Makine.muhendisi.cilt3.2005.Akileda

MAKİNE MÜHENDİSİ CİLT III

İÇİNDEKİLER

1. Teknoloji Perspektifi

2.

3.

4.

5.

6.

7.

1. Rüzgâr teknolojisinin güçlüğü 2. Modern bir rüzgâr türbininin özellikleri 3. Rüzgârın değişkenliği 4. Tasarım araçlarının geliştirilmesi 5. Rüzgâr teknolojisinin özgün yönleri 6. Önemli bir başarı Yakın Tarih 1. 1970’den önce 2. 1970 – 1978 3. 1987 sonrası Tasarım Stilleri 1. Yatay ve dikey eksen 2. Kanat sayısı 3. Adım veya yavaşlama kontrolü 1. Küçük rüzgâr türbinleri (<30 kW) 2. Büyük rüzgâr türbinleri 4. Değişken hızlı tasarım 1. Değişken hızlı çalışmayı teşvik eden faktörler 2. Değişken hızlı sistemlerin niteliği 5. Çok hafif/esnek tasarımların durumu Mevcut Teknolojiler 1. Küçük rüzgâr türbinleri (<1 kW – 30 kW) 2. Orta boy rüzgâr türbinleri (30 – 600 kW) 3. Megawatt ölçeğinde tasarımlar 4. Deniz 5. Pervane kanat teknolojisi 6. Mevcut teknolojide ölçek eğilimlerinin değerlendirilmesi Rüzgâr çiftliği teknoloji sorunları 1. Rüzgâr çiftliklerinde rüzgârdan istifade 2. Tesis dengesi 3. Enerji tahminleri ve optimizasyon Elektriksel Entegrasyon 1. Zayıf Ulusal Sistemler 1. Sabit durum voltajı 2. Voltaj aşaması değişmeleri 3. Titreme 4. Harmonikler 5. Voltaj dengesizliği 2. Güç Kalitesi 3. Şebeke Maliyetleri ve Yararları 1. Kayıplar 2. İletim sistemi yararları 3. Dağıtım sistemi takviyesi 4. İyileştirilmiş arz güvenilirliği 5. Çevresel Maliyetler ve Yararlar Standartlar ve Belgeleme 1. Rüzgâr türbini belgelemesi 2. Uluslararası standartlar

1. TEKNOLOJİ PERSPEKTİFİ 1.1. Rüzgâr Teknolojisinin Güçlüğü Rüzgâr tahrikli pervanenin mekanik güç sağlamak üzere kullanılması çok eskidir, rüzgâr değirmenlerinden ilk bahsedilmesi MÖ 5. yüzyıla kadar gider. Rüzgârdan elektrik üretimi için böyle bir pervanenin bir elektrik jeneratörüne bağlanması gerekir. 20 yıl öncesinde bile ABD’de ortalama aile başına 40 kadar elektrik motoru mevcuttu. Dolayısıyla elektrik motoru/jeneratörü çok eski olmasa da 40 – 50 yıldır kütlesel üretimde bulunmuştur. Bir rüzgâr türbininin kilit unsurlarına bu aşinalık (sektör dışında) bu teknolojinin zahmetsiz olduğu yanılgısını yaratabilir ve bu, 1980’li yılların başında roket üreticileri için pahalıya mal olan yanlış bir varsayımdır. Ancak modern rüzgâr teknolojisinin güçlüğü; • •

elektrik üreten rüzgâr türbininin özelliklerini sağlayacak, rüzgârın muazzam değişkenliği ile başa çıkacak düşük maliyetli bir teknoloji üretilmesinde yatar.

1.2. Modern Bir Rüzgâr Türbininin Özellikleri Geleneksel “Danimarka” rüzgâr değirmenleri azami kullanımda Avrupa’da 100.000 sayısına kadar artmıştı. Bunlara daima nezaret ediliyor ve genellikle elle kontrol ediliyorlardı. Toplum ile bütünleşmişlerdi, bazı parçaların sık sık değiştirilmesine göre tasarımlıydılar ve verimlilik pek önemli değildi. Aksine, modern elektrik üreten rüzgâr türbininin özellikleri yüksek kaliteli, şebeke frekansında elektrik üretmektir. Ekonomik hedeflere ulaşmak için her rüzgâr türbininin otomatik kontrollü bağımız mini santral gibi çalışması gerekir. Modern bir rüzgâr türbinine daima nezaret edilmesi düşünülmez, çok bakım görmesi kabûl edilemez. Mikroişlemci gelişimi bu durumun gerçekleşmesinde, dolayısıyla düşük maliyetli bir rüzgâr teknolojisi üretilmesinde kritik rol oynamıştır. Dolayısıyla modern rüzgâr türbininin nezaret edilmeden 20 yıldan fazla sürekli çalışması, az bakım görmesi gerekir. 1.3. Rüzgârın Değişkenliği Rüzgârın değişkenliği rüzgâr enerjisinden istifade ve rüzgâr türbini tasarımı açısından kritik bir faktördür. Tipik kuzey Avrupa sahilindeki bir yer 10 metrede ortalama 5 m/sn. rüzgâr hızına sahiptir ve 45 m/sn.’lik aşırı rüzgâr hızları beklenebilir. Ne Apalaş dağlarında Washington dağında kaydedilen 103 m/sn.’lik en büyük fırtına ne de Antartika’nın Doğu Adelie Arazisinde bir dağ kenarında yıllık 18 m/sn.’lik azami ortalama rüzgâr hızı istifade edilebilecek rüzgâr kaynağı alanlarında bulunmasa da, karşılaşılabilecek rüzgâr şartlarının değişkenliğini gösterirler. Rüzgârın değişkenliği ticari rüzgâr türbinleri tasarım aralıklarında kabûl edilir. Yere özgü şartlara uyum için belirli bir temel tasarım etrafında kule yüksekliği ve pervane çap değişiklikleri sunmak yaygındır. 1.4. Tasarım Araçlarının Geliştirilmesi Rüzgâr endüstrisinde özellikle 1980’li yıllarda büyük, yukarıdaki rüzgârın değişkenliği bahsi ile doğrudan ilgili gelişme yük tahmininde rüzgârın niteliğini ve özellikle atmosfer çalkantısı tipini yeterince dikkate alan tasarım yöntemlerinin geliştirilmesidir. Ulusal ve uluslararası araştırma programları tarafından sağlanan finansman ile imkân sağlanan bu süreç tasarım standartlarının geliştirilmesini etkilemiş, modern rüzgâr türbinlerinin güvenilirlik ve emre amadeliğine katkıda bulunmuştur. Şimdi rüzgâr türbini tasarımcılarının gelişmiş bilgisayar modelleri ve tasarım araçlarından yararlanması yaygın uygulamadır.

1.5. Rüzgâr Teknolojisinin Özgün Yönleri Rüzgâr türbinleri mühendislik kurallarına pek az uyar; kanat aerofolyolarının sık sık yavaşlama halinde çalışması, güç aktarma hattı elemanları çok düzensiz yüklere tabidir, başlıca yapı elemanlarının karşılaştığı yorulma yapan çalışma sayısı diğer döner makinelerden daha büyük olabilir. Örneğin, modern bir rüzgâr türbininin yorulma tasarım ömrü nezaret edilmeden 13 yıl kadardır, buna karşın tipik bir motorlu aracın yorulma tasarım ömrü personelli 4 aylık çalışmaya eşit olabilir. Dolayısıyla rüzgâr teknolojisinin özgün teknik nitelik ve özgün ARGE gerekleri bulunur. Bu, Avrupa teknoloji geliştirme modellerinde çok belirgindir ve Avrupa Komisyonu 4. Çerçeve programının rüzgâr enerjisine ARGE desteğine kabûl edilmiştir. 1.6. Önemli Bir Başarı Son 15 yılda rüzgâr türbinlerinin ebadı çok büyümüştür. Şimdi klasik tesisten düzenli olarak daha yüksek emre amadelik sağlamaktadır. Bu teknolojinin gerisindeki bilimin anlaşılma düzeyi de aynı hızda ilerlemiş olup şimdi bir jumbo jet ebadında 20 yıl ömürlü düşük maliyetli güvenilir makineler üretimi mümkündür. 2. Yakın Tarih 2.1. 1970’den Önce 53 m. çapında 1,25 MW’lık Smith Putnam rüzgâr türbini 1939 yılında ABD, Vermont, Granpa’s Knob’da kuruldu. Bu tasarım zamanın en iyi mühendisleri ve bilim adamlarını biraraya getirdi (Aerodinamik tasarım: Von Karman, dinamik analiz: Den Hartog) ve rüzgâr türbini 1980’li yılların megawattlık bazı makinelerden daha uzun süre başarı ile çalıştı. Teknolojik gelişmede dönüm noktası oldu. Standardın altında yerinde kaynak tamiri nedeniyle (bir kanadını kaybederek) arızalandı. Kaynaklar üzerinde savaş zamanı ve 1970’li yılların petrol krizine kadar rüzgâr enerjisinin aleyhine seyreden yakıt maliyetleri bakımından ekonomik ortam baskılarından dolayı tamir edilmedi. Bu projeden alınan tasarımın kalitesi, makine dinamiği, yorulma, yer seçimi hassasiyeti vs. gibi değerli dersler büyük ölçüde unutuldu ve daha sonra özellikle Kaliforniya vergi kredileri ile bağlantılı olarak rüzgâr çiftlikleri kurulması sırasında acılı bir şekilde tekrar hatırlandı. Rüzgâr türbini geliştirilmesinde bir sonraki dönüm noktası Gedser rüzgâr türbinidir. Marshall planı savaş sonrası finansman yardımı ile 1956 – 57’de Danimarka’nın güney doğusunda Gedser adasında 200 kW’lık 24 m. çapında bir rüzgâr türbini kuruldu. Bu makine 1958 – 1967 arasında %20 kapasite ile çalıştı. 1960’lı yılların başında Prof. Ulrich Hütter 100 kW’lık 34 m.’lik bir 2 kanatlı, yüksek rüzgâr hızlı kararsız pervanesi olan Hütter Allgaier rüzgâr türbinini geliştirdi. Hütter’in yüksek hızlı esnek tasarım fikirleri Almanya’da ve diğer alanlarda rüzgâr türbini araştırmalarını çok etkiledi. 2.2. 1970 – 1987 Bu üç makine rüzgâr türbini geliştirilmesinde 3 farklı yönün başlangıcını temsil eder; ticari sahnede andan şimdi görünen megawattlık makineler, piyasaya son 15 yıldır hâkim olan Danimarka tarzı makineler ve halen büyük ölçüde gerçekleştirilmemiş bulunan daha da hafif makineler.

Boru şeklinde bir kule, 3 kanat ve uç frenleri içeren basit, sağlam bir tasarım olan Gedser makinesi daha sonraki genel Danimarka tasarımlarının tüm bileşenlerine sahipti. 1977 yılında yenilendi, modern Danimarka rüzgâr teknolojisinin geliştirilmesi için araştırma esası sağlayan bir test makinesi olarak donatıldı ve çalıştırıldı. 1980’li yılların başında pervane kanat teknolojisinin pek çok sorunu araştırıldı. Çelik pervaneler denendi ancak çok ağır olduklarından, alüminyum pervaneler yorulma direnci açısından çok belirsiz olduklarından reddedildiler ve ABD’de Gugeon Brothers’ın geliştirdiği tahta epoksi sistemi çok sayıda küçük, büyük rüzgâr türbininde kullanıldı. Ancak kanat imalât endüstrisinde tekne imâlinden evrimleşmiş ve 1980’li yıllarda Danimarka’da iyice yerleşmiş fiberglas polyester konstrüksiyon hâkimdi. ABD’de Kamu Hizmetlerini Düzenleyici Politikalar Yasasını (PURPA) içeren 1978 Ulusal Enerji Yasası ile bağımsız enerji üretimine Pazar temin edildi. 1980 yılında merkezi devlet ve federal devlet enerji ve yatırım vergi kredileri toplam %50’ye yakın vergi kredisi sağlıyordu ve bu California rüzgâr enerjisi patlamasını başlattı. 1980 – 1995 arasında, çoğu vergi kredilerinin %15 civarına indirildiği 1985’ten sonra olmak üzere 1700 MW rüzgâr kapasitesi kuruldu. Vergi kredileri en azından başlangıçta çoğu kötü tasarımlı ve çalışırsa da kötü çalışan rüzgâr türbinleri kuruldukça California’da çeşitli bölgelerde (San Gorgonio, Tehachapi ve Altamont Pass) gelişigüzel aşırı nüfuslanma yaratan bir piyasa uyarma mekanizması olarak çok değerli eleştiriler aldı. Ancak ilk yetersiz gelişime tepki olarak vergi kredileri nispeten düşük maliyetli, denenmiş teçhizata sahip Avrupalı, özellikle Danimarkalı rüzgâr türbini üreticilerine büyük bir ihracat fırsatı yarattı. California’da bunların daha iyi tasarımlı rüzgâr türbinlerin teknik açıdan başarı ile çalışması rüzgâr enerjisi itibarının dünya çapında yerleşmesine çok katkıda bulundu. California pazarı çoğu Avrupalı ve ABD şirketine hem iflas hem de ticari başarı getirdi. Ancak modern Avrupa rüzgâr teknolojisinin geliştirilmesine muazzam katkıda bulundu. Teknolojik etki iki yönde oldu; Danimarkalı üreticiler açısından en önemlisi imalât yöntemlerinin geliştirilmesine fırsat veren büyük bir pazar, parça maliyet azalması ve artan iş görürlüktü. İkincisi, tasarım çeşitliliği, hafif ve esnek parçalar ilgi duyulması gibi müstakbel teknoloji gelişmelerinin habercisi olması açısından değerli olmuştur. California rüzgâr çiftliklerinin çalışma deneyiminde, kanat kök bağlantısında ciddi sorunlar, kanat aerofolyo kesitinin bozulması nedeniyle performans düşüşü, eğimli sistemlerin aşırı ve yetersiz anlaşılmış atmosfer çalkantısı nedeniyle hasar görmesi, yüksek hızlı mil fren sistemlerinin erken yorulması vs. karşılaşılan pek çok sorun arasındaydı ve teknoloji ilerledikçe adım adım çözüldü. 2.3. 1987 Sonrası California’da rüzgâr enerjisinin büyümesine ABD’de başka bir yer destek vermemiş veya paralel büyüme sergilememiş olup yakın zamanlarda elektrik alanında düzenleme olmaması rüzgâr enerjisinin ABD’de ne yönde ilerleyeceğine dair büyük belirsizlik yaratmıştır ve ABD piyasası ancak şimdi 1997 yılında tekrar doğmaya başlamıştır. Aksine, 1990’lı yılların başında Almanya’da yılda 200 MW civarında kapasite artışı ile kuzey Avrupa piyasalarında çarpıcı gelişme kaydedilmiştir. Bu katkıda bulunan patlamaya 3 faktör: ARGE desteği, Danimarka’dakine benzer geri alım politikası ve yüksek tarifeler. Teknolojik açıdan önemli sonuç Alman imalâtçılarının ve bazı yeni kavramların gelişmesiydi; yeni doğrudan tahrikli jeneratör teknolojisinin uygulanması kayda değerdir. Doğrudan tahrikli güç aktarma hatlarında, değişken hızlı elektrik ve kontrol sistemlerinde, alternatif kanat malzemelerinde ve diğer alanlarda adım adım ve önemli teknolojik gelişmeler olmuşsa da son yıllardaki en çarpıcı eğilim günümüzdeki megawattlık

kapasitelerde makinelerin ilk ticari kuşağını yaratan daha da büyük rüzgâr türbinleri geliştirilmesi olmuştur. 3. Tasarım Stilleri 3.1. Yatay ve Dikey Eksen Dikey eksenli çok çeşitli tasarım geliştirilmiştir. Bunlara troposkein** biçiminde “yumurta çırpıcı” rüzgâr türbini (adını mucidi Darrieus’tan alır, özellikle Flowind Corp. tarafından 1980’li yıllarda geliştirilmiştir), İngiltere’de Musgrave tarafından geliştirilmiş olan (sonradan Heidelborg Motor’un doğrudan tahrikli tasarımında benimsenen) düz kanatlar bulunan H şekli tasarım ve bazısı kanallı veya germe halatlı pervaneyi kuşatan kanatlar, bazısı Savonius tasarımını veya döner değirmen (gyromill) kavramını benimseyen çok sayıda varyant dahildir. Dikey eksenli tasarımlar eğimli sistem gereğini ortadan kaldıran dönme simetrisi üstünlüğüne sahiptir. Tüm güç aktarma hattı ve güç tahvil donanımının zemin düzeyinde olabileceği sık sık iddia edilen bir üstünlük olmuş ancak bunun ana mil için uzun ve ağır bir tork borusu ve ana mil üzerinde dişli kutularının bozduğu çeşitli tasarımlar gerektirdiği belirlenmiştir. Ancak dikey eksenli tasarımların yatay eksenlilere göre dikkate alınmayan sakıncaları: • •

tahrik torkunun pervane dairesinde kanat pozisyonuna göre çok değişmesi nedeniyle doğal olarak daha düşük olan (bazı pozisyonlarda negatif bile olabilen aerodinamik verimlilik), pervane sisteminde maliyeti arttıran önemli pasif destek yapısı.

Rüzgâr teknolojisinde çeşitli tasarım seçeneklerine ilişkin kararın verilmesi ertelenmişse de, oyların büyük çoğu şu anda yatay eksenli tasarımlar lehinedir. 3.2. Kanat Sayısı Pervane tasarımının temel aerodinamik ilkeleri belirli bir dönme hızına göre tasarlanmış bir pervanenin, pervane süpürme alanının sabit bir orana kadar optimum toplam kurulu kanat alanına sahip olduğu ve seçilen dönme hızına göre ters yönde değiştiğini belirler. Gerekli kanat alanının az sayıda geniş kanat yerine çok sayıda ince kanat ile teşkilinde küçük bir aerodinamik avantaj vardır. Böylece kanatların ucundaki aerodinamik uç kaybı en aza inmektedir. 3 kanatlı pervaneye göre tek kanatlı pervanede enerji kaybı yaklaşık %10, 2 kanatlı pervanede yaklaşık %4’tür. Tek kanatlı pervaneye bir karşı ağırlık montajı gerekli olup 2 kanatlı pervaneden hafif değildir. Tek kanatlı pervaneye göre dinamik olarak daha iyi şekle sahip olsa da 2 kanatlı pervanede sert pervane göbek sistemi kullanılırsa çok yüksek bir çevrim yükü kabûl edilmeli veya kant, güç aktarma hattı ve kule tepe yükünün hafifletilmesi için pervane kanatlarının (bir çift olarak) sallanabilmesi amacıyla bir tahterevalli yatağı bulunmalıdır. Bu tahterevalli yataklı pervane tasarımları çoğu zaman yorulma yükünü azaltabilirse de, genellikle tasarımı etkileyen faktörler olan tahterevalli darbe yükü durumları ile başa çıkabilmelidir. 3 kanatlı pervane dinamik olarak daha basittir, öncede belirtildiği gibi aerodinamik olarak biraz daha verimlidir. 1, 2 veya 3 kanatlı pervaneler, (geçmişte denemeyen ancak güncel ses limitlerine tabi Avrupa kara uygulamaları için gelecekte gerekecek) benzer uç hızları için tasarlanırsa 3 kanatlı pervane diğerlerinden daha fazla zorlanacak ve pervane kanat maliyeti daha yüksek olacaktır. Elbette, gerçekte önemli olan rüzgâr türbininin düşük maliyetli olması (üretilen enerji/sermaye maliyeti) bakımından genel etki olup bu sadece komple tasarıma göre belirlenir. Optimum tasarım konfigürasyonunun tesbiti Avrupa Komisyonu destekli etütlerce derinlemesine araştırılmıştır.

Tablo 3.2.1., halen piyasada mevcut 30 kW nominal kapasiteden yüksek rüzgâr türbinleri arasında 1, 2 veya 3 kanatlı pervane tasarımlarının oranını göstermektedir. Veriler faal makine oranı olarak sunulduğunda 3 kanatlı pervane tasarımlarının hakimiyeti daha da belirginleşmektedir. Kanat Sayısı

Yüzde Pay

1

2

2

24

3

74

Tablo 3.2.1. Piyasada mevcut rüzgâr türbini tasarımlarının kanat sayısı 3 kanatlı pervane tasarımlarının hakimiyetinde başlıca faktör ilk (3 kanatlı) Danimarkalı tasarımlara tarihsel bağlantı ve bundan dolayı yavaşlama ayarlı dinamik olarak basit pervane geliştirilmesi gereğidir. Mevcut Avrupa piyasasında başka bir başlıca faktör, kamuoyu ve planlama makamları arasında 3 kanatlı tasarımların uyumlu görsel etkiye sahip olduğuna dair yaygın kanaattir. Bu açıkça subjektif bir görüş olsa da açıkça aynı ölçüde hakim görüştür. 3.3. Adım veya Yavaşlama Kontrolü Adım veya yavaşlama kontrolü sorunu orta veya büyük rüzgâr türbinleri tasarımında çok zıtlaşan bir tartışmadan doğar. Küçük rüzgâr türbinlerinde ise seçenek daha fazladır. Yavaşlama ayarı bu sorunu ele almazken, adım ayarı her iki sorunu adım sistem mekanizması ve ilgi kumanda kullanılması pahasına çözer. Adım ayarında (kanatlara genellikle “aktif yavaşlama” denilen tasarım seçeneğinde yavaşlama durumuna kadar eğim verilmesi hali hariç) kanatlar pervanenin kanatları savurarak sağladığı gücü kanat aerofolyo kesitlerinin ürettiği kaldırma güçlerini azaltmak üzere ayarlarlar. Yavaşlama ayarının esası, pervane geometrisi değiştirilmeksizin, rüzgâr hızı ve ilgili akım açısı arttıkça pervane aerofolyolarının yavaşlamasıdır. Pervane veriminde artan kayıp, yavaşlama pervaneye yayıldıkça gücü ayarlar. Böyle bir yavaşlamanın meydana gelmesi için pervane hızının sabit tutulması zaruridir ve bunu genellikle elektrik şebekesine bağlı asenkronik bir jeneratör sağlar. 3.3.1. Küçük Rüzgâr Türbinleri (<30 kW) Küçük rüzgâr türbinlerinin güç ve hız ayarı için kullanılabilecek çeşitli yöntemler vardır. Bunlar (Şekil 3.3.1.): •

• •

türbin pervane ve sisteminin yüksüz durumdaki tüm aşırı hızlarla başa çıkmaya tasarlandığı “kontrolsüzlük” (muhtemelen aerodinamik performansın ve hızın azalmasına yardımcı olan kanatların merkezkaç kuvvet altında biraz deforme olması sonucu) motor ekseninin rüzgâr istikâmetinden ayrılması olan “sapma” ve “eğim” (genellikle pervane itme merkezi ile sapma veya eğim yatakları arasında dengelenme ile sağlanır) büyük rüzgâr türbinlerindeki gibi “adım” veya “yavaşlama”.

Şekil 3.1.1. Küçük rüzgâr türbinlerinde hız kontrolü Küçük rüzgâr türbinlerinde güç kontrolü, hız kontrolü ve aşırı hız ayarı arasında ifade hatasından kaçınmak zordur. Sapma, yavaşlama veya kontrolsüzlükten yararlanan türbinlerin çoğu yavaşlama etkilerinden yararlanır. Ancak Şekil 3.1.1. emniyet ve yük ayarlama işlevleri için sapma, adım, eğim vs. uygulayan mekanizma sayısını doğru biçimde vermektedir. Küçük türbin tasarımlarındaki sorun basit çok küçük pasif sistemlerin mi, yoksa büyük türbinlere benzer aktif adımlı mekanizmaların mı yeterince iyi çalıştırılabileceğidir. 3.3.2. Büyük Rüzgâr Türbinleri Adım veya yavaşlama arasında seçimde ana sorunlar Tablo 3.3.2.’de listelenmiştir. Sorunlar

Adım

Yavaşlama

Enerji üretimi

Prensip olarak daha iyi

Güç eğrisi etkileniyor

Sabit hız kontrolü

Yüksek rüzgâr hızlarında zor

Tasarım belirsiz olsa da genellikle yeterli

Değişken hız kontrolü

Güç kalitesi daha iyi, güç aktarma hattı yükleri yavaşlama seçeneğinden daha az

İspatlanması gerekir

Emniyet

Komple bir pervane koruyucusu olabilir

Aşırı hız koruması için yardımcı sistemler gerekir

Maliyet

Pervane sistemlerinde daha yüksek maliyet

Pervanede daha az, fren sisteminde daha yüksek maliyet

Tablo 3.3.2. Adım veya yavaşlama karşılaştırması Büyük rüzgâr türbinleri neredeyse sadece adım veya yavaşlama kontrolü kullanır. Birkaç örnekte yedek emniyet veya kontrole katkı olarak rüzgârdan sapma kullanılır. Kısa süre önce bazı imalâtçılar değişken hızlı çalışma ile birlikte yavaşlama kontrolünü kullanmıştır. Şimdi ittifakta reddedilen tek konfigürasyon gücü kontrol ederken üretimde çok

büyük değişmelere yol açmıştır. Ancak bu red, ilk günlerde popüler bir tercih olduğu için çok ilginçtir.

Şekil 3.3.1. Adım veya yavaşlama kontrolü Bir tasarım seçeneği olarak yavaşlama kontrolünün genel hâkimiyeti (tasarımların %60 kadarı) bulunsa da megawattlık türbinlerde adım ve yavaşlama kontrolünün oranı neredeyse eşittir. Özellikle Alman pazarında büyük rüzgâr türbinleri her kanadın bağımsız adım hareketi yaptığı “bağımsız” adımlı sistemler tercih edilmektedir. Bu, adım sisteminin 2 bağımsız fren sağlaması nedeniyledir. Bir arızada bir kanat küçük eğimde sıkışsa bile diğer ikisi pervaneyi güvenli hıza getirebilir. Bu bağımsız adım sistemi önceleri daha yaygın olan, 3 kanadın tümünün adımının birbirine mekanik bağlantılı olduğu ve tek bir hareketlendiriciden güç alan “toplu” adım sisteminden farklıdır. Yavaşlama kontrollü makinelerin güç kalitesine dair (özellikle Alman pazarında da mevcut) endişe orta boy yavaşlama kontrollü makineler üreten bazı imalâtçıları caydırmıştır. Ayrıca yavaşlamanın özellikle büyük makinelerde yol açtığı titreşimler hakkında uzun yıllar boyu endişe var olmuştur ve megawattlık makineler imalâtçılarının çoğunun yavaşlama kontrolüne bağlı kalması önemli bir güven oyudur. Ancak değişken hız yavaşlama kontrollü makinelerin nasıl çalışacağına dair belirsizlik ile birleştiğinde değişken hıza artan ilgi büyük ölçekte yavaşlama kontrollü makinelere duyulan ilgiyi azaltmıştır. 3.4. Değişken Hızlı Tasarım 3.4.1. Değişken Hızlı Çalışmayı Teşvik Eden Faktörler Birkaç sebepten dolayı değişken hızlı tasarım uzun süredir ilgi görmüştür: • • •

Sabit hızlı çalışmaya göre daha yüksek pervane verimi ve daha fazla enerji alınabileceği şeklinde “geleneksel” beklenti, Orta Avrupa’da sesin daha fazla önem kazanması ve değişken hızlı sistemin tahrik sisteminde çok fazla tork ve maliyeti önleyerek nispeten yüksek azami hıza imkân sağlarken hafif rüzgârlarda hız ve sesi azaltabilmesi, Değişken hızlı çalışmanın adım kontrolünü kolaylaştırabilmesi, güç kalitesini iyileştirebilmesi ve tahrik sistemini yüklerini hafifletebilmesi (dolayısıyla tasarım gereklerini ve dişi kutusu ya da jeneratör maliyetini muhtemelen azaltması).

3.4.2. Değişken Hızlı Sistemlerin Niteliği Yukarıda sayılan yararları azamiye çıkarmak için geniş bir değişken hız aralığı gerekir (hızda 2,5 - 3 kat ayarlama). Değişken hız temininin çeşitli yolları vardır. Mekanik sistemler de vardır, ancak elektrikli sistemler hâkimdir. Geniş bir değişken hız aralığının yararlarının tümünü değil bazısını sağlayan çeşitli uzlaşmacı çözümler vardır. Bu seçeneklerin topluca tümü geniş değişken hız aralığı seçeneğinden çok daha yaygındır. Bunlar arasında: • •

2 hızlı sistemler, Genel hız aralığının azalması pahasına üretimin sadece bir kısmının değişken hızlı tahrik ve güç ayar donanımından geçirildiği sürekli değişken hızlı sistem çeşitleri bulunur.

10 yıl öncesinin Danimarkalı tasarımlarında bir kayışa bağlı 2 jeneratör arasında geçiş sureti ile 2 hız elde edilmesi olağandı. Şimdiki kuşak rüzgar türbinlerinde 2 hızlı çalışma elde etmek için neredeyse sadece tek jeneratörde kutup değişimi kullanılır. Şekil 3.4.2. şimdiki ticari rüzgar türbin tasarımları arasında, bu tasarım seçenekleri bazısının dağılımını gösterir.

Şekil 3.4.2. Çalışma hızı bakımından tasarım seçenekleri Sürekli değişken hızlı çalışma tasarımları arasında, sadece 1/3’ü geniş değişken hız aralığı uygular (hız aralığı >2,5:1). Çoğu hız aralığı ve performansa güç ayar sistemleri maliyetini tercih eder. Vestas Optislip sisteminde, mükemmel güç kalitesi için sınırlı değişken hız (nominal güçte çalışırken %10 hız değişmesi) kullanılır. Çoğu imalâtçının tasarım etüdü (Şekil 3.4.1.’de gösterildiği gibi) en ekonomik olarak 2 hızlı sistemi seçmiştir. Bugün değişken hızlı çalışmaya genellikle en uygun doğrudan tahrikli sistemlerin geliştirilmesine önem verilmesi ve ilgili güç ayar sistemlerinin geliştirilmesi ve maliyet azaltılması her ihtimâlde rüzgâr türbini tasarımında geniş değişken hız aralığının gelecekte daha fazla kullanılması ile sonuçlanacaktır.

3.5. Çok Hafif/Esnek Tasarımların Durumu Çok hafif ve yapısal esnek makineler (özellikle kanatlar ve kuleler) düşük maliyetli teknolojiye bir yol olarak her zaman ilgi görmüştür. Çok hafif ve esnek terimlerini doğal olarak birbirleriyle ilgili görme eğilimi vardır. Yapısal esnek tasarımlarının yükten kurtulma, daha az malzeme kullanma, dolayısıyla çok hafiflik ve düşük maliyet elde etme açık niyet olmakla birlikte, mevcut çok hafif makinelerin çoğu yapısal olarak esnekten çok serttir. Oldukça esnek kanatlar veya kuleler bulunan Carter rüzgar türbini gibi tasarımlarda yapısal esneklik yararlı olabilir, ancak düşük ağırlık elde edilmesinden çok, yüksek tasarım uç hızı seçilerek düşük tahrik sistemi torku elde edilmesiyle ilgilidir. Şimdiye kadar bu kavramlar ticari başarı elde etmemiştir. Bu türden son tasarım WEG Rüzgar Enerjisi Grubunun eğilen motor yeri ve yüksek yük kabiliyetli özel geliştirilmiş yapısal esnek kanatları bulunan MS4 600 KW, 3 kanatlı, serbest sapmalı, rüzgarı arkadan alan türbinidir. Aşarı rüzgarlarda esnek pervane kanatları ile önemli yük azaltması sağlanmaktadır. Bu tasarım için kendiliğinden dikilen sistem özellikle zayıftır. Bu makinenin tasarım kavramı bazı diğer Avrupalı imalatçıları tasarımının tersine çalışır. Ancak esnek elemanları daha küçük V42 ve V44 ile neredeyse aynı olan bir destek yapısına önemli ölçüde daha büyük pervane montajına müsait esnek kanatları bulunan yeni Vestas V-47 makinesinde de mevcuttur. Yine pervane kanatlarını genel olarak değerlendirerek, ağırlık oranına göre en yüksek yorulma direncine sahip malzemelerden üretilmiş olanlar (özellikle Atout Vent’in tahta epoksi ve CFRP kanatları) en hafif, ancak aynı zamanda en sert kanatlardır. Bu hafiflik ile yapısal esneklik arasında doğrudan ilişki olmadığının altını çizer. Bu yorumlar yapısal esnekliğin hem yük azaltılması hem de aktif mekanizmaları yerinin alınması bakımından potansiyel kullanışlılığının değerini küçümsemeyi amaçlamamaktadır. Varılan sonuç şimdiki kuşak çok hafif rüzgar türbinlerinin hafifliklerini başlıca olarak yapısal esneklikten elde etmezler, rüzgar türbini tasarımında yapısal esnekliğin en büyük etkisi henüz elde edilmemiştir. Plastik ve kompozit menteşeler (küçük türbinlerde zaten kullanılır), esnek kirişler ve akıllı malzemeler gelecek gelişmeler için büyük potansiyele sahiptir. Çok yumuşak kuleler (yani doğal frekansı pervane frekansından düşük kuleler) rüzgâr türbini tasarımlarında kullanılmıştır. Sistem dinamiklerine özen gösterilmelidir, ancak bu tasarımlar kule kütlesi ve maliyetinde azalma yaratabilir.

