Sıcak Haddelemenin Avantajları ve Dezavantajları

Malzemelere uygulanan kuvvetler, malzemelerde bazı değişikliklere veya tepkilere yol açmaktadır. Bu kuvvetler malzeme tarafından sönümlenebilir, tepki kuvveti olarak açığa çıkabilir veya malzeme üzerinde kalıcı şekil değişikliklerine neden olabilir. Haddeleme de malzemelere kuvvet uygulayarak şekil değişimine uğratılmasını ve istenilen şekle getirilmesini sağlar. Eğer şekil değişimine uğratılmak istenen metal yeniden kristalleşme sıcaklığına ısıtılırsa haddeleme işlemi daha kolay ve hızlı bir biçimde sağlanabilmektedir. Bu şekildeki haddeleme işlemine sıcak haddeleme denilmektedir. Fakat her üretim yönteminde olduğu gibi sıcak haddelemenin de bazı avantaj ve dezavantajları vardır.

Sıcak Haddelemenin Avantajları

1. Sıcak haddelemede metalin şekillendirilmesi için daha az kuvvete ihtiyaç duyulur. Bu yüzden haddeleme sistemi daha düşük maliyetler ile kurulabilir.

2. Haddeleme için daha küçük boyut ve güçte ekipman kullanılacağı için haddeleme sisteminin enerji ihtiyacı düşer.

3. Sıcak metallerin deformasyonu daha kolay olduğu için tek seferde kalınlığın büyük miktarlarda azalması sağlanabilir.

4. Yine aynı sebepten dolayı geniş bir çalışma aralığı sunar. Yani çeşitli ölçülerdeki metallerin haddelenmesi sağlanabilir.

5. Malzeme üzerindeki yabancı maddeler veya talaş kalıntıları malzemenin yüksek sıcaklığı nedeniyle erir. Böylelikle haddeleme sırasında sorun oluşturmazlar.

Sıcak Haddelemenin Dezavantajları

1. Sıcak haddelemede yüksek sıcaklıklar ile çalışıldığı için sistemin de yüksek sıcaklıklara dayanıklı olması gerekir. Yani merdane ve diğer temas eden mekanizmalar yüksek sıcaklıktan etkilenmemelidir.

2. Haddeleme süresi boyunca ısıtılan metal üzerinde oksijenle temastan dolayı oksit tabakası oluşabilir. Sağlıklı bir haddeleme işlemi için bu tabaka traşlanır. Bu işlem ekstra mekanizma ihtiyacına ve enerji tüketimine neden olur.

3. Metallerin yüksek sıcaklıklara çıkarılması için özel hazırlanmış fırınlar gereklidir. Bu yüzden hem ısıtma için gereken enerji hem de fırın kurulumu yüksek maliyetlere neden olabilmektedir.

4. Sıcak haddelemede geometri kesinliği soğuk haddelemeye göre daha kötüdür. Malzeme köşelerinde ve kenarlarında istenilen geometri sağlanamayabilir. 

5. Metallerde soğutma işlemi kontrollü yapılması gerekir. Fakat haddeleme işleminde soğuma tam kontrollü olarak sağlanamayabilir. Bu da mekanik özelliklerin istenilen düzeyde olmasını engeller.

6. Metalin soğuması ile metal bir miktar büzüşmeye uğrayacağı için büzüşme miktarı hesaba katılması gerekir.

Devamı

Haddeleme Nedir? Nasıl Yapılır?

Metallere şekil vermek için geçmişten günümüze birçok metot kullanılmıştır. Makine ekipmanlarının ve üretim tekniklerinin gelişmesinden önce kas gücüne dayanan yöntemler ve döküm kullanılmaktaydı. Makineleşme ve teknolojinin gelişmesiyle birlikte ise kısa sürelerde tonlarca üretim kapasitelerine ulaşılabilen makineler ve sistemler oluşturuldu. Bu yöntemlerden biride metal üretiminde önemli bir yere sahip olan haddeleme yöntemidir. Bu yazımızda haddeleme yöntemi ve nasıl yapıldığı ile ilgili bilgi vermeye çalışacağız. Ayrıca haddelemede kullanılan silindir(merdane) çeşitlerini ele alacağız.

Haddeleme, kaba geometrik şekillerde üretilmiş metal bloklarının aynı hızda ve birbirine zıt yönde dönen silindirler arasından geçirilerek şekil verme işlemine denir. Haddelemede özellikle boyda uzama istenirken, silindirler ile sıkıştırılan metalin eninde büyüme istenmez. Bu yüzden sıkıştırma işlemi için dikeyde de silindir kullanılan sistemler vardır. Haddeleme sıcak haddeleme ve soğuk haddeleme olarak iki ana grupta incelenmektedir.

Sıcak Haddeleme

Sıcak haddeleme, silidirler arasından geçirilecek olan metal bloğunun işlem öncesinde ısıtılması prensibine dayanır. Isıtma işlemi çoğunlukla yeniden kristalleşme sıcaklığına kadar yapılır. Böylece metale daha kolay şekil verilmesi sağlanır. Metalin kesit alanında, tek kademede dahi büyük miktarlarda küçülme sağlanabilir. Silindirler için gerekli olan tork daha küçüktür. Fakat yüksek sıcaklıklarda çalışıldığı için silindirlerin de bu sıcaklıklara dayanıklı olması gerekir. Ayrıca sıcak haddelemede üretilen ürünün yüzey kalitesi daha düşük olabilmektedir.

