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)
            

 İçten Yanmalı Motorlar                          Internal Combustion Engines

Yakıtı kendi içinde yakarak güç üreten motorlara, içten yanmalı motorlar adı verilir. Dizel ve benzin motorları ile gaz türbinleri içten yanamalı motorlardır. Buhar türbinli santral dıştan yanmalı bir motordur, çünkü yakıt bir kazanda yakılır, elde edilen buhar (ısı), motora gönderilir ve güç üretilir. Saydığımız tüm bu motorlar birer ısı makinasıdır. Başka bir deyişle ısı ister motor içinde üretilsin ister dışında, termodinamik bir çevrim aracılığıyla işe dönüştürülür. Bu nedenle tüm bu motorların ısıl verimi Carnot verimi ile sınırlıdır.
     Günümüzde içten yanmalı motor dendiğinde ilk akla gelen benzin ve dizel motorlarıdır. Benzin motorunun dayandığı termodinamik çevrim Otto çevrimi, dizel motorunun dayandığı teorik temel ise Diesel çevrimidir. Her iki çevrim de dört zamanlıdır, başka bir deyişle dört stroktan oluşur. Otto çevriminde çevrime ısı verme sabit hacımda, Diesel çevriminde ise sabit basınçtadır. Sıkıştırma, genişleme ve çevrimden ısı atma her iki çevrimde de aynıdır. Benzin motorunda, çevrime ısı verme, hava-benzin karışımı hacımsal olarak yaklaşık bire sekiz oranında sıkıştırıldıktan sonra ateşleme sonucu oluşan yanma ile sağlanır. Bu işlem yaklaşık olarak sabit hacımda gerçekleşir. Dizel motorunda ise hava yaklaşık bire yirmi oranında sıkıştırıldıktan sonra içine yakıt (motorin, dizel yakıtı) püskürtülür ve hava sıcak olduğu için yakıt kendiliğinden yanar. Püskürtme işlemi ve yanma, kısa da olsa belirli bir zaman aralığında sabit basınçta gerçekleşir. Yanma (çevrime ısı verme) daha yüksek bir sıcaklıkta gerçekleştiği için Diesel çevriminin ısıl verimi (?%50), Otto çevriminin ısıl veriminden (?%30) daha yüksektir.
     Benzin ve dizel motorları 19. yüzyılın ikinci yarısında başta Lenoir, birçok bilim insanının öncü çalışmalarının ardından, Nikolaus Otto (1832-1891) ve Rudolf Diesel (1858-1913) tarafından geliştirilmişlerdir. Bu çalışmalarda sadece termodinamik çevrimin tasarlanması ve veriminin artırılması değil, mekanik titreşimlerin azaltılması, soğutma (ısı geçişi), malzeme seçimi ve mekanizma tasarımı gibi makina mühendisliğinin diğer konuları da uygulanmışlardır.
     Otto ve Diesel sadece iyi birer bilim insanı ve makina mühendisi olarak değil, birer sanayici olarak da toplumda öne çıkmışlar, çalışmalarının parasal karşılığını almışlardır. Diesel’ in 1913 yılında, Antwerp’ ten Londra’ ya giden bir gemiden denize atlayarak yaşamına son vermesi bilim tarihinin cevaplanamayan sorularından birisi olarak durmaktadır.
    
                   (25 Eylül 2020)
    
    
          
          
          
     Engines which burn the fuel within themselves to produce power are called internal combustion engines. Diesel and gasoline engines and gas turbines are internal combustion engines. A steam power plant is an external combustion engine because the fuel is burned in a seperate boiler and the steam produced (heat) is sent to the engine and power is produced. All the engines mentioned above are heat engines. In other words no matter whether heat is generated within the engine or outside the engine, it is converted to work in a thermodynamic cycle. Therefore the thermal efficiency of all of these engines is limited by the Carnot efficiency.
     Gasoline engine and the Diesel engine are the two engines that first come to mind when we talk about internal combustion engines. The thermodynamic cycle which forms the basis of the gasoline engine is the Otto cycle, Diesel cycle forms the theoretical basis of the Diesel engine. Both of these cycles consist of four strokes. In the Otto cycle heat is transferred to the cycle at constant volume, in the Diesel cycle at constant pressure. Compression, expansion and heat rejection strokes are the same in both cycles. In the gasoline engine, a mixture of gasoline and air is compressed volumetrically in the ratio of nearly one to eight. The mixture is then ignited and burned and thus heat is given to the cycle. This process occurs nearly at constant volume. In the Diesel engine, air is compressed volumetrically in a ratio of approximately one to twenty. The fuel (diesel fuel) is then injected into hot air and the fuel burns in a finite time interval, however short, thus the process occurs at constant pressure. Combustion (heat addition to the cycle) occurs at a higher temperature in the Diesel cycle, therefore the thermal efficiency of the Diesel cycle (?50%) is higher than the thermal efficiency of the Otto cycle (?30%).
     The gasoline and Diesel engines were developed in the second half of the nineteenth century by Nikolaus Otto (1832-1891) and Rudolf Diesel (1858-1913), who utilized the preliminary work of many scientists, especialy Lenoir. In these works not only the design of the thermodynamic cycle and increasing its efficiency, but also the reduction of mechanical vibrations, cooling of the engine (heat transfer), material selection and design of mechanisms, which are all subjects of mechanical engineering took place.
     Otto and Diesel, not only came forth as good scientists and mechanical engineers but also as prominent entrepreneurs. They earned the monetary reward of their work. The tragic death of Diesel in 1913, by jumping to the sea from a steamer going from Antwerp to London remains as one of the intriguing questions of the history of science.
                                                  (Sept. 25, 2020)           

Önceki yazılar :   (Previous writings)
    Sıcaklık Üzerine   (On Temperature)          Termodinamiğin Dört Yasası   (Four Laws of Thermodynamics)
    Buhar Makinası   (Steam Engine)                 Verim   (Efficiency)          Entropi 1   (Entropy 1)         Entropi 2   (Entropy 2)
    Entropi 3   (Entropy 3)                                Entropi 4   (Entropy 4)     Ekserji   (Exergy)                Gaz Türbinleri   (Gas Turbines)             
    Ekserji Ekonomisi   (Exergy Economics)      Termodinamik Sistem   (Thermodynamic System)             
    Maddelerin Termodinamik Özelikleri   (Thermodynamic Properties of Substances)     Rankine Çevrimi   (Rankine Cycle)             
    Makina Mühendisliğinde Termodinamik Dersleri   (Thermodynamic Courses in Mechanical Engineering)     Mükemmel gaz   (Ideal gas)             
    Termodinamikte Isı Geçişi    (Heat Transfer in Thermodynamics)    Psikrometri   (Psychrometry)             
    Uzaktan Termodinamik Eğitimi    (Online Thermodynamics Teaching)