4. Mevcut Teknolojiler 4.1. Küçük Rüzgâr Türbinleri (<1 kW – 30 kW) Dünyada halen elektriği olmayan 2 milyar insan var. Tüm kırsal talebi karşılamak, yani elektrik sistemi büyütülmesi ile tam elektrifikasyon maliyeti 1 Trilyon ECU’den fazla olacaktır. Küçük rüzgâr türbinleri piyasası 50 kW’a kadar türbinler için çeşitli uygulamalar içerir. Bu piyasanın çok genişleyeceği tahmin edilmektedir. Uygulama

1995 M.ECU/yıl

2005 M.ECU/yıl

Uzak bölge evleri

4

100

Telekomünikasyon

2

20

Köy/Kır Elektrifikasyonu

3

400

Muhtelif uzak bölge yükleri

2

20

İçme/Sulama suyu pompalama

1

100

Petrol kuyusu pompalama

0,1

30

Soğutma

0,1

5

Tuz giderme

0,1

5

Toplam

12,3

680

Tablo 4.1.1. Küçük rüzgâr türbinleri dünya piyasası Küçük türbin üretici küçük şirket sayısı artmaktadır. Küçük rüzgar türbinleri tasarımları büyük rüzgâr türbinleri üreten iki büyük imalâtçı, Enerco ve Micon, tarafından da üretilmekte olup, önemli uluslararası rekabet, örneğin, Windlite 8 kW, World Power Technologies 22 kW, Canon/Wind Eagle 35 kW ve Bergey Windpower 40 kW gibi tasarımlar vardır. Modern Danimarka ve Avrupa rüzgar enerjisi işinin başladığı 10-50 KW aralığı şimdi önemli bir Pazar sektörüdür. Bu pazara en iyi, büyük tasarımlara aktarılmış mevcut tasarım kavramlarından yararlanılarak değil, ancak henüz daha küçük rüzgar türbinlerinin müşterek tasarım kavramları adapte edilerek hizmet edilebileceği büyüyen görüştür. Bu kavramlara, düşük bakım iyi verim için daimi mıknatısla (PMG) doğrudan tahrikli jeneratörler, pervanenin koruması için pasif adım veya sapma dahildir. Bu bağlamda, Proven Engineering 2.2 KW tasarım teknolojisi kendiliğinden ayarlı pervanesi olan daimi mıknatıslı (PMG) doğrudan tahrikli jeneratör içerdiği için kayda değerdir. Aşağıdaki tablo Avrupa’nın 10 – 50 kW aralığında küçük rüzgâr türbinleri imalâtçıları listesini verir. Bu türbinlerin çoğu hem elektrik sistemine bağlıdır hem de bağımsız uygulamadır.

İmalâtçı

Kapasite (kW)

Aeroman

33

Aeroturbine

9

Atlantic Orient Corp. 15/50

50

Enercon E12

30

Fuhrlander 30

30

Genvind

22

Jacobs

10, 20

Husumer Schiffswerft – HSW 30

30

JBA Vindenergi

15

Lagerwey 18/80

80

LMW

10

SudWind 18/80

30, 37, 45

Vergnet

2, 3, 5, 10, 15, 25, 50, 60

Tablo 4.1.2. Küçük rüzgâr türbinleri güç kapasiteleri Küçük rüzgâr türbinleri arasında kısmen uygulamaların çok çeşitliğinden dolayı büyük tasarım çeşitliği mevcuttur. Şekil 4.1.1 yüksek derecede yeknesaklık arz eden büyük türbinlerin tersine geniş tasarım uç hızları aralığını göstermektedir.

Şekil 4.1.1. Küçük rüzgâr türbinleri En düşük uç hızları birkaç yüksek torklu pompa tasarımı ile ilgilidir (Brummer 1 kW, 4 m. çapında, 7 kanatlı rüzgâr pompası 13 m/sn uç hızına sahiptir). En yüksek uç hızları daha büyük türbinlerde görülenler gibi ses sorunları olmaması gereken pazarlarda düşük torklu, düşük maliyetli bir sistem isteğini yansıtır. Bazı imalatçılar ayar sistemi maliyetinden

kaçınmak üzere aşırı yüksek hızlara direnecek küçük pervaneler tasarlamaktadır (Örn. Bergey 10 kW, 7 m. çapında rüzgâr türbini 220 m/sn uç hızına kadar çalışmaktadır). Şekil 3.3.1 pervane yükü ve pervane hızını kontrol edecek eğim ve sapma uygulamasının yaygınlığını göstermektedir. Küçük rüzgâr türbinlerinin aerodinamik performansı (piyasa liderlerin de bile) nispeten zayıftır. Örneğin, Bergey 10 kW, güç kapasitesine çevrildiğinde Bonus 600/41 ile benzer güç eğrisine sahiptir. Ancak pervane verimi Bergey’le 260, Bonus’la 455 W/m² ‘dir. Bu, küçük rüzgâr türbinlerinde olağan dışı bir durum değildir ve küçük rüzgâr türbinlerinin çok artırılmış maliyet/kW oranı kısmen, arttırılmış pervane çapının aerodinamik tasarımdaki eksiklikleri dengelenmek üzere kullanılması stratejisinden kaynaklanır. Bu daha zayıf performansın nedeni, kısmen, düşük Reynolds sayısında çalışırken verim azalmasından yada uygun olmayan aerofolyo kesitinden kaynaklanır. Ancak bazen kanat tasarımında ve konstrüksüyonunda (ucuz kanat ve düşük ilk maliyet için) uygun olmayan taviz verilmesinden yada çok kaba güç ayar sistemleri kullanılmasından kaynaklanır. Avrupalı imalâtçılar için hızla büyüyen dünya pazarına çok rekabetçi bir tasarım üretebilecek özel teknolojik gelişmeler yapmaları için büyük bir fırsat belirecek gibi görünmektedir. En küçük rüzgâr türbinleri boyları arasında Marlee Engineering ürünü Rutland tasarımları dikkat çekicidir. Bu akü şarjlı ünitelerin güç çıkışı 20 ilâ 250 W arasındadır. Bu tasarım aralığında 30 000’den fazla türbin satılmıştır. 4.2. Orta Boy Rüzgâr Türbinleri (30 – 600 kW) Orta boy türbinlerin sayı ve kapasite dağılımları (Şekil 4.2.1 ve 4.2.2 ) 500 – 600 kW civarında ünitelerin arzında son zamanlarda büyük bir artış içerir ve dünya çapında kurulu kapasitede bu boy aralığının hâkimiyetini göstermektedir.

Şekil 4.2.1. Çeşitli nominal güç aralıklarında rüzgâr türbin sayısı Orta boy rüzgâr türbini teknolojisi birkaç imalâtçının çok istikrarlı 600 kW rüzgâr türbinleri üretimi ile olgunlaşmıştır. Terminoloji ilham açısından teknolojiyi izlemektedir. On yıl önce kimse 600 kW rüzgar türbinleri orta boy sınıfına sokmamıştır.

Şekil 4.2.2. Çeşitli güç aralıklarında rüzgâr türbinlerinin kurulu kapasitesi Türbin konfigürasyonları, bir süredir daha küçük orta boy 300 kW civarında türbinler arasında olduğu gibi üç kanatlı yavaşlama ayarlı tasarımların hâkimiyetiyle denge bulmuştur. Şimdi “sapmalı” sistemlerin çoğu döner elemanlı yataklar yerine sürtünme yastıkları kullanmaktadır. Yumuşak ilk çalışma elektroniği ve kutup değişimli jeneratörler yaygındır. Rüzgâr türbini tasarımında ses azaltma giderek vurgulanmaktadır. Ses bastırıcılığı çelikten daha iyi olan dairsel grafit demir döküm, ses iletimi azaltıcı elastomer conta yaygın özelliklerdir. Görsel etki tasarımları çoğunu bir derece – birkaç imalâtçının 2 kanatlıdan 3 kanatlı tasarıma geçmek zorunda kalması bakımından güçlü olarak, boya rengi tespitinde ve çirkin özelliklerden kaçınma bakımından daha hafif olarak, etkilenmektedir. Bazı imalâtçılar kule tabanını doğal çevreyi takliden yeşil/kahverengi tonlarına boyamakta, birkaç metre yükseklikte beyaza dönmektedir. Nordtank maliyet ve görsel etki bakımından optimum motor yeri biçimi tespiti için endüstriyel tasarımcılar çalıştırmaktadır. Avrupalı rüzgâr türbinleri için dünya pazarı büyüdükçe çok sayıda tasarım adaptasyonu ortaya çıkmaktadır. Bu adaptasyonlar arasında düşük rüzgâr hızlı yerler (özellikle Hindistan) için büyük çaplı seçenekle ve kutupsal iklimler için düşük ısı tasarımları vardır. Orta boy rüzgâr türbini teknolojisi şimdi çok olgunlaşmıştır ve bu durumu radikal gelişmeler yerine başlıca olarak adım adım gelişmeler ile elde etmiştir. 4.3. Megawatt Ölçeğinde Tasarımlar 1980’li yıllarda çok sayıda megawatt ölçeğinde tasarım olmasına karşın bunların hiçbiri ticari teknoloji olarak çoğalamadı. Aşağıdaki imalatçıların megawatt ölçeğinde rüzgâr türbinlerine genel olarak test ve kontrol aşamasında, ancak bir çok durumda mevcut siparişlerinin büyük kısmı olarak sahip olması Avrupa Komisyonu WEGA programından büyük destek gören Avrupa rüzgâr endüstrisinin büyük başarısıdır. Enercon bu yıl 1.5 MW’lık 20 – 30 adet E66 monte edileceğini tahmin etmektedir.

Tasarım Tipi

Pervane Kanat Göbek Nominal Uç Çapı (m) Adedi Yüksekliği Kapasite Hızı (m) (kW) (m/s)

Kontrol

Hız

Yavaşl. Adım

NEDWİND NW 53/2/1000-240

52,6

2

70

1000

68



2 hızlı

NORDIC 1000

53,0

2

58

1000

69



2 hızlı

BONUS 1 MW/54

54,0

3

60

1000

62



2 hızlı

MICON M23001000/250kW

54,0

3

59

1000

59



2 hızlı

NORDEX N 54

54,0

3

70

1000

62



2 hızlı

NEDWIND NW55/2/1000240

55,0

2

70

1000

71



2 hızlı

HSW 1000/57

57,0

3

70

1050

68

NORDTANK 1500/60

60,0

3

68

1500

60

AUTOFLUG 1200

61,0

2

60

1200

66



VESTAS V631,5mW

63,0

3

60

1500

69

 Değişken

TACKE TW 1,5

65,0

3

80

1500

68

 Değişken

ENERCON - 66

66,0

3

100

1500

70

 Değişken

KVAERNER WTS 80

80,5

2

80

3000

88

 Değişken

 

2 hızlı Sabit hızlı

Tablo 4.3.1. Mevcut megawatt ölçeğinde rüzgâr türbinleri Enercon E 66 doğrudan tahrikli jeneratör kullanan (E-40 tasarımında başarı ile kullanılan teknolojinin ölçek yükseltimine dayalı) ilk megawatt ölçeğinde rüzgâr türbini olarak dikkate değerdir. Sadece Nordtank daha küçük Danimarka rüzgâr türbinlerinin geleneksel tarzında sabit hızlı yavaşlama kontrollü çalışmaya bağlı kalmış, Enercon geniş değişken hız aralığını olarak tarif edilebilecek prensibi benimsemiştir. Nordtank’ın sabit hız kararının bedeli en düşük uç hızı, en yüksek özgül tahrik sistemi torku elde edilmesidir. Yararı her zaman olduğu gibi basitliktedir. Enerjinin hayati niteliği maliyet ancak zaman ile ortaya çıkacaktır. Diğer imalâtçıların tümü bir derece hız değişkenliği benimsemiştir. Bu ya düşük rüzgârlarda ses ve enerji üretimi (özellikle 2 hızlı sistemler) nedenlerine veya yüksek rüzgârlarda adım kontrolü ve güç kalitesini arttırmaya yöneliktir. Tacke Windtechnik güç

2 hızlı

ayar donanımının tam güç kapasitesine ayarlanmaması, böylece maliyet tasarrufu için çift beslenmeli bir endüksiyon geniş değişken hız aralığının doğrudan tahrikli jeneratör tasarımlarının ayrılmaz bir parçası olmadıkça masrafa değmediğine dair fikir birliği oluşacak gibi görünmektedir. Çok büyük rüzgâr türbinleri için uç frenleri bakımından maliyet ve mühendislik zorlukları vardır ve Bonus, normal çalışma için sabit adımlı yavaşlama kontrolünü sürdürse de, pervane frenlemesi ve aşırı hız koruması için tam mesafeli adımla yavaşlamayı tercih etmektedir. En büyük türbin, Kvaerner Türbini B MW tasarımı İsveç’te büyük türbin teknolojisine duyulan ilginin sonucudur. 1983’te Nasudden ve Maglarp’ta 2 adet 2 MW türbin kurulmuştur. İkinci neslin geliştirilmesi Nasudden II programında İsveç-Alman işbirliği yaratarak 1988’den sonraki çalışmaların ürünü olmuştur. Oluşan 3 MW 80 m. çapında türbinler, Nasudden II ve Aeolus II, hedef emre amadeliği aşarak ve bakım ihtiyaçlarında önemli azalma elde ederek 3 yıldır çalışmaktadır. Ancak Kvaerner mevcut tasarımları ticari kullanım için çok pahalı bulmaktadır. 4.4. Deniz Avrupa rüzgâr endüstrisinde bir sonraki büyük gelişmenin denizdeki kaynaktan önemli ölçüde istifade elde edilmesi olacağı tahmin edilmektedir. Bunu destekleyen geliţmeler: • • • •

denizdeki rüzgâr kaynağının daha iyi tahmin edilmesi ve rüzgâr modeli kurulması için daha iyi metodoloji, kombine rüzgâr ve dalga yükü ile başa çıkabilen tasarım araçları geliştirilmesi, belgeleme kurallarının aynı şekilde geliştirilmesi, makinenin denizde kalması, bakım ve enerji maliyeti hususlarının değerlendirilmesi için pilot tesis rüzgar çiftliklerinin kurulması alanlarında gerçekleşmiştir.

Son zamanlardaki pilot tesisler: Yer

Kapasite

Türbinler

Şirket

Kurulma Tarihi

Vindey

5 MW

11 Bonus 450 kW

Elkraft

1991

Lely, Ijsselmeer

2 MW

4 NedWind 500 kW

ENW

1994

Tuno Knob, Jutland

5 MW

10 Vestas V39 500

Midkraft

1995

Dronten, Ijsselmeer

17 MW

28 Nordtank 600 kW

ENW

1997

Tablo 4.4.1. Avrupa’nın denizdeki tesisleri İlk ciddi ticari deniz rüzgâr çiftliği Danimarka şirketi ELKRAFT’ın 11 Bonus 450 kW rüzgâr türbini ile kurduğu ve Bonus’un maliyetini 77 milyon DK olarak bildirdiği Vindeby Deniz Rüzgâr Çiftliğiydi. Türbinler derinliği 2,5 – 5,2 m. arasındaki sığ suda 1,5 – 3 km. deniz içine yerleştirildi. Her türbinin geniş tabanlı toplam konik (yarısı çakıl ve kum olan) 1050 kg. ağırlığında temeli vardır. Bonus’un denizde çalışmada azami maliyet yararı için özel türbin tasarımı üretme niyeti yoktu. Hedef standart rüzgâr teknolojisinin kullanılması, ancak türbinlerin sürekli idamesi için donanımın denizde kalabilirliğinin artırılması için gerekenin belirlenmesiydi. İki

nem giderici, iki ilâve küçük servis vinci, özel bir soğutma sistemi ve kuleler için özel boya özellikle deniz ortamı nedeniyle kullanılan ana kalemlerdi. Bu, özellikle kara türbinleri atmosferde tuz buharı olan sahil ortamına göre tasarlandığı için, denizde çalışma için denizde kalabilirliğinin türbin sistemi üzerindeki ek etkisinin küçük olduğu genel görüşünü doğrulamaktadır. Ancak daha önemli bir konu bakım ziyaretlerinde türbin bağlama sistemlerinin kullanılmasındaki çok sakin deniz durumu hariç güçlüktür. 3 NedWind 500 kW rüzgâr türbini içeren Medemblik yakınında Ijsselmeer’deki küçük rüzgâr çiftliği Haziran 1994’te hizmete alındı. Türbinlerin dinamik davranışı aynı şekilde analiz edilmiş ve karadaki yerlere göre enerji üretiminde %30 kadar iyileşme gösteren bazı performans ölçümleri yapılmıştır. İlginç teknik özellikleri arasında türbinlere fırtına geçişi sırasında yıldırım çarpma tehlikesini azaltıcı surette 2 kanadı yatay durumda park etme talimatı veren bir rüzgâr çiftliği Elektrik Fırtınası Teşhis Aygıtı (ESID) bulunur. Bir sis tesbit aygıtı pervaneyi park etmek ve gemilerin emniyeti için ikaz lambalarını yakmak üzere çalışmaktadır. Ekim 1995’te, Midkraft’ın Tuno Knob’da kurduğu 10 Vestas V39 500 kW rüzgâr türbini faaldi. 5 m derinlikle suya , 6 km deniz içine her biri 1000 tonluk kapalı sandık temeller kullanılarak yerleştirildi. Kuş yaşam etüdü, görsel etki değerlendirmesi ve deniz arkeolojisi dahil diğer çevresel hususlara büyük dikkat sarf edildi. 6 aylık çalışma sonrası enerji üretim maliyetinin karadaki üretim maliyetinden %40 kadar yüksek olduğu tahmin edildi. Son ve en büyük gelişme 28 Nordtank 600 kW türbinin Lely tesisine çok benzer çelik tek kazıklı temeller üzerinde kurulmakta olduğu Dronten yakınında Ijsselmeer’in doğu sınırında bir yerdedir. Türbinler 5 m derinlikte sadece 40 m deniz içindedir, yaya köprüleri ile ulaşıma sahiptir. Deniz teknolojisinin şimdiki durumunda dalga darbe yüksekliği üzerindeki türbinler kara türbinlerinden biraz farklıdır. Özel tasarımlı, şimdiki rüzgâr türbinlerinden yüksek ünite kapasiteli deniz rüzgâr sistemlerinin potansiyel yararı önemlidir. Deniz rüzgâr enerjisi evrimine henüz başlamamıştır. Gelecek asrın ilk yıllarında en heyecanlı faaliyet alanlarında biri olacaktır. Bu gelişmenin başladığına dair belirgin işaretler vardır – imalâtçıların ve büyük geliştirmecilerin çoğu şimdiden aktif surette bu teknolojiyi araştırmaktadır. 4.5. Pervane Kanat Teknolojisi Megawatlık rüzgâr türbinleri için şimdi 66 m çapına kadar büyük türbin pervaneleri ticari üretime girmiş ve 100 m çapına kadar pervaneler (Growian, MOD 5B) çalıştırılmış olarak, rüzgâr endüstrisine özgü bir pervane kanat teknolojisi gelişmiştir. Evrimi ve durumu şimdi ele alınmaktadır.

4.5.1. Kanat Malzemeleri ve İmalât Tablo 4.5.1’de kullanılan başlıca kanat malzemeleri ve satış adetleri verilmiştir.

Tablo 4.5.1. Başlıca kanat malzemeleri ve satış adetleri Çelik (çok fazla öz ağırlık) ve alüminyum (yorulma direnci açısından çok belirsiz) ile ilk denemelerden sonra, dünya rüzgâr türbini pazarı şimdi tamamen kompozit konstrüksiyona dayalıdır. Çeşitli netliklerde cam elyafı ve polyester reçinesi içeren cam takviyeli plastik (GRP) büyük farkla en yaygın sistemdir. GRP kullanımı tekne imâl tecrübesinden türemiş olup, yaygın surette ucuz ancak yüksek otomasyon potansiyeli kısıtlı ıslak döşeme ve elle laminasyon teknikleri içerir. Dünyanın öncü kanat imalâtçısı LM Glasfiber 1995 yılında dünya çapında kurulu türbin kapasitesinin %50’sine kanat temin etmiştir. Şimdi lider imalâtçı Aerpac (Hollanda) gibi görünmektedir. Diğer başlıca imalâtçılar Rotorline (Hollanda), Polymarin (Hollanda), Abeking ve Rasmussen (Almanya)’dır, tümü çoğunlukla cam elyafı esaslı kanat tasarım ve imâli ile uğraşmaktadır. Tahta, ana elyafların tek yönde hizalanmasını sağlayan mantıklı bir malzemedir. Yaygın olarak bükülmede rüzgâr yüklerine direnecek surette tasarlanan tahta, mükemmel yorulma direnci ve sertlik özelliklerine sahiptir. Modern rüzgâr türbini kanatlarında tahta kullanımında kritik faktör tasarım ömrü sırasında önemli nem değişiminin önleyici tahta yapraklarını yapıştıracak (laminasyon için uygun düşük yapışkanlıkta) bir epoksi reçine sisteminin evrimiydi. Reçine sistemini ilk olarak Michigan’daki Gugeon Brothers geliştirdi. Gugeon Brothers California’da ABD rüzgâr türbini pazarına çok sayıda kanat temin etmiştir. Son birkaç yılda, 1980’li yılların başındaki İngiliz gelişmeleri ile teknik bağlantılı Taywood Aerolaminates (TAL) uluslararası pazara tahta epoksi kanat satışları yapmıştır. Karbon Elyafı Takviyeli Plastik (CPRP) kanatlar çok yeni bir gelişmedir. Bu malzeme sisteminin kesinlikle roket uygulamaları için olduğu ve rüzgâr türbinleri için çok pahalı olduğu varsayılmıştı. Ancak akıllı üretim teknikleri kullanarak Fransız şirketi ATV Enterprise düşük maliyetli rüzgâr türbin kanatlarında üretmiştir.

Kanat malzemelerinde kilit sözcük kompozittir. TAL’ın tahta kanatlarında arka kenarda mesafenin %40’ında köpüklü cam konstrüksiyonu ve köpüklü cam kesme örgüleri bulunur. Kanatların neredeyse tümü ayrılma direnci için yüzeyde 450’dir. Bazı imalâtçılar (LM-Aeroconstruct) yüksek kaliteli cam içeren epoksi reçine kullanır. Bazen belirli alanlarda (genellikle karbon olmayan) kanatların direncini artırmak üzere karbon elyaflar eklenir. 4.5.2. Kanat Tasarımı Ölçek Arttırımı Orta ve büyük boy rüzgâr türbinlerinde kullanılan kanat kütle aralığı verileri Şekil 4.5.2’de sunulmaktadır.

Şekil 4.5.2. Kanat Kütle Ölçeği En yeni olarak en büyük kanatların üretilmesi ve imalâtçının öğrenme eğrisinin zirvesinde olarak özgül kütle ve maliyet azaltıcı son gelişmelerden en çok yararlanması yaygın durumdur. Sadece 40 m çapından büyük pervanelere ait kanatlar dikkate alınır, yani daha küçük kanatlar hariç tutulursa Şekil 4.5.2’nin trend çizgisi katsayısı 2,6’dan 2,8’e çıkar. Çok tutarlı üretilen kanatlar (örn. ATV kanatları) yaklaşık küp katsayısında kütle ve maliyete sahiptir. 4.6. Mevcut Teknolojide Ölçek Eğilimlerinin Değerlendirilmesi Beklendiği gibi, küçük makineler yeryüzünün sınır tabakasının en kötü etkilerinden kaçınmak üzere nisbeten yüksek kule yüksekliklerine sahiptir. Yaklaşık 30 m çapından büyük türbinlerde (Şekil 4.6.1.) ortalama olarak kule yüksekliğinin pervane çapına orantılı ve yaklaşık olduğu açıktır. Bu seçenek hem teknik hem de görsel değerlendirmelerin bir sonucudur.

Şekil 4.6.1. Kule yüksekliğinin ölçeklendirilmesi İmalâtçıların değişik kule yükseklikleri sunduğu çoğu durumda nisbeten tutarlı tablo orta değerde kule yüksekliği seçilerek elde edilir. Zemin yukarısında rüzgâr hızının değişkenliğini genellikle üs  içeren bir güç yasası temsil eder ve şekil olarak benzer rüzgâr türbinlerinin güç çıkışının çapa (D), D(2+3a) olarak bağlı olacağı hemen anlaşılır. Üs  en tipik olarak 1/7 alınır, yani D 2,43 olur. Tasarım uygulaması, trend çizgisi katsayısı olarak 2,42 üstel sayısını vererek buna uyduğu ölçüde (Şekil 4.6.2.) bu açıktır.

Şekil 4.6.2. Büyük rüzgâr türbinlerinin nominal güçleri Pervane çapı arttıkça motor yeri kütlesinin küp oranının altına indiği (Şekil 4.6.3.) açıktır. Ancak daha küçük (genellikle daha eski) tasarımlar hariç tutulursa üstel sayı (Şekil 4.6.3’te 2,4’) 2,7’ye çıkar.

Şekil 4.6.3. Motor yeri kütlesinin ölçeklendirilmesi Motor yeri kütlesi başlıca tahrik system torkuna, tahrik system torku da jeneratör gücü ve tasarım uç hızı seçimlerine bağlıdır. Ayrıca geçerli tasarım standartlarına ve imalâtçının yaklışımına, örneğin ucuz kalın çelik plaka kullanımında basitlik veya daha optimum ağırlığı azaltılmış imalâtlar tercihine bağlıdır. Şekil 4.6.4’te uç hızını ve güç değerini dikkate alan bir normalleştirme uygulamıştır. En aşırı saplamalar gerçekte imalâtçının ağırlık tasarruf yaklaşımına atfedilebilirken, veriler yine de yüksek dağılım sergilemektedir. Ancak trend çizgisi katsayısının şimdi neredeyse tamamen kübik olması dikkate değer.

Şekil 4.6.4. Normalleştirilmiş motor yeri kütlesinin ölçeklendirilmesi Rüzgâr türbini ölçeklendirilmesine basitlik yanlışı bakış ile, sık sık kareküp yasasından bahsedilir. Rüzgâr türbinlerin ölçek artırımı şimdi zemin yukarısında artan ortalama rüzgâr hızının yararı nedeniyle “kare” kısmının 2.4’e daha benzer olması sonucu bu yasanın belirttiğinden daha uygundur. Ancak değişkenlerin tümü (özellikle tasarımın yaşı) dikkate alındığında kütle ve maliyetler ölçeklendirilmesi için kübik katsayıya gore daha az temel mevcuttur.

Arazi kullanımı, elektrik bağlantısı vs. gibi direkt makine maliyetleri ötesinde faktörler çok büyük türbinlere ekonomik yarar sağlamaktadır. Orta ve büyük boy rüzgâr türbinlerinde (Şekil 4.6.5) fiyat/kW oranı şu anda ölçeğe oldukça duyarsızdır ve piyasa gelişmesini ve teknik ilerlemeyi yansıtan düşük düzeydedir.

Şekil 4.6.5. Rüzgâr türbinlerinde fiyat/kW oranı Rüzgâr türbinlerinin taradığı alanın m2 başına fiyatı, büyük rüzgâr türbinleri aleyhine görünmektedir (Şekil 4.6.6).

Şekil 4.6.6. Fiyat/Rüzgâr türbinlerinin faaliyet alanı Ancak bu fiyat, bahsedildiği gibi (Şekil 4.6.2) D2 yerine D2,4 kullanılarak ilgili üretkenlik ile ilişkilendirildiğinde en sona megawaltlık türbinlerin yerleşmiş orta boy tasarımlara gore özgül fiyat bakımından çok benzer olduğu doğrulanmaktadır.