Soğuk Haddeleme

Soğuk haddeleme, silindirler arasından geçirilecek olan metal bloğunun işlem öncesinde ısıtılmadan şekil değiştirmesini sağlayan haddeleme çeşididir. Soğuk haddelemede herhangi bir ısıtma işlemi olmadığından ısıtma maliyeti olmaz. Proses sonrası işlem kalitesi iyidir ve metal soğutulma işlemine uğramadığından daha sünek bir yapıda olur. Fakat soğuk bir metale şekil verme işlemi sıcak bir metale göre daha zor olacağından silindirler için daha yüksek torklara ihtiyaç duyulabilmektedir. Ayrıca kesit alanındaki incelmeyi sağlayabilmek için birden fazla haddeleme kademesi gerekebilmektedir.

Haddeleme Nasıl Yapılır?

Haddeleme işlemi, kullanılan tekniklere ve özelliklerine göre değişiklik göstermektedir. Fakat temel olarak sıralamak gerekirse aşağıdaki aşamalardan oluşur.

1. Eğer sıcak haddeleme yapılacak ise metal bloğu yüksek kapasiteli fırınlarda yeniden kristalleşme sıcaklığına çıkarılır. 

2. Yeterli ısıya gelen iş parçası sıkıştırma işleminin yapılacağı silindirlere doğru aktarılır. Soğuk iş parçası için de bu aşamada besleme yapılır.

3. Aynı hızda ve zıt yönlü çalışan silindirler sıkıştırma işlemiyle iş parçasının kalınlığını azaltır. Bu işlem kalınlığın ne kadar azaltılması gerektiği ve haddeleme tipine göre tek seferde veya birden fazla kademe şeklinde yapılabilir. Soğuk iş parçasında genellikle daha fazla kademe kullanılır.

4. Sıcak haddelemede metalin oksijen ile temasından dolayı yüzeyde istenmeyen oksit tabakası oluşabilir. Bu yüzden haddeleme kademeleri arasında metal yüzeyine traşlama işlemi yapılabilir.

5. Sıcak haddelemeye uğratılan metal, finiş (son) prosesi olarak soğuk haddeleme yapılabilir.

6. İstenen kalınlığa veya şekle getirilen metaller istiflenerek veya rulo haline getirilerek kullanıma hazır hale getirilir.

Haddelemede Kullanılan Merdane Sistemleri ?

Haddelemede işlemi için gereken güç ve oluşturulacak geometri her zaman aynı olmaz. Bu yüzden farklı tasarımlar ve sistemler geliştirilmiştir. Bu sistemler iki merdaneli, üç merdaneli, dört merdaneli, tandem ve küme merdaneli olarak çeşitlendirilebilir.

İki Merdaneli Haddeleme Sistemi

İki merdaneli haddeleme, haddeleme deyince herkesin aklına gelen altta ve üstte olmak üzere iki merdaneden meydana gelen sistemdir. Bu merdaneler daha öncede değindiğimiz gibi farklı yönlerde ve eşit hızlarda dönmektedir. Silindir şeklindeki bu merdanelerden geçen metal kütlesinin kalınlığı küçültülerek işlenmesi sağlanır.

Üç Merdaneli Haddeleme Sistemi

Bu tip merdane sisteminde ilk iki merdane farklı yönlerde dönmektedir. Bu merdaneler ile paralel olan üçüncü bir merdane ise ortadaki merdane ile farklı yönde dönmektedir. Böylece bir yönden ilk iki silindire beslenen metal diğer yönden 2. ve 3. silindire beslenebilir. Bu sistem birden fazla kademe gerektiren haddeleme işlerinde kolaylık sağlamaktadır. 

Dört Merdaneli Haddeleme Sistemi

Aslında klasik iki merdaneli sisteme benzer. Fakat bu tip merdane sisteminde, asıl işi yapan iki merdaneyi destekleyen birer merdane daha vardır. Böylece haddeleme işlemi esnasında meydana gelen tepki kuvvetleri dengelenmiş ve silindirler desteklenmiş olur. Sistemin daha stabil ve sorunsuz şekilde çalışmasını sağlar. Ayrıca kesitte daha fazla incelme sağlanabilir.

Tandem Haddeleme Sistemi

Kademeli olarak haddelenmesi gereken metaller için uygun olan silindir sistemidir. Bir hat üzerinde oluşturulmuş birden fazla silindir grubu ile metal bloğunun kademeli olarak kalınlığının küçültülmesini sağlar. İki merdaneli veya dört merdaneli sistemler kullanılabilir. Haddeleme işleminin birkaç adımda yapılması son ürünün daha kaliteli ve istenilen özelliklerde üretilmesini sağlar.

Küme Şeklinde Haddeleme Sistemi

Dört merdaneli sistemde iki silindir sıkıştırma işlemini yaparken, iki silindir ise bu merdanelere destek olmaktaydı. Bu sistemde ise destek sağlayan toplam dört, her silindir için ise iki silindir bulunmaktadır. Görece sıkıştırılması zor ve sert metallerin haddelenmesi için geliştirilmiş haddeleme sistemidir. Destek merdaneleri ve işi yapan merdaneler farklı boyutlarda olabilmektedir.

