Termodinamik Yazıları (On Thermodynamics)    Taner Derbentli

             Bu sayfada termodinamikle ilgili kısa yazılarımı bulacaksınız.
             (On this page you will find short articles that I will write on thermodynamics)
            

 Buhar Makinası                                   Steam Engine

                 
     Buhar makinası tarihteki ilk ısı makinasıdır. Isı makinası, ısıl enerjiyi işe dönüştüren makinaya verilen addır. Her ısı makinası bir termodinamik çevrime dayanır. Bu çevrime aracılık eden akışkan çevreyle ısı alışverişinde bulunur, iş yapar. Buhar makinasında aracı akışkan su (buhar) dur. Benzin motorunda ise aracı akışkan havadır. Isı makinasına yaygın olarak motor da denir. Isıl enerji , kömür, benzin, motorin ya da gazyağı gibi fosil yakıtlarda bulunan kimyasal enerjinin ısıl enerjiye dönüştürülmesi ile elde edilir. Bu işleme yanma denir. Bu dönüşüm motorun içinde olursa, ısı makinasına içten yanmalı motor adı verilir. Benzin motoru, Diesel motoru, gaz türbini örnek olarak verilebilir. Buhar makinalarında kimyasal enerjinin ısıl enerjiye dönüşümü motorun dışında (kazanda) olur.
            
Buhar makinasında su kazanda ısıtılarak, yüksek basınç ve sıcaklıkta buhara dönüştürülür. Buhar daha sonra bir piston silindir düzeneğine alınarak, genişler, iş yapar ve çürük buhar olarak atılır. Çürük buhar bir yoğuşturucuda çevreye ısı vererek yeniden suya dönüşür ve kazana gönderilir. Böylece su termodinamik bir çevrimi tamamlamış olur.
            
Buharın itici gücünü kullamayı ilk düşünen Hero’dur, (10-70). Thomas Savery (1650-1715), Thomas Newcomen (1663-1729) buhar makinasının öncü modellerini yapmışlar ama buhar makinasını asıl geliştiren James Watt (1736-1819) olmuştur. Watt, buharın sıvıya (suya) dönüşmesini silindir dışında bir yoğuşturucuda gerçekleştirerek, buhar makinasının verimini yükseltmiştir. Verim elde ettiğiniz iş bölü makinaya sağladığınız enerji olarak tanımlanabilir. Newcomen’ in buhar makinalarında %1.2 olan verim, Watt’ ın makinalarında %8-10’ a çıkmıştır. Günümüz benzin motorunun veriminin %34, Diesel motorunun veriminin %45 dolaylarında olduğunu belirtelim. Verim önemli bir kavramdır. Bu kavram üzerinde öncü çalışmaları Sadi Carnot (1796-1832) yapmıştır. Bu konuyu önümüzdeki ayın yazısında ele alacağım.
            
Buhar makinası, Birinci Sanayi Devriminin de öncüsü olmuştur. Buhar makinasının geliştirilmesi ile madenlerdeki su tahliye edilerek kömür üretimi kolaylaşmış, ayrıca değirmenler, tekstil atölyeleri ve diğer sanayi kuruluşlarında mekanizasyon ile birlikte büyük üretim artışları sağlanmıştır.
            
Buhar makinaları günümüzde artık kullanılmamaktadır. Ama 60 yıl öncesine kadar , endüstri kuruluşlarında, gemilerde, trenlerde itici gücü sağlayan başlıca makinalardı. Bugün 70, 80 yaşlarına yaklaşanlar tren istasyonlarına, sağından solundan buhar saçarak giren lokomotiflerin görkemine tanıktırlar. Buhar makinasının yerini benzin ve Diesel motorları almıştır.
             (1 Temmuz 2016)
    
    
    
    
    
    
    
    
    
           Steam engine is the first heat engine in history. A heat engine is a machine that converts thermal energy (heat) to work. All heat engines are associated with a thermodynamic cycle. The working fluid through which the cycle is realized exhanges heat and work with the environment. Working fluid is steam (water) in the steam engine. In the gasoline engine the working fluid is air. A heat engine is more commonly called an engine. Thermal energy (heat) is obtained by the conversion of chemical energy present in fossil fuels such as coal, gasoline, kerosene to thermal enrgy. This process is called combustion. If this conversion occurs within the engine, the engine is called an internal combustion engine. The automobile engine, the Diesel engine, the gas turbine are examples. The conversion of chemical energy to heat in a steam engine occurs outside the engine, namely in a boiler.
          
In the steam engine water is heated to produce high pressure and temperature steam. Steam is then admitted to a cylinder, where it expands against a piston to produce work. It is then exhausted to a condenser, where it again turns to liquid water by giving away heat to surroundings. Water is then pumped to the boiler to complete the thermodynamic cycle.
          
The first person who thought to use the motive power of steam was Hero (10-70). Thomas Savery (1650-1715), Thomas Newcomen (1663-1729) made the pioneering models of the steam engine but James Watt (1736-1819) was the engineer who primarily contributed to the development of it. Watt increased the efficiency of the steam engine by condensing the steam outside the cylinder in a seperate condenser. Efficiency may be defined as the work that is obtained divided by the energy that must be supplied. The efficiencies which were around 1.2% in Newcomen engines were raised to 8-10% in Watt engines. Let us mention that the efficiency of a modern automobile engine is around 34%, while the efficiency of a Diesel engine is around 45%.
Efficiency is an important concept. The pioneering work on this subject was done by Sadi Carnot (1796-1832). I will consider this topic in next month’s article.
          
Steam engine, was one of the main factors causing the start of the Industrial Revolution. The discharge of water from coal mines was enhanced by the development of the steam engine, making the coal production easier. Furthermore increase in production and mechanization were achieved in the mills, textile workshops and other industrial plants.
          
Steam engines are no longer used as a power source. However until 60 years ago, the power was primarily generated by the steam engine in industrial plants, ships and trains. Those who are close to 70, 80 years of age, will remember the majestic image of a steam locomotive entering a train station, puffing out steam from everywhere. Today the Diesel and gasoline engines are used in place of the steam engine.
                                          (July 1, 2016)