Şekil 4.6.7. Fiyat/Rüzgâr türbinleri normalleştirilmiş alanı En büyük rüzgâr türbinleri özgül makine fiyatı bakımından orta boy tasarımlarla açıkça rekabet eder görünse bile, megawatlık türbinler genellikle en son ve en gelişmiş türbinlerdir ve orta boy türbinlerin tasarımı tekrar elden geçirilip daha da iyileştirilebilir. Daha fazla üreten ünitelerin şirketlere cazibesi ve belirli yerlerde yararlanmanın avantajları, deniz uygulamalarında temel bloğu başına daha fazla üreten ünitelerin ekonomik yararı gibi açıktır. Şimdi sector kritik bir teknolojik sorun ile karşı karşıyadır: mevcut kavramların ölçek yükseltilmesi sınırlarının ve çok megawatlık türbinlere ait kavramlara geçiş noktasının değerlendirilmesi. 5. Rüzgâr Çiftliği Teknoloji Sorunları 5.1. Rüzgâr Çiftliklerinde Rüzgârdan İstifade Rüzgâr enerjisi potansiyelinden yararlanılması diğer yetenekler ve mühendislik disiplinler gerektirir. Rüzgâr çiftliklerinde – makine grubuna verilen genel isim, büyük ölçüde istifade azami birkaç yüz adet çiftlikte gerçekleşmektedir. Rüzgâr enerjisinin klasik alternatifler ile rekabet edebilmesi için enerji maliyetinin en aza indirilmesi gerekir, dolayısıyla rüzgâr enerjisinden üretilen elektriğini toplam maliyetinin tesbitinde sadece türbinlerin değerlendirilmesi yeterli değildir. Tesisin dengesi: İnşaat ve elektrik mühendisliği karadaki bir rüzgâr çiftliğinde %15 ilâ %40 arasında paya sahiptir, deniz uygulamalarında bu %50’ye kadar çıkabilir. 5.2. Tesis Dengesi Tesisin dengesi inşaatları içerir; yollar, temeller, ek binalar, elektrik sisteminin makineleri birbirine ve ulusal elektrik sistemine bağlamasını içerir. Genellikle her makine altında ve ulusal elektrik sistemi bağlantısında birer transformatör, ayrıca ilgili şalt donanımı ve ölçü aletleri bulunur. Rüzgâr çiftliklerinin çoğunda uzak operatörün rüzgâr çiftliğini büyük hassasiyetle çalıştırması ve kontrol etmesine imkân veren gelişmiş bir izleme sistemi bulunur. Bu sistem SCADA (Denetim, Kontrol ve Bilgi Toplama) sistemi olarak bilinir. Tesisin elektriksel ve inşaat unsurları nisbeten standarttır, ancak rüzgâr çiftlikleri sürecinin maliyet etkisi büyük ölçüde azalmıştır. Temeller kısmen yük anlayışının iyileşmesinden kısmen de bir rüzgâr çiftliğinin sistem yönü takdir edilmesinden dolayı 5 yıl öncesine göre çok daha alçak gönüllü

görünmektedir. Tipik montaj ve hizmete alma süreleri şimdi bir 600 kW’lık türbinli makine başına 1 güne kadar inmiştir. SCADA sistemleri hem güvenilirlik hem de gelişmişlik açısından büyük ölçüde katkıda bulunabilir. Şimdi rüzgâr çiftliğinde her makinenin sadece enerji verimini değil arızaları, önemli eleman sıcaklıklarını ve diğer sıhhat izleme sinyallerini, keza rüzgâr hızlarını ve yönlerini ve tüm bakım görevlerinin ayrıntılı bir kaydı ile kullanılan yedek parçaları verecek kayıtların her yarım saatte elde edilmesi rutin olarak surette beklenmektedir. 5.3. Enerji Tahminleri ve Optimizasyon Bir rüzgâr çiftliğinin enerji verimi üç bileşene bağlıdır; makineler, rüzgâr ve yer. Rüzgâr ve yer bir rüzgâr çiftliğinin geliştirilmesinde aynı derecede önemlidir ve en azından bu teknoloji başlığı altında kısa bir bahse lâyıktır. Bir rüzgâr çiftliğinin ömrü 20-30 yıldır. Bu sure içinde bir rüzgâr çiftliği kurulması için borçlanılan tutarı geri ödemeye ve uygun getiri sağlamaya yeterli enerji üretmelidir. Bu nedenle uzun vadeli rüzgâr davranışının anlaşılması son derece önemlidir. Rüzgâr çiftliğinin ilk günlerinde rüzgârın doğru değerlendirilmesi bir tür aşırılıktı ve bu yaklaşım sektör için önemli güçlüklere yol açtı. Ancak şimdi doğrudan ölçüm veya rüzgâr kaynağı tahminlerine alınabilecek kadar güven sağlayan yakındaki meteorolojik istasyonlar ile karşılaştırmaya dayalı gelişmiş ve güvenilir yöntemler mevcuttur. Rüzgâr enerjisi sektörüne giren bankalar için, dolayısıyla sektörün geleceği için bu hayati önem taşır. Yer topografisi bazı yerlerde rüzgârı büyük ölçüde etkileyebilir. Rüzgâr hızı yokuş yukarı artar, yokuş aşağı azalır. Ancak meyiller çok dikse, rüzgâr araziden ayrılabilir ve hasar yapıcı aşarı çalkantı ve daha düşük ortalama rüzgâr hızı üretebilir. Bu nedenle dikkatli yer seçimi zaruridir. Nisbeten uzman olmayan kullanıcıların akış dinamiğinde güçlü bir araca kavuşmasını sağlayan kullanıcı dostu topografik rüzgâr akım modeli WASP (10)’ı yayınlayan Danimarka Milli Laboratuvarının (RISO) yerel topografik etki hesabından bazı büyük gelişmeler olmuştur. Doğru şartlarda kullanıldığında bu araç yerel akımlar için güvenilir sonuçlar üretebilir ve rüzgâr enerjisi toplumunca yaygın olarak kullanılmıştır. Bir rüzgâr çiftliğindeki makineler birbirleriyle etkileşirler. Bu etkileşim makinelerin ürettiği “dümen suları” ile gerçekleşir. Bir makine diğerinin dümen suyunda çalıştığında sadece daha düşük ortalama rüzgâr hızı değil çok daha yüksek çalkantı, dolayısıyla hasar yapıcı akım ile karşılaşır. Makinelerin birbirlerinden güvenli mesafe uzaklıkta, ancak aynı zamanda düşük maliyet için yeterince yakın tutulması önemlidir. Hem ayrı dümen sularının hem de tüm rüzgâr çiftliklerinin davranışının anlaşılmasına büyük çaba sarf edilmiştir. Teknoloji şimdi olgunlaşmıştır ve akım ayrılması olmazsa hem enerji üretiminin hem de rüzgâr çiftliğinde karşılaşılan yüklerin tahmini için güvenilir modeler mevcuttur. Şimdi topografik modellerin ve dümen suyu modellerinin rüzgâr çiftliklerinin tertiplerinin optimizasyonunu sağlamak üzere birlikte çalışmasına müsait yeni araçlar belirmektedir. Bazen bu modeler bir rüzgâr çiftliğinin üretimini “gözle” yapılan tasarımlara göre %10’a kadar artırabilmektedir. Teknolojinin bazı yeni alanları rüzgâr çiftliklerine ilişkin izin hususlarının (rüzgâr türbini ses yayılımı ve verilen rahatsızlık, elektromanyetik haberleşmenin etkilenmesi, bir rüzgâr çiftliğinin ve gerçekçi fotomontajların tesbiti) bir sonucu olarak gelişmiştir. Bu hususların hiçbiri sadece rüzgâr enerjisi için gerekli değildir, ancak her birinin bu yeni tür gelişmenin doğru değerlendirilmesine müsait bazı özel iyileşmelere ihtiyacı vardır. Rüzgâr enerjisi sektörü bu soruna kadar yükselmiş olup, bu konuların her birinde yeni fiziksel ve hesaplama araçları geliştirilmiş, kontrol edilmiş ve benimsenmiştir. Planlama aşamasında bir rüzgâr çiftliğine dair doğru bilgi yerel kamuoyuna rüzgâr çiftliği hakkındaki doğru ve bilgilendirici bir fikir verecek çevresel beyanların hazırlanmasında zaruridir. Bu yeni araçlar bu gereğin yerine getirilmesine yardımcı olmuştur.

6. Elektriksel Entegrasyon 6.1. Zayıf Ulusal Sistemler Avrupa’nın rüzgâr kaynağından yararlanılmasını sınırlayan ekonomik faktörlerden birinin rüzgâr türbinlerinin kurulması için en cazip alanlarda büyük ölçüde zayıf mevcut kamu elektrik şebekesi olduğu şimdi açıkça takdir edilmektedir. Temel sorun dağıtım sistemlerinin gücü toplamaya değil, tüketiciler dağıtmaya tasarlanmış olmasıdır. Bu nedenle sorun ekonomiktir. İyi bir yerde büyük bir proje mevcut şebekede nisbeten güçlü bir noktaya uzun bir besleme hattı kurulmasını haklı gösterebilir. Ana sorunlardan bazıları: 6.1.1. Sabit Durum Voltajı Rüzgâr türbini veya rüzgâr çiftliğinden kaynaklanan gerçek ve reaktif güç şebeke empedanslarından aktıkça şebekedeki voltajları etkileyecektir. Şebeke zayıfsa etki büyür. 6.1.2. Voltaj Aşaması Değişmeleri Elektrik şirketleri bir müşterinin voltajda yol açabileceği azami ani adım değişimi sınırlarını belirlerler. Rüzgâr türbinleri ilk çalışmada veya jeneratörler arası geçişte voltajda adım değişimlerine yol açarlar. Bir şebekedeki çok zayıf noktalar için bu husus bağlabilecek rüzgâr türbini sayı ve ebadını sınırlayıcı faktör olabilir. 6.1.3. Titreme Rüzgâr türbinleri gerçek ve reaktif güçte, dolayısıyla voltajda dalgalanmalara yol açar. Voltaj dalgalanmaları akkor aydınlatma ışık yoğunluğunun hissedilir şekilde dalgalandığı titreme olayı ile müşteriyi rahatsız edebilir. Değişken hızlı rüzgâr türbinleri sabit hızlılara göre genelde çok daha az titreme yapar. Titreme zayıf şebekelerde önemli bir sorun olabilir. Bir tesisin ürettiği titreme limitleri şirketler arasında değişir. Bazılarının çok basit bir prosedürü varken, bazıları şebekenin titremesini tüm şebeke kullanıcıları arasında eşit olarak paylaştırma tasarımlı kompleks bir metodoloji tarif eden uluslararası standartları sahiptir. 6.1.4. Harmonikler Zayıf kırsal şebekelerde ev kullanıcılarından doğan ve belirtilen limitleri zaten aşan önemli düzeylerde harmonikler olabilir. Bunlar başlıca olarak akşam televizyonlar açıldığında zirveye çıkan beşinci veya yedinci harmoniklerdir. 6.1.5. Voltaj Dengesizliği Zayıf kırsal şebekelerde tüketim yüklerinin çoğu tek fazlıdır. Bunlar fazlar arasında eşit olarak paylaştırılmazsa voltaj dengesizliği oluşur. Bu şebekelere bağlanan endüksiyonlu makineler dengesizliği azaltıcı etki yapar, ancak zamanla aşırı ısınırlar. Bazı durumlarda voltaj dengesizliğinin belirtilen düzeyleri aştığı ve rüzgâr türbinleri önemli süre atıl kaldığı bilinmektedir. 6.2. Güç Kalitesi Titreme, harmonikler ve ilgili diğer sorunlar “güç kalitesi”ni ilgilendirir. Rüzgâr türbinlerinin güç kalite standardı halen uluslararası rüzgâr endüstrisinden üyelere sahip IEC Çalışma Grubunca tasarlanmaktadır. Avrupa’nın rüzgâr enerjisi kaynağından tam yararlanılması için şebeke bağlantısını düzenleyen duyarlı ve iyi değerlendirilmiş düzenlemeler gereklidir. Rüzgâr endüstrisinin gereksiz derecede pahalı şebeke

bağlantılarında doğan kısa devre gücü ile rüzgâr türbini kapasite arası orantıya dayalı esnek olmayan elektrik şirketi kriterlerini sorgulaması gereklidir. “Kabul edilebilir asgari şebeke gücü” tek bir rüzgâr türbininin diğer tüketicilere yetersiz etkiler (kötü güç kalitesi) yaratmadan bağlanabileceği bağlantı noktasının asgari kısa devre düzeyidir. Bu değer küçüldükçe bir noktaya kötü etkiler yaratmadan bağlanabilecek türbin kapasitesi açıkça artmaktadır. Bu parametreye duyulan ilgi Alman elektrik şirketlerinin şebekeye çok sayıda rüzgâr türbini bağlama davranışına yol açmıştır. Bu, sektör için hem teknolojik gelişmenin önemli bir alan olduğuna hem de tekno-politik endişe alanına işaret etmektedir. 6.3. Şebeke Maliyetleri ve Yararları “Gömülü” (jeneratörler dağıtım sistemine bağlı, tüketicilere yakın olduğu) üretimin bir elektrik sistemine muhtemel maliyet ve yararları sektörde çok yakın geçmişin tartışma konusu olmuştur. 6.3.1. Kayıplar Elektriğin büyük merkezi santrallerden tüketicilere nakli sırasında enerji kaybı olur. Bazı durumlarda “gömülü” jeneratörler şebekeye sağlanan bu yararın tahmini değeri açısından değerlendirilir. 6.3.2. İletim Sistemi Yararları Kayıplar dışında bir iletim sistemi işletim maliyetlerin büyük kısmı iletim sistemi kapasitesi, özellikle her yıl kısa bir devrede gereken azami kapasite için sermaye maliyeti ile ilgilidir. Açıkça, gömülü üretim tüketicilere yakındır ve bu nedenle iletim sistemi üzerindeki talepleri azaltır. 6.3.3. Dağıtım Sistemi Takviyesi Gömülü üretimin mevcudiyeti dağıtım sisteminde kapasite serbestisi yaratabilir. Bu, sistem takviye gereğini erteleme ve/veya sisteme yeni tüketici yükü bağlama fırsatı verir. Bu elektrik şirketine, dolayısıyla tüketicilerine, tasarruf sağlar. Rüzgâr genellikle güç kontrol faktörü olmayan son derece kesintili bir üretim kaynağı olduğu için bu tür yararlar muhtemelen küçük, yere özgü kalacaktır. 6.3.4. İyileştirilmiş Arz Güvenilirliği Bu yarar gömülü üretimin esasen dağıtım sisteminde dağınık üretim olmasından doğar. Ağ şeklinde bir dağıtım şebekesinde şebeke elemanlarından birinde bir arıza diğer elemanların aşırı yüklenmesine ve daha fazla arızaya, sonuçta tüketicilere arzın kesilmesine yol açar. Şebekeye gömülü üretim aşırı yüklenme ve arzın kesilmesi ihtimalini azaltır. 6.3.5. Çevresel Maliyetler ve Yararlar Her türlü üretimin çevresel maliyetler ve yararları bütün olarak geniş kabûl göre de bunlara parasal kaynak ayrılması teşebbüsleri genellikle sıcak tartışmalar yol açmakta ve nadiren kabûl görmektedir. Petrol, gaz, kömür gibi fosil yakıtların yakılması büyük ölçüde çevresel ve sosyal hasara yol açan emisyonlar yaratmaktadır. İklim değişiminin tam maliyeti henüz tam takdir edilmemiştir. Artan kararsız hava tarzı, yükselen deniz düzeyleri ve artan hastalık oranı muazzam potansiyel sosyoekonomik maliyetleri beraberinde getirir.

7. Standartlar ve Belgeleme 7.1. Rüzgâr Türbini Belgelemesi Rüzgâr türbinlerinin belgelenmesi sektör için sadece Avrupa’da değil, önceleri ABD’nin düzensiz piyasasında, Güney Amerika, Asya ve Avustralya’da yükselen pazarlarda artan önemde bir gerek haline gelmiştir. Yasal gerek haline gelmiştir. Yasal gerek olmayan pazarlarda bile belgeleme bir rüzgâr projesinin yatırım ve sigorta temini için ticari gerekliliktir. Kuzey Avrupa’da, özellikle Danimarka, Almanya ve Hollanda’da rüzgâr türbinlerinin belgelenmesi rüzgâr projelerinin inţaat izni ve/veya sübvansiyon alabilmesi için uzun süreden bu yana gereklidir. Bu üç ülkede kurallar ve standartlar belgeleme esası olarak geliştirilmiş olup, bunlar imalâtçıların benimsediği tasarım usûllerini doğrudan etkilemektedir. İlgili ulusal standartlar ve belgeleme kuralları: • • •

(Danimarka’da) Danimarka DS 472 standardı (14) ve onay ve belgeleme Teknik esası (15), Almanya’da (16) Alman Yapıtekniği Enstitüsü (DIBt) Rüzgar Türbinleri Mevzuatı”, Alman Lloydu (GL) “Rüzgar Enerjisi Dönüştürme Sistemleri Belgeleme Mevzuatı” (17), Hollanda’da “Rüzgâr Türbinleri Tip Belgeleme Teknik Kriterleri, NEN 6069/2,(18).

Bu çeşitli ulusal standartlar ve belgeleme kuralları arasında emniyet faktörleri ve tasarım yük durumlarından rüzgâr türbini emniyet sisteminin farklı gereklerine kadar önemli farklılıklar vardır. Standartlar ve belgeleme kurallarının uyumlulaştırılması aşağıda açıklanan uluslararası girişimlerin arasındaki başlıca itici güç olmuştur. Yukarıda sayılan standartlar ve belgeleme kurallarına ek olarak özellikle deniz rüzgâr türbinlerinin belgelenmesi için Alman Lloydu’nun yayınladığı bir dizi kural mevcuttur. Bu kurallar halen deniz rüzgâr tesisleri için mevcut tek tasarım ilkeleridir. 7.2. Uluslararası Standartlar 1987 yılında Uluslararası Elektroteknik Komitesine (IEC) bağlı “Eylem Komitesi” rüzgâr enerjisi alanında uluslararası standartlar geliştirilmesini başlatılması gereğine karar verdi. Bir teknik komite, IEC/TC88 ve teknik alanlarda odaklanacak Çalışma Grupları kuruldu. 1987 yılından bu yana aşağıdaki uluslararası standartlar geliştirilmiş ve onaylanmıştır: • •

IEC 1400-1: Rüzgâr Türbin Jeneratör Sistemleri Emniyeti IEC 1400-1: Küçük Rüzgar Türbinlerinin Emniyeti

Bu iki standart dünya çapında rüzgâr endüstrisinde büyük önem görmektedir. Diğer iki IEC standardı halen son onay aşamalarındadır. Bu standartlar rüzgâr türbinlerinin akustik ölçüm teknikleri ve güç performansı ölçüm teknikleri alanlarını kapsamaktadır. Ayrıca aşağıdaki alanlarda standartlar ve ilkeler hazırlamak üzere IEC/TC88 Çalışma Grupları kuruldu: • • • •

IEC 1400-1 değişikliği Kanat test yöntemleri Belgeleme yöntemleri standardizasyonu Güç kalitesi

•

Mekanik yük ölçümleri

RÜZGAR TÜRBİNLERİ

1.GİRİŞ Teknolojik ve endüstriyel gelişmelerin sonucunda enerji ihtiyacı artarak, dünya fosil yakıt (kömür,petrol ve doğal gaz) rezervlerini her geçen gün azaltmaktadır. Fosil yakıt rezervleri bazı ülke toprakları altında bulunmakta, aralarında Türkiye’nin de bulunduğu bazı ülkeler dış alımla temin ettikleri enerji için büyük harcamalarda bulunmaktadır. Böylece, enerji rezervine sahip ülkelere, sahip olmayanlar bağımlı kalarak,enerji rezervleri siyasi baskı ve yatırım unsuru olarak kullanılmaktadır. Yapılan araştırmalara göre 1-2 asırlık ömrü kalan fosil yakıtlar dinamik süreçte enerji isteminin artması ile,tüm dünyada alışılagelmiş enerji kaynaklarının geliştirilmesinin nedenidir. Bu grupta nükleer olmayan alternatif kaynaklar yer almakta olup bunlar güneş enerjisi,rüzgar enerjisi,jeotermal enerji,deniz enerjisi ve biomas enerjisidir. 1990’dan sonraki gelişmelerle bu grup içerisinden atılımla öne geçen kaynak rüzgar enerjisi olmuştur. Rüzgar kurulu gücü hızla artmakta,rüzgardan elde edilen elektrik enerjisi öteki kaynaklardan elde edilen de rekabet edebilmektedir. Ayrıca güneş enerjisinin %1-2’lik kısmı rüzgar enerjisine dönüşmekte ve oluşan bu rüzgar enerjisi günlük miktarının %1’ide mevcut dünya enerji tüketimine eşit bulunmaktadır. (Ültanır,1996: 60) Enerjiye olan büyük ihtiyaç ve enerji maliyeti yeni ve yenilenebilir enerji kaynaklarının sürekli gündemde olmasının nedeninidir. Alternatif kaynaklar diye de adlandırılan bu enerji kaynaklarından birisi de rüzgar enerjisidir. Rüzgar enerjisinin kaynağı güneştir. Rüzgar denilen hava akımları,güneşin yer yüzünü ve atmosferi homojen ısıtmamasından kaynaklanan basınç ve sıcaklık farklarından doğmaktadır. Rüzgar yüzyıllarca teknelerin yelkenlerini şişirmek, tarımsal ürünleri öğütmek ve su pompalamak gibi amaçlarla kullanılmıştır. Ancak bugün insanoğlu rüzgar enerjisinden elektrik üretmektedir. İnsanlık, yel değirmenlerinden, modern rüzgar santrallerine uzanan teknolojik bir süreç yaşamıştır. Yıllar önce kullanılan yel değirmenlerinde, rüzgar estikçe dönen pek çok kanat bulunmaktaydı, bugünün rüzgar türbinlerinde ise yalnızca iki veya üç kanat bulunmaktadır. Bu kanatlar, yel değirmenlerinde görüldüğünden çok daha uzun 25 m.'ye kadar olabilmektedir. Kanatlar, buhar türbinlerine çok benzer olarak, elektriği üreten jeneratörü çalıştırır. Kanatların daha uzun olması ve rüzgar şiddetinin artması türbinin elektrik üretimini artırır. Rüzgar türbinleri çevredeki engellerin rüzgarı kesemeyeceği yükseklikte bir kule üzerine yerleştirilirler. Zira rüzgar hızı hem yükseklikle artmakta, hem de daha az değişken olmaktadır. Daha çok elektrik üretmek için türbinlerin rüzgar hızının sabit olduğu alanlarda kurulması uygundur ve bu nedenle de dünyada pek çok yer elverişli değildir. Rüzgar şiddeti 7 sınıfa ayrılmaktadır. Bunlardan 7. Sınıfdaki rüzgarla son derece kuvvetli, 2. sınıfdakiler ise bir esinti şeklindedir. Elektrik üreten türbinler için ise 4.sınfdaki rüzgarların (ki bu yıllık ortalama rüzgar şiddetinin 19.2 km/saat olduğu) uygun olduğu kabul edilmektedir. 1880-1940 yılları arasında Amerika’da,çok sayıda küçük rüzgar türbinlerinin var olduğu bilinmektedir. Aynı dönende Rusya’da,100 kW’lık bir rüzgar türbin ünitesi üzerinde çalışmalar yapmaktaydı. İkinci Dünya Savaşı’ndan sonra,rüzgar türbinlerine duyulan ihtiyaç yeniden artmıştır,ancak hızlı bir gelişme görülmemiştir. Benzin ve dizel motorların yaygınlaşması ve elektrifikasyonda sağlanan aşamalar,rüzgar enerjisini geri plana itmiştir. Ucuz petrol döneminde güncellik kazanmayan 1973-1974 yılları arasındaki yapay petrol bunalımının ardından rüzgar enerjisi yeniden gündeme gelmiş ve alternatif enerji kaynağı olarak önem kazanmıştır. Rüzgar enerjisi üretiminde, 1600 megawattan daha fazla bir kapasiteye sahip Amerika, dünyada lider durumundadır. Ancak Batı Avrupa'da bu farkı çok hızlı bir şekilde

kapatmaktadır. Amerika her yıl 3 milyon kw/saat elektrik üretmektedir ki bu yaklaşık 1 milyon kişinin senelik ihtiyacına cevap vermektedir. Bu miktarın %90'ından daha fazlası üç büyük rüzgar çiftliğinde üretilmektedir. (Ültanır,1996: 62) Ülkemizde 6.5 milyar kw\saat enerji açığı vardır. Bu enerji tipiyle ülkemizin enerji açığının yüzde 25’inin karşılana bilmesi mümkün görülüyor. Uydular aracılığı ile yapılan araştırmalar sonucu ülkemizin 8200 megawatt gücünde bir rüzgar enerjisine sahip olduğu belirlenmiştir. Tüm ülkenin enerji ihtiyacı 22000 megawatt... Rüzgardan elde edilecek enerji,bu durunda hiç de küçümsenmeyecek gibi görünüyor. Ülkemizin ilk rüzgar çiftliği Çeşme Germencikte faaliyete geçmiştir. (Şapçı,1998: 27) Bu çalışmada,hızla çoğalan dünya nüfusuna paralel artmakta olan elektrik enerjisi ihtiyacının bir bölümünü de rüzgardan karşılayabilmek için dünyada ve Türkiye’de uygulanan rüzgar enerji projeleri araştırılmıştır. Çok büyük bir hızda tüketilen,tahrip edilen doğal kaynaklar tabi güzellikler ve beraberinde artan enerji açığı ele alınarak çevreyi kirletmeyen,diğer elektrik üretim metotları ile (nükleer, termal,hidroelektrik vb.) rekabet edebilecek “rüzgar”incelenmiştir. Bu potansiyel göz önüne alınarak rüzgar türbinlerinin yapım teknikleri incelenmiştir. 2. RÜZGAR ENERJİSİ

2.1.

Rüzgar Enerjisinin İlk Uygulamaları

Rüzgar enerjisinden yararlanmak fikri oldukça eskiye dayanmaktadır. Tekne ve Gemilerin harekete edebilmesi için kullanımından ayrı olarak rüzgar enerjisi insan oğlunun kullandığı en eski enerji kaynaklarından biridir. Örneğin;Perslerin günümüzden yaklaşık 2000 yıl kadar önce buğday değirmenlerini çalıştırabilmek için düşey eksenli rüzgar türbinine benzer bir sistem kullandıkları bilinmektedir. O Yıllarda Çin’de de basit yel değirmenlerinden su pompalamak için yararlanılmaktaydı. 640 yılında ilk defa Türkler tarafından yapılan yel değirmenleri,haçlı seferleriyle Avrupa’ya geçmiştir. Daha sonra Hollanda’da Rotor çapı 15-30 m, gücü 1-10 Hp olan Dutch tipi türbinler geliştirilmiştir. Değişik amaçlar için kullanılan bu türbinler oldukça başarılı olmuş ve Avrupa’nın her tarafına yaygınlaşmıştır. (EİEİ,1992: 5) Aynı dönemlerde Amerika’da da bir kaç sistemin bulunduğu bilinmektedir. Amerikan tipi bu türbinlerde kanat malzemesi olarak başlangıçta ağaç kullanılmıştır. 1888 yılında çeliğe dönülmüştür. Bu gelişmenin benimsenmesi ile çelik malzemeli kanatlara ağırlık verilmiştir. Aynı dönemde Rusya’da 100 KW’lık bir rüzgar türbini ünitesi üzerinde çalışmalar yapılmaktaydı. 1950’lı yıllarda benzin ve dizel motorlarının yaygınlaşması ve elektrifikasyonda sağlanan aşamalar rüzgar sistemine olan ilgiyi azaltmıştır. Rüzgar enerjisi 1973-1974 yılları arasındaki enerji krizi sonucunda yeniden alternatif enerji kaynağı olarak önem kazanmıştır. Yeni sistemler geliştirilmiş bir çok yeni üretici pazara katılmıştır.

2.2.

Rüzgar Enerjisinin Özellikleri

Rüzgar enerjisinin kaynağı Güneştir. Güneşin,yer yüzeyine ve Atmosferi farklı derecede ısıtmasından “Rüzgar” adı verilen hava akımı oluşur. Dünya yüzeyine ulaşan güneş enerjisinin yalnızca %1-2’si rüzgar enerjisine dönüşür. Bu enerji miktarı oldukça büyüktür. Yılda yaklaşık 30 milyon Twh (yani 1075’deki dünya enerji tüketiminin 500 katına eşit bir değer) dir. Rüzgar enerjisinin özellikleri genel olarak şunlardır. • Atmosferde bol ve serbest olarak bulunur.

• • • • •

Yenilenebilir ve temiz bir enerji kaynağıdır. Enerji hızının küpü ile orantılıdır. Yoğunluğu düşüktür. Enerjinin depolanması,başka bir enerjiye çevrilmesi ile mümkündür. Çevre kirliliği yaratmaz. (EİEİ,1992: 7)

2.3.

Rüzgar Enerjisi Meteorolojisi

2.3.1. Rüzgar Verileri Rüzgar,hız ve yön olmak üzere başlıca iki parametre ile belirlenir. Hızdaki ani dalgalanma ve değişikliklere “Hamle” adı verilir. Rüzgar hamlesi ve diğer parametreler özel cihazlarla ölçülür.

2.3.2. Rüzgar Belirtileri Rüzgar oluşumuna yeryüzündeki farklı sıcaklık dağılımı neden olur. Enlem,kara,deniz,yükseklik ve mevsimler sıcaklık dağılımını etkiler. Okyanus ve deniz kıyısına sahip kara parçalarında sıcaklık farkı yüksek olduğu için rüzgar potansiyeli de yüksektir. Meteorolojik ve Topografik açıdan rüzgarın olabileceği yerler aşağıda sıralanmıştır. 1. 2. 3. 4.

Basınç Gradyanının yüksek olduğu yöreler. Yağışların sürekli esen rüzgara paralel olduğu vadiler. yüksek,engebesiz tepe ve platolar. Yüksek basınç gradyanlı düzlükler ve sürekli rüzgar olan az eğimli vadiler. 5. Güçlü jeostrofik rüzgar alanlarının etkisinde kalan tepe ve zirveler. 6. Jeostrofik rüzgar ve termal gradyan alanına sahip kıyı şeritleri.

2.4.

Rüzgar Enerjisi Uygulamaları

Rüzgar makineleri,rüzgarı kinetik enerjisini toparlayıp elektrik,mekanik veya ısı enerjiye çeviren sistemlerdir. Rüzgar enerjisi uygulamalarını etkileyen en önemli faktörler şunlardır.

A.

Uygulama Ortamının Özellikleri

a. Rüzgar Enerjisinden yararlanması öngörülen birimin büyüklüğü (Konut,Çiftlik,Köy,Enterkonnekte şebeke)

b. Mevcut enerji kaynaklarının ulaşabilirliği (Enterkonnekte şebekenin uzaklığı,konvansiyonel yakıtların temin olanakları ve maliyeti)

c. Uygulamanın yapılacağı yörenin rüzgar özellikleri. d. Uygulamada yararlanılması öngörülen tüketicilerin şimdiki ve geleceğe ilişkin enerji gereksinimlerinin tür ve miktarı.

e. Rüzgarı ikame edebilecek veya rüzgarla birlikte kullanımı mümkün diğer yeni ve yenilenebilir enerji kaynaklarının durumu.

B. Uygulamada rüzgar enerjisi çevrim sistemini kullanımına ilişkin kısıtlar. a. Ulusal enerji politikalarının yenilenebilir enerji kaynakları kullanımına ve ilgi araştırma geliştirme çalışmalarına verdiği önem.

b. Rüzgar enerjisi çevrim sistemlerinin teknolojik gelişkinlik düzeyi. c. İlgili uygulamanın gerektirdiği teknik bilgi birikimi ve personel mevcudiyeti. d. uygulamanın maliyeti ve kaynak temini.

Rüzgardan elde edilen enerji üretildiği yerde tüketilmek veya enterkonnekte şebekeye verilmek zorundadır. Rüzgar enerjisi çevrim sistemlerinin enerji üretimleri rüzgar özelliklerine doğrudan bağlıdır. Bu nedenle rüzgar türbinleri sadece rüzgarlı yerlere yerleştirilebilir. Çizelge 1.’de rüzgarlı bölgelerde rüzgar enerjisi üretim seçenekleri özetlenmiştir. (Yavuzcan,1996: 8) a . ) Küçük veya orta büyüklükte rüzgar türbinleri tarafından üretilen enerjinin yerel tabep fazlası enterkonnekte şebekeye verilir. b . ) Ufak rüzgar türbinleri veya rüzgar dizel jeneretör sistemleri tarafından üretilen enerji yerel olarak tüketilir.

c. ) Rüzgar çiftlikleri veya büyük rüzgar türbinleri tarafından üretilen enerji enterkonnekte şebekeye verilir.