Devamı

OffShore (Denizüstü) Rüzgar Enerji Santrallerinin Avantajları ve Dezavantajları

Rüzgar enerjisi, diğer yenilenebilir enerji kaynakları gibi önemli bir enerji çeşididir. Rüzgar enerjisinden yararlanmak için rüzgar türbinleri geliştirilmiştir. Rüzgar enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren bu sistemler, rüzgardan yeterli düzeyde yararlanılacak bölgelere kurulur. Buralar karada genellikle belirli bir yükseltide olan tepeler veya kıyı kesimleridir. Offshore rüzgar enerji santralleri de bu sebeple rüzgardan yararlanmak kıyıdan belirli bir mesafede deniz üstünde kurulan tesislerdir.

Offshore (denizüstü) rüzgar enerji santralleri rüzgardan maksimum verimi almak için kurulmuştur. Çünkü rüzgar kıyı kesimlerde herhangi bir yeryüzü şeklinden dolayı potansiyelini kaybetmemektedir. Böylece yeterli hızda ve kuvvette rüzgar enerjisi kullanılabilmektedir. Her sistemde olduğu gibi offshore rüzgar enerji santrallerinin de bazı avantaj ve dezavantajları bulunmaktadır. 

Offshore Rüzgar Enerji Santrallerinin Avantajları

1. Rüzgar enerji santrallerinden maksimum verim almak için rüzgarın düzenli ve yeterli potansiyelde olması gerekmektedir. Karada engebeli bölgeler ve ormanlar rüzgarın hızını kesebilmektedir. Fakat kıyı kesimlerde rüzgardan yeterince yararlanılabilmektedir. 

2. Karada kurulan rüzgar enerji santralleri kullanımda olan tarım arazilerini işgal edebilmektedir. Bu yüzden hem kurulduğu alan hem de çevresi istenilen şekilde kullanılamamaktadır. Offshore rüzgar enerji santralleri deniz üstüne kurulduğu için bu sıkıntı meydana gelmemektedir.

3. Rüzgar enerji türbinleri görece devasa yapılar olduğu için göçmen kuşlara zarar verebilmektedir. Bu durumu engellemek için çeşitli önlemler alınsa tamamen kontrol altında tutulamaz. Offshore enerji santralleri deniz seviyesinde kullanıldığı için yüksekten uçan kuşlar için problem oluşturmamaktadır.

4. Rüzgar türbinlerin kurulum maliyeti yüksektir. Çünkü tesis maliyetinin yanı sıra devasa parçaların lojistiği de sıkıntı oluşturmaktadır. Offshore rüzgar enerji santrallerinin kurulumunda ise deniz yolu kullanılabilmekte, lojistik sorunu bir nebze olsun çözülebilmektedir.

Offshore Rüzgar Enerji Santrallerinin Dezavantajları

1. Offshore rüzgar enerji santrallerinin kurulumu daha maliyetlidir. Çünkü deniz üstüne kurulan her yapı gibi hesaba katılması gereken daha fazla parametre vardır. Bu yüzden sermaye yetersizlikleri sebebiyle yatırımlar aksayabilmektedir.

2. Kurulum maliyetinin yanında periyodik bakım maliyetleri de offshore rüzgar enerji santrallerinde daha fazla olmaktadır. 

3. Karada kurulan rüzgar enerji santralleri daha çok yerleşim yerlerinden uzakta ve insanları etkilemeyecek yerlere kurulmaktadır. Fakat offshore rüzgar türbinleri kıyılara yakın yerleşim yerlerinde yaşayan insanlar için turizm, balıkçılık vb. problemler oluşturabilmektedir.

4. Her ne kadar denizin küçük bir bölümünü kaplasa da rüzgar türbinleri bölgedeki canlılığı etkileyebilir. Fakat kirlilik oluşturacak veya büyük problemlere neden olabileceği düşünülmemektedir.

 

Devamı

Dökme Demir Çeşitleri Nelerdir?

Dökme demirler, yapısında %2 den fazla karbon (C) içeren alaşımlardır. Adından da anlaşılabildiği gibi en yaygın üretim yöntemi dökümdür. Yüksek karbon içeriğinden dolayı sert ve gevrek yapıdadırlar. Dolayısıyla sünek davranış göstermezler. Basma dayanımları yine aynı nedenden dolayı yüksektir. Ergime sıcaklığı düşüktür ve alaşım elementleri ile desteklenerek farklı özelliklerde dökme demir elde etmek mümkündür. Bu nedenle yapısındaki alaşım elementleri ve döküm koşullarına göre çeşitlere ayrılmıştır. Bunlar gri dökme demir, beyaz dökme demir, temper dökme demir, küresel grafitli dökme demir ve kompakt grafitli dökme demirdir.

Gri Dökme Demir

Gri dökme demirler yaygın olarak kullanılan dökme demir çeşitlerindendir. Bileşiminde %4' e kadar karbon bulundururlar. İçeriğindeki bu karbon, pul pul (katman katman) şekilde grafit olarak karşımıza çıkar. Sert yapıdadırlar ve gevrek özellik gösterirler. Sert yapısından dolayı aşınmaya oldukça dirençlidir. Son şekil verme için talaşlı imalat yöntemlerine uygundur. Çekme dayanımı düşüktür, fakat basma dayanımı yüksektir. Gri dökme demirler çok iyi titreşim sönümleyicidirler. Bu özelliği çeliklere ve diğer dökme çeşitlerine göre 25 kata kadar çıkabilmektedir. Yüksel ısıl kapasite ve ısı iletimine sahiptir. Gri dökme demirler ismini kırılmaya uğradığında, grafit katmanlarında gözüken gri renkten almıştır.

