyla randımanı (efficiency), W/Qver oranı yani, 1 – (Qal /Qver) değeri belirliyordu. Buradan çıkan sonuç da, buhar makinelerinde %100 randıman elde edebilmek için Qal, değerinin yani, mekanik enerjiye dönüştürülemeden dışarı atılan ısının sıfır olması gerektiğiydi.

Soğutucularda ise, Qver değerinin olabildiğince büyük olması randımanı artırıyordu. Bunun en kestirme yolu da bir sıvının buharlaştırılmasıydı. Çünkü, herhangi bir sıvının buharlaşırken çevresinden ısı emdiği, insanlığın çok eski dönemlerinden beri biliniyordu. Örneğin, binlerce yıldır soğuk su (ya da şarap) içebilmek için eski insanlar suyu testiye (ya da, yine topraktan yapılan amphora) gözeneklerinden ince ince sızan su (ya da şarap) buharlaşırken çevresinden yani, testiden (ya da amphoradan) ısı alıyor ve böylelikle soğumaya yol açıyordu. Ayrıca, güneş altında çalışırken soğuk bir karpuz yemek isteyen çiftçiler de, karpuzu ortadan kesip, yine güneş altına koyuyorlardı. Yine, karpuz yüzeyinden buharlaşmak üzere olan karpuz suyu, çevreden, yani karpuzdan ısı emerek onun soğumasına yol açıyordu. Daha sonraki yıllarda bulunan kolonya da aynı ilke çerçevesi içinde, buharlaşırken insan cildinden emdiği ısıyla serinlik sağlıyordu. İşte, soğutucuların bu örneklerden, (somut olması için kolonya örneğinden) biricik farkı, büyük miktarda sıvı -yani, kolonya- harcamak yerine, elektrik enerjisi harcayarak buharlaşan sıvıyı yeniden eski haline döndürerek çalışma ilkesi doğrultusunda iş görüyordu.

Bir Soğutucu Yapalım

Şimdi, soğutmak istediğimiz nesneleri kapalı bir kap içine koyalım. Sonra da bu kabın üzerine sürekli olarak kolonya dökelim. Kolonya, uçucu bir nesneden (alkolden) yapıldığı için, her kolonya damlası üzerinde bulunduğu kaptan ısı emerek buharlaşacak; bunun sonucunda da kap her seferinde biraz daha soğuyacaktır. Ama, sonsuz miktarda kolonyamız olmayacağı için, kolonya buharını toplayıp sıkıştırarak yeniden sıvılaştırmak daha akıl kârı olacaktır.

Bu işlemi kolaylaştırmak için de kolonyayı, kaba değecek biçimde yapılmış ince uzun bir boru içinde dolaştırmak yerinde olacaktır. Bu borunun iki ucu arasına yerleştirilen ve elektrik motoruyla çalışan bir sıkıştırıcı (compressor) da kolonya buharını yeniden sıvılaştırmakta kullanılacaktır. Son olarak, gerçi atmosfer kirlenmesine yol açıp ozon deliğini büyütme tehlikesi var ama, kolonya yerine daha uçucu ve bu yüzden de soğutucu etkisi daha büyük olan karbonflörür (CF4) ve türevlerinden bir gaz kullanmak randımanı artıracaktır.

Şimdi, o ortadan kesik karpuzu da, testideki suyu ve amphoradaki şarabı da bu az önce yaptığımız soğutucuya büyük bir keyifle yerleştirebiliriz artık…

Kaynakserway
Paylaşır mısınız?
Önceki İçerikAraba Alırken Nelere Dikkat Etmeliyiz
Sonraki İçerikTitanik Neden Battı
Elif Yaldız
Merhaba ben Elif Yaldız, bir süre Türkiye de Elektrik ve Elektronik Mühendisliği üzerine eğitim aldıktan sonra, hayat serüvenime yurt dışında Enerji Sistemleri Mühendisliği üzerine devam ettirmeye karar verdim. Burada sizlerle bilgi alış verişinde bulunmaktan memnuniyet duyuyorum.

Düşünceleriniz Nedir?