Ülke ekonomisi olanakları Türbin temini

Sanayi ve tarım ürünleri üretimi m Mekanik Üretim

Elektrik ElektrikYerel Tüketim

Rüzgarlı Bölgeler

Tarım Ürünleri Üretimi Türbin Temini Enterkonnekte şebeke Elektrik mekanik Isıl Enerji üretimi Ülke ekonomisi olanakları

Rüzgarlı Bölgeler Elektrik Enterkonnekte şebeke

Ülke Ekonomisi Olanakları

Rüzgarlı Bölgeler. Yerel Tüketim

Çizelge 1: Rüzgarlı bölgeler ve ülke ekonomisi arasında enerji ve ürün akış seçenekleri. Tüketicilerin gereksindiği enerji tür (elektrik ,mekanik,ısıl) ve miktarı ile yörenin rüzgar özellikleri kullanılacak rüzgar enerjisi tipi (tasarım hız ve gücü) ve sayısını belirleyecektir. Bu kapsamda enerjinin mümkün olan en yüksek verim ile eldesi bu enerjinin kullanılabileceği alanların en yaygın bir biçimde tespiti önem kazanmaktadır. 2.5. Rüzgar Enerjisi potansiyeli Rüzgarın oluşumu sonucunda sahip olduğu potansiyele “Rüzgar Enerjisi Doğal Potansiyeli” denir. Bunun bilinen fiziksel kanunlar ve eldeki teknolojik imkanlar sayesinde enerjiye çevrilebilen miktarına “Rüzgar Enerjisi Teknik Potansiyeli” adı verilir. Bu

potansiyelin diğer enerji kaynaklarına göre ekonomik olarak kullanılabilen kısmına ise “Rüzgar Enerjisi Ekonomik Potansiyeli” denir. Rüzgar enerjisinden elektrik veya mekanik enerjiyi üretimi gündeme geldiğinde ilk araştırma konusu rüzgardaki enerji üretim potansiyelinin belirlenmesidir. Potansiyel belirleme işlemi iki farklı yöntemle yapılabilmektedir.

a. Rüzgar enerjisi santralı kurulması düşünülen konumda rüzgar hızı,yönü,ve kayıtlarının yapılması. b. Rüzgar enerjisi santralı kurulması düşünülen konuma coğrafi olarak en yakın meteoroloji istasyonunda ölçülüp kaydedilen verilerin hatalardan arındırılarak seçimi yapılmış konuma taşınması. Birinci yöntem ikinci yönteme göre daha hassas ve garantili bir yöntem olmakla birlikte ölçüm süresinin bir yıldan az olmaması ve her konum için bu işlemin yapılmasının zaman,maddi yönlerden mümkün olmaması,ikinci yöntemin uygulanabilirliğini arttırabilmektedir. Bu yöntem temel olarak bir bilgisayar programından oluşmaktadır. Program,ölçümün yıllardır sürdürüldüğü konumdaki (Meteoroloji istasyonu) rüzgar değerlerini o yörenin yeryüzü şekillerinden rüzgar profilinin etkilenmediği bir yüksekliğe taşıyarak,rüzgar santralı kurulması düşünülen konuma ulaştırmakta,bu noktadaki yeryüzü şekillerinin rüzgar profiline etkilerini değerlendirmek suretiyle de santralın enerji üretim miktarını öngörebilmektedir. 2.5.1. Dünya Rüzgar Enerjisi Potansiyeli Dünyanın rüzgar enerjisi potansiyelini tahmin etmek ve belirlemek zordur. Fakat bilimsel çalışmalar,rüzgar enerjisi potansiyelinin % 10’unun kullanılmasıyla dünyanın elektrik enerjisi ihtiyacının tamamının karşılanabileceğini göstermiştir. Dünyanın bir yıllık ortalama rüzgar enerjisi potansiyeli 42 Q olarak tahmin edilmektedir. (1 Q = 1021 Joule= 27.7.1012 kilowat saat). Bu rakam güneş enerjisinin rüzgara dönüşen bölümünün yaklaşık bir günlük miktarını atmosferde kinetik enerji olarak depolandığını göstermektedir. Ancak bu potansiyelin en çok % 5 ‘inden yararlanılabilecek 25 Q ‘a eşdeğer enerji kullanılmış olacaktır. Rüzgar enerjisi bakımından denizler,karasal alanlara göre daha büyük zenginlik göstermektedir. 1990-1995 Yılları arasında Avrupa Birliği kapsamında, kıyıdan uzaklığa ve su derinliğine bağlı olarak deniz üstü rüzgar türbini kurulma olasılığına göre potansiyel belirleme çalışması yapılmıştır. Kıyıdan 10 km açıklıkta ve 10 m derinlikteki alanların potansiyeli 700 Twh/yıl iken, kıyıda uzaklığı 30 km ve su derinliği 40 m olan yerde 3500 Twh/yıl düzeyine çıkmaktadır. Oysa Avrupa Birliğinin elektrik tüketimi 1727 Twh/yıl kadardır. (Uyar,1985: )

ÖNGÖRÜLEN POTANSİYEL

HEDEF (Kurul Kapasitesi)

ÜLKE ÇİN DANİMARKA

1600 GW

FİNLANDİYA

11-16 Twh/Yıl

ALMANYA YUNANİSTAN HİNDİSTAN İTALYA ÜRDÜN HOLLANDA

2.7 GW (Ekonomik Potansiyel) 6.4 Twh 20 GW

2000 Yılı 200 MW 1993 Yılı 200 MW 2000 Yılı 1000 MW 2010 Yılı 2000 MW 2000 Yılı 20-35 MW 2010 Yılı 800 MW 1995 Yılı 250 MW 2000 Yılı 150 MW 2000 Yılı 5000 MW 2000 Yılı 3000 MW 2010 Yılı 50 MW 1991 Yılı 150 MW 2000 Yılı 1000 MW 2010 Yılı 2000 MW

NORVEÇ İSPANYA İSVEÇ İNGİLTERE

14 Twh/Yıl

ABD

30 Twh / Yıl 45 Twh / Yıl Karada 230 Twh / Yıl Deniz üstünde 2500 GW

B.D.T

2000 Twh /Yıl

1993 Yılı 100 MW 1996 Yılı 100 MW 1993 Yılı 1500 MW 2000 Yılı 4000-8000 MW

Çizelge 2: 1990-2020 Yılları arasında Dünya rüzgar enerjisi potansiyeli ve güç üretim hedefleri. 2.5.2. Türkiye Rüzgar Enerjisi Potansiyeli Türkiye’nin rüzgar enerjisi potansiyeli kesin olarak bilinmemektedir Ancak rüzgar enerjisi bakımından zengin yöreleri olan bir ülkedir. Topografik ve mikroklimatolojik koşullar nedeniyle yıllık ortalama rüzgar hızı düşük yöreler içerisinde bile rüzgar enerjisince zengin olanlara rastlanabilmektedir. Rüzgar enerjisi formülleri,Türkiye’nin rüzgar ölçümleri ve arazi durumuna uygulandığında;400 milyar KWh üzerinde doğal potansiyel ve 120 milyar KWh ile bu günkü elektrik üretiminin yaklaşık 1.2 katı teknik potansiyelden söz edilmektedir ve uygun bölgeler için 14 milyar KWh üzerinde net ekonomik potansiyelin varlığı hesaplanmaktadır. Ayrıca ülkemizin payına düşen güneş enerjisi miktarını 2.2.1014 W olduğu sanılmaktadır. Çizelge 2’de rüzgarlı bölgeler rüzgar gücü yoğunluğu (W/m2) ve ortalama rüzgar hızı (m/s) dikkate alınarak 7 sınıfa ayrılmıştır. Bu çizelgede sınıf numarası büyüdükçe rüzgar potansiyeli de artmaktadır. Rüzgar gücünden teknik olarak yaralanabilmek için de konu 4 ya da daha yüksek bir sınıfa tabi olması gerekir. Çizelge 4’de belirtilen sınıflandırmaya göre İç Anadolu bölgesi rüzgarsız,kıyı bölgelerimiz 3,kıyı ile iç bölgeler arasındaki kuşağın 4,yer yer bazı bölgelerin 5 nolu sınıfa girdiği görülmektedir. DMI istasyonlarının gözlemlerine göre Türkiye’nin yıllık ortalama rüzgar hızının 10 metre yükseklikte 2,54 m/s ve rüzgar gücünün 24 W/m2 olduğu belirlenmiştir. Türkiye’nin rüzgar enerjisi potansiyeli bazında incelendiğinde Marmara ve Güneydoğu Anadolu bölgesinin rüzgar yoğunluğu açısından diğer bölgelere göre daha zengin olduğu görülmektedir. (Çizelge 4). (Yavuzcan,1996:12)

Rüzgar Gücü Sınıfı 1 2 3 4 5 6 7

10 m (33 ft) Rüzgar Gücü yoğunluğu (W/m2) 0 100 150 200 250 300 400 1000

Ortalama Rüzgar hızı (m/s) 0 4.4 5.1 5.6 6.0 6.4 7.0 9.4

Çizelge 3: Rüzgar gücü sınıflandırılması. Bölge adı AKDENİZ İÇ ANADOLU EGE KARADENİZ DOĞU ANADOLU GÜNEYDOĞU MARMARA

Ortalama Rüzgar Gücü Ortalama Rüzgar Hızı Yoğunluğu (w/m2) (M/sn) 21.36 2.45 20.14 2.46 23.47 2.65 21.31 2.38 13.39 2.12 29.33 2.69 51.91 3.29

Çizelge 4: Türkiye’de Rüzgar Dağılımı. (EİEİ,1992:) DMİ tarafından 1993 yılında başlatılan Türkiye rüzgar atlası çalışmasında 43 meteoroloji istasyonunun verileri bilgisayar paket programı (WAPS) ile değerlendirilmiştir. Halen topografik verilerle genişletilerek devam eden bu çalışmanın ön bulgularına göre 10 m yükseklikte 50W/m2’yi 50 m yükseklikte 100 W/m2’yi ve 100 m yükseklikte de 200W/m2’yi geçen yörelerimiz Antakya,Bandırma,Bergama,Bodrum,Bozcaada,Çanakkale, Çorlu,Gökçeada İnebolu,Mardin ve Sinop olarak görülmektedir. Söz konusu yörelerde 50 m yükseklikte rüzgar enerjisi potansiyeli 1000 KWh/m 2 yıl düzeyinin üzerinde bulunmakta Antakya’da 2000 KWh/m2 yıl,Mardin’de 3000 KWh/m2 yıl,Bandırma’da 4100 KWh/m2yıl,ve Bozcaada’da da 5900 KWh/m2 yıl olmaktadır. Ayrıca Türkiye’de rüzgar santrallerinin kurulmasına yönelik bir fizibilite çalışması 1996 yılında Avrupa yatırım bankası desteği ile başlatmıştır. Avrupa rüzgar enerjisi birliğinin rüzgar haritaları Ege Denizinin bu enerji açısından zengin olduğunu göstermektedir. Eski Sovyetler Birliği ve Bulgaristan tarafından ortaklaşa yapılan bir çalışma Karadeniz’de rüzgar enerjisi varlığının önemli olduğu ortaya koymaktadır. 3. RÜZGAR TÜRBİNİ YAPIM TEKNİKLERİ 3.1. Türbinlerin Tarihsel Gelişimi Rüzgara karşı konan engelin hareket yeteneği rüzgar enerjisini mekanik enerjiye çevirir. Bu mantıktan hareketle,bir mil etrafında dönebilecek olan tanburun veya pervanenin rüzgar etkisi ile dönmesi mümkün olabilecektir. Bu düşünce ilk defa yel değirmenleri ile anlaşılmıştır. Yelkenli gemiler de rüzgar enerjisini mekanik enerjiye çeviren sistemlerdir. Günümüzde bu mantık,rüzgarın dönel bir türbin ile frenlenerek,mekanik enerjiye dönüştürülmesi teknolojisi ortaya çıkmıştır. Bu teknolojiye rüzgar türbini adı verilmektedir. (John ve nicholas,1997: 45) Rüzgar türbinleri, bir rotor, bir güç şaftı ve rüzgarın kinetik enerjisini elektrik enerjisine çevirecek bir jeneratör kullanırlar. Rüzgar rotordan geçerken, aerodinamik bir kaldırma gücü oluşturur ve rotoru döndürür. Bu dönel hareket jeneratörü hareket ettirir ve

elektrik üretir. Türbinlerde ayrıca, dönme oranını ayarlayacak ve kanatların hareketini durduracak bir rotor kontrolü bulunur. Rüzgar şiddeti yükseklikle arttığı için rüzgar türbinleri kule tepelerine yerleştirilir Günümüzde kullanılan fosil yakıtların bulunmadığı veya bilinmediği zamanlarda insanlar su ve rüzgar kuvvetlerinden yararlanarak mekanik iş yapmaya başlamışlardır. Tarih süreci içinde rüzgar gücünden istifade etmek önceleri düşey milli yel değirmenleri daha sonra da kuzey Avrupa’da ilk uygulamalarına rastlanılan yatay milli yel değirmenlerinin kullanılması ile başlamıştır. Yel değirmenlerinin bu gelişme serüveni,yüzlerce yıl sadece tarımsal sulama ve hububat öğütme aşamalarını aşmamıştır. Ancak insanoğlunun,akışkanın kinetik enerjisini,tork enerjisine dönüştürme bilgisi,yel değirmenleri ile keşfedilmiştir. (Uyar,1985:) Türkiye’de son yıllarda gittikçe artan enerji darboğazı, üretimin sabit kalması ya da çok az artması tüketimin ise çok büyük bir hızla artması karşısında, gelecekte de büyüyecek bir sorun olarak karşımızda duruyor. Bu durum karşısında ülkemizin doğal kaynaklarından yararlanarak alternatif enerji sistemlerinin uygulanması, soruna genel ve kesin olmayan, ancak gelecek için umut verici bir çözüm olması nedeniyle gün geçtikçe artan bir önem kazanıyor. Bu enerji kaynaklarından rüzgar, ülkemizde de çok iyi değerlere sahip olması, sınırsız, temiz, çevreyi kirletmeyen bir enerji kaynağı olması dolayısıyla öne çıkıyor. Rüzgar enerjisi kullanımının dünyadaki örneklerine baktığımızda iki kısımda incelenmesi gerektiğini görüyoruz. Küçük türbinler olarak adlandıra bileceğimiz, kişisel kullanıma yönelik sistemler, ve büyük türbinler adını alan endüstriyel kullanıma yönelik sistemler. Büyük türbinler, rüzgar çiftliği olarak adlandırılan diziler halinde kurulur. Bir rüzgar çiftliğinin toplam gücü 1-150 MW arasındadır. Tek bir türbinin gücü 50kW’tan 2MW’a kadar olabilir. Ancak günümüzde ekonomik şartlar açısından 500kW’tan küçük türbinler pek fazla kullanılmamaktadır. Büyük türbinler yatırım amaçlı olarak kurulurlar. Üretilen enerji şebekeye verilir. Bu yüzden yatırımdan önce yapılması gerekli olan bazı çalışmalar vardır. Öncelikle bölgenin rüzgar açısından durumunun belirlenmesi gerekir. Yapılan ayrıntılı ve en az bir yıl sürecek teknik rüzgar ölçümleriyle, rüzgar hızı ortalamaları, günlük, mevsimlik ve yıllık dağılımlar ile yaklaşık rüzgar enerjisi değerleri belirlenir. Bunun ardından yapılacak olan fizibilite çalışmaları sonucunda, kurulacak olan santralın büyüklüğü, türbinlerin yerleri ve güçleri, üretilecek enerjinin maliyeti gibi sonuçlara ulaşılır. Bu çalışmalarda, bölgesel elektrik kurumlarıyla ve devletle yapılacak olan anlaşmalar, alınacak özel izinler, çevre halkının yaklaşımı, bölgedeki konvansiyonel elektriğin maliyeti, yıllık harcama miktarı, arazinin fiziksel yapısı, finansman ve kredi politikası gibi parametreler önemli rol oynar. Büyük türbinlerden elde edilen elektriğin maliyeti yukarıda da sayılan birçok parametreye bağlıdır. İyi rüzgar sahalarında ortalama şartlarda, rüzgardan elde edilen elektrik enerjisinin maliyeti 5cent/kWsaat değerine kadar düşmektedir. Termik, hidroelektrik vs. konvansiyonel kaynaklardan elde edilen elektrik enerjisinin maliyetinin bu değerden yüksek olması ve yıllık harcamanın 100 000kWsaat’i aşması durumunda rüzgar enerjisi üretimi ekonomik bir çözüm olarak düşünülebilir. Ancak bunun için bölgedeki rüzgar potansiyelinin uygun olması gerekir. Büyük türbinlerin üretime başlaması için gereken rüzgar hızlarını bir yaklaşım olarak değerlendirirsek, bölgedeki ortalama rüzgar hızının 57m/s (18-25km/saat) civarında olması gerektiğini söyleyebiliriz. Tabi ki bu kesin bir sonuç değildir. Yatırımın ekonomik olup olmadığının belirlenmesi için tüm yıla yayılan bir dağılımın çıkarılması şarttır. Büyük türbinlerden oluşan rüzgar çiftliklerinin yatırım maliyeti kabaca bir yaklaşımla 1000 $/kW’dir. Yıllık bakim masrafı ise yatırımın %1-1,5’i olarak gerçekleşir. Bu şartlar altında kurulacak türbinlerden elde edilen elektrik enerjisi, şebekeye; maliyeti düşük, çevreyi kirletmeyen, güvenli ve yenilenebilir bir kaynaktan üretilmiş olarak verilir.

Küçük Türbinler, genellikle şebekenin olmadığı ya da ulaştırmanın ekonomik olmadığı , ya da sorunlu olduğu yerlerde uygulanır. şehir dışı yerleşimler, çiftlik evleri, telekomünikasyon aktarıcıları, radyo ve orman kuleleri, askeri tesisler, demiryolu sinyalizasyonu, balık çiftlikleri, seralar, maden ocakları, deniz vasıtaları ve bazı fabrikalarda küçük türbinler oldukça uygun kullanım alanları bulmaktadır. Üretilen enerjinin depolanmasıyla güvenilir enerji sağlanır. Küçük türbinlerin güç değerleri, 0,05-20kW arasındadır. En fazla 4 adet hareketli parçadan oluşan bu tip türbinler bakımsız, ya da çok az bakımlı olarak dizayn edilmişlerdir. İşletme giderleri neredeyse yoktur. Her türlü çevre şartlarına dayanabilecek şekilde dizayn edilirler. Otomatik kontrol mekanizmaları, sistemi aşırı şarjdan koruyan kontrol sistemleri vardır ve ayrıca çok yüksek rüzgar hızlarında otomatik korunmalı dizayn edilmişlerdir. Şebekeye elektrik enerjisinin verildiği büyük türbinlerin aksine, küçük türbinlerde bu sistem uygulanamaz. Akü şarjı esasına göre çalışan küçük türbinlerle, üretilen enerji, ihtiyaca göre seçilen akü bankasına şarj edilerek kullanılır. Güçleri 50W ile 20kW arasındadır. Bu güç değerleri, türbinin maksimum hızda dönmesi durumundaki gücü gösterir. Daha düşük hızlarda ise türbin elektrik üretmeyi daha düşük bir güçte sürdürür. Akü bankasının yeterli seviyede seçilmesi durumunda depolanmış enerji ihtiyaç duyulan güçte aküden çekilebilir. Rüzgar türbini jeneratörünün çıkışına bağlanan elektronik şarj kontrol ünitesi ile AC çıkısı, DC’ye çevrilerek aküler şarj edilir. 500W’dan küçük türbinlerde bu ünite türbinin içine monte edilmiş olarak bulunur. Elektronik şarj kontrol ünitesi aküleri aşırı şarjdan korur. Bunun için akülerin tam dolu olması durumunda rüzgar hala esmeye ve türbini döndürmeye devam ediyorsa, türbinden gelen fazla enerji yük direncine aktarılır. Bu direnç hava ısıtan bir dirençtir. İsteğe bağlı olarak aynı değerlerde su ısıtan dirençler de kullanılabilir. Gerekli olan akü bankası sistemin kurulduğu yerin şartlarına bağlıdır. Akülerin uzun ömürlü olmaları için şarj akımı, akü kapasitesinin %10’undan fazla olmamalıdır. Örneğin 600Ah bir akü bankası 60A’in üzerinde bir akımla şarj edilmemelidir. Ayrıca, kapasitenin %40’inin altına inecek kadar da aküler boşaltılmamalıdır (1.75V/hücre). Akü bankasının büyüklüğü, rüzgarsız geçecek 3-5 güne yetecek kadar olmalıdır. Bunun için günlük harcama miktarının iyi belirlenmesi ve seçimin buna göre yapılması gerekir. Daha az enerji harcayan cihazlar, örneğin elektronik dengeli ampuller kullanılarak güç ihtiyacının azaltılıp azaltılamayacağı değerlendirilmelidir. Alternatif akım (AC) yükler için uygun kapasitede bir invertere gerek vardır. Piyasada mevcut olan inverterler genel olarak, 12, 24, 48, 96 ya da 120 VDC girişlidir. İnverterin gücü devamlı ihtiyaç duyulacak maksimum güç kadar olmalıdır. İnverter kendi maksimum gücünün 2-3 katı kadar anlık güçleri karşılayabilmelidir. En ucuz inverterler trapez dalga ile çalışırlar. Aşağı yukarı bütün ev aletleri bu dalga biçiminde elektrikle çalışır. Fakat bazı özel durumlarda, örneğin ölçme aletlerinde ve hassas ev aletlerinde tam sinüs akıma ihtiyaç duyulmaktadır. Doğru akımla çalışan cihazlar kullanmak daha verimlidir. Genel olarak, 12 veya 24VDC ile çalışan ev aletleri bulunmaktadır. Fakat hem 220VDC ile çalışanlara göre daha pahalıdırlar, hem de seçenek azdır. Küçük rüzgar türbinleri, çeşitli nedenlerle dizel sistemlerle birlikte kullanılabilirler. Mevcut bir dizel jeneratör varsa, yakıt sarfiyatını azaltmak için böyle bir çözüme gidilebilir. Ya da rüzgar türbini ana ihtiyacı karşılamak için kullanılabilir; dizel jeneratör de arada bir devreye sokularak daha yüksek güç ihtiyaçlarında ya da düşük rüzgar zamanlarında sisteme destek olmak amacıyla kullanılabilir. (Altuntaşoğlu,1998:17) Amerika Birleşik Devletleri’nde rüzgar çiftliklerinin toplam kurulu gücü 1700MW dolaylarındadır. Yıllık üretim miktarı ise 3 milyar kW saat kadardır. İyi rüzgar sahalarının bulunduğu Hollanda, Danimarka, Almanya gibi ülkelerde de rüzgar enerjisi konusunda önemli atılımlar yapılmış, üretim ve kurulu güç açısından bu ülkeler dünya çapında öncü konumuna gelmişlerdir. Ülkemizin rüzgar potansiyelleri göz önüne alındığında elimizdeki sinirsiz ve dünya çapında oldukça iyi durumda olan rezervleri kullanamadığımızı görüyoruz.

Özellikle kıyı bölgelerimiz olmak üzere rüzgar ve arazi bakımından oldukça iyi bir durumda olan Türkiye’de ne yazık ki bugüne kadar rüzgar enerjisi üzerinde yapılan çalışmalar çok düşük seviyede kalmış, böylece çok üstün bir teknoloji gerektirmeyen bir enerji kaynağından yıllardır mahrum kalınmıştır. Avrupa Topluluğu tarafından öngörülen, gelecekte yenilenebilir enerji kaynaklarından üretilen enerjinin toplam üretime oranı olan %2’lik değere ulaşılması için hızlı bir şekilde çalışmaların ilerletilmesi gerekmektedir.(Ermiş ve Arıkan,1991:293) Ülkemizde henüz çok yeni ve tanınmamış bir kaynak olan rüzgar enerjisinin tanıtımı ve yaygınlaştırılması için konuyla ilgili tüm kişi, kuruluş ve örgütler ile medyaya ve devlete de büyük is düşüyor. Özellikle yerli kaynak, malzeme, teknik bilgi ve işgücü kullanılarak üretilecek türbinler, iç pazarda olduğu kadar dış pazarlarda da rekabet edebilecek düzeyde olacaktır. Yakın gelecekte bu tip çalışmaların artmasıyla, büyük yerleşim birimlerinin elektriğini sağlayan, büyük türbinlerden oluşan rüzgar çiftliklerinin kurulması, Türkiye’nin enerji darboğazından kendi çabalarıyla kurtulup enerji ihraç eden bir ülke konumuna gelmesine yardımcı olacaktır. 3.1.1. 1970’den Önce 53 m. çapında 1,25 MW’lık Smith Putnam rüzgâr türbini 1939 yılında ABD, Vermont, Granpa’s Knob’da kuruldu. Bu tasarım zamanın en iyi mühendisleri ve bilim adamlarını biraraya getirdi (Aerodinamik tasarım: Von Karman, dinamik analiz: Den Hartog) ve rüzgâr türbini 1980’li yılların megawattlık bazı makinelerden daha uzun süre başarı ile çalıştı. Teknolojik gelişmede dönüm noktası oldu. Standardın altında yerinde kaynak tamiri nedeniyle (bir kanadını kaybederek) arızalandı. Kaynaklar üzerinde savaş zamanı ve 1970’li yılların petrol krizine kadar rüzgâr enerjisinin aleyhine seyreden yakıt maliyetleri bakımından ekonomik ortam baskılarından dolayı tamir edilmedi. Bu projeden alınan tasarımın kalitesi, makine dinamiği, yorulma, yer seçimi hassasiyeti vs. gibi değerli dersler büyük ölçüde unutuldu ve daha sonra özellikle Kaliforniya vergi kredileri ile bağlantılı olarak rüzgâr çiftlikleri kurulması sırasında acılı bir şekilde tekrar hatırlandı. Rüzgâr türbini geliştirilmesinde bir sonraki dönüm noktası Gedser rüzgâr türbinidir. Marshall planı savaş sonrası finansman yardımı ile 1956 – 57’de Danimarka’nın güney doğusunda Gedser adasında 200 kW’lık 24 m. çapında bir rüzgâr türbini kuruldu. Bu makine 1958 – 1967 arasında %20 kapasite ile çalıştı. 1960’lı yılların başında Prof. Ulrich Hütter 100 kW’lık 34 m.’lik bir 2 kanatlı, yüksek rüzgâr hızlı kararsız pervanesi olan Hütter Allgaier rüzgâr türbinini geliştirdi. Hütter’in yüksek hızlı esnek tasarım fikirleri Almanya’da ve diğer alanlarda rüzgâr türbini araştırmalarını çok etkiledi. 3,1,2. 1970 – 1987 Bu üç makine rüzgâr türbini geliştirilmesinde 3 farklı yönün başlangıcını temsil eder; ticari sahnede andan şimdi görünen megawattlık makineler, piyasaya son 15 yıldır hâkim olan Danimarka tarzı makineler ve halen büyük ölçüde gerçekleştirilmemiş bulunan daha da hafif makineler. Boru şeklinde bir kule, 3 kanat ve uç frenleri içeren basit, sağlam bir tasarım olan Gedser makinesi daha sonraki genel Danimarka tasarımlarının tüm bileşenlerine sahipti. 1977 yılında yenilendi, modern Danimarka rüzgâr teknolojisinin geliştirilmesi için araştırma esası sağlayan bir test makinesi olarak donatıldı ve çalıştırıldı. 1980’li yılların başında pervane kanat teknolojisinin pek çok sorunu araştırıldı. Çelik pervaneler denendi ancak çok ağır olduklarından, alüminyum pervaneler yorulma direnci açısından çok belirsiz olduklarından reddedildiler ve ABD’de Gugeon Brothers’ın geliştirdiği tahta epoksi sistemi çok sayıda küçük, büyük rüzgâr türbininde kullanıldı. Ancak kanat

imalât endüstrisinde tekne imâlinden evrimleşmiş ve 1980’li yıllarda Danimarka’da iyice yerleşmiş fiberglas polyester konstrüksiyon hâkimdi. ABD’de Kamu Hizmetlerini Düzenleyici Politikalar Yasasını (PURPA) içeren 1978 Ulusal Enerji Yasası ile bağımsız enerji üretimine Pazar temin edildi. 1980 yılında merkezi devlet ve federal devlet enerji ve yatırım vergi kredileri toplam %50’ye yakın vergi kredisi sağlıyordu ve bu California rüzgâr enerjisi patlamasını başlattı. 1980 – 1995 arasında, çoğu vergi kredilerinin %15 civarına indirildiği 1985’ten sonra olmak üzere 1700 MW rüzgâr kapasitesi kuruldu. Vergi kredileri en azından başlangıçta çoğu kötü tasarımlı ve çalışırsa da kötü çalışan rüzgâr türbinleri kuruldukça California’da çeşitli bölgelerde (San Gorgonio, Tehachapi ve Altamont Pass) gelişigüzel aşırı nüfuslanma yaratan bir piyasa uyarma mekanizması olarak çok değerli eleştiriler aldı. Ancak ilk yetersiz gelişime tepki olarak vergi kredileri nispeten düşük maliyetli, denenmiş teçhizata sahip Avrupalı, özellikle Danimarkalı rüzgâr türbini üreticilerine büyük bir ihracat fırsatı yarattı. California’da bunların daha iyi tasarımlı rüzgâr türbinlerin teknik açıdan başarı ile çalışması rüzgâr enerjisi itibarının dünya çapında yerleşmesine çok katkıda bulundu. California pazarı çoğu Avrupalı ve ABD şirketine hem iflas hem de ticari başarı getirdi. Ancak modern Avrupa rüzgâr teknolojisinin geliştirilmesine muazzam katkıda bulundu. Teknolojik etki iki yönde oldu; Danimarkalı üreticiler açısından en önemlisi imalât yöntemlerinin geliştirilmesine fırsat veren büyük bir pazar, parça maliyet azalması ve artan iş görürlüktü. İkincisi, tasarım çeşitliliği, hafif ve esnek parçalar ilgi duyulması gibi müstakbel teknoloji gelişmelerinin habercisi olması açısından değerli olmuştur. California rüzgâr çiftliklerinin çalışma deneyiminde, kanat kök bağlantısında ciddi sorunlar, kanat aerofolyo kesitinin bozulması nedeniyle performans düşüşü, eğimli sistemlerin aşırı ve yetersiz anlaşılmış atmosfer çalkantısı nedeniyle hasar görmesi, yüksek hızlı mil fren sistemlerinin erken yorulması vs. karşılaşılan pek çok sorun arasındaydı ve teknoloji ilerledikçe adım adım çözüldü. 3.1.3. 1987 Sonrası California’da rüzgâr enerjisinin büyümesine ABD’de başka bir yer destek vermemiş veya paralel büyüme sergilememiş olup yakın zamanlarda elektrik alanında düzenleme olmaması rüzgâr enerjisinin ABD’de ne yönde ilerleyeceğine dair büyük belirsizlik yaratmıştır ve ABD piyasası ancak şimdi 1997 yılında tekrar doğmaya başlamıştır. Aksine, 1990’lı yılların başında Almanya’da yılda 200 MW civarında kapasite artışı ile kuzey Avrupa piyasalarında çarpıcı gelişme kaydedilmiştir. Bu katkıda bulunan patlamaya 3 faktör: ARGE desteği, Danimarka’dakine benzer geri alım politikası ve yüksek tarifeler. Teknolojik açıdan önemli sonuç Alman imalâtçılarının ve bazı yeni kavramların gelişmesiydi; yeni doğrudan tahrikli jeneratör teknolojisinin uygulanması kayda değerdir. Doğrudan tahrikli güç aktarma hatlarında, değişken hızlı elektrik ve kontrol sistemlerinde, alternatif kanat malzemelerinde ve diğer alanlarda adım adım ve önemli teknolojik gelişmeler olmuşsa da son yıllardaki en çarpıcı eğilim günümüzdeki megawattlık kapasitelerde makinelerin ilk ticari kuşağını yaratan daha da büyük rüzgâr türbinleri geliştirilmesi olmuştur. (Şen,2000:375) 3.2. Tasarım Stilleri 3.2.1. Yatay ve Dikey Eksen Dikey eksenli çok çeşitli tasarım geliştirilmiştir. Bunlara troposkein biçiminde “yumurta çırpıcı” rüzgâr türbini (adını mucidi Darrieus’tan alır, özellikle Flowind Corp. tarafından 1980’li yıllarda geliştirilmiştir), İngiltere’de Musgrave tarafından geliştirilmiş olan (sonradan Heidelborg Motor’un doğrudan tahrikli tasarımında benimsenen) düz kanatlar bulunan H şekli tasarım ve bazısı kanallı veya germe halatlı pervaneyi kuşatan kanatlar,

bazısı Savonius tasarımını veya döner değirmen (gyromill) kavramını benimseyen çok sayıda varyant dahildir. Dikey eksenli tasarımlar eğimli sistem gereğini ortadan kaldıran dönme simetrisi üstünlüğüne sahiptir. Tüm güç aktarma hattı ve güç tahvil donanımının zemin düzeyinde olabileceği sık sık iddia edilen bir üstünlük olmuş ancak bunun ana mil için uzun ve ağır bir tork borusu ve ana mil üzerinde dişli kutularının bozduğu çeşitli tasarımlar gerektirdiği belirlenmiştir. Ancak dikey eksenli tasarımların yatay eksenlilere göre dikkate alınmayan sakıncaları: • •

tahrik torkunun pervane dairesinde kanat pozisyonuna göre çok değişmesi nedeniyle doğal olarak daha düşük olan (bazı pozisyonlarda negatif bile olabilen aerodinamik verimlilik), pervane sisteminde maliyeti arttıran önemli pasif destek yapısı.

Rüzgâr teknolojisinde çeşitli tasarım seçeneklerine ilişkin kararın verilmesi ertelenmişse de, oyların büyük çoğu şu anda yatay eksenli tasarımlar lehinedir.(Uyar,1985:)

Şekil 3. Yatay eksenli rüzgar türbini

Şekil 4.Dikey eksenli rüzgar türbini

3.2.2. Kanat Sayısı Pervane tasarımının temel aerodinamik ilkeleri belirli bir dönme hızına göre tasarlanmış bir pervanenin, pervane süpürme alanının sabit bir orana kadar optimum toplam kurulu kanat alanına sahip olduğu ve seçilen dönme hızına göre ters yönde değiştiğini belirler. Gerekli kanat alanının az sayıda geniş kanat yerine çok sayıda ince kanat ile teşkilinde küçük bir aerodinamik avantaj vardır. Böylece kanatların ucundaki aerodinamik uç kaybı en aza inmektedir. 3 kanatlı pervaneye göre tek kanatlı pervanede enerji kaybı yaklaşık %10, 2 kanatlı pervanede yaklaşık %4’tür. Tek kanatlı pervaneye bir karşı ağırlık montajı gerekli olup 2 kanatlı pervaneden hafif değildir. Tek kanatlı pervaneye göre dinamik olarak daha iyi şekle sahip olsa da 2 kanatlı pervanede sert pervane göbek sistemi kullanılırsa çok yüksek bir çevrim yükü kabûl edilmeli veya kant, güç aktarma hattı ve kule tepe yükünün hafifletilmesi için pervane kanatlarının (bir çift olarak) sallanabilmesi amacıyla bir tahterevalli yatağı bulunmalıdır. Bu tahterevalli yataklı pervane tasarımları çoğu zaman yorulma yükünü azaltabilirse de, genellikle tasarımı etkileyen faktörler olan tahterevalli darbe yükü durumları ile başa çıkabilmelidir. 3 kanatlı pervane dinamik olarak daha basittir, öncede belirtildiği gibi aerodinamik olarak biraz daha verimlidir.