Beyaz Dökme Demir

Beyaz dökme demirler, gri dökme demirlerin aksine içeriğinde neredeyse grafit bulundurmayan dökme demir çeşitlerindendir. Yapısındaki sert demir karbon bileşiklerinden dolayı oldukça sert yapıdadır. Bu yapı beyaz dökme demirlerin en önemli özelliklerindendir. Yüksek aşınma direnci ve sertlik sağlar. Bu yüzden gevrek özellik gösterir. Talaşlı imalata uygun değildir. Bu durum beyaz dökme demirlerin yaygın olarak kullanılmasına engeldir. Diğer dökme demirler gibi yüksek basma mukavemetine sahiptir. İsmini gri dökme demirlere benzer şekilde, kırılmaya uğradıklarında görünen beyaz renkten almıştır. Beyaz rengin sebebi, içeriğinde grafit yapısının bulunmamasıdır.

Temper Dökme Demir

Temper dökme demir, adından da anlaşılacağı gibi temperlemeye benzeyen bir yöntem ile malzemenin iç yapısı değiştirilerek elde edilen dökme demir çeşitlerindendir. Beyaz dökme demirin ısıl işleme uğratılmasıyla elde edilir. Beyaz dökme demirde bulunan demir karbür bileşikleri, ısıl işlem ile tam dairesel olmayan yıldıza benzer grafit yapılarına dönüştürülür. Böylece daha sünek bir malzeme elde edilmiş olur. Düşük karbonlu çeliklere yakın özellikler gösteren temper dökme demir, diğer dökme demirlere göre daha yüksek çekme mukavemetine ve sünekliğe sahip olur. Dezavantaj olarak ise ekstra bir işlem olan ısıl işlemin ürün maliyetine olan negatif etkisidir.

Küresel Grafitli Dökme Demir

Küresel grafitli dökme demir, temper dökme demire benzer şekilde küresel grafit yapılar içerir. Fakat farklı olarak, grafit yapılar ısıl işlem ile değil döküm sırasında alaşım elementi (Mg) eklenmesi ile elde edilir. Eklenen magnezyum oksijen ve sülfür ile etkileşime girer. Dökme demirlere göre yüksek süneklik ve tokluk gösterir. Grafit yapılar temper dökme demirden farklı olarak daha yuvarlak ve küresel yapıdadır. Otomobil ve diğer makine ekipmanlarının üretiminde yaygın olarak kullanılır. 

Kompakt Grafitli Dökme Demir

Kompakt grafitli dökme demir, katmanlı yapıda grafit içeren gri dökme demir ile küresel grafitli dökme demirdeki yapıları bir arada bulunduran bir dökme demir çeşididir. Bir arada bulunan bu yapılar ayrı ayrı düşünülemez. Çekme dayanımı küresel grafitli dökme demir kadar yüksek değildir. Fakat ısıl iletkenliği daha iyidir. Sahip olduğu özelliklerden dolayı farklı alanlarda kullanımına rastlanmaktadır.

Devamı

Rulmanlar Yağlama Gerektirir mi?

Rulmanlar, dönen sistemler söz konusu olduğunda ilk akla gelen makine elemanlarındandır. Yuvarlanmalı yatak olarak da bilinmektedir. Bir kafes ve içerisinde dönme hareketini sağlayan bilya vb.  elemanlar bulundurur. Kullanım şekillerine ve yerine göre değişmekle birlikte çok yüksek hızlarda çalışabilen veya büyük yüklere dayanıklı rulmanlar üretilmektedir. Dönme hareketinin gerçekleştiği hemen hemen her mekanizmada yer alırlar. Peki rulmanlar yağlama gerektirir mi? Yağlama olmadan da rulmanlar yüksek performans gösterir mi?

Rulmanlar genel olarak gres yağı ve daha ince olan sıvı yağ ile yağlanırlar. Bilindiği gibi gres yağı viskozitesi yüksek yani, akışkanlığı düşük bir yağdır. Sıvı yağlar ise daha ince ve akışkan yağlardır. Eğer rulmanlar yüksek hızlarda kullanılacaksa daha ince ve sıvı yağlar tercih edilmelidir. Eğer yüksek hızlarda kullanılmayacak ve büyük yüklere maruz kalacaksa gres yağı gibi daha katı yağlar tercih edilmelidir. Tabi ki bu kullanılan sistemin ve rulmanın tasarımına göre değişkenlik göstermektedir. En doğru bilgiye, rulman üreticilerinin kendi kataloglarından ulaşılabilir.

Rulmanların yağlama yapılmadan çalışması pek düşünülemez. Çünkü yüksek hız ve kapasitelerde çalışan rulmanlar, çok ince şekilde meydana gelen yağ filmi teşekkülü (oluşması) ile birbirlerine sürtmesi engellenir. Aynı zamanda rulmanda meydana gelen sıcaklığın atılmasını sağlar. Eğer rulmanlar yağlanmaz ise normalde pürüzsüz gözüken rulman bilyalarındaki ve elemanlarındaki mikroskobik pürüzler aşınmalara neden olabilir. Ayrıca aşınan parçaların rulman içerisinde kalmasıyla, aşındırıcı gibi davranarak aşınmanın çoğalmasına neden olabilir.

Rulman bilyaları her ne kadar noktasal temas halinde görünse de mukavemet gösterdikleri yüklerden dolayı rulman çemberlerine olan temas alanı büyüyebilmektedir. Bu durum aşınmaların artmasına neden olabilmektedir. Rulmanların yağlanması ile meydana gelen yağ tabakaları bu teması minimize eder ve yukarıda belirttiğimiz mikroskobik pürüzlerin tolere edilmesini sağlar. 

Sonuç olarak, rulmanların yağlanmadan çalıştırılması, sistemden maksimum verim alınmasını engeller. Ayrıca oluşan aşınmalar ile ürün ömrünün kısalmasına ve kısa sürelerde malzeme kaybına neden olabilir. Bu yüzden rulmanlar tasarımlarına ve çeşitlerine uygun olarak yağlanmalı ve bu şekilde kullanılmalıdır.

Devamı

Otto Çevrimi ve Kullanım Alanları

Otto çevrimi, adını Nikolaus August Otto'dan alan gaz akışkanlı bir termodinamik çevrimdir. İçten yanmalı motorların çalışma temellerini oluşturur. Bir piston silindir mekanizması ile dört zamanlı olarak çalışır ve ısı enerjisinin mekanik enerjiye dönüşmesini sağlar. Çevrimde meydana gelen bu dört zaman silindir içindeki pistonun konumuna ve meydana gelen olaylara göre şekillenmektedir. 

Çevrim pistonun aşağı doğru hareketiyle genişleyen hacme hava-gaz karışımının emilmesiyle başlar. Fakat ilk zaman, pistonun bu hava-gaz karışımını sıkıştırdığı zamandır. Pistonun yukarı doğru hareketlenmesi ile yakıt karışımının basınç ve sıcaklığı artar. Bu sırada ateşleme sistemi devreye girer ve yanma olayının gerçekleşmesi sağlanır. Sıkıştırmadan dolayı yakıt karışımının tepki kuvvetine maruz kalan silindir aşağı doğru hareket eder. Bu hareket ikinci zaman olarak düşünülür ve çevrimin ilk kısmı tamamlanır.

Otto çevriminin ikinci kısmında yanma olayından dolayı meydana gelen egzoz gazlarının atılmasını sağlar. Bu yüzden piston hareketinin aşağı doğru olduğu zaman (çevrim başlamadan meydana gelen yakıt emme durumundan bahsedilmektedir) yeniden yakıt emilimi olmaz. Piston üçüncü zaman için yeniden yukarı doğru harekete başlar ve egzoz gazları pistonun hareketiyle süpaplardan dışarı atılır. Pistonun yeniden aşağı hareketiyle de yeniden hava yakıt karışımı piston içerisine hareket eder.

Özet olarak yazmak gerekirse otto çevriminde;

(1-2) İzantropik sıkıştırma

(2-3) Sabit hacimde ısı geçişi

(3-4) İzantropik genişleme

(4-1) Sabir hacimde ısı geçişi (egzoz)

Otto Çevrimi Nerede Kullanılır?

Yazımızın başında da bahsettiğimiz gibi Otto çevrimi, içten yanmalı motorlarda kullanılan termodinamik bir çevrimdir. Bu nedenle benzinli motorların kullanıldığı otomobil, motosiklet gibi çeşitli araçlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Otto çevriminin ilk kullanıldığı yıllardan itibaren çeşitli teknolojilerle geliştirilmiş ve günümüzün yüksek performans sağlayan otomobil ve araçları oluşturulmuştur. 

Otto çevrimi için birden fazla alanda ve çeşitli şekillerde kullanımı yaygın görülmez. Fakat çevrimin kullanıldığı motorlar farklı makineler ve araçlarda kullanılmaktadır. En yaygın olarak kullanılanı günümüzde de kullandığımız dört zamanlı atmosferik içten yanmalı motorlu otomobillerdir. 

Devamı

Brayton Çevrimi ve Kullanım Alanları

Brayton çevrimi, yakıtın yüksek basınçtaki hava ile karıştırılarak yakılmasıyla ısı enerjisinin mekanik enerjiye dönüştürülmesini sağlayan gaz akışkanlı bir termodinamik çevrimdir. Sistem içerisine kütle girişi olduğu için açık sistem olarak çalışmaktadır. Adını, çevrimi ilk olarak kullanan George Brayton'dan almıştır. Kullanımı 1870'li yıllara dayanmaktadır. 

Brayton Çevrimi'nde yanma işleminin tam olarak sağlanması için gerekli olan hava, kompresör yardımıyla sıcaklığı ve basıncı arttırılarak, yakıtla beraber yanma odasına gönderilir. Yanma odasında ısıdan dolayı genleşen gazlar türbine doğru ilerler ve türbinleri döndürür. Türbinden çıkan gazlar kullanılmadan salınır. Sistemin tasarımına göre kompresör için gerekli olan enerji türbine bağlanan bir mil ile sağlanabilmektedir. 