1, 2 veya 3 kanatlı pervaneler, (geçmişte denemeyen ancak güncel ses limitlerine tabi Avrupa kara uygulamaları için gelecekte gerekecek) benzer uç hızları için tasarlanırsa 3 kanatlı pervane diğerlerinden daha fazla zorlanacak ve pervane kanat maliyeti daha yüksek olacaktır. Elbette, gerçekte önemli olan rüzgâr türbininin düşük maliyetli olması (üretilen enerji/sermaye maliyeti) bakımından genel etki olup bu sadece komple tasarıma göre belirlenir. Optimum tasarım konfigürasyonunun tespiti Avrupa Komisyonu destekli etütlerce derinlemesine araştırılmıştır. Halen piyasada mevcut 30 kW nominal kapasiteden yüksek rüzgâr türbinleri arasında 1, 2 veya 3 kanatlı pervane tasarımlarının oranını göstermektedir. Veriler faal makine oranı olarak sunulduğunda 3 kanatlı pervane tasarımlarının hakimiyeti daha da belirginleşmektedir. Kanat Sayısı 1 2 3

Yüzde Pay 2 24 74

Çizelge 5. Piyasada mevcut rüzgâr türbini tasarımlarının kanat sayısı.(EİEİ,1994:) 3 kanatlı pervane tasarımlarının hakimiyetinde başlıca faktör ilk (3 kanatlı) Danimarkalı tasarımlara tarihsel bağlantı ve bundan dolayı yavaşlama ayarlı dinamik olarak basit pervane geliştirilmesi gereğidir. Mevcut Avrupa piyasasında başka bir başlıca faktör, kamuoyu ve planlama makamları arasında 3 kanatlı tasarımların uyumlu görsel etkiye sahip olduğuna dair yaygın kanaattir. Bu açıkça subjektif bir görüş olsa da açıkça aynı ölçüde hakim görüştür. 3.2.3. Adım veya Yavaşlama Kontrolü Adım veya yavaşlama kontrolü sorunu orta veya büyük rüzgâr türbinleri tasarımında çok zıtlaşan bir tartışmadan doğar. Küçük rüzgâr türbinlerinde ise seçenek daha fazladır. Yavaşlama ayarı bu sorunu ele almazken, adım ayarı her iki sorunu adım sistem mekanizması ve ilgi kumanda kullanılması pahasına çözer. Adım ayarında (kanatlara genellikle “aktif yavaşlama” denilen tasarım seçeneğinde yavaşlama durumuna kadar eğim verilmesi hali hariç) kanatlar pervanenin kanatları savurarak sağladığı gücü kanat aerofolyo kesitlerinin ürettiği kaldırma güçlerini azaltmak üzere ayarlarlar. Yavaşlama ayarının esası, pervane geometrisi değiştirilmeksizin, rüzgâr hızı ve ilgili akım açısı arttıkça pervane aerofolyolarının yavaşlamasıdır. Pervane veriminde artan kayıp, yavaşlama pervaneye yayıldıkça gücü ayarlar.(EİEİ,1992:) Böyle bir yavaşlamanın meydana gelmesi için pervane hızının sabit tutulması zaruridir ve bunu genellikle elektrik şebekesine bağlı asenkronik bir jeneratör sağlar. 3.2.3.1. Küçük Rüzgâr Türbinleri (<30 kW) Küçük rüzgâr türbinlerinin güç ve hız ayarı için kullanılabilecek çeşitli yöntemler vardır. Bunlar : •

türbin pervane ve sisteminin yüksüz durumdaki tüm aşırı hızlarla başa çıkmaya tasarlandığı “kontrolsüzlük” (muhtemelen aerodinamik performansın ve hızın azalmasına yardımcı olan kanatların merkezkaç kuvvet altında biraz deforme olması sonucu)

• •

motor ekseninin rüzgâr istikâmetinden ayrılması olan “sapma” ve “eğim” (genellikle pervane itme merkezi ile sapma veya eğim yatakları arasında dengelenme ile sağlanır) büyük rüzgâr türbinlerindeki gibi “adım” veya “yavaşlama”.

Küçük rüzgâr türbinlerinde güç kontrolü, hız kontrolü ve aşırı hız ayarı arasında ifade hatasından kaçınmak zordur. Sapma, yavaşlama veya kontrolsüzlükten yararlanan türbinlerin çoğu yavaşlama etkilerinden yararlanır. Küçük türbin tasarımlarındaki sorun basit çok küçük pasif sistemlerin mi, yoksa büyük türbinlere benzer aktif adımlı mekanizmaların mı yeterince iyi çalıştırılabileceğidir. 3.2.3.2. Büyük Rüzgâr Türbinleri Adım veya yavaşlama arasında seçimde ana sorunlar Çizelge 6...’da listelenmiştir. Sorunlar Enerji üretimi Sabit hız kontrolü Değişken hız kontrolü

Emniyet Maliyet

Adım Prensip olarak daha iyi Yüksek rüzgâr hızlarında zor

Yavaşlama Güç eğrisi etkileniyor Tasarım belirsiz olsa da genellikle yeterli İspatlanması gerekir

Güç kalitesi daha iyi, güç aktarma hattı yükleri yavaşlama seçeneğinden daha az Komple bir pervane Aşırı hız koruması için koruyucusu olabilir yardımcı sistemler gerekir Pervane sistemlerinde daha Pervanede daha az, fren yüksek maliyet sisteminde daha yüksek maliyet

Çizelge 6. Adım veya yavaşlama karşılaştırması Büyük rüzgâr türbinleri neredeyse sadece adım veya yavaşlama kontrolü kullanır. Birkaç örnekte yedek emniyet veya kontrole katkı olarak rüzgârdan sapma kullanılır. Kısa süre önce bazı imalâtçılar değişken hızlı çalışma ile birlikte yavaşlama kontrolünü kullanmıştır. Şimdi ittifakta reddedilen tek konfigürasyon gücü kontrol ederken üretimde çok büyük değişmelere yol açmıştır. Ancak bu red, ilk günlerde popüler bir tercih olduğu için çok ilginçtir. Bir tasarım seçeneği olarak yavaşlama kontrolünün genel hâkimiyeti (tasarımların %60 kadarı) bulunsa da megawattlık türbinlerde adım ve yavaşlama kontrolünün oranı neredeyse eşittir. Özellikle Alman pazarında büyük rüzgâr türbinleri her kanadın bağımsız adım hareketi yaptığı “bağımsız” adımlı sistemler tercih edilmektedir. Bu, adım sisteminin 2 bağımsız fren sağlaması nedeniyledir. Bir arızada bir kanat küçük eğimde sıkışsa bile diğer ikisi pervaneyi güvenli hıza getirebilir. Bu bağımsız adım sistemi önceleri daha yaygın olan, 3 kanadın tümünün adımının birbirine mekanik bağlantılı olduğu ve tek bir hareketlendiriciden güç alan “toplu” adım sisteminden farklıdır. Yavaşlama kontrollü makinelerin güç kalitesine dair (özellikle Alman pazarında da mevcut) endişe orta boy yavaşlama kontrollü makineler üreten bazı imalâtçıları caydırmıştır. Ayrıca yavaşlamanın özellikle büyük makinelerde yol açtığı titreşimler hakkında uzun yıllar boyu endişe var olmuştur ve megawattlık makineler imalâtçılarının çoğunun yavaşlama kontrolüne bağlı kalması önemli bir güven oyudur. Ancak değişken hız yavaşlama kontrollü makinelerin nasıl çalışacağına dair belirsizlik ile birleştiğinde değişken hıza artan ilgi büyük ölçekte yavaşlama kontrollü makinelere duyulan ilgiyi azaltmıştır. (EİEİ,1992: ) 3.2.4. Değişken Hızlı Tasarım

3.2.4.1. Değişken Hızlı Çalışmayı Teşvik Eden Faktörler Birkaç sebepten dolayı değişken hızlı tasarım uzun süredir ilgi görmüştür: • • •

Sabit hızlı çalışmaya göre daha yüksek pervane verimi ve daha fazla enerji alınabileceği şeklinde “geleneksel” beklenti, Orta Avrupa’da sesin daha fazla önem kazanması ve değişken hızlı sistemin tahrik sisteminde çok fazla tork ve maliyeti önleyerek nispeten yüksek azami hıza imkân sağlarken hafif rüzgârlarda hız ve sesi azaltabilmesi, Değişken hızlı çalışmanın adım kontrolünü kolaylaştırabilmesi, güç kalitesini iyileştirebilmesi ve tahrik sistemini yüklerini hafifletebilmesi (dolayısıyla tasarım gereklerini ve dişi kutusu ya da jeneratör maliyetini muhtemelen azaltması).

3.2.4.2. Değişken Hızlı Sistemlerin Niteliği Yukarıda sayılan yararları azamiye çıkarmak için geniş bir değişken hız aralığı gerekir (hızda 2,5 - 3 kat ayarlama). Değişken hız temininin çeşitli yolları vardır. Mekanik sistemler de vardır, ancak elektrikli sistemler hâkimdir. Geniş bir değişken hız aralığının yararlarının tümünü değil bazısını sağlayan çeşitli uzlaşmacı çözümler vardır. Bu seçeneklerin topluca tümü geniş değişken hız aralığı seçeneğinden çok daha yaygındır. Bunlar arasında: • •

2 hızlı sistemler, Genel hız aralığının azalması pahasına üretimin sadece bir kısmının değişken hızlı tahrik ve güç ayar donanımından geçirildiği sürekli değişken hızlı sistem çeşitleri bulunur.

10 yıl öncesinin Danimarkalı tasarımlarında bir kayışa bağlı 2 jeneratör arasında geçiş sureti ile 2 hız elde edilmesi olağandı. Şimdiki kuşak rüzgar türbinlerinde 2 hızlı çalışma elde etmek için neredeyse sadece tek jeneratörde kutup değişimi kullanılır. Sürekli değişken hızlı çalışma tasarımları arasında, sadece 1/3’ü geniş değişken hız aralığı uygular (hız aralığı >2,5:1). Çoğu hız aralığı ve performansa güç ayar sistemleri maliyetini tercih eder. Vestas Optislip sisteminde, mükemmel güç kalitesi için sınırlı değişken hız (nominal güçte çalışırken %10 hız değişmesi) kullanılır. Çoğu imalâtçının tasarım etüdü en ekonomik olarak 2 hızlı sistemi seçmiştir. Bugün değişken hızlı çalışmaya genellikle en uygun doğrudan tahrikli sistemlerin geliştirilmesine önem verilmesi ve ilgili güç ayar sistemlerinin geliştirilmesi ve maliyet azaltılması her ihtimâlde rüzgâr türbini tasarımında geniş değişken hız aralığının gelecekte daha fazla kullanılması ile sonuçlanacaktır. 3.2.5. Çok Hafif/Esnek Tasarımların Durumu Çok hafif ve yapısal esnek makineler (özellikle kanatlar ve kuleler) düşük maliyetli teknolojiye bir yol olarak her zaman ilgi görmüştür. Çok hafif ve esnek terimlerini doğal olarak birbirleriyle ilgili görme eğilimi vardır. Yapısal esnek tasarımlarının yükten kurtulma, daha az malzeme kullanma, dolayısıyla çok hafiflik ve düşük maliyet elde etme açık niyet olmakla birlikte, mevcut çok hafif makinelerin çoğu yapısal olarak esnekten çok serttir. Oldukça esnek kanatlar veya kuleler bulunan Carter rüzgar türbini gibi tasarımlarda yapısal esneklik yararlı olabilir, ancak düşük ağırlık elde edilmesinden çok, yüksek tasarım uç hızı seçilerek düşük tahrik sistemi torku elde edilmesiyle ilgilidir. Şimdiye kadar bu kavramlar ticari başarı elde etmemiştir. (Uyar,1985) Bu türden son tasarım WEG Rüzgar Enerjisi Grubunun eğilen motor yeri ve yüksek yük kabiliyetli özel geliştirilmiş yapısal esnek kanatları bulunan MS4 600 KW, 3 kanatlı, serbest sapmalı, rüzgarı arkadan alan türbinidir. Aşarı rüzgarlarda esnek pervane kanatları ile önemli yük azaltması sağlanmaktadır. Bu tasarım için kendiliğinden dikilen sistem özellikle zayıftır. Bu makinenin tasarım kavramı bazı diğer Avrupalı imalatçıları tasarımının

tersine çalışır. Ancak esnek elemanları daha küçük V42 ve V44 ile neredeyse aynı olan bir destek yapısına önemli ölçüde daha büyük pervane montajına müsait esnek kanatları bulunan yeni Vestas V-47 makinesinde de mevcuttur. Yine pervane kanatlarını genel olarak değerlendirerek, ağırlık oranına göre en yüksek yorulma direncine sahip malzemelerden üretilmiş olanlar (özellikle Atout Vent’in tahta epoksi ve CFRP kanatları) en hafif, ancak aynı zamanda en sert kanatlardır. Bu hafiflik ile yapısal esneklik arasında doğrudan ilişki olmadığının altını çizer. Bu yorumlar yapısal esnekliğin hem yük azaltılması hem de aktif mekanizmaları yerinin alınması bakımından potansiyel kullanışlılığının değerini küçümsemeyi amaçlamamaktadır. Varılan sonuç şimdiki kuşak çok hafif rüzgar türbinlerinin hafifliklerini başlıca olarak yapısal esneklikten elde etmezler, rüzgar türbini tasarımında yapısal esnekliğin en büyük etkisi henüz elde edilmemiştir. Plastik ve kompozit menteşeler (küçük türbinlerde zaten kullanılır), esnek kirişler ve akıllı malzemeler gelecek gelişmeler için büyük potansiyele sahiptir. Çok yumuşak kuleler (yani doğal frekansı pervane frekansından düşük kuleler) rüzgâr türbini tasarımlarında kullanılmıştır. Sistem dinamiklerine özen gösterilmelidir, ancak bu tasarımlar kule kütlesi ve maliyetinde azalma yaratabilir. 3.3. Türbin Bileşenleri Yakın geçmişte, yürütülen başarılı çalışmalar sonucu,rüzgarla ilgili değişkenler hakkında daha somut bilgilere ulaşılmıştır. Yük tahminleri,rüzgarın doğasını ve özellikle de atmosferik türbülans karakteristiklerini hesaba katan tasarım yöntemleri ile değişim harmonizasyon süreçleri hakkında ayrıntılı bilgilere ulaşılmıştır. Çeşitli kaynaklarca desteklenen araştırmalar,yakın tarihlere kadar rüzgar gücünü örten sır perdeleri ardarda aralanmaktadır. Yeni bilgiler,daha etkili ve daha verimli türbinlerin tasarım ve konstrüksyonuna imkan vermektedir. Türbin bileşenleri,türbin tasarım tipine veya imalatçısına göre değişmektedir. Türbinler;kanat,vites kutusu,jeneratör,düşürücü,invertör,transformatör,hız ölçücüsü ve kontrol sistemlerinden ibarettir. Türbin teknolojisi,başlangıçta basit tekniklerle tasarlanmıştır. Ancak,rüzgar türbini,karmaşık bilgisayar modelleri ve tasarım araçlarına ihtiyaç duymaktadır. Gelişen tasarım ve konstrüksiyon bilgileri,her türlü sınır şartlarına ve değişkenlere kolay adapte olabilmektedir. Güç ünitesi bileşenleri yüksek düzensizlikte yük girdilerine maruz kalmaktadır. Bu sistemler,düzensiz yüklerin etkisi ile daha kısa sürede yorulurlar. Modern bir rüzgar türbini için biçilen yorulma süresini 13 yıl olarak kabul edilir. Bu nedenle,rüzgar teknolojisinin özel bir kimliği ve özel tasarım gereksinimleri vardır. Günümüzde en çok iki ve üç kanatlı rotor tasarımları yapılmaktadır. Türbinler genellikle yatay eksenli olarak imal edilmekle beraber,dikey eksenliler de üretilmektedir. Aşağıdaki şekillerde üç kanatlı ve iki kanatlı yatay rotorlu rüzgar türbinleri ile dikey eksenli bir rüzgar türbini verilmiştir. Şekil 7.a’da 50 m rotor çaplı,800 kw’lık geliştirilmiş türbinler,halen en çok satılan türbinler olup,çift devirli jeneratörle donatılmıştır. Türbin kanatları,özel dokunmuş cam elyaf veya pulstre edilmiş cam elyaf kompozitelerinden yapılmıştır. Yeni kanatlar,daha hafif ve daha ömürlüdür. Şekil 7-b’de 50 metre açıklıkta resimlenen hava folyosu prensibi ile tasarlanmış iki kanatlı 800 kw’lik bir modern türbin gösterilmiştir. Değişken hızda doğrudan tahrikli bu türbin,doğrudan jeneratöre bağlıdır. Dikkat edilirse,türbin gövdesi;kulenin üstü,rüzgara göre,türbini yönlendiren dönel bir kuyruk üzerine yerleşmiştir. İki kanatlı türbinlerde,rüzgar,rotora ters yönde yaklaşmaktadır. Dikey eksenli türbinlerde ise önemli teknolojik gelişmeler yapılmaktadır. şekil 8’de tipik bir dikey eksenli türbin verilmiştir. Kule yüksekliği ile kanat açıklığı oranı 1.8 olup,sınır tabaka kontrolü ile çalışan bu türbinin,üç adet kompozit pultre edilmiş kanadı vardır. Değişken hızlı,doğrusal sürümlü jeneratörünün kapasitesi 1MW’dir. 3.4. Türbin Parçaları

Türbinler tasarım ve konstrüksiyonuna göre farklı elemanlardan oluşabilir. Ancak ,her türlü türbinde,özellikle farklı da olsa aynı fonksiyonu icra eden benzer bileşenler vardır. Şekil 7:’de bir türbinin bileşenleri verilmiştir. Bir türbinde yer alan belli başlı bileşenler;rüzgar ölçücü,kanatlar,fren düzeni,kontrol sistemi,dişli kutusu,jeneratör,yüksek ve düşük hız şartları,gövde (yatak),pitch,rotor,kule rüzgar vanası,yaw motoru ve tahrik gurubundan oluşmaktadır. Bu bileşenlere ait özet bilgiler aşağıdadır. Anemometre: Rüzgar hızını ölçüp elektronik kontrol sistemine ileten bir ölçüm cihazdır. Kanatlar: Acil durumlarda,mekanik,elektriksel veya hidrolik uygulanan bir disk ile rotorun hareketi durdurulmaktadır. Kontrolör:Kontrol Sistemi: Türbinlerin,saatte,8-16 millik bir rüzgar hızlarında,dönme hareketini başlatan,bu hareketi yöneten ve saatte 65 mili aşan yüksek hızlarda durduran beyin fonksiyonu icra eden kritik bir sistemdir. Türbinler fırtınalı havada ve özellikle saatte 65 mili aşan rüzgar hızlarında ,jeneratörleri aşırı ısındığından çalıştırmazlar. Türbin: Kule üzerine yerleştirilen montaj platformu olup,rotor,dişli kutusu,şaftlar,jeneratör,kontrolör ve frenleme düzeninin yuvalandığı ana rotor gövdeye monte edilmiş olup,kapasitesine bir teknisyenin içine tamirat yapabileceği kadar serbest alana sahiptir High-speed shaft: Jeneratörü süren şafttır. Low-speed shaft: Kanatların bağlandığı mil olup dakikada 30-60 devirle dönmektedir. . Pitch: Kanatları,aşırı yüksek veya düşük hızlarda dönüşünü kontrol eden döndürme mekanizmasıdır. Rotor: Kanatlar ve dişli kutusunun yuvalandığı kapalı mekana rotor adı verilir. Rüzgar Vanası Rüzgar yönünü ölçerek değişimlere göre yaw(kuyruk) motoru ile haberleşmeyi sağlayan türbini rüzgar yönüne taşıyan mekanizmadır. Yaw (kuyruk) Tahrik: Üç kanatlı türbinlerin rotorları,rüzgara doğru konuşlanır. Rüzgarın hız değişimine göre,rotor kafasını,rüzgara dik tutacak tarzda ayarlayan mekanizmalardır. İki kanatlı rotorlar,kafalarını rüzgar doğrultusuna ters konuşlandırdıklarından,kuyruk kontrol mekanizmasına ihtiyaç duymazlar. Dişli kutusu:Dişli kutuları,düşük ve yüksek hız şaftlarının yataklandığı mekanizmalardır. Jeneratörlerin elektrik üretebilmeleri için dakikada,1200-1550 devirlik bir döndürme yükü almaları gerekmektedir. Dişli kutularu,rotorun bağlandığı düşük dönüşlü şafttan gelen dakikada 30-60’lık dönme yükünü,yüksek hız şaftına 1200-1500 devirlik bir hıza yükselten mekanizmadır. Dişli kutularının ağır olması kule ömrünü olumsuz etkilemektedir. Günümüzde araştırmaların büyük bir bölümü,dişli kutuların eliminasyonuna yöneltmiştir. Dişli kutuların elimine edilmesi ile rotor doğrudan jeneratörlere bağlanabilecektir. Genellikle rüzgar,rotoru bir dişli kutusu üzerinden elektrik jeneratörünü sürer. Dişli yapımında ortaya çıkan gelişmeler ve çok düşük hızlı elektrik jeneratörlerin maliyetinin yüksek olması,küçük sistemler dışında rotorun jeneratör tarafından doğrudan sürülmemesi eğilimine yol açmaktadır. Rotorun göbeği rüzgar türbininin düşük hız şaftına bağlıdır. Rüzgar türbininin düşük hız şaftı da rotor göbeğini dişli kutusuna bağlar. Modern 600 kw’lik rüzgar türbinlerinde rotor düşük hızla yaklaşık olarak dakikada 19-30 devir (RPM) arasında döner. Şaft hidrolik sistemin borularını içerir. Bunlar aerodinamik frenlerin çalışmasını sağlar. Dişli kutu ;düşük hız şaftı vasıtasıyla aldığı torku,yüksek hız şaftına ileterek,düşük hız şaftından 50

kat daha hızlı olarak sağa doğru döndürür. Rüzgar türbinlerindeki dişli kutuları değişen kutular değildir. Kutular güç aktarma organları olup,yaklaşık 1/50’lik diş oranları ile tasarlanırlar. Türbinlerin en yoğun bakım gerektiren birimleridir. Jeneratör: Elektrik üreten makinelerdir. Rüzgar türbinlerinden;Senkron (alternatör),indüksiyon (Asenkron) ve DC(şönt) tip 3 değişik jeneratör kullanılmaktadır. Küçük güç sistemlerinde eskiden çok fazla kullanılan doğru akım jeneratörleri şimdi genellikle senkron veya indüksiyon jeneratörlerle değiştirilmektedir. Bu jeneratörler çok pahalı olmayan doğrultucular yardımıyla kolayca doğru akıma dönüştürülebilen alternatif akım üretmektedir. Senkron ve asenkron jeneratörleri orta ve büyük güçlü sistemlerde yaygın olarak kullanılırlar. Rüzgar türbini jeneratörü mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çeviren makinalardır . jeneratörler mekanik gücü çok fazla düzensizleştiren güç kaynaklarıdır. Gelişi güzel bir jeneratör 3 fazlı şebekeye 50 Hz’lik alternatif akım ve iki,üç veya altı kutup ile direkt olarak bağlanır. Dakikadaki 1000-3000 arasındaki devir ile aşırı yüksek hızla çalışan türbinlere yerleştirilen dişli kutuların dönme milleri jeneratörü çevirmektedir. Türbinler için özel olarak tasarlanmış jeneratörler vardır. Bu jeneratörler çok kutuplu olup daha yavaş yavaş bir tempoda çalışmaktadırlar. Çok kutuplu bir jeneratör olarak,şebeke direkt bağlanılması durumunda,30 RPMD dönen 200 kutuplu bir bağlantı sistemine sahip olmalıdır. Kule: Yuvarlak ve kafes şeklinde tasarlanan çelikten yapılmış,tepe düzlemine türbün gövdesinin yerleştirilmesini sağlayan direklerdir. Kuleler,silindirik konik yapılardır. Kule tasarımına uygun olarak sıcak çekilmiş çelik saç,2 veya 3 metrelik merdanelerle,koniklik profiline uygun olarak bükülür. Konik bükme tekniği oldukça zordur. Türbinin her bileşeni özel testlerden geçirilmektedir. Kulelerde tip testleri ve onayı gerektirirler. Bu itibar ile kulelerin her türlü yapısal,dinamik ve aerodinamik testleri yapılır. Kulelerde kaynak dikişleri de özel yöntemlerle kontrol edilerek sertifikalandırılır. Rotor Kanatları :Pervane Elektrik enerjisi elde etmek için kullanılan rüzgar türbinleri,bir,iki veya üç kanadı olan yüksek hızda çalışan makinalardır. Türbin kanatları sabit veya değişken açılı olabilir. Bazı tasarımlarda rotor frenlendiğinde açıyı arttıran özel bir regülatör kullanılarak başlatma kolaylaştırılır. Sabit kanat açılı yüksek hızlı rüzgar türbinlerinde jeneratör başlama esnasında motor gibi davranır ve dönme hızı nominal hıza ulaştığında jeneratöre dönüşür. Kanat tasarımında önemli başarılar elde edilmiştir. Yüksek performanslı malzemelerle gerçekleştirilen kanat düzeyleri aerofolyo tasarımları,kanatlardaki sis perdesini tamamen kaldırmıştır. Kanatları kontrol mekanizmaları türbin verimini doğrudan etkilemektedir. 3.4.1. Pervane Kanat Teknolojisi Megawatlık rüzgâr türbinleri için şimdi 66 m çapına kadar büyük türbin pervaneleri ticari üretime girmiş ve 100 m çapına kadar pervaneler (Growian, MOD 5B) çalıştırılmış olarak, rüzgâr endüstrisine özgü bir pervane kanat teknolojisi gelişmiştir. Evrimi ve durumu şimdi ele alınmaktadır.

3.4.2. Kanat Malzemeleri ve İmalât Çelik (çok fazla öz ağırlık) ve alüminyum (yorulma direnci açısından çok belirsiz) ile ilk denemelerden sonra, dünya rüzgâr türbini pazarı şimdi tamamen kompozit konstrüksiyona dayalıdır. Çeşitli netliklerde cam elyafı ve polyester reçinesi içeren cam takviyeli plastik (GRP) büyük farkla en yaygın sistemdir. GRP kullanımı tekne imâl tecrübesinden türemiş olup, yaygın surette ucuz ancak yüksek otomasyon potansiyeli kısıtlı ıslak döşeme ve elle laminasyon teknikleri içerir. Dünyanın öncü kanat imalâtçısı LM Glasfiber 1995 yılında dünya çapında kurulu türbin kapasitesinin %50’sine kanat temin etmiştir. Şimdi lider imalâtçı Aerpac (Hollanda) gibi görünmektedir. Diğer başlıca imalâtçılar Rotorline (Hollanda), Polymarin (Hollanda), Abeking ve Rasmussen (Almanya)’dır, tümü çoğunlukla cam elyafı esaslı kanat tasarım ve imâli ile uğraşmaktadır. Tahta, ana elyafların tek yönde hizalanmasını sağlayan mantıklı bir malzemedir. Yaygın olarak bükülmede rüzgâr yüklerine direnecek surette tasarlanan tahta, mükemmel yorulma direnci ve sertlik özelliklerine sahiptir. Modern rüzgâr türbini kanatlarında tahta kullanımında kritik faktör tasarım ömrü sırasında önemli nem değişiminin önleyici tahta yapraklarını yapıştıracak (laminasyon için uygun düşük yapışkanlıkta) bir epoksi reçine sisteminin evrimiydi. Reçine sistemini ilk olarak Michigan’daki Gugeon Brothers geliştirdi. Gugeon Brothers California’da ABD rüzgâr türbini pazarına çok sayıda kanat temin etmiştir. Son birkaç yılda, 1980’li yılların başındaki İngiliz gelişmeleri ile teknik bağlantılı Taywood Aerolaminates (TAL) uluslararası pazara tahta epoksi kanat satışları yapmıştır. Karbon Elyafı Takviyeli Plastik (CPRP) kanatlar çok yeni bir gelişmedir. Bu malzeme sisteminin kesinlikle roket uygulamaları için olduğu ve rüzgâr türbinleri için çok pahalı olduğu varsayılmıştı. Ancak akıllı üretim teknikleri kullanarak Fransız şirketi ATV Enterprise düşük maliyetli rüzgâr türbin kanatlarında üretmiştir. Kanat malzemelerinde kilit sözcük kompozittir. TAL’ın tahta kanatlarında arka kenarda mesafenin %40’ında köpüklü cam konstrüksiyonu ve köpüklü cam kesme örgüleri bulunur. Kanatların neredeyse tümü ayrılma direnci için yüzeyde 450’dir. Bazı imalâtçılar (LMAeroconstruct) yüksek kaliteli cam içeren epoksi reçine kullanır. Bazen belirli alanlarda (genellikle karbon olmayan) kanatların direncini artırmak üzere karbon elyaflar eklenir. 3.4.3. Kanat Tasarımı Ölçek Arttırımı En yeni olarak en büyük kanatların üretilmesi ve imalâtçının öğrenme eğrisinin zirvesinde olarak özgül kütle ve maliyet azaltıcı son gelişmelerden en çok yararlanması yaygın durumdur. Sadece 40 m çapından büyük pervanelere ait kanatlar dikkate alınır, yani daha küçük kanatlar hariç tutulursa trend çizgisi katsayısı 2,6’dan 2,8’e çıkar. Çok tutarlı üretilen kanatlar (örn. ATV kanatları) yaklaşık küp katsayısında kütle ve maliyete sahiptir. 3.4.4. Mevcut Teknolojide Ölçek Eğilimlerinin Değerlendirilmesi Beklendiği gibi, küçük makineler yeryüzünün sınır tabakasının en kötü etkilerinden kaçınmak üzere nispeten yüksek kule yüksekliklerine sahiptir. Yaklaşık 30 m çapından büyük türbinlerde ortalama olarak kule yüksekliğinin pervane çapına orantılı ve yaklaşık olduğu açıktır. Bu seçenek hem teknik hem de görsel değerlendirmelerin bir sonucudur. İmalâtçıların değişik kule yükseklikleri sunduğu çoğu durumda nispeten tutarlı çizelge orta değerde kule yüksekliği seçilerek elde edilir. Zemin yukarısında rüzgâr hızının değişkenliğini genellikle üs a içeren bir güç yasası temsil eder ve şekil olarak benzer rüzgâr türbinlerinin güç çıkışının çapa (D), D(2+3a) olarak bağlı olacağı hemen anlaşılır. Üs a en tipik olarak 1/7 alınır, yani D2,43 olur. Tasarım uygulaması, trend çizgisi katsayısı olarak 2,42 üstel sayısını vererek buna uyduğu ölçüde bu açıktır. Pervane çapı arttıkça motor yeri kütlesinin küp oranının altına indiği açıktır. Ancak daha küçük (genellikle daha eski) tasarımlar hariç tutulursa üstel sayı 2,7’ye çıkar. Motor yeri kütlesi başlıca tahrik sistem torkuna, tahrik

sistem torku da jeneratör gücü ve tasarım uç hızı seçimlerine bağlıdır. Ayrıca geçerli tasarım standartlarına ve imalâtçının yaklaşımına, örneğin ucuz kalın çelik plaka kullanımında basitlik veya daha optimum ağırlığı azaltılmış imalâtlar tercihine bağlıdır. En aşırı saplamalar gerçekte imalâtçının ağırlık tasarruf yaklaşımına atfedilebilirken, veriler yine de yüksek dağılım sergilemektedir. Ancak trend çizgisi katsayısının şimdi neredeyse tamamen kübik olması dikkate değer. Rüzgâr türbini ölçeklendirilmesine basitlik yanlışı bakış ile, sık sık kare küp yasasından bahsedilir. Rüzgâr türbinlerin ölçek artırımı şimdi zemin yukarısında artan ortalama rüzgâr hızının yararı nedeniyle “kare” kısmının 2.4’e daha benzer olması sonucu bu yasanın belirttiğinden daha uygundur. Ancak değişkenlerin tümü (özellikle tasarımın yaşı) dikkate alındığında kütle ve maliyetler ölçeklendirilmesi için kübik katsayıya göre daha az temel mevcuttur. Arazi kullanımı, elektrik bağlantısı vs. gibi direkt makine maliyetleri ötesinde faktörler çok büyük türbinlere ekonomik yarar sağlamaktadır. Orta ve büyük boy rüzgâr türbinlerinde fiyat/kW oranı şu anda ölçeğe oldukça duyarsızdır ve piyasa gelişmesini ve teknik ilerlemeyi yansıtan düşük düzeydedir. Ancak bu fiyat, bahsedildiği gibi D 2 yerine D2,4 kullanılarak ilgili üretkenlik ile ilişkilendirildiğinde en sona megawaltlık türbinlerin yerleşmiş orta boy tasarımlara göre özgül fiyat bakımından çok benzer olduğu doğrulanmaktadır. En büyük rüzgâr türbinleri özgül makine fiyatı bakımından orta boy tasarımlarla açıkça rekabet eder görünse bile, megawatlık türbinler genellikle en son ve en gelişmiş türbinlerdir ve orta boy türbinlerin tasarımı tekrar elden geçirilip daha da iyileştirilebilir. Daha fazla üreten ünitelerin şirketlere cazibesi ve belirli yerlerde yararlanmanın avantajları, deniz uygulamalarında temel bloğu başına daha fazla üreten ünitelerin ekonomik yararı gibi açıktır. 4. MEVCUT TEKNOLOJİLER 4.1. Küçük Rüzgâr Türbinleri (<1 kW – 30 kW)

Dünyada halen elektriği olmayan 2 milyar insan var. Tüm kırsal talebi karşılamak, yani elektrik sistemi büyütülmesi ile tam elektrifikasyon maliyeti 1 Trilyon ECU’den fazla olacaktır. Küçük rüzgâr türbinleri piyasası 50 kW’a kadar türbinler için çeşitli uygulamalar içerir. Bu piyasanın çok genişleyeceği tahmin edilmektedir. Küçük türbin üretici küçük şirket sayısı artmaktadır. Küçük rüzgar türbinleri tasarımları büyük rüzgâr türbinleri üreten iki büyük imalâtçı, Enerco ve Micon, tarafından da üretilmekte olup, önemli uluslararası rekabet, örneğin, Windlite 8 kW, World Power

Technologies 22 kW, Canon/Wind Eagle 35 kW ve Bergey Windpower 40 kW gibi tasarımlar vardır. (Ültanır1996:17) Uygulama

1995 M.ECU/yıl

2 005 M.ECU/ yıl

Uzak bölge evleri Telekomünikasyon Köy/Kır Elektrifikasyonu Muhtelif uzak bölge yükleri İçme/Sulama suyu pompalama Petrol kuyusu pompalama Soğutma Tuz giderme Toplam

4 2 3 2 1

100 20 400 20 100

0,1 0,1 0,1 12,3

30 5 5 680

Çizelge 7. Küçük rüzgâr türbinleri dünya piyasası Modern Danimarka ve Avrupa rüzgar enerjisi işinin başladığı 10-50 KW aralığı şimdi önemli bir Pazar sektörüdür. Bu pazara en iyi, büyük tasarımlara aktarılmış mevcut tasarım kavramlarından yararlanılarak değil, ancak henüz daha küçük rüzgar türbinlerinin müşterek tasarım kavramları adapte edilerek hizmet edilebileceği büyüyen görüştür. Bu kavramlara, düşük bakım iyi verim için daimi mıknatısla (PMG) doğrudan tahrikli jeneratörler, pervanenin koruması için pasif adım veya sapma dahildir. Bu bağlamda, Proven Engineering 2.2 KW tasarım teknolojisi kendiliğinden ayarlı pervanesi olan daimi mıknatıslı (PMG) doğrudan tahrikli jeneratör içerdiği için kayda değerdir. Aşağıdaki çizelge Avrupa’nın 10 – 50 kW aralığında küçük rüzgâr türbinleri imalâtçıları listesini verir. Bu türbinlerin çoğu hem elektrik sistemine bağlıdır hem de bağımsız uygulamadır. İmalâtçı Aeroman Aeroturbine Atlantic Orient Corp. 15/50 Enercon E12 Fuhrlander 30 Genvind Jacobs Husumer Schiffswerft – HSW 30 JBA Vindenergi Lagerwey 18/80 LMW SudWind 18/80 Vergnet

Kapasite (kW) 33 9 50 30 30 22 10, 20 30 15 80 10 30, 37, 45 2, 3, 5, 10, 15, 25, 50, 60

Çizelge 8. Küçük rüzgâr türbinleri güç kapasiteleri Küçük rüzgâr türbinleri arasında kısmen uygulamaların çok çeşitliğinden dolayı büyük tasarım çeşitliği mevcuttur.

En düşük uç hızları birkaç yüksek torklu pompa tasarımı ile ilgilidir (Brummer 1 kW, 4 m. çapında, 7 kanatlı rüzgâr pompası 13 m/sn uç hızına sahiptir). En yüksek uç hızları daha büyük türbinlerde görülenler gibi ses sorunları olmaması gereken pazarlarda düşük torklu, düşük maliyetli bir sistem isteğini yansıtır. Bazı imalatçılar ayar sistemi maliyetinden kaçınmak üzere aşırı yüksek hızlara direnecek küçük pervaneler tasarlamaktadır (Örn. Bergey 10 kW, 7 m. çapında rüzgâr türbini 220 m/sn uç hızına kadar çalışmaktadır). Küçük rüzgâr türbinlerinin aerodinamik performansı (piyasa liderlerin de bile) nispeten zayıftır. Örneğin, Bergey 10 kW, güç kapasitesine çevrildiğinde Bonus 600/41 ile benzer güç eğrisine sahiptir. Ancak pervane verimi Bergey’le 260, Bonus’la 455 W/m² ‘dir. Bu, küçük rüzgâr türbinlerinde olağan dışı bir durum değildir ve küçük rüzgâr türbinlerinin çok artırılmış maliyet/kW oranı kısmen, arttırılmış pervane çapının aerodinamik tasarımdaki eksiklikleri dengelenmek üzere kullanılması stratejisinden kaynaklanır. Bu daha zayıf performansın nedeni, kısmen, düşük Reynolds sayısında çalışırken verim azalmasından yada uygun olmayan aerofolyo kesitinden kaynaklanır. Ancak bazen kanat tasarımında ve konstrüksüyonunda (ucuz kanat ve düşük ilk maliyet için) uygun olmayan taviz verilmesinden yada çok kaba güç ayar sistemleri kullanılmasından kaynaklanır. Avrupalı imalâtçılar için hızla büyüyen dünya pazarına çok rekabetçi bir tasarım üretebilecek özel teknolojik gelişmeler yapmaları için büyük bir fırsat belirecek gibi görünmektedir. En küçük rüzgâr türbinleri boyları arasında Marlee Engineering ürünü Rutland tasarımları dikkat çekicidir. Bu akü şarjlı ünitelerin güç çıkışı 20 ilâ 250 W arasındadır. Bu tasarım aralığında 30000’den fazla türbin satılmıştır. 4.2. Orta Boy Rüzgâr Türbinleri (30 – 600 kW) Orta boy türbinlerin sayı ve kapasite dağılımları 500 – 600 kW civarında ünitelerin arzında son zamanlarda büyük bir artış içerir ve dünya çapında kurulu kapasitede bu boy aralığının hâkimiyetini göstermektedir. Orta boy rüzgâr türbini teknolojisi birkaç imalâtçının çok istikrarlı 600 kW rüzgâr türbinleri üretimi ile olgunlaşmıştır. Terminoloji ilham açısından teknolojiyi izlemektedir. On yıl önce kimse 600 kW rüzgar türbinleri orta boy sınıfına sokmamıştır. Türbin konfigürasyonları, bir süredir daha küçük orta boy 300 kW civarında türbinler arasında olduğu gibi üç kanatlı yavaşlama ayarlı tasarımların hâkimiyetiyle denge bulmuştur. Şimdi “sapmalı” sistemlerin çoğu döner elemanlı yataklar yerine sürtünme yastıkları kullanmaktadır. Yumuşak ilk çalışma elektroniği ve kutup değişimli jeneratörler yaygındır. Rüzgâr türbini tasarımında ses azaltma giderek vurgulanmaktadır. Ses bastırıcılığı çelikten daha iyi olan dairsel grafit demir döküm, ses iletimi azaltıcı elastomer conta yaygın özelliklerdir. Görsel etki tasarımları çoğunu bir derece – birkaç imalâtçının 2 kanatlıdan 3 kanatlı tasarıma geçmek zorunda kalması bakımından güçlü olarak, boya rengi tespitinde ve çirkin özelliklerden kaçınma bakımından daha hafif olarak, etkilenmektedir. Bazı imalâtçılar kule tabanını doğal çevreyi takliden yeşil/kahverengi tonlarına boyamakta, birkaç metre yükseklikte beyaza dönmektedir. Nordtank maliyet ve görsel etki bakımından optimum motor yeri biçimi tespiti için endüstriyel tasarımcılar çalıştırmaktadır. Avrupalı rüzgâr türbinleri için dünya pazarı büyüdükçe çok sayıda tasarım adaptasyonu ortaya çıkmaktadır. Bu adaptasyonlar arasında düşük rüzgâr hızlı yerler (özellikle Hindistan) için büyük çaplı seçenekle ve kutupsal iklimler için düşük ısı tasarımları vardır. Orta boy rüzgâr türbini teknolojisi şimdi çok olgunlaşmıştır ve bu durumu radikal gelişmeler yerine başlıca olarak adım adım gelişmeler ile elde etmiştir. 4.3. Megawatt Ölçeğinde Tasarımlar 1980’li yıllarda çok sayıda megawatt ölçeğinde tasarım olmasına karşın bunların hiçbiri ticari teknoloji olarak çoğalamadı.

Aşağıdaki imalatçıların megawatt ölçeğinde rüzgâr türbinlerine genel olarak test ve kontrol aşamasında, ancak bir çok durumda mevcut siparişlerinin büyük kısmı olarak sahip olması Avrupa Komisyonu WEGA programından büyük destek gören Avrupa rüzgâr endüstrisinin büyük başarısıdır. Enercon bu yıl 1.5 MW’lık 20 – 30 adet E66 monte edileceğini tahmin etmektedir. (EİEİ,1992: )

Tasarım Tipi

Pervan Kanat Göbek Nominal Uç Kontro Hız e Çapı Adedi Yüksekliğ Kapasite Hızı l (m) i (m) (kW) (m/s) Yavaş l. Adım 52,6

2

70

1000

68



2 hızlı

53,0 54,0

2 3

58 60

1000 1000

69 62

 

2 hızlı 2 hızlı

54,0

3

59

1000

59



2 hızlı

54,0 55,0

3 2

70 70

1000 1000

62 71

 

2 hızlı 2 hızlı

57,0 60,0

3 3

70 68

1050 1500

68 60

 

61,0

2

60

1200

66



2 hızlı Sabit hızlı 2 hızlı

63,0

3

60

1500

69



65,0

3

80

1500

68



ENERCON – 66 66,0

3

100

1500

70



KVAERNER WTS 80

2

80

3000

88



NEDWİND NW 53/2/1000-240 NORDIC 1000 BONUS 1 MW/54 MICON M23001000/250kW NORDEX N 54 NEDWIND NW55/2/1000240 HSW 1000/57 NORDTANK 1500/60 AUTOFLUG 1200 VESTAS V631,5mW TACKE TW 1,5

80,5

Değişk en Değişk en Değişk en Değişk en

Çizelge 9. Mevcut megawatt ölçeğinde rüzgâr türbinleri Enercon E 66 doğrudan tahrikli jeneratör kullanan (E-40 tasarımında başarı ile kullanılan teknolojinin ölçek yükseltimine dayalı) ilk megawatt ölçeğinde rüzgâr türbini olarak dikkate değerdir. Sadece Nordtank daha küçük Danimarka rüzgâr türbinlerinin geleneksel tarzında sabit hızlı yavaşlama kontrollü çalışmaya bağlı kalmış, Enercon geniş değişken hız aralığını olarak tarif edilebilecek prensibi benimsemiştir. Nordtank’ın sabit hız kararının bedeli en düşük uç hızı, en yüksek özgül tahrik sistemi torku elde edilmesidir. Yararı her zaman olduğu gibi basitliktedir. Enerjinin hayati niteliği maliyet ancak zaman ile ortaya çıkacaktır. Diğer imalâtçıların tümü bir derece hız değişkenliği benimsemiştir. Bu ya düşük rüzgârlarda ses ve enerji üretimi (özellikle 2 hızlı sistemler) nedenlerine veya yüksek rüzgârlarda adım kontrolü ve güç kalitesini arttırmaya yöneliktir. Tacke Windtechnik güç ayar donanımının tam güç kapasitesine ayarlanmaması, böylece maliyet tasarrufu için çift beslenmeli bir endüksiyon geniş değişken hız aralığının doğrudan tahrikli jeneratör

tasarımlarının ayrılmaz bir parçası olmadıkça masrafa değmediğine dair fikir birliği oluşacak gibi görünmektedir.Çok büyük rüzgâr türbinleri için uç frenleri bakımından maliyet ve mühendislik zorlukları vardır ve Bonus, normal çalışma için sabit adımlı yavaşlama kontrolünü sürdürse de, pervane frenlemesi ve aşırı hız koruması için tam mesafeli adımla yavaşlamayı tercih etmektedir. En büyük türbin, Kvaerner Türbini B MW tasarımı İsveç’te büyük türbin teknolojisine duyulan ilginin sonucudur. 1983’te Nasudden ve Maglarp’ta 2 adet 2 MW türbin kurulmuştur. İkinci neslin geliştirilmesi Nasudden II programında İsveç-Alman işbirliği yaratarak 1988’den sonraki çalışmaların ürünü olmuştur. Oluşan 3 MW 80 m. çapında türbinler, Nasudden II ve Aeolus II, hedef emre amadeliği aşarak ve bakım ihtiyaçlarında önemli azalma elde ederek 3 yıldır çalışmaktadır. Ancak Kvaerner mevcut tasarımları ticari kullanım için çok pahalı bulmaktadır. 4.4. Deniz Avrupa rüzgâr endüstrisinde bir sonraki büyük gelişmenin denizdeki kaynaktan önemli ölçüde istifade elde edilmesi olacağı tahmin edilmektedir. Bunu destekleyen geliţmeler: • • • •

denizdeki rüzgâr kaynağının daha iyi tahmin edilmesi ve rüzgâr modeli kurulması için daha iyi metodoloji, kombine rüzgâr ve dalga yükü ile başa çıkabilen tasarım araçları geliştirilmesi, belgeleme kurallarının aynı şekilde geliştirilmesi, makinenin denizde kalması, bakım ve enerji maliyeti hususlarının değerlendirilmesi için pilot tesis rüzgar çiftliklerinin kurulması alanlarında gerçekleşmiştir.

Son zamanlardaki pilot tesisler: Yer

Kapasite

Türbinler

Vindey Lely, Ijsselmeer

5 MW 2 MW

Tuno Knob, Jutland Dronten, Ijsselmeer

5 MW

11 Bonus 450 kW Elkraft 4 NedWind 500 ENW kW 10 Vestas V39 500 Midkraft

17 MW

28 Nordtank 600 kW

Şirket

ENW

Kurulma Tarihi 1991 1994 1995 1997

Çizelge 10. Avrupa’nın denizdeki tesisleri İlk ciddi ticari deniz rüzgâr çiftliği Danimarka şirketi ELKRAFT’ın 11 Bonus 450 kW rüzgâr türbini ile kurduğu ve Bonus’un maliyetini 77 milyon DK olarak bildirdiği Vindeby Deniz Rüzgâr Çiftliğiydi. Türbinler derinliği 2,5 – 5,2 m. arasındaki sığ suda 1,5 – 3 km. deniz içine yerleştirildi. Her türbinin geniş tabanlı toplam konik (yarısı çakıl ve kum olan) 1050 kg. ağırlığında temeli vardır. Bonus’un denizde çalışmada azami maliyet yararı için özel türbin tasarımı üretme niyeti yoktu. Hedef standart rüzgâr teknolojisinin kullanılması, ancak türbinlerin sürekli idamesi için donanımın denizde kalabilirliğinin artırılması için gerekenin belirlenmesiydi. İki nem giderici, iki ilâve küçük servis vinci, özel bir soğutma sistemi ve kuleler için özel boya özellikle deniz ortamı nedeniyle kullanılan ana kalemlerdi. Bu, özellikle kara türbinleri atmosferde tuz buharı olan sahil ortamına göre tasarlandığı için, denizde çalışma için denizde kalabilirliğinin türbin sistemi üzerindeki ek etkisinin küçük olduğu genel görüşünü doğrulamaktadır. Ancak daha önemli bir konu bakım ziyaretlerinde türbin bağlama sistemlerinin kullanılmasındaki çok sakin deniz durumu hariç güçlüktür. 3 NedWind 500 kW

rüzgâr türbini içeren Medemblik yakınında Ijsselmeer’deki küçük rüzgâr çiftliği Haziran 1994’te hizmete alındı. Türbinlerin dinamik davranışı aynı şekilde analiz edilmiş ve karadaki yerlere göre enerji üretiminde %30 kadar iyileşme gösteren bazı performans ölçümleri yapılmıştır. İlginç teknik özellikleri arasında türbinlere fırtına geçişi sırasında yıldırım çarpma tehlikesini azaltıcı surette 2 kanadı yatay durumda park etme talimatı veren bir rüzgâr çiftliği Elektrik Fırtınası Teşhis Aygıtı (ESID) bulunur. Bir sis tesbit aygıtı pervaneyi park etmek ve gemilerin emniyeti için ikaz lambalarını yakmak üzere çalışmaktadır. Ekim 1995’te, Midkraft’ın Tuno Knob’da kurduğu 10 Vestas V39 500 kW rüzgâr türbini faaldi. 5 m derinlikle suya , 6 km deniz içine her biri 1000 tonluk kapalı sandık temeller kullanılarak yerleştirildi. Kuş yaşam etüdü, görsel etki değerlendirmesi ve deniz arkeolojisi dahil diğer çevresel hususlara büyük dikkat sarf edildi. 6 aylık çalışma sonrası enerji üretim maliyetinin karadaki üretim maliyetinden %40 kadar yüksek olduğu tahmin edildi. Son ve en büyük gelişme 28 Nordtank 600 kW türbinin Lely tesisine çok benzer çelik tek kazıklı temeller üzerinde kurulmakta olduğu Dronten yakınında Ijsselmeer’in doğu sınırında bir yerdedir. Türbinler 5 m derinlikte sadece 40 m deniz içindedir, yaya köprüleri ile ulaşıma sahiptir. (Uyar,1985: ) Deniz teknolojisinin şimdiki durumunda dalga darbe yüksekliği üzerindeki türbinler kara türbinlerinden biraz farklıdır. Özel tasarımlı, şimdiki rüzgâr türbinlerinden yüksek ünite kapasiteli deniz rüzgâr sistemlerinin potansiyel yararı önemlidir. Deniz rüzgâr enerjisi evrimine henüz başlamamıştır. Gelecek asrın ilk yıllarında en heyecanlı faaliyet alanlarında biri olacaktır. Bu gelişmenin başladığına dair belirgin işaretler vardır – imalâtçıların ve büyük geliştirmecilerin çoğu şimdiden aktif surette bu teknolojiyi araştırmaktadır 4.5. Rüzgar Türbini + Dizel Sistemleri Rüzgar türbini, inverteri ve küçük akü bankası ile birlikte bir dizel jeneratörüyle beraber çalışabilir. Rüzgar + Dizel sistemleri en iyi aşağıdaki yollarla kullanılabilir.

I. Eğer mevcut bir dizel jeneratör varsa yakıt sarfiyatını azaltmak için kullanılabilir. II.

Rüzgar türbini ana ihtiyacı karşılamak için kullanılabilir. Dizel jeneratör de arada bir olan daha yüksek güç ihtiyacını karşılamak veya çok düşük rüzgar zamanlarında rüzgar türbinine destek olmak için kullanılabilir. III. Dünya üzerindeki pek çok elektrikten uzak bölgede dizel jeneratörlerden yararlanılmaktadır. kWsaat başına elektrik fiyatı, o bölgedeki yakıt fiyatına, jeneratörün bakim masraflarına ve dizel jeneratörün verimliliğine bağlıdır. Dizel jeneratörün ilk yatırım masrafları azdır ve dizel teknolojisi dünya çapında iyi bilinen bir teknolojidir. Eğer, siz de kendi yerinize böyle bir sistem kurmak istiyorsanız, rüzgar enerjisinin size sağlayacağı ekonomik faydanın hesabini yapmakta size yardımcı olabiliriz. IV. Eğer kullanım yerindeki elektrik ihtiyacı ara sıra çok yüksek güçlere çıkıyorsa ve bu olay günde toplam 1-2 saat için oluyorsa, ortalama genel ihtiyacı rüzgar türbini karşılar, arada bir olan yüksek ihtiyaç dizel jeneratörle karşılanabilir. Akü voltajını 220V alternatif akıma çeviren inverterin maksimum gücü aşıldığı zaman dizel jeneratör devreye sokulur. Çekilen yük inverterin gücü içerisine girdiği zaman, belli bir süre sonra dizel jeneratör devreden çıkarılır. Jeneratörün verimini artırmak için çalıştığı süre içerisinde aküleri şarj ederek rüzgar jeneratörüne destek olur.(www,yapsar) Akü yedekli rüzgar türbini + dizel jeneratör sistemi aşağıdaki elemanlardan oluşmaktadır:

a. b. c. d.

Rüzgar Türbini Dizel jeneratör seti Doğrultucu Kontrol ünitesi + direnç

e. Akü bankası f. İnverter g. Dizel jeneratörün otomatik açma/kapama sistemi 4.6. Derece Kontrollü Türbinler Derece kontrollü Rüzgar Türbinleri,türbinlerin elektronik kontrolörü saniyede birkaç kez güç çıtasını kontrol eder. Güç çıktısı gereğinden yüksek hale geldiğinde kanat derece mekanizmasına emir verir. Bu mekanizma ise rotor kanatlarını hemen rüzgarın olmadığı yöne doğru döndürür. Aksi taktirde,tekrar rüzgar oluştuğunda kanatlar rüzgara doğru döner. Normal operasyon sırasında kanatlar bir anda bir derecenin bir küçük bir kısmı kadar döndüğünde rotor aynı anda dönecektir. Güç kontrollü rüzgar türbininin tasarımı rotor kanat derecesinin miktar şartını sağlayacak düzeyde iyi mühendislik gerektirir. Güç kontrollü rüzgar türbininde,bilgisayar kanatları rüzgar değişmelerinde bir kaç derece döndürecektir. Böylece rotor kanatları tüm rüzgar hızlarında maksimum çıktıyı elde etmek için optimum dereceyi muhafaza edecektir. 4.7. Yavaşlatıcı Kontrollü Türbinler Yavaşlatıcı(pasif) kontrollü rüzgar türbinleri bir açıda sabitlenmiş haba bağlı rotor kanatlarına sahiptir. Rotor kanadı profilin geometrisi,rüzgarla karşılaşmayan rotor kanatları kenarında türbulans oluşturur, ayrıca kanadın rüzgar hızının aşırı yüksek duruma geldiğinden sistemi güvence altına alan aerodinamik tasarıma sahiptir. Bu yavaşlatma rotorunun üzerinden hareket eden rotor kanadının gücünü taşımasını önler. Rüzgar hızı bir alanda yükselirse bir noktada yavaşlatmaya başlayıncaya kadar rotor kanadının açısı artmaya devam eder. Yavaşlatıcı kontrollü rüzgar türbinine bakıldığı zaman rotor kanadının boy ekseni etrafına döndüğü belirlenir. Bu rüzgar hızının kritik değere ulaştığı zaman rotor kanadının aniden değil kademeli olarak yavaşlatılmasını sağlar. Yavaşlatıcı kontrolünün bu temel avantajı rotor içerisindeki kısımlarını kendiliğinden hareketini önler. Ve kompleks bir sistem oluşturmasını sağlar. Diğer taraftan,yavaşlatıcı kontrolü çok karmaşık tasarım problemini temsil eder,bu sorun tüm rüzgar türbininin yapısal dinamiklerindeki tasarım tartışmaları ile ilgilidir. Son zamanlardaki rüzgar türbinleri yavaşlatıcı kontrollü makineler etrafına kurulmaktadır. 4.8. Aktif Yavaşlatıcı Kontrollü Türbinler Büyük rüzgar türbinlerinin artması ile (1 MW veya daha fazla) aktif yavaşlatıcı kontrolü geliştirilmiştir. Teknik olarak ayarlanabilen kanatlardan dolayı aktif yavaşlatıcı makineler derece kontrollü makinelere benzer. Düşük rüzgar hızlarında makül büyüklükte bir tork (dönen güç) elde etmek için makineler düşük rüzgar hızlarında derece kontrollü makineler gibi kanatlarını döndürecek güce sahip olacaktır.

Makine düşünülen güce ulaştığında derece kontrollü makinelerden önemli fark şu olur: Eğer jeneratör aşırı yüklenirse,makine kanatlarını derece kontrollü makineleri ters yönüne döndürür. Başka bir ifade ile,kanatların daha derinden yavaşlatılması için rotor kanatlarının hareket açısı arttırılacaktır. Böylece aşırı rüzgar enerjisinin boşa harcanması sağlanacaktır. Aktif yavaşlatıcının avantajlarından birisi yavaşlatıcı kontrolünden daha doğru güç kontrolü yapabilmesidir. Böylece rüzgar borasını başlangıcında makinenin hesap edilen güç kontrolünden aşırı zararından korunur. Diğer bir avantajı makinenin tüm yüksek rüzgar hızlarında düşünülen güçte çalışmasıdır. Normal bir pasif yavaşlatıcı kontrollü rüzgar türbini yüksek rüzgar hızlarında elektrik güç çıktısı ile çalışmaya geçer. Kanat derecelendirme mekanizması ilavesi ile elde edilecek karmaşık mekanizmanın daha ekonomik olup olmadığı hesaplanmalıdır. 4.9.Bağımsız Çalışan Akü Şarj Eden Sistemler Akü şarj eden sistemler, genellikle şebekeden uzak bölgelerde kullanılmaktadır. Şehir dışı yerleşimler, çiftlik evleri, telekomünikasyon aktarıcıları, radyo ve orman kuleleri, askeri tesisler, demiryolu sinyalizasyonu, balık çiftlikleri, seralar, maden ocakları, deniz vasıtaları ve bazı fabrikalarda, aydınlatma, meteoroloji istasyonları, bilimsel ve diğer araştırma istasyonlarında elektrik ihtiyacını karşılar. Rüzgarla akü şarj eden bir sistem başlıca aşağıdaki elemanlardan oluşmaktadır. • • • • • •

AC çıkışlı Rüzgar Türbini ve 6-18mt yüksekliğindeki kulesi Elektronik kontrol ünitesi Aşırı şarjdan koruyan direnç Akü bankası Alternatif akım ile çalışan cihazlar için inverter Özel doğru akım cihazları

a. Standart Rüzgar Türbinleri 20Watt - 10kW güçleri arasındadır. Daha yüksek güçler için iki veya daha fazla 10kW’lik türbin paralel bağlanabilmektedir. Rüzgar türbinleri 12, 24, 48 ve 120VDC doğru akim gerilimlerinde üretilmektedir.

b. Elektronik kontrol ünitesi, AC çıkısı istenilen doğru akim voltajına çevirmek için kullanılmaktadır. 500 Watt’a kadar olan modellerde ünite pervane içerisinde, daha büyük olan modellerde ayrı bir elektronik ünite olarak bulunmaktadır.

c. Voltaj kontrolü aküleri aşırı şarjdan korumaktadır. Aküler tam olarak dolduysa (2.30V/hücre), ve sadece çok az bir yük varsa, rüzgar türbininden gelen fazla enerji, yük direncine aktarılır. Bu direnç hava ısıtan bir dirençtir, istenirse ayni değerlere sahip olan su ısıtıcısı da konabilir.

d.

Gerekli olan akü bankası sistemin kurulduğu yerin şartlarına bağlıdır. Akülerin uzun ömrünü sağlamak için şarj akimi, akü kapasitesinin %10’nundan fazla olmamalıdır. Örneğin : 600Ah bir akü bankası 60A’in üzerinde bir akımla şarj edilmemelidir. Ayrıca kapasitenin %40’inin altına inecek kadar da aküler boşaltılmamalıdır (1.75V/hücre). Akü kapasitesinin %60’inin kullanılacağı düşünülürse, 2kWsaatlik günlük harcamayı örnek alırsak; 24VDC akü grubu için 2000Watt.saat / 24V = 80Ah demektir. Buna göre; günlük akü kapasitesi 80/0.6 = 140 Ah. e. Alternatif akim (AC) yükler için yeterli kapasitede bir invertere gerek vardır. Piyasada mevcut olan inverterler genel olarak 12 , 24, 48, 96 ya da 120 VDC girişlidir. İnverterin gücü devamlı ihtiyaç duyulacak maksimum güç kadar olmalıdır. İnverter kendi maksimum gücünün 2 kati kadar anlik güçleri karşılayabilmelidir çünkü elektrik motoru gibi bazı yükler kalkışlarda kendi anılan güçlerinin 3-4 kati kadar yük çekerler. En basit inverterler trapez dalga ile çalışırlar. Aşağı yukarı bütün ev aletleri bu elektrikle çalışır. Fakat bazı özel durumlarda, örneğin ölçme aletlerinde tam sinüs akımına ihtiyaç duyulmaktadır.

f. Doğru akımla çalısan cihazların rüzgar enerjisi ile birlikte kullanılması, çevirici kayıplarının hiç olmaması ya da çok az olmasından dolayı en verimli kullanım seklidir. Bu tip tesislere en yaygın örnekler: • • • • • • •

Telsiz vericileri (12 ya da 24 VDC) GSM aktarıcıları (24 VDC) Telekom aktarıcıları (48 VDC) Motorlu taşıtlar (12 ya da 24 VDC) Deniz vasıtaları (12 ya da 24 VDC) Uyarı ışıkları (12 VDC) 12 ya da 24 VDC ile çalışan elektrikli aletler vs.

Rüzgarla akü şarj eden bir sistem tasarlarken, her zaman çekilecek güç göz önüne alınmalıdır. Daha az enerji harcayan cihazlar; örneğin, elektronik dengeli ampuller, kullanılarak güç ihtiyacı azaltıla bilinir mi, düşünülmelidir. 5. MATERYAL METOD Bu tez çalışmasında literatür tarama yöntemi kullanılarak ;rüzgar türbinleri yapım teknikleri incelenmiştir. Yapım teknikleri incelenirken öncelikle türbinlerin tasarım stilleri göz önüne alınarak inceleme yapılmıştır. Tasarım stillerine göre yatay ve dikey eksenli rüzgar türbinleri ele alınmıştır. Yatay eksenli rüzgar türbinleri; yüksek hızlı, az kanatlı propeller türbinler, difüzörlü türbinler ve tornado türbinler olarak üçe ayrılır. Düşey eksenli türbinler ise darrieus türbinler, savanius türbinler, darrieus savanius kombinasyonlu türbinler, “H-VAWT tipi” ve “V-VAWT tipi” türbinler olarak gruplandırılır. Yenilenebilir enerji olan rüzgardan faydalanmak için,kurulması gereken türbin veya türbinlerin bölge şartları ve rüzgar parametreleri dikkate alınarak,amaca en uygun rüzgar türbini seçilmelidir. Elektrik enerjisi üretimi için kullanılan yatay ve düşey eksenli rüzgar türbinlerinin karşılaştırılması:. Elektrik enerjisi elde etmek için kullanılan yatay eksenli rüzgar türbinleri bir,iki veya üç kanatlı yüksek hızlarda çalışan makinelerdir. Yatay eksenli türbinlerin dönme ekseni,rüzgar yönüne paralel ve kanatlar rüzgar yönüne diktir. Yüksek hızla çalışan bir türbinin tercih nedenleri aşağıda özetlemiştir: 1. Eşit çaptaki,yüksek hızlı rüzgar türbini,eşit çapta bir düşük hızlı türbinden daha hafiftir. Böylece daha ucuzdur. 2. Dönme hızları yüksek olduğu için gerekli çevrim oranı daha düşüktür. 3. Elektrik jeneratörlerinin çalışmaya geçmesi için başlangıç torku küçüktür. Hızlı bir rüzgar rotorunun başlatma torku çok küçük de olsa,jeneratörü kolaylıkla harekete geçirir. Böylece yüksek hızlı rüzgar türbinleri,bu kullanın için son derece uygundur. Türbin kanatları sabit veya değişken açılı olurlar. Bazı tasarımlarda rotor frenlendiğinde,kanat açısını arttıran özel regülatör kullanılarak ilk harekete geçme kolaylaştırılır. Sabit kanat açılı yüksek hızlı bir rüzgar türbininde,jeneratör başlama esnasında motor gibi davranır ve dönme hızı anma hızına ulaştığında jeneratöre dönüşür. Yatay eksenli türbinin güç ünitesi kulenin üzerinde,düşey eksenli türbinin güç ünitesi yerdedir.

Yatay eksenli rüzgar türbininde,rüzgar rotoru kuleye rüzgarı önden alan(upwind)veya rüzgarı arkadan alan (downwind) olarak yerleştirilebilir. Rüzgarı önden alan durumda kalkış etkisinden kaçınılmaktadır. Rüzgarı arkadan alan ikinci sistemin avantajı ise,başlangıç torku düşük olduğu için yön bulma motor gücü azalmaktadır. Düşey eksenli türbinlerde ise,rüzgarın gelme yönü önemli değildir. Bu sebepten yön bulma motoruna ihtiyaç duyulmamaktadır. Fakat güç üretebilmeleri için rüzgardan daha fazla hızlı dönmeleri gerektiğinden ilk harekete geçişleri güvenilir değildir. Düşey eksenli türbinlerinin verimi,yatay eksenli türbinlere göre daha düşüktür. 6.TÜRBİNLERİN İNCELENMESİ Genellikle iki kısımdan oluşur. kule ve türbinin başlığı olan kanatların bulunduğu kısımdır. Kule betonarme bir yapı olarak tasarlanır. Üst kısım 3.3 m çapında silindirik bir mildir. Bu kısmın iç tarafı WK 60 olarak bilinen bir türbin çeşidinin kontrol odası ve elektriksel devre parçalarını içeren kısımdır. WK 60’ ın özel işlem konumuna göre bir jeneratör geniş hız değerleri ile sistem belirlenir. Bu sistem şebeke içinde sabit frekansla (50 Hz ) üretilen akım tarafından rotor kenarında değişik hız miktarlarını alan statik bir frekans dönüştürücü ve senkron jeneratöründen meydana gelen bir sistemdir. Dönüştürücü tarafında indüklenen harmonikleri dengeleyen bir elemanda dahildir. Jeneratörün uyarılması vasıtasıyla rotor hızı ve güç çıkışı tüm aşırı yük çalışmasında kontrol edilir. Kanatların adım aralıkları nominal seviyede çıkış sınırlama ve kontrol için kullanılır. Kanatların harekete geçirilmesi ile rotor hızının durması ve çalışması ayarlanarak tesisin çalışma fonksiyonları daima bir kritik hata halinde çalışma durumunu kontrol edici mekanizmalar yardımı ile yapılır. 6.1. Rüzgar Enerjisi Çevrim Sistemleri Rüzgar türbinleri , rüzgar ile kanatların etkileşimine , yeryüzüne göre rotor ekseninin konumuna ve makinelerin yeni veya alışılmamış tipte olmalarına bağlı olarak sınıflandırılırlar. Rüzgar ile kanatların etkileşimi , sürükleme veya kaldırma cihazları ile olur. 6.1.1. Sürükleme cihazı Bir sürükleme cihazında,rüzgar kanatları iterek rotoru eksen etrafında dönmeye zorlar. Sürükleme cihaz verimleri , kanat hızı hiçbir koşulda rüzgar hızından yüksek olmayacağından sınırlıdır. örnek olarak rüzgarı arkadan alan yelkenli verilebilir En bilinen sürükleme cihazı çiftlik rüzgar değirmenidir. düşük rüzgar hızlarında az miktarda su pompalama amacıyla tasarımlanmıştır. Çiftlik değirmeni , kanat sayısı fazla olduğundan , bir yük altında dönmeye başlar. Büyük bir dönme momentine sahiptir. Öte yandan, kanat sayısının çokluğu nedeni ile malzeme ağırlığı fazladır ve yüksek hızlarında verimsiz çalışırlar. Güç düzeyleri 5m çapındaki rotor için yaklaşık 0.5 civarındadır. Sürükleme cihazına diğer örnekler arasında fincan anemometreler, pervaneler, rotor turunun yarısı boyunca rüzgardan korunan ve rüzgara doğru hareket ederken geri çekilen cihazlar sayılabilir. Savonius rotoru bir sürükleme cihazı değildir. Ama bu cihazların özelliği olan, büyük bir kanat alanına sahiptir. Bu ise rotorun dönmediği zamanlarda bile, yüksek rüzgar hızlarının taşıdığı güç nedeniyle fazla malzeme kullanımı ve ek sorunlara yol açar. Savonius’un bir üstünlüğü ise imalatının kolay olmasıdır. 6.1.2. Kaldırma cihazı Kaldırma cihazlarının pervane veya uçaklarda kullanılanlara benzer kanat yapıları vardır. Kaldırma hareketiyle kanatlar rüzgar hızından daha hızlı dönebilir ve böylece verim yükselir. Çok hızlı dönen bir kanat, yavaş dönen çok kanatlı bir pervane ile aynı düzeyde enerji toplayabilir. Bu malzeme tasarrufuna yol açar. Günümüzde ise çoğu modern makineler iki veya üç kanatlıdır. Almanya’da imal edilmiş tek kanatlı rüzgar türbinleri MBB Monopteros ve Flair tasarımlarıdır.

6.1.2.1. Rotor eksenin konumu Rüzgar türbinleri, rotor ekseninin konumuna göre iki tipe ayrılır . Yatay eksen rüzgar türbini (YERT) Dikey eksen rüzgar türbini (DERT) YERT’ lerin rotorları maksimum enerjiyi tutabilmek için rüzgar akışına dik olarak durmalıdır. YERT’ ler bu konuma, rotor kule üzerinde döndürülerek getirilir. YERT’ ler kule üzerinde yatay eksen yönündeki hareketi motorlar (rüzgar veya elektrik) rüzgara yönelik birimlerde kılavuz bir kuyruk ve rüzgarı arkadan gören birimlerde ise oluşturulan konik açı ile sağlanır . DERT’ lerin rüzgarı her yönden kabul edilme üstünlüğü vardır. Kanatların güç üretebilmeleri için rüzgardan daha hızlı dönmelerini gerektirdiğinden, ilk harekete geçişleri güvenilir değildir. Giromill ise açısı değiştirilebilen kanatlara sahip olduğundan, kendi başına çalışmaya başlayabilir. DERT’ lerin bir diğer üstünlüğü ise makine aksamı, hız yükselticisi ve jeneratörün toprak üzerine konulabilmesidir. (Uyar,1985: ) 6.1.2.2. Sistemin tanımı Sistemin bütününü rüzgar türbini ve yük oluşturur. Tipik bir rüzgar türbini rotor (kanatlar ve göbek), hız yükseltici, çevrim sistemi, kontroller ve kuleden oluşur . Rüzgar türbinin çıktısı olan rotasyonel kinetik enerji; mekanik, elektrik veya ısıl enerjiye çevrilebilir. Çoğunlukla yaygın kullanım olanakları nedeni ile elektrik enerjisi üretimi söz konusudur. Kanatlar; sabit, ayarlanabilir, veya kanat boyunca değişken olabilir. 50 veya 60 Hz’ lik şebekelere bağlanmış birimlerde çeviricili doğru akım veya değişken frekanslı alternatör, senkron ve indiksiyon jeneratörleri kullanılabilir. Bazı doğru akım makineleri ve sürekli mıknatıs alternatörleri hız yükseltici gerektirmez. Çoğu YERT’ ler, güç ve kontrol sinyallerini yer yüzüne indirmek için toplayıcı kontak bileziği kullanırlar. 6.1.2.3. Çalıştırma Aerodinamik: Rüzgar türbin kanatları, rüzgardaki gücün bir kısmını dönme gücüne çevirir. P=TxW Burada T = dönme momenti, W = açısal hızdır. Büyük dönme momenti ile küçük açısal hızın transfer ettiği güç ve küçük dönme momenti ile büyük açısal hızın transfer ettiği güç aynıdır. Rotorun ve yükün dönme momenti-devir/dakika özellikleri uyum sağlamalıdır. Enerji ve momentumun korunumu yasası gereğince rüzgar enerjisinin toplanmasında en yüksek teorik verim %59’dur. Rüzgar türbinleri için en yüksek deneysel verim %45, ortalama yıllık verim ise %20 civarındadır. Güç katsayısı ise güç çıkışı/rüzgardaki güç olarak tanımlanır. Kanadın kord çizgisi ile etkin rüzgar yönü arasındaki açı olan etki açısının fonksiyonu olarak, değişik kanat yapıları için kaldırma ve sürükleme ölçümleri yapılmıştır. Kanatlardaki kaldırma kuvveti, eksen etrafında rotorun dönmesini sağlar ve etki açısına bağımlıdır. Kanadın gördüğü etkin rüzgar iki etkiden oluşur: kanat hareketi ve türbine ulaşmadan önceki rüzgar hareketi . Herhangi bir rüzgar hızı için en yüksek güç çıkışı, rüzgar hızı arttıkça dakikadaki devir sayısı artan rotor veya sabit devir çalışması için doğru etki açısını sağlayan değişken bir kanat ile elde edilebilir. Değişmez açılı kanat ve sabit devir sayılı rotor sadece tek bir rüzgar hızında en yüksek güç katsayısına ulaşır . Maksimum güç katsayısının üzerinde, verimde bir düşüş olsa bile, mevcut güç artış gösterdiğinden, rüzgar türbini çıkış gücü yüksek değerini koruyabilir. YERT ve DERT’ lerin aerodinamik performansının öngörülmesine yardımcı olan bilgisayar programları mevcuttur. Bu programlara etki açısına göre kanat yapısının kaldırma ve sürükleme özellikleri, yarıçap, kanadı biçimi ve açısı ile kanat alanının taranan alana oranı girdi olarak verilmektedir. Rüzgar hızları veya uç hız oranları da değiştirebilen parametrelerdir.

Bir dert için yapılan teorik hesaplama da gösterilmiştir. Eğrideki her nokta bir çalışma konumudur ve tasarım rüzgar hızı 10 m/s dir. Rüzgar türbinleri sabit uç hız /rügar hızı (maksimum Cp) ,sabit devir sayısı (A çizgisi) veya sabit bir dönme momenti (B çizgisi) koşullarında çalıştırılabilir . Uç hız oranı , kanadı uç hızının rüzgar hızına oranıdır. Devir sayısı , maksimum Cp çizgisi boyunca değişkendir. Sabit dönme momenti çalışmasının kısa sürede çok yüksek devir sayılarına ulaştığı bilinmelidir. Sabit dönme momenti olan bir yükü rüzgar türbinine bağlamak ve verim elde etmek çok güçtür. 6.1.2.4. Kontrol Rüzgardaki gücün artışı çok hızlı olduğundan, bütün rüzgar türbinleri yüksek hızlarda güç toplamalarını önleyecek düzenlemeler ile donatılırlar. Yüksek hız koşullarında güç denetimi amacıyla belli başlı üç yöntem kullanılmaktadır. A.) Aerodinamik verimin değiştirilmesi: 1) Kanat açısını değiştirmek veya kanatları döndürmek 2) Sabit devirde çalıştırmak 3) Kaldırma etkilerini azaltıp sürükleme etkilerini çoğaltmak B) Kanatların rüzgar ile etkileşim içinde olduğu alanı küçültmek: 1) Rotoru hakim rüzgar yönünden çevirmek 2) Rotor geometrisini değiştirmek C) Frenleme: 1) Mekanik, hidrolik 2) Hava freni 3) Elektrik (direnç, manyetik) Bu yöntemler tek tek ya da yüksek hız kontrolü ve yük denetim kaybı durumlarında kombine olarak bir arada kullanılabilir. 6.2. Rüzgar Durumuna Göre Rüzgar Türbininin Çalışması Ve Durdurulması Rüzgar durumuna göre rüzgar türbininin otomatik olarak çalışması ve durması için yazılım kontrol programı ile sağlanan bir sistem bulunur. Eğer rüzgar türbilansı büyük güç çıkışı dalgalanmalarına ve sert yapısal yüklere neden olursa sistemin amacı rüzgar türbinini kapatmak olmalıdır. Yerel topoğrafya farklı rüzgar hızları ve onun yönleri için büyük değerler rüzgar türbilansına neden olur. Bunların toplandığı ve verildiği bir kontrol bilgisayarı vardır. Kontrol bilgisayarı her bir dakikada ortalamaları alır ve eğer rüzgar hızı, verilen basitleştirilmiş açılır, kapanır gözlem aletiyle verilen limitleri sınırları geçtiğinde türbini kapatacaktır. Yazılım kontrol programı, üretim malzemesi, yük idare sistemi, merkezi kontrol sistemi, tesis kontrolleri, pompa depolama evresi iletim ve dağıtım sisteminden oluşmaktadır. Bu sistem içinde hem su hem de rüzgar türbinleri için geçerli olan sistemler vardır. Rüzgar türbini 17 cm çaplı kule, 3 kanatlı 60 KW’ lık nominal hıza sahip bir örnek tiptir. Rüzgar türbini dizel, hidro-su veya herhangi jeneratör veya voltaj regülatörüne bağlı olma ihtiyacı olmaksızın çalışması için senkronize bir jeneratör ile donatılmış bir türbindir. Jeneratör nominal frekanstan yüksek ve boralara göre ayrıca dengesiz yükler için hazırlanmasına ve karşılaşmasından dolayı 97 KVA’ dan değerlendirilir. Dizel jeneratör aksamı ve su türbin jeneratörü rüzgar türbinine benzerlikleriyle farklılıkları da vardır.

6.3. İletim Dağıtım Ve Toprağa Bağlama Tüm üretim ve dağıtım 415/240 volttadır. Ayrıca ana iletim 3 faz 3300 V’a göre düzenlenmiştir.(Yavuzcan,1996:7) 6.3.1. Türbinde kontrol 6.3.1.1. Voltaj kontrolü Sistemin voltajı otomatik voltaj regülatörü ile kontrol edilir ki bu senkronize jeneratörün yerinde deyişle parçasıdır. Otomatik voltaj regülatörü rüzgar türbinine ve hidro senkronize jeneratörüne paralel bağlanır. Dizel jeneratörler ise akım transformatörleri ile bağlanır. 6.3.1.2. Frekans kontrolü Rüzgar türbini şebekedeyken ve ilaveten hidro şebekedeyken valfa sağlanan hidro ile frekans kontrolü yük idare sistemine bağlıdır. 6.3.1.3. Yük kontrolü Yük idare sistemi su ve rüzgar kontrol sisteminin bir parçası ve ayrıca her tüketim tesisinin bir parçası olan bir sistemdir. Genellikle 90 KW ‘dan daha büyük yükleri rüzgar türbini, 25 KW’ a kadar olanları da su türbini sağlar. Yük idare sistemi rüzgar türbinleri ile ve jeneratör ile üretilen maksimum miktardaki enerjiden yararlanmak ve ayrıca kaynağa bağlamadan veya başka bir jeneratör ile çalıştırmaksızın yenilenebilir kaynaklardan kaynağın mümkün olan maksimum saatte sağlanması için tasarlanmıştır. Güç dalgalanması ve frekansın düşmasi olayında yük idare sistemi tüketiciye giden yük ve aşırı yükün bağlantısını otomatik olarak keser. Aynı işlevler frekansın yükselmesi sırasındada yapılır. 6.3.2. Devrenin Emniyeti Sistemin tüm kontrolü baştan tasarlanarak güvenlik içinde yapılır. Buda bütün üç üretim tesisi ve yüksek voltaj şebeke ağındaki yeraltı kabloları kullanılarak şebeke ağındaki kaçakları ve yüklenmeleri bulan bir güvenlik devresine bağlanır. 6.3.2.1. Sistem Ve Kısımların Devre Kontrolleri Her jeneratör kendisinin sahip olduğu, işlev gördüğü kısmı yada tüm tesisi kontrol eden bir merkezdir. Bu merkez birbirine bağlı ana birimlerden oluşur. Bu kontrol edici bölge algılayıcı, arızayı ve kaçağı bulan bir güvenlik devresidir. 6.3.2.2. Merkezi Kontrol Jeneratörlerin programlanması bir UMAC 6000 adlı analog aygıt olan merkezi bir bilgisayar tarafından yapılır. 6.4. Rüzgar Enerjisinin Genel Değerlendirmesi Rüzgar türbinlerinin kanatları bir jeneratörü çalıştırarak elektrik üretilmesini sağlarlar. Bu kanatlar ne kadar uzunsa ve rüzgar ne kadar hızlı esiyorsa o kadar çok elektrik üretilir. Rüzgar yükseklerde daha hızlı estiği için bu türbinler kulelerin üstüne yerleştirilir. Günümüzde tarlalara periyodik olarak su pompalamak için iyi bir kaynak teşkil etmektedir. Rüzgardan elektrik üretmek ise, iklime son derece bağlıdır. Bu bakımdan kurulabilecek yerler, rüzgarın yıl boyunca devamlı ve hızlı bir şekilde estiği alanlarla sınırlıdır. örneğin sıcak yaz aylarında gün ortasında kuvvetli bir şekilde esiyorsa o yer bir rüzgar santrali için uygun olabilir.

Bu türbinlerle, sürekli enerji üretilebilir fakat rüzgar olmadığında dönmezler ve kuvvetli fırtınalarda birbirlerine zarar vermelerini önlemek için kapatılmalıdır. Rüzgar tarlalarının yakınında yaşayan insanlar aşırı gürültüden rahatsız olmaktadır. Büyük miktarlarda alana ihtiyaç vardır. Örneğin bir rüzgar santralının, normal bir doğal gaz santralıyla aynı enerjiyi üretmesi için 85 kat daha fazla alana gereksinim duymaktadır. Ayrıca rüzgar türbinlerinin bakım ve onarımı çok pahalıdır. Rüzgar olmadığı zaman gerekli olacak elektriği sağlamak için pahalı enerji depolama sistemlerine de ihtiyaç vardır. Tüm dünyada sadece 3710 MW ‘lık rüzgar santralı vardır. Rüzgar türbinlerinin getirdiği en büyük sorunlardan birisi de çok sayıda kuşun ölümüne neden olmalarıdır. Özellikle yüksekten uçan, avlanması yasak olan veya nesli tükenmekte olan kuşlar için potansiyel bir tehlikedir. Örneğin A.B.D 'deki dünyanın en geniş rüzgar tarlası(yaklaşık $200 km2) olan Altamont Pass'de, ak tüylü kartalların ölmesi bu kuşları koruma sözleşmesine göre federal bir cinayet sayılmaktadır. Çevre örgütleri bu yüzden Washington eyaletinde planlanmış bulunan rüzgar çiftliğinin yapımını durdurtmuşlardır. (EİEİ,1992) 6.5. Türkiye de Yürütülen Çalışma ve Araştırmalar 6.5.1. Resmi kuruluşların çalışmaları 6.5.1.1. Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğünün bu konudaki çalışmaları şu şekilde sıralanabilir . 1. Türkiye’nin rüzgar enerjisi potansiyelinin tespiti: 2. Rüzgar ile ilgili ölçümlerin yapılması, verilerin toplanması, harita ve diyagramlara geçirilmesi 3. Türkiye rüzgar alanları ve rüzgar kanatlarının tespiti Gelecek 10 yıl içinde bu hedeflere ulaşılabilmesi için 300 adet anemograf temini ve 50 adet rüzgar jeneratörü tesisi düşünülmektedir. Ilk kurulacak rüzgar jeneratörü için belirtilmiş olan üç alan ile beraber beş bölge ile tespit edilmiştir. Bunlar Antakya, Sinop Çanakkale, Karapınar ve Bodrum’ dur. Diğer 45 jeneratörün tesisi ise gelecek dokuz yılda tamamlanacaktır. Ayrıca anemoğraflar ile yapılan ölçmelerin bir bilgi bankasından değerlendirilmesinde plan içinde yer almaktadır. D.M.İ Genel Müdürlüğünce halen 152 istasyonda rüzgar ölçümleri yapılmaktadır. 6.6.Teknik fizibilite ve mühendislik tasarımları Yapılması gereken teknik ve mühendislik işlemleri şöyle sıralanabilir; 1 ) Rüzgar türbinlerinin satın alma koşullarının ve mevcut türbinlerin teknik karakteristik ve fiyat analizlerinin hazırlanması. 2 ) Rüzgar çiftliği bölgesinin incelenmesi; yerin jeolojik yapı analizi ve yol gereksiniminin belirlenmesi. 3 ) Rüzgar türbini temel inşaatının tasarlanması. 4 ) Bölgenin elektrik şebekesinin incelenmesi. 5 ) Ana şebeke bağlantılarının tasarlanması. 6 ) Teknik veri ve türbin karakteristiklerinin gerçekleşme durumlarını belirlemek için rüzgar türbini performans testi ölçümlerinin yapılması. 6.7. Standartlar ve Belgeleme 6.7.1. Rüzgâr Türbini Belgelemesi Rüzgâr türbinlerinin belgelenmesi sektör için sadece Avrupa’da değil, önceleri ABD’nin düzensiz piyasasında, Güney Amerika, Asya ve Avustralya’da yükselen pazarlarda

artan önemde bir gerek haline gelmiştir. Yasal gerek haline gelmiştir. Yasal gerek olmayan pazarlarda bile belgeleme bir rüzgâr projesinin yatırım ve sigorta temini için ticari gerekliliktir. Kuzey Avrupa’da, özellikle Danimarka, Almanya ve Hollanda’da rüzgâr türbinlerinin belgelenmesi rüzgâr projelerinin inşaat izni ve/veya sübvansiyon alabilmesi için uzun süreden bu yana gereklidir. Bu üç ülkede kurallar ve standartlar belgeleme esası olarak geliştirilmiş olup, bunlar imalâtçıların benimsediği tasarım usûllerini doğrudan etkilemektedir. İlgili ulusal standartlar ve belgeleme kuralları: • • •

(Danimarka’da) Danimarka DS 472 standardı ve onay ve belgeleme Teknik esası , Almanya’da Alman Yapı tekniği Enstitüsü (DIBt) Rüzgar Türbinleri Mevzuatı”, Alman Lloydu (GL) “Rüzgar Enerjisi Dönüştürme Sistemleri Belgeleme Mevzuatı” , Hollanda’da “Rüzgâr Türbinleri Tip Belgeleme Teknik Kriterleri, NEN 6069/2,.

Bu çeşitli ulusal standartlar ve belgeleme kuralları arasında emniyet faktörleri ve tasarım yük durumlarından rüzgâr türbini emniyet sisteminin farklı gereklerine kadar önemli farklılıklar vardır. Standartlar ve belgeleme kurallarının uyumlulaştırılması aşağıda açıklanan uluslararası girişimlerin arasındaki başlıca itici güç olmuştur. Yukarıda sayılan standartlar ve belgeleme kurallarına ek olarak özellikle deniz rüzgâr türbinlerinin belgelenmesi için Alman Lloydu’nun yayınladığı bir dizi kural mevcuttur. Bu kurallar halen deniz rüzgâr tesisleri için mevcut tek tasarım ilkeleridir. 6.7.2. Uluslararası Standartlar 1987 yılında Uluslararası Elektroteknik Komitesine (IEC) bağlı “Eylem Komitesi” rüzgâr enerjisi alanında uluslararası standartlar geliştirilmesini başlatılması gereğine karar verdi. Bir teknik komite, IEC/TC88 ve teknik alanlarda odaklanacak Çalışma Grupları kuruldu. 1987 yılından bu yana aşağıdaki uluslararası standartlar geliştirilmiş ve onaylanmıştır: • •

IEC 1400-1: Rüzgâr Türbin Jeneratör Sistemleri Emniyeti IEC 1400-1: Küçük Rüzgar Türbinlerinin Emniyeti

Bu iki standart dünya çapında rüzgâr endüstrisinde büyük önem görmektedir. Diğer iki IEC standardı halen son onay aşamalarındadır. Bu standartlar rüzgâr türbinlerinin akustik ölçüm teknikleri ve güç performansı ölçüm teknikleri alanlarını kapsamaktadır. Ayrıca aşağıdaki alanlarda standartlar ve ilkeler hazırlamak üzere IEC/TC88 Çalışma Grupları kuruldu: • • • • •

IEC 1400-1 değişikliği Kanat test yöntemleri Belgeleme yöntemleri standardizasyonu Güç kalitesi Mekanik yük ölçümleri

Tüm Avrupa iç pazarında uyumluluğun artırılması amaçlı ayrı bir girişim olarak Avrupa Komisyonu elektrik işlerinden sorumlu Avrupa standartları kurumuna (CENELEC) yetki vermiştir. Bu yetki CENELEC’in Avrupa pazarında rüzgâr türbinleri için standartlar geliştirmesini öngörmektedir. CENELEC’in faaliyetleri oldukça ilerlemiştir ve her ne zaman mümkün olursa çıkacak standartların eşdeğer IEC belgelerini esas alacağı açıktır.

7. SONUÇ Rüzgâr tahrikli pervanenin mekanik güç sağlamak üzere kullanılması çok eskidir, rüzgâr değirmenlerinden ilk bahsedilmesi MÖ 5. yüzyıla kadar gider. Rüzgârdan elektrik üretimi için böyle bir pervanenin bir elektrik jeneratörüne bağlanması gerekir. 20 yıl öncesinde bile ABD’de ortalama aile başına 40 kadar elektrik motoru mevcuttu. Dolayısıyla elektrik motoru/jeneratörü çok eski olmasa da 40 – 50 yıldır kütlesel üretimde bulunmuştur. Bir rüzgâr türbininin kilit unsurlarına bu aşinalık (sektör dışında) bu teknolojinin zahmetsiz olduğu yanılgısını yaratabilir ve bu, 1980’li yılların başında roket üreticileri için pahalıya mal olan yanlış bir varsayımdır. Ancak modern rüzgâr teknolojisinin güçlüğü; • •

elektrik üreten rüzgâr türbininin özelliklerini sağlayacak, rüzgârın muazzam değişkenliği ile başa çıkacak düşük maliyetli bir teknoloji üretilmesinde yatar.

Geleneksel “Danimarka” rüzgâr değirmenleri azami kullanımda Avrupa’da 100.000 sayısına kadar artmıştı. Bunlara daima nezaret ediliyor ve genellikle elle kontrol ediliyorlardı. Toplum ile bütünleşmişlerdi, bazı parçaların sık sık değiştirilmesine göre tasarımlıydılar ve verimlilik pek önemli değildi. Aksine, modern elektrik üreten rüzgâr türbininin özellikleri yüksek kaliteli, şebeke frekansında elektrik üretmektir. Ekonomik hedeflere ulaşmak için her rüzgâr türbininin otomatik kontrollü bağımız mini santral gibi çalışması gerekir. Modern bir rüzgâr türbinine daima nezaret edilmesi düşünülmez, çok bakım görmesi kabûl edilemez. Mikro işlemci gelişimi bu durumun gerçekleşmesinde, dolayısıyla düşük maliyetli bir rüzgâr teknolojisi üretilmesinde kritik rol oynamıştır. Dolayısıyla modern rüzgâr türbininin nezaret edilmeden 20 yıldan fazla sürekli çalışması, az bakım görmesi gerekir. Rüzgârın değişkenliği rüzgâr enerjisinden istifade ve rüzgâr türbini tasarımı açısından kritik bir faktördür. Tipik kuzey Avrupa sahilindeki bir yer 10 metrede ortalama 5 m/sn. rüzgâr hızına sahiptir ve 45 m/sn.’lik aşırı rüzgâr hızları beklenebilir. Ne Apalaş dağlarında Washington dağında kaydedilen 103 m/sn.’lik en büyük fırtına ne de Antartika’nın Doğu Adelie Arazisinde bir dağ kenarında yıllık 18 m/sn.’lik azami ortalama rüzgâr hızı istifade edilebilecek rüzgâr kaynağı alanlarında bulunmasa da, karşılaşılabilecek rüzgâr şartlarının değişkenliğini gösterirler. Rüzgârın değişkenliği ticari rüzgâr türbinleri tasarım aralıklarında kabul edilir. Yere özgü şartlara uyum için belirli bir temel tasarım etrafında kule yüksekliği ve pervane çap değişiklikleri sunmak yaygındır. Rüzgâr endüstrisinde özellikle 1980’li yıllarda büyük, yukarıdaki rüzgârın değişkenliği bahsi ile doğrudan ilgili gelişme yük tahmininde rüzgârın niteliğini ve özellikle atmosfer çalkantısı tipini yeterince dikkate alan tasarım yöntemlerinin geliştirilmesidir. Ulusal ve uluslararası araştırma programları tarafından sağlanan finansman ile imkân sağlanan bu süreç tasarım standartlarının geliştirilmesini etkilemiş, modern rüzgâr türbinlerinin güvenilirlik ve emre amadeliğine katkıda bulunmuştur. Şimdi rüzgâr türbini tasarımcılarının gelişmiş bilgisayar modelleri ve tasarım araçlarından yararlanması yaygın uygulamadır. Rüzgâr türbinleri mühendislik kurallarına pek az uyar; kanat aerofolyolarının sık sık yavaşlama halinde çalışması, güç aktarma hattı elemanları çok düzensiz yüklere tabidir, başlıca yapı elemanlarının karşılaştığı yorulma yapan çalışma sayısı diğer döner makinelerden daha büyük olabilir. Örneğin, modern bir rüzgâr türbininin yorulma tasarım ömrü nezaret edilmeden 13 yıl kadardır, buna karşın tipik bir motorlu aracın yorulma tasarım ömrü personelli 4 aylık çalışmaya eşit olabilir. Dolayısıyla rüzgâr teknolojisinin özgün teknik nitelik ve özgün ARGE gerekleri bulunur. Bu, Avrupa teknoloji geliştirme modellerinde çok belirgindir ve Avrupa Komisyonu 4. Çerçeve programının rüzgâr enerjisine ARGE desteğine kabûl edilmiştir. Son 15 yılda rüzgâr türbinlerinin ebadı çok büyümüştür. Şimdi klasik tesisten düzenli olarak daha yüksek emre amadelik sağlamaktadır. Bu teknolojinin gerisindeki bilimin anlaşılma düzeyi de aynı

hızda ilerlemiş olup şimdi bir jumbo jet ebadında 20 yıl ömürlü düşük maliyetli güvenilir makineler üretimi mümkündür.

UZAY ARAÇLARI

1.Elektroerozyon Tezgahları Elektroerozyon işleminde ( EDM Electrical Discharge Machining ), malzeme kaldırma işlemi takım fonksiyonunu yapan bir elektrot ile parça arasında meydana gelen yüksek frekanslı kıvılcımların yardımıyla gerçekleşir. Kıvılcımlar ergitme ve buharlaşma yoluyla çok küçük malzeme parçacıkları kaldırarak parça yüzeyini erozyona tabi tutarlar ve üzerinde ufacık çukurlar oluştururlar Genellikle takım katot (-), parça ise anot (+) durumdadır. Fakat çelik ve alüminyum elektrotlar, çeliğin işlenmesinde kullanılan tungsten-bakır elektrotları ve kaba işlem için kullanılan grafit elektrotlar bu kuralın dışındadır. Bunlar pozitif yüklü olup “ters” kutuplu takımlardır. İşlem elektriksel iletkenliğe sahip malzemelere uygulanır. Elektrot (takım) ile parça arasında 0.0125 ile 0,5 mm’ lik bir ark aralığı ve bu aralıkta dielektrik bir sıvı bulunur. Dielektrik sıvı, soğutma fonksiyonunun yanısıra, yüzeyden kaldırılan çok küçük malzeme parçacıklarını aralık arasından uzaklaştırır. Bu olayı hızlandırmak amacıyla, çeşitli yöntemlerin yanısıra, bir sirkülasyon pompası da kullanılabilir (4). 2.Takımlar( Elektrotlar) Elektroerozyon işlemlerin takım fonksiyonunu elektrik iletim özelliği olan elektrotlar üstlenmiştir. Şekilleri işlenecek malzemenin şekline veya uygulamanın türüne göre değişim gösterir. Örneğin kalıp çıkarma işlemlerinde elektroda işlenecek malzemenin şeklinin ayna görüntüsü şekli verilirken tel-delik erozyon işlemlerinde elektrotlar çok küçük çaplara sahip silindirler şeklindedirler. Genel bir tanım olarak elektrotlar elektrik iletkenliğine sahip malzemelerden yapılırlar. Elektrotların sahip olması gereken özellikleri şu şekilde sıralamamız mümkün olacaktır: 1- Isı ve elektriği iyi iletmeli, 2- Kolay ve ucuza üretilebilmeli, 3- İş parçasında talaş (metal) kaldırma oranı yüksek olmalı, 4- İşleme sırasında fazla aşınmamalı (3). 2.1. İmalat Malzemeleri Genel olarak kullanılacak elektrotlar işlenen parçanın malzemesine, istenen şeklin detaylarına ve hassasiyetine ve bitiş yüzeyinin kalitesine göre seçilirler. Elektrot olarak en çok kullanılan malzemeler grafit, bakır, pirinç, bakır tungsten, gümüş tungsten, karpit ve çinko alaşımlarıdır. Kullanılan tüm materyallerin farklı ihtiyaçlar için çeşitli alaşımlarının kullanılması mümkündür. Grafit elektrot: EDM tezgahlarında son zamanlarda elektrot olarak en çok kullanılan malzeme grafittir. Grafit, büyük parçacık boyutu ve düşük yoğunluk ile küçük parçacık boyutu ve yüksek yoğunluk arasında çeşitli dereceler arasında bulunabilir. Genelde fiyatı da parçacık boyutuna göre belirlenir. Küçük parçacıklı grafit, büyük parçacıklı grafite göre daha pahalıdır. İri parçacıklı grafit EDM işlemlerinin büyük bir bölümünü oluşturan kaba işlemlerde kullanılırken, küçük parçacıklı grafit daha hassa işlerde kullanılır. Grafitin genel kullanım alanı çelik işlemedir. Bakır, pirinç, çinko alaşımları vb. diğer metalik malzemelerle karşılaştırıldığında grafitin, çok daha iyi bir metal kaldırma oranı vardır. Çelik dışında tungsten-karpit’ i grafitle işlemek de iyi sonuçlar verebilir. Ancak bu işlemede oldukça dikkat edilmelidir. Aksi taktirde kesilen yüzeyin karbonlaşmasına ve yüzey üzerinde kavislerin oluşmasına sebebiyet verilebilir. Grafit gözenekli bir yapıya sahiptir ve bu özelliği üç boyutlu kalıpların hazırlanmasında ve benzeri işlemlerde göz önünde bulundurulmalıdır. İri parçacıklı grafit daha gözenekli bir yapıya sahip olduğundan daha fazla pürüze sebep olur. Bu nedenle de hassas işlemlerde ince tanecikli grafit tercih edilmelidir. Orta ölçekli grafit genelde çeliğe delik açmada kullanılır.

Bakır grafit elektrot: Tungsten karpit’ in işlenmesinde ince parçacıklı grafit ile bakırın alaşımından oluşan bakır grafit elektrotlar iyi sonuçlar verecektir. Ancak pahalı elektrotlar sınıfına girer. Bakır elektrot: Saf bakır ya da elektrolitik bakır bu tür elektrotların imalatında kullanılır. Genel olarak çok hassas yüzeylerin işlenmesinde kullanılırlar. Bu tür elektrot ile karmaşık yüzeyleri düşük maliyetler ile üretmek mümkündür. Telluryum bakır elektrot: Telluryum bakır elektrotlar EDM işlemlerinde birincil olarak elektrot üretmede kullanılırlar. Telluryum, bakırın işlerliğini arttırmak için eklenir. Telluryum bakır elektrotlar ile saf bakır elektrotlarla yapılan hemen hemen tüm işlemleri gerçekleştirmek mümkündür. Pirinç elektrot: Bu tür elektrotlar fazla yaygın değillerdir ve pek kullanılmazlar. Ancak bazı durumlarda özellikle titanyum alaşımlarının işlenmesinde uygun olmaktadırlar. Bakır tungsten elektrot: İnce detaylı, yüksek doğruluk ihtiyaçlı işlemlerde kullanılır. Grafitle karşılaştırıldığında çok daha dayanıklı ve kırılgan olmayan bir malzemedir. Ancak pahalı sınıf elektrotlardandır. Yüksek yoğunluklu, sağlam, ısı ve elektriği iyi ileten bir malzemedir. Yüksek yoğunluklu olduğu için hassa işler için uygundur. Ayrıca tungsten karpit parçaların işlenmesinde de kullanılabilir. Gümüş tungsten elektrot: yüksek oranda tungsten içerir. Çok pahalıdır ve üretimi zordur. Hassas ve pürüzsüz yüzeylerin işlenmesinde kullanılır. İyi elektrik iletkenliğine sahip, yüksek yoğunlukta ve sert bir malzemedir. Tungsten karpit elektrot: Çelik ve tungsten karpit parçaların kesiminde kullanılır. Çok sert ve sağlam bir yapıya sahip olduklarından ve 0.015-0.250 inch çapında tüpler halinde üretildiklerinden derin ve ince deliklerin açılmasında uygundur. Çinko alaşımı elektrot: Döküm malzemeler özellikle kalıp ve oyma işlemlerinde kullanılırlar. Bunların arasında en çok tutulan dökme malzemeler çinko alaşımlarıdır. Ancak bunların aşınma oranları grafit gibi malzemelerle karşılaştırıldıklarında çok yüksektir (2). 2.2. Üretim şekilleri Elektrotların üretimiyle ilgili konuya yaklaşım, herhangi bir parçanın üretimiyle aynı olmasına karşın genelde elektrotların üretimi EDM de işlenen parçaların işlenmesinden daha kolaydır. Aynı zaman çeşitli yollarla elektrotların üretimini daha kolay ve ucuz hale getirmek de mümkündür. Bunlardan biri ayrı ayrı parçaların birleştirilmesiyle elektrot oluşturulmasıdır. Çoğunlukla torna, taşlama tezgahları vb. yaygın tezgahların kullanımıyla üretilirler (2). Ancak dökme elektrotların üretimi için eritme kapları, boşaltma kapları, kalıplar ve benzeri araçlar gerekli olacaktır. Dökme elektrotların üretimi sırasında elektrot malzemesi eritme kabında eritildikten sonra kalıbın içine boşaltılır ve işlenecek parçanın şeklinin ayna görüntüsünü alacak şekilde preslenir (1). 2.3. Kullanım Sırasında Aşınma İşleme sırasında, parçada olduğu gibi elektrotlarda da aşınma meydana gelecektir. Bu sebeple de takım şeklini kaybederken istenilen tolerans değerlerine ulaşmak zorlaşacaktır. Bu şekil kaybı yüzünden işleme sırasında birkaç defa elektroda yeniden şekil vermek gerekir. Ancak bu çok uğraştırıcı olacağından genelde işleme sırasında yedek elektrotlar bulundurulur. Örneğin detaylı kalıp işlemleri için 12 elektrot kullanılabileceği gibi daha kaba işlemlerde bu sayı 3 e kadar düşebilmektedir.

Elektrotun aşınması, işlenen parçanın aşınması kadar çok değildir. aralarında yaklaşık 3:1 oranı vardır. Bu değer metalik elektrotlar için geçerlidir ve grafitte bu aşınma daha da azalarak 10:1 oranına kadar çıkabilir. Grafitin diğer metalik elektrotlara göre daha yaygın kullanılmasının bir sebebi de budur. Elektrotların aşınmasını önlemek için kullanılan en yaygın yöntem ters kutuplaşma işlemidir. Bu yöntemde aşınan grafit elektrotun eriyen kısımları, iş parçasından kaldırılan malzeme ile geri tedarik edilmektedir (3). Deney ve tecrübelerin gösterdiği gibi elektrotların aşınma oranı ergime noktasına bağlıdır. Ergime noktası yüksek olan malzemelerde aşınma oranı düşüktür. Bu bakımdan en yüksek ergime noktası grafite aittir (3483 0 C); ayrıca grafit oldukça ucuz ve kolay imal edilebilen bir malzemedir. Grafiti, tungsten (3372 0 C), molibden (2594 0 C) izler. Ancak bu malzemeler çok pahalıdır (4) . 3. Kalıp İşlemlerinde Takımlar EDM tezgahlarının en yaygın kullanıldıkları işlemlerdir. Bu işlemlerde takım olarak kullanılacak malzeme hem kalıbı iyi işleyebilmeli, hem de dayanıklı olmalıdır. Bu tür uygulamalar için genel olarak ucuz olduğu için grafit kullanılır. Fakat keskin köşeleri, hassas detayları ve pürüzsüz yüzeyleri olacak olan bir oyuk için bakır tungsten elektrotlar kullanılır çünkü tungsten, bakır gibi küçük bölgeleri işlerken tabakalar halinde dökülmez. Kalıp işlemleri için hazırlanan elektrotlar genelde son safhada üzerlerinde çeşitli pürüz ve girinti çıkıntılar taşırlar ve üretildikten sonra elle düzeltilmeye ihtiyaç duyarlar. Bu tür üretim zorluklarını ve paralel olarak masraflarını önlemek için elektrot malzemesi olarak dökme metaller ve alaşımları kullanılır. En çok kullanılan dökme malzemeler, çinko ve çinko alaşımlarıdır. Bunlar arasında en popüler olanı çinko-kalay alaşımladır. Saf çinkodan, 50/50 oranında çinko-kalay alaşımına kadar her türlü oranda çinko-kalay alaşımı elektrot olarak kullanılır. Oyma ve kalıp işlemlerinde kullanılacak elektrotların sayısı, kalıbın hassasiyetine, detaylarına ve hacmine bağlı olarak değişir. Çinko-kalay elektrotların ömürleri, krom kaplama ile arttırılabilir. Kaplama yapılacak elektrotların daha önceden asitle işlenmesi ve kaplama için hazır hale getirilmesi gerekir (1). 4. Tel-Delik Erozyon İşlemlerinde Takımlar Çelik gibi çok sert ve işlenmesi zor olan malzemeler üzerinde açılması gereken çok ince ve derin oyukların açılması için delik erozyon kullanılır. Bunun dışında torna ve benzeri tezgahlarda açılamayacak kadar kompleks parçaların imalatında da Tel-delik erozyon kullanılır. Tel-delik erozyonda açılacak delik yada oyuğun şekline bağlı olarak çok ince takımlar kullanılır. En çok kullanılan takım malzemesi bakırdır. Bakır dışında genel olarak pirinç, tungsten ve çinko takımlar kullanılır. 0,05 ile 0,30 mm arasında değişen çaplarda ve 0,90 ile 45,36 kg arasında değişen ağırlıklarda olabilirler. Gerek aşınma gerekse de talaş kaldırma oranı kullanılan takımın elektrik ve ısı iletimine, erime ısısına vb. bağlıdır. Tel-delik erozyonda kullanılacak elektrotun sahip olması gereken özellikler şöyle sıralanabilir: 12345-

Elektriği iyi iletmeli, Yüksek erime noktası olmalı, Sert olmalı, Isıyı iyi iletmeli, Talaş kaldırma oranı yüksek olmalı (3).

5. Uygulama Notları EDM tezgahlarının takımlarının özellikleri ve seçimleri hakkında detaylı bilgi alabilmek için “İbrahimağa Cad. 2. Emintaş San. Sit. No: 20/56 Bayrampaşa” adresinde faaliyet gösteren Burak Elektro Erozyon Plastik San.” e gidilmiştir. Uygulamalar şu yöndedir. Genel olarak piyasada en çok kullanılan elektrotlar grafit ve bakır olanlardır. Bakır elektrot kullanılırken ya saf bakır ya da elektrolitik bakır tercih edilir. Grafit, kırılgan bir malzemedir. Elektrik iletimi bakırdan daha iyidir. Bu nedenle de takım aşınması grafitte daha azdır. Ancak bakır ile karşılaştırıldığında grafit daha pahalıdır.Bakır grafite göre daha sağlam ve kötü koşullara daha dayanıklıdır. Ancak elektrik iletimi daha az olduğundan takım aşınması daha fazladır. Kalıp işlemlerinde genelde parça ihtiyacına göre kullanılacak takımın malzemesi seçilir. Örneğin elektrikli süpürgenin dış aksanının kalıbı gibi büyük kalıplar hazırlanırken, bakır kullanımı çok zordur çünkü bakır ağır bir malzemedir ve bu yüzden daha hafif olan grafit tercih edilir. Tornada açılamayacak kadar hassa kanalların açılması için elektroerozyon tezgahları kullanılır. Ayrıca sulu çelik gibi sert ve işlenmesi zor olan malzemelerin kesilmesi vb. işlemlerde elektroerozyon tezgahlarında yapılır.

Şekil1. Elektroerozyon tertibatı ve tezgahı

Şekil2. Elektroerozyon tezgahının dıştan görünüşü

Şekil3. Elektroerozyon işlemi

Şekil4. İşleme sırasında takımların aşınması

Şekil5. Elektroerozyon ile kalıp açma

Şekil6. Tel-Delik Elektroerozyon

Şekil7. Tel elektroerozyon ile yapılmış bazı örnekler

Şekil8. Tel erozyon ile kanal açma

UÇAKLARDA DİZEL MOTORLARIN KULLANIMI

GENEL MAKSATLI UÇAKLARDA DİZEL MOTORLARIN KULLANIMI Günümüzde pistonlu motorlar ile donatılmış genel havacılık uçaklarının çoğunda dört zamanlı benzinli motorlar kullanılmaktadır. Fakat havacılık operasyonlarındaki yüksek maliyetler motor üreticilerini aynı performansı verecek daha ucuz, daha hafif ve güvenilir motor tipleri geliştirmeye yönlendirmiştir. Ayrıca, başta Amerika Birleşik Devletleri ve Avrupa’da olmak üzere çevre bilincinin gelişmesi ve çevrecilerin hükümetlere olan baskılarının artması da yüksek sıkıştırma oranlı motorlarda kullanılan kurşunlu benzinin kullanımını kısıtlamaktadır. ABD’de yakın bir gelecekte Çevre Koruma Bürosu (Environmental Protection Agency) tarafından bu tip (kurşunlu) yakıtların kullanımının tamamen yasaklanması beklenmektedir. Bu da motor üreticilerini yukarıda sayılan özelliklere ilaveten daha çevreci ve daha ucuz bir yakıtla çalışabilen motorlar geliştirmeye sevk etmiştir. Yeni bir motor tasarlayıp, onu katı bir rekabetçi piyasaya sokmak yerine, ilk önce mevcut motorları geliştirmek için yapılabilecek değişiklikler araştırılmıştır. MEVCUT PİSTONLU MOTORLARIN ANALİZİ VE BU MOTORLARDAKİ GELİŞMELER Geçmişteki teknolojik ilerlemelerle karşılaştırıldığında, günümüzdeki uçak motorlarının teknolojisi oldukça yalındır. Bunun bir sebebi mevcut motorların 400 hp’nin altındaki sınıfta olmalarıdır (daha büyük pistonlu motorların yerini turboprop motorlar almıştır). Diğer sebep de bu motorların, güvenirliğin ve fiyatın düşük ağırlık ve maksimum performanstan daha önemli olduğu genel amaçlarla kullanılıyor olmasıdır. Yaklaşık 2.1 lb/hp’lik bir güç yüklemesi ve 0.421 lb/hp/hr optimum noktasındaki bir özgül yakıt tüketimi mevcut benzinli (kıvılcım ateşlemeli) uçak motorlarını karakterize etmektedir. Fakat bu motorlarda tam güç ancak “dahili soğutma” ile elde edilebilmektedir. Burada yanma için gerekli yakıttan fazla ilave bir miktar yakıt verilerek yanma odasının soğutulması gerekir. İlave yakıt yeterli oksijen olmadığından yakılamaz. Tam güçte yakıt tüketimi yaklaşık 0.55 lb/hp/hr dolaylarındadır. Yakıtın ziyan edilmesine ilaveten dahili soğutmadan kaynaklanan emisyonlar da istenmeyen düzeylerdedir. Textron Lycoming ve Teledyn Continental pistonlu motor pazarını egemenlikleri altına almışlardır. Bu şirketler genelde hava soğutmalı ve pervaneyi doğrudan döndüren boksör motorlar üretmektedirler. Bu motorlar oldukça basit bir yapıya sahiptirler ve dayanıklılıklarını ispat etmişlerdir. Seyir esnasında bu motorlar yakıt tüketim eğrilerinin en iyi noktasında çalışmaktadırlar. Dolayısıyla verim ve özgül yakıt tüketiminde önemli bir geliştirme pek olası gözükmemektedir. O halde mevcut motorlarda geliştirmeye en açık konu olarak performans kalmıştır. Motor performansını geliştirecek olasılıkları analiz etmeden önce teorik olasılıklar incelendiğinde dört alternatif ortaya çıkmaktadır: 1. Daha fazla deplasman. 2. Daha yüksek motor devri. 3. Daha fazla yakıt/hava karışımı. 4. Daha yüksek sıkıştırma oranı. Deplasmanı arttırmak için daha büyük ya da daha fazla sayıda silindir kullanarak motoru büyütmek gerekir. Sürtünmenin ve ısı kayıplarının azaltılmasıyla özgül ağırlık ve verim iyileştirilebilir ve silindir sayısının artması titreşimi azaltabilir. Fakat motorun büyümesi karmaşıklığı ve ön alanı arttırır.

Yüksek motor devri motor ağırlığını arttırmaz; fakat verimi, dayanıklılığı azaltır ve pervane gürültüsünü arttırır. Devir düşürücü dişli kullanımıyla pervane sesi azaltılabilir; fakat bu da ağırlığı ve karmaşıklığı arttırır, verimi ve güvenirliği düşürür. Emilen yakıt/hava karışımının ağırlığı turboşarj ve ara soğutucu kullanımıyla arttırılabilir. Mevcut yakıtların sınırlı antiknock kalitesinden dolayı motorlar zaten detonasyon sınırına yakın çalışmaktadırlar. Turboşarj daha fazla iç soğutmaya ve/veya düşürülmüş sıkıştırma oranına ihtiyaç duyar. Sıkıştırma oranının arttırılması da yakıtın antiknock kalitesi ve yanma odasında izin verilen maksimum sıcaklık ile sınırlıdır. DİZEL UÇAK MOTORLARININ ÖNEMİ 1920’lerin sonlarında Maybach, Daimler-Benz, Packard and Guiberson gibi bazı üreticiler dizel uçak motorları üretmişlerdir. Junkers JUMO 205 bunların arasında en önemli olanıdır. Bu motor havacılık tarihinde tarifeli bir havayolu tarafından kullanılan ilk dizel motordur ve oldukça çok sayıda (5000’den fazla) üretilmiştir. Bu motorun 1220 librelik ağırlığı ve 880 hp’lik yüksek gücü o zamanki yeni standartları belirlemiştir. Ayrıca bu motor ilk okyanus ötesi seferlerde de kullanılmıştır. İki kademeli süperşarjlı (mekanik olarak döndürülen bir süperşarj ve bir turboşarj) versiyonları 50000 ft’in üzerinde uçan keşif uçaklarında kullanılmıştır ve 39400 ft’e kadar deniz seviyesi gücünü verebilmiştir. 1944’deki bir bremze raporunda 16.6 litre silindir hacmine sahip bir motordan 3100 rpm’de 1800 hp güç çekildiği ve fren özgül yakıt tüketiminin (BSFC) 0.32 lb/hp/hr olduğu kaydedilmiştir. Bu tarihten beri hiçbir uçak motorundan böyle bir değer elde edilememiştir. [2] DİZEL MOTORLARIN DEZAVANTAJ VE AVANTAJLARI Kıvılcım ateşlemeli motorlarla karşılaştırıldığında dizel motoru aşağıdaki dezavantajlara sahiptir: • Basınç (ateşleme basıncı) yaklaşık iki kat yüksektir. Bu da daha sağlam ve genelde daha ağır bir tasarım gerektirir. • Daha büyük basınç yükselişlerinden dolayı daha sesli çalışır (özellikle rölantide daha uzun ateşleme avansı ile çalışırken). • Sıkıştırma işi daha büyük olduğundan daha sarsıntılı çalışır. Aynı sebepten dolayı daha yüksek starter gücü gerekir. • Sıkıştırma ateşlemeli motorların soğuk havalarda ve yüksek irtifalarda çalıştırılmaları zordur. • Dizel enjeksiyon sistemleri basit karbüratörlerden daha pahalıdır. Buna rağmen modern kıvılcım ateşlemeli motorlar basit karbüratörlerden daha hassas yakıt sistemlerine ihtiyaç duyarlar. • Dizel motorlar daha yüksek hava/yakıt oranlarında çalışırlar. Güç çıkışı ve yakıt tüketimine bağlı olarak motora daha fazla hava alınmalıdır. • Dizel motorlarda irtifaya bağlı olarak güç çıkışındaki düşüş daha büyüktür. Dizel motorları bu dezavantajlarının yanında önemli birçok avantaja da sahiptir: • Arzu edilen yakıt tipi: Dizel yakıtı ya da kerozen kolayca bulunabilir. Yakıt kalitesindeki değişimler motor çalışmasının emniyetini ya da güvenirliğini pek etkilemez. Yakıt içindeki küçük miktarlardaki su bile bir emniyet sorunu teşkil etmez. Dizel yakıtı ya da kerozen benzol, kurşun ve temizleme maddeleri gibi zehirli katkılar içermez. Çok daha yüksek

parlama noktası ve düşük egzoz sıcaklıklarından dolayı dizel motorlarda yangın tehlikesi oldukça düşüktür. • Daha düşük yakıt maliyeti: Dizel yakıtı ile galon başına %20-30 daha fazla menzil elde edilir. Bu yakıtlar genelde havacılık benzininden (avgas) daha ucuzdur. (ABD’de Jet-A’nın maliyeti 100LL havacılık benzininden 0.09 $ daha ucuzdur. Avrupa’da özellikle İngiltere’de bu fark daha büyüktür. İngiltere’de Jet-A’nın litresi 0.45 $ iken havacılık benzininin litresi 1.28 $’dır.) [1] Ayrıca dizel motorlar en düşük fren özgül yakıt tüketimine (BSFC) sahip motor tipidir. • Yüksek güvenirlik: Gereken sağlam tasarım ve dizelin kendinden ateşleme prensibi sayesinde dizel motorlar genelde çok güvenilirdir. Dizel motorların genelde 2 zamanlı çevrimle çalışacak şekilde üretildikleri göz önüne alındığında bir supap mekanizmasının, kam milinin ve karışım kontrol kumandasının olmaması güvenirliği arttırmaktadır. Güvenirlik havacılıkta aranan en önemli gereksinimlerden biridir. • Dizel motorlar en yüksek verime sahip ısı makinalarıdır. En yüksek verim aynı zamanda en düşük CO2 kirliliği anlamına gelir. • Egzoz resürkilasyonundan dolayı 2 zamanlı dizel düşük bir NOx kirliliği yaratır. • Modern yüksek basınçlı enjeksiyon sayesinde düşük bir kurum ve yanmamış hidrokarbon emisyonuna sahiptir. • Düşük güçlerde bile yüksek bir verime sahiptir. • Dizel, kıvılcım ateşlemeli motorlar için büyük bir sorun olan ateşleme basınçlarındaki dalgalanmaları önler. Bu da titreşim kaynaklarından birisini ortadan kaldırır. • Bir ateşleme sisteminin olmaması seyrüsefer ve haberleşme sistemlerinde parazit oluşmasını önler. Askeri uygulamalarda bu daha çok istenen bir özelliktir. • Uygulamada dizel motorunu süperşarj etmede bir sınır yoktur. Düşük hava yoğunluklarında yüksek güç çıkışı bir sorun değildir. Tüm pratik durumlarda “overboost” bir sorun değildir. • Daha büyük genleşme oranı verimi arttırır ve egzoz gaz sıcaklığını düşürür. Bu yüzden turboşarjların servis koşulları kritik değildir.

GÜNÜMÜZDE DİZEL UÇAK MOTORLARINDAKİ GELİŞMELER Daha önce bahsedildiği gibi havacılık tarihinde dizeller önemli bir uygulama alanı bulmuş, fakat yüksek güç çıkışlı dizeller yerini turboprop motorlara bırakmıştır. Bir takım dezavantajlarından dolayı zamanla dizel motorlar kullanılmaz hale gelmiştir. Fakat son yıllardaki petrol krizleri, hızla artan yakıt maliyetleri, çevre bilincinin gelişmesi ve mevcut motorlar üzerinde yapılabilecek geliştirme çalışmalarının sınırlılığı üreticileri yeni bir motor tipi tasarlamaya itmiş ve dizellerin karakteristik avantajları bu çalışmaları dizel motorlar üzerinde yoğunlaştırmıştır. Bu çalışmalara DeltaHawk turbo dizel motoru, Zoche Aero Dizeller ve NASA tarafından yapılan araştırmalar örnek olarak verilebilir. Tablo 1. V-4 Turbo Dizel Özellikleri [1] KONFİGÜRASYON

Yukarı  90 derece V-4, turboşarjlı, pervane doğrudan krank miline bağlı, yağ pompalı ve harici hava-yağ seperatör/karterli iki zamanlı dizel . Silindir tepelerinde tepe profili krank mili referans alındığında Lycoming IO-360’dan 3.5 inç daha yüksek. Motor genişliği 24 inçin altında.

SOĞUTMA

Sıvı soğutmalı.

GÜÇ

2700 RPM’de 150 ve 200 hp modelleri mevcut.

YAKIT TÜKETİMİ

BSFC = 0.38 lb/hp/hr.

AĞIRLIK

Starter, yağ pompası, yakıt pompası, su pompası, alternatör, turboşarj, tüm dahili borular ve dahili egzoz sistemi içinde 270 lb. Soğutma sıvısı, yağ ve ısı eşanjörleri takıldığında toplam montaj ağırlığı yaklaşık 310 lb.

GÜVENİRLİK

Mevcut dört silindirli benzinli motorlara nazaran daha az parça sayısı ve daha az potansiyel kaçak noktası: Kam mili ve supap mekanizması yok. Külbütör kapak contası ve silindir kafası cıvataları yok. Sağlam bir blok ve kompakt V-4 tasarımı. Ateşleme sistemi yok.

MOTOR KARAKTERİSTİKLERİ

DeltaHawk V-4 Dizel

Dizelin farkı / tasarrufu

Lycoming IO 360

Güç

200 hp

0

200 hp

TBO

2000 saat

200 saat

1800 saat

BSFC; lb/hp/sa @< %75

0.38

0.04

0.42 (en iyi durum)

Kuru ağırlık

270 libre

-56 libre

326 libre

Toplam montaj ağırlığı

 310 libre

-50 libre

360 libre

Toplam görev ağırlığı (motor + %65 güçte 5.5 saatlik yakıt)

572 libre

-118 libre

690 libre

Satış fiyatı

16000 $ - 18000 $

7000 $ - 9000 $

25000 $

Revizyon maliyeti

 4000 $

8000 $ - 10000 $

12000 $ - 14000 $

2000 saatlik TBO üzerinden yakıt maliyeti

27440 $

13650 $

41000 $

200 saatte değiştirilen ve her biri 14.75 $’lık 8 adet buji

0$

1180 $

1180 $

2000 saatlik TBO üzerinden yağ maliyeti

560 $

688 $

1248 $

TAHMİNİ MALİYET

2000 SAATLİK TOP. TASARRUF

 30400 $ 34400$

Tablo 2. Motor Ekonomisinin Karşılaştırması [1] DeltaHawk Turbo Dizel Motoru ABD’de DeltaHawk Inc. tarafından genel havacılıkta kullanılmak üzere iki zamanlı V4 ve V-8 konfigürasyonlarına sahip, turboşarjlı ve sıvı soğutmalı dizel motoru geliştirme çalışmaları yürütülmektedir. Motorun özellikleri Tablo 1’de verilmiştir. Ayrıca Tablo 2’de DeltaHawk V-4 Dizel motoru ile Lycoming IO 360 motoru ekonomi açısından karşılaştırılmıştır. Dizel motorlarının karakteristik avantajlarının yanında DeltaHawk motorları tasarımdan kaynaklanan ilave avantajlara sahiptir. Bunlar: • Düzenli çalışma: İki zamanlı bir dizel motorda pervaneye sürekli olarak pozitif tork uygulayan her devirde dört güç pulsu vardır. Dört zamanlı motorda ise yaklaşık 30 derecelik bir negatif tork ile her devirde iki puls vardır. • Sıvı soğutma: Yüksek irtifalardan alçalma esnasında termal değişiklikler azaltıldığından daha küçük imalat toleranslarına izin verilir. Bu da gücü ve yakıt verimini arttır.

• Dayanım: İki zamanlı ve piston portlu tasarımda supaplar, supap katarı (yaylar, oturaklar, iticiler, piyanolar vb.) ve kam mili yoktur. Sıvı soğutma yorulmayı azaltır. Silindir ve silindir bloğunu bütünleştiren tasarım saplama, conta ve civata kullanımını ortadan kaldırır. • Güvenirlik: Fail-safe tasarım kriterleri sağlanmıştır. Bunlar yedek hava, yedek yakıt pompaları ve düşük güçlerde soğutma sıvısı olmaksızın sınırlı çalışmadır. • Küçük boyut ve düşük ağırlık: V tasarımı sağlam ve az yer kaplayan bir tasarımdır. İleri teknoloji malzemelerin kullanımı ve düşük ağırlık bir tasarım kriteri olarak görüldüğünden sonuç olarak 1 hp/pound’luk bir güç/ağırlık oranına sahip V-8 modeli doğmuştur. V-4 modeli eşdeğer uçak motorlarından en az 60 libre daha hafiftir. [1] Yeni uçak tasarımcıları için V konfigürasyonu daha yuvarlak bir motor kaportasına izin verir ve bu da aerodinamik gürültü ve pervane gürültüsünü azaltır. Soğuk havalarda ve yüksek irtifalarda çalışma güçlüğü dizellerde karşılaşılan en yaygın sorundur. Bazı kritik irtifalarda yakıt akışının azaltılarak (gaz kolunun kısılması) turboşarjın devreden çıkarılması sonucunda silindir içinde yakıtı ateşlemek için gerekli sıkıştırma sıcaklığına ulaşılamaz. Uçak havanın daha yoğun olduğu daha düşük bir irtifaya düşünceye kadar gaz kolunun tekrar açılması motorun tekrar çalışmasını sağlamaz. Bu sorunun çözülmesi için çeşitli yollar vardır. Bunlardan birisi kritik irtifayı yükseltmek için sıkıştırma oranının arttırılmasıdır. Diğeri de gaz kolu ile motor yakıt pompaları arasına bir aneroid kontrolör koyarak yakıt akışındaki dalgalanmaları önlemektir. Bu sistem atmosfer basıncını ve gaz kolunun durumunu baz alarak yakıt akışını kontrol etmektedir. Sıvı soğutmalı ve termostatik kontrollü motorlar motoru yani havayı sıcak tutarak ateşleme özelliklerini iyileştirir. Katalitik “sıcak nokta” yaklaşımı, normal katalize edilmemiş ateşleme etkin sıkıştırma oranlarının altında ateşleme sağlayabilir. Pervane tarafından döndürülen mekanik bir süperşarj ilave hava yoğunluğu sağlayabilir. DeltaHawk motorlarının ateşleme kritik irtifasını, birçok genel havacılık uçağının uçtuğu yüksekliğe ulaştırmak için yukarıdaki yollar kullanılmaktadır. Kritik irtifanın 25000ft’in (7000 m) üzerinde olması beklenmektedir. [1]. Zoche Aero-Dizeller Genel havacılık için dizel motoru geliştirme çalışmalarından birisi de Almanya’da Zoche Antriebstechnik tarafından yürütülmektedir. Yeni güç sisteminin çok güvenilir mevcut benzinli motorlar ile başarılı bir şekilde rekabet edebilmesi için bir seri hedefler formüle edilmiştir. Yeni bir ürün olarak piyasaya yerleşmiş rakibi üzerinde belirgin avantajları olması gerekir. Bu nedenle aşağıdaki amaçlar güdülmüştür [2]: • Motor ağırlığı/beygir gücü oranı mevcut motorlardan çok daha düşük olmalıdır. Bu ayrıca tamamen monte edilmiş motor için de geçerli olmalıdır. Yani dizel start ekipmanı için düşük ağırlıklı bir çözüm bulunmalıdır. • Motorun tasarımı gövdenin aerodinamik optimizasyonu ile uygun olmalıdır. Motor ön alanı mümkün olduğunca küçük olmalıdır. • Yakıt tüketimi mümkün olduğunca düşük olmalıdır. Dizel yakıtı ya da kerozen (jet yakıtı) kullanılabilmelidir. • Titreşim seviyesi minimumda tutulmalıdır. Dengelenmemiş kütle kuvvetleri ve momentler olmamalıdır.

• Çalıştırma prosedürleri basit olmalı, motorun istek dışı çalışmasına ya da güvenirlik sorunlarına yol açan hatalı prosedür olasılığı olmamalıdır. • Tüm komponent ve prosedürler için en yüksek güvenirliğe ulaşılmalıdır. • Her komponentin emniyetli ve kusursuz bir şekilde tasarlanmasıyla hatalı montaj olasılığı ortadan kaldırılmalıdır. • Modüler tasarım prensibi komponentlerin farklı performanslı motorlarda kullanılabilmesini sağlamalıdır. • Hidrolik pervane governörü kullanım provizyonu standart olmalıdır. • Motorlar her koşulda kullanılabilir olmalıdır (tam aerobatik basınçlı yağlama). • Uçuş manevraları motor