Brayton çevriminin kapalı sistem olarak uyarlanmasına İdeal Brayton çevrimi denir . Bu sistemde yanma odası, ısı girişi sağlanan ısı değiştiricisi olarak düşünülmüş, dışarıya atılan genleşen gaz ise yine bir ısı değiştiricisi ile yeniden kompresöre bağlanmıştır. İdeal Brayton çevrimi ve gerçek çevrim arasında farklılıklar bulunmaktadır.

Brayton Çevrimi Nerede Kullanılır?

Brayton çevrimi, enerji tesislerinde ısı enerjisini mekanik enerjiye dönüştürmek için kullanılmaktadır. Özellikle elektrik ihtiyacı çok olmayan ve zamanla değişen yerlerde kullanılması kolaylık sağlamaktadır. Çünkü gaz akışkanlı çevrim kullanılan sistemler, buharlı güç çevrimlerine göre daha kolay ve çabuk devreye alınabilmektedir. Fakat gaz akışkanlı çevrimlerdeki kompresör için gerekli olan enerji ihtiyacı, buharlı çevrimlerde kullanılan pompanın enerji ihtiyacına göre oldukça fazladır. Bu yüzden buharlı çevrimlerin kullanımı daha verimli ve yaygındır.

Brayton çevriminin kullanıldığı bir diğer alan jet motorlarıdır. Uçaklar için gerekli olan itme gücünü sağlayan bu motorlar, aynı zamanda ürettiği enerji ile elektronik aksamlara enerji sağlayabilmektedir. Ayrıca daha önce değindiğimiz gibi sıkıştırma için gerekli olan enerjiyi de sistem içerisinde sağlayabilmektedir.  

Devamı

Rankine Çevrimi ve Kullanım Alanları

Rankine çevrimi, ısı enerjisinin mekanik enerjiye dönüştürülmesini sağlayan termodinamik bir çevrimdir. İsmini John Macquorn Rankine' den almıştır. Bu çevrim kapalı sistem olarak çalışır. Yani sisteme ısı ve enerji girişi vardır ve hacim değişimi gözlenebilir. Fakat kütle sabittir. Herhangi bir artış veya azalış göstermez. Bu tür sistemlere kontrol kütlesi de denilmektedir.

Rankine çevrimi temelde dört ana evrede gerçekleşmektedir. Bunlar izantropik sıkıştırma, sabit basınçta ısı geçişi, izantropik genişleme ve sistemde sabit basınçta ısı atılmasıdır. Açık ve kapalı sistemler için ilgili yazımızdan bilgi edinebilirsiniz.

>> Açık ve Kapalı Sistemler

(1-2) İzantropik Sıkıştırma: Pompa yardımıyla, akışkanın basıncı yükseltilir. Bu aşamada pompa kullanıldığı için dışardan bir enerji girişi söz konusu denilebilir. Fakat akışkanın özgül hacminin düşük olmasından dolayı çok büyük bir pompa gerekmediği için ihmal edilir ve hesaplamalara dahil edilmez.

(2-3) Sabit basınçta ısı geçişi: Pompa ile sıkıştırılan akışkan kazanda ısıtılarak doymuş buhar haline getirilir. Doymuş buhar türbinden geçirilmek üzere gönderilir.

(3-4) İzantropik Genişleme: Türbine ulaşan doymuş buhar türbinden geçer ve genleşir. Bu esnada ısısının bir miktarını kaybeder ve az da olsa yoğuşma görülebilir. Fakat yoğuşma istenen bir şey değildir. Çünkü türbin kanatlarında erozyona neden olur. Isı enerjisinin mekanik enerjiye çevrilmesi bu aşamada gerçekleşir.

(4-1) Sabit basınçta ısı kaybı: Doymuş buhar halinde türbinden geçen akışkan yoğuşturucuya gelir ve burada doymuş sıvıya dönüşür. Bir nevi doymuş buharın soğutulmasıdır. Soğutma işlemi için dere ve akarsu gibi kaynaklar veya soğutma kuleleri kullanılır.

Rankine Çevrimi Nerede Kullanılır?

Rankine çevrimi, buharlı güç çevrimlerinden biridir. Termik ve nükleer santrallerde ısı enerjisinin mekanik enerjiye çevrilmesini sağlar. Böylece mekanik enerji ile elektrik enerjisi elde edilir ve kullanıma sunulur. Rankine çevriminin verimi, diğer bir buharlı güç çevrimi olan Carnot çevrimine göre düşüktür. Fakat uygulanabilirliği daha iyi olduğu için enerji üretim tesislerinde Rankine çevrimi kullanılır. 

Enerji tesisleri enerji ihtiyacımızın karşılanması için gereklidir. Fakat yukarıda bahsettiğimiz doymuş buharın soğutulması için kullanılan sistemler doğaya zarar vermektedir. Soğutma kuleleri havaya sıcak buhar bırakmakta atmosfer sıcaklığına etki etmektedir. Soğutma için kullanılan akarsularda ise suyun sıcaklığındaki yükselmeden dolayı canlı yaşamına olumsuz etki etmekte ve doğayı kirletmektedir. Bu yüzden enerji tesislerinin etkileri azaltılmalı ve yenilenebilir enerji kaynaklarına olan yatırımlar arttırılmalıdır.

Yazımızda geçen soğutma kuleleri hakkında daha fazla bilgiye ilgili yazımızdan ulaşabilirsiniz.

>> Soğutma Kulesi Nedir? Nasıl Çalışır?

Devamı

Pistonlu Kompresör Nedir? Nasıl Çalışır?

Pistonlu kompresörler, havanın veya gazın sıkıştırılma işlemini rotora bağlı bir piston yardımıyla sağlayan kompresör çeşitlerindendir. Pistonlar otomobil motorlarında olduğu gibi silindir içerisindeki gazı doğrusal hareket yaparak basınçlandırır. Havanın kompresöre girmesini sağlayan  ve basınçlandırılan havanın çıkmasını sağlayan valfler vadır. Bu valfler piston hareketinden dolayı silindir içerisinde meydana gelen basınç değişimlerine göre çalışır.

Pistonlu kompresörler tek kademeli veya çift kademeli olarak tasarlanabilmektedir. Birden fazla kademeli kompresörlerde giren hava ilk piston mekanizmasında belirli bir basınca sıkıştırılır. Daha sonra sıkışan ve belirli bir sıcaklığa gelen hava ara soğutucudan geçirilerek ikinci kademe sıkıştırma işlemi için diğer pistona aktarılır. Bu bölümde son kez sıkıştırılan hava kullanılmak üzere depolama tankına gönderilir. Tek kademeli ve çift kademeli pistonlu kompresördeki temel fark bu şekildedir.

Pistonlu Kompresör Nasıl Çalışır?

Pistonlu kompresörlerin çalışma prensibinden giriş kısmında bahsetmeye çalıştık. Temelde araçlardaki motor silindirleri ile aynı işlevi gören bu sistemler, farklı olarak sıkıştırılan gazın yanması ile değil basınçlı hava veya gaz elde edilmesi ile sonuçlanır. Kompresör gövdesine giren hava basınçlandırılarak depolama tankına gönderilir.

Pistonlu kompresörlerin çalışma prensibini anlamada en önemli konulardan biri valflerdir. İçeriye girecek olan hava, pistonun rotora doğru hareketinden dolayı oluşan düşük basınç nedeniyle açılır. Böylece taze hava içeriye girmiş olur. Pistonun diğer yönde hareketiyle, yani rotordan uzaklaşarak yaptığı hareketle sıkıştırılan hava giriş valfini kapatır ve çıkış valfini açar. Döngü devam ederek sıkıştırılma işlemi tamamlanır.


Pistonlu kompresörlerin çalışma aşamalarını şu şekilde sıralayabiliriz;

1. Kompresöre girecek olan hava, hava filtresinden geçirilerek içeriğindeki toz, duman gibi yabancı maddelerden arındırılır. 

2. Pistonun aşağıya, yani rotora doğru hareketiyle silindirde bulunan hacim büyür ve düşük basınçlı bölge oluşur.

3. Gazlar yüksek basınçtan düşük basınca doğru hareket ettiğinden dolayı giriş valfinin açılmasıyla hava kompresör gövdesinde girer.

4. Silindirin yukarı, yani rotordan uzaklaşarak yaptığı hareket ile silindir içerisindeki hava sıkıştırılır ve basınçtan dolayı çıkış valfi açılır.

5. Açılan valften çıkan hava yağlı tiplerde separatörden geçirilerek yağdan arındırılır.

6. En başta olduğu gibi basınçlı hava tekrar hava filtresinden geçirilerek içeriğindeki su buharından ve yabancı maddelerden arındırılır. 

7. Eğer soğutma gerekiyor ise soğutma işlemi yapılır ve basınçlı hava elde edilmiş olur.

8. Ayrıştırılan yağ ise yeniden kullanılmak üzere yağ filtresinden geçirilerek yağ tankına iletilir.

Pistonlu Kompresör Parçaları Nelerdir?

Pistonlu kompresörler, çalışma prensibinden dolayı sahip olduğu piston gibi parçalar haricinde diğer kompresör çeşitlerinde kullanılan ortak parçalara da sahiptir. Bu parçalardan bazılarını açıklayalım.

Pistonlu kompresör gövdesi: Rotor, piston ve valflerin bulunduğu sıkıştırma işleminin gerçekleştirildiği parçadır.

Piston ve piston kolu: Rotora bağlı olan bu parça, silindir içerisindeki ileri geri hareketi ile sıkıştırma işlemi yapan ana parçadır.

Rotor: Elektrik motoruna bağlı olan dönme hareketini sağlayan parçadır.

Hava filtreleri: Havanın kompresöre girmeden önce ve basınçlı hale getirildikten sonra içinden geçirilen yabancı maddelerin ayrıştırılmasını sağlayan parçadır.

Yağ filtresi: Yağlı tip pistonlu kompresörlerde yağın kir ve pislikten arındırılmasını sağlayan parçadır.

Separatör: Diğer kompresör çeşitlerinde de sıklıkla kullanılan yağ ile havanın ayrıştırılmasını sağlayan parçadır.

Giriş ve tahliye valfleri: Havanın pistonlu kompresör gövdesine girişini ve basınçlandırıldıktan sonra çıkışını sağlayan kontrol mekanizmalarıdır.

Pistonlu Kompresörlerin Avantajları

1. Yüksek basınçlarda basınçlı hava ve gaz ihtiyacı için kullanılabilir.

2. Yapısal olarak basit ve sağlam tasarıma sahiptir.

3. Geniş bir aralıkta basınçlandırma işleri için kullanılabilir.

4. Buzdolabı, klima gibi soğutma ekipmanlarında kullanılan soğutucu akışkanların çevriminde kullanılabilir.

5. Basit tasarımından dolayı bakım ve yedek parça maliyeti düşüktür. Yatırım maliyeti de aynı sebepten dolayı düşük olabilmektedir.

Pistonlu Kompresörlerin Dezavantajları

1. Yüksek kapasitelerde basınçlı hava ihtiyacında diğer kompresörlere göre daha büyük geometride olabilmektedir. Bu durum yer sıkıntısı olan sistemler için dezavantaj oluşturur.

2. Motorlu taşıtlardaki sistemlerde de karşılaşılabilen pistonların sürtünmesinden dolayı verimsizlikler meydana gelebilmektedir.

3. Pistonlu kompresörlerin yapısından dolayı titreşim ve yüksek ses görülebilmektedir.

4. Yabancı maddelere karşı diğer kompresör çeşitlerine göre daha duyarlıdır. Yabancı maddelerin sisteme girmesi piston ve silindirlerde aşınmaya neden olabilmektedir.

Devamı

Paletli Kompresör Nedir? Nasıl Çalışır?

Paletli kompresörler, mekanizmaya atmosfer basıncında giren havanın, rotora bağlı kanatlı yapılar sayesinde sıkıştırılmasını ve basınçlı hale getirilmesini sağlayan makinelerdir. Elektrik motoruna bağlı bir mil ve mile montajlanmış, ileri geri hareket edebilen kanatlardan oluşur. Mil, kompresör gövdesine eksantrik olarak montaj yapılır. Böylece kanatlı yapıların ileri geri hareketi yapmasını sağlar. Kanatlı yapıların hareketiyle de havanın hacmi küçülür ve basınçlandırılmış olur.

Paletli kompresörler, tasarımı eskiye dayanan kompresör çeşitlerindendir. Çalışma prensibi paletli pompalar ile benzerdir. Fakat gazlar ile sıvıların değişen fiziksel ve kimyasal özelliklerinden dolayı farklılıklar göstermektedir. Tasarımı oldukça basittir ve sessiz çalışır. Küçük işletmelerden büyük çaplı işletmelere kadar oldukça yaygın kullanımı vardır. Fakat yüksek basınç ihtiyacında vidalı kompresörler tercih edilir.

Vidalı kompresörler için daha fazla bilgiye ilgili yazımızdan ulaşabilirsiniz.

>> Vidalı Kompresör Nedir? Nasıl Çalışır?

Paletli Kompresörler Nasıl Çalışır? 

Gazlar bulundukları kabı doldurur ve sıkıştırılabilirler. Sıkıştırma esnasında gazların kapladığı hacim küçülür. Paletli kompresörler de gazların bu özelliğinden yararlanarak basınçlı hava elde edilmesini sağlar. Kompresördeki dikdörtgen şeklindeki paletler, rotor ile gövde arasında gazın hapsedilmesini ve basınçlandırılmasını sağlar. Paletli kompresörlerin çalışma prensibini aşamalar halinde anlatmaya çalışalım;

1. Hava filtresinden geçen hava, kompresör gövdesine iletilir.

2. Gövde ile paletler arasında kalan hava paletler ile beraber dönme hareketi yapar.
3. Gövdenin daralmasıyla paletler mile doğru girer ve havanın bulunduğu hacim küçülür. Böylece iki palet arasında kalan gaz veya hava sıkıştırılmış olur.
4. Sıkışan hava yüksek basınçtan düşük basınca doğru hareket eder.
5. Sıkıştırılan hava ve yağ ayrıştırılır. Ayrıştırılan yağ filtreden geçirilerek yeniden kullanılmak üzere yağ tankına geri döner.
6. Hava son olarak bir filtreden geçirilerek, içeriğindeki su buharı ve karışabilecek yabancı maddelerden ayrılır.
7. Rotorun dönme hareketi devam eder ve paletlerin uzadığı yerde hava yeniden gövdeye alınır.
8. Döngü tekrarlanır ve sıkıştırma devamlı olarak devam eder.

Paletli Kompresörlerin Avantajları

1. Paletle gövde arasında kalan hacmin büyüyüp küçülmesi ile yüksek basınç düşük basınç farkı oluşur. Böylece hava girişi için iyi bir vakum çekişi sağlanır.

2. Paletler rotordan bağımsız olduğu için malzeme kaybında sadece zarar gören kısım değiştirilebilir.

3. Yüksek basınçlar için uygundur.

4. Vidalı kompresörde olduğu gibi istenilen basınç değerlerine ayarlanabilir.

5. Yağlı tip paletli kompresörlerde, sıkışmayla ısınan havanın bir miktar soğuması sağlanır.

Paletli Kompresörlerin Dezavantajları

1. Dönen çok sayıda parça olduğu için sık bakım gerektirebilir.

2. Dönen parçalar titreşime ve sese sebep olabilmektedir.

3. Yağsız tip paletli kompresörlerde ısınan hava ve kompresörün soğutulması gerekebilir.

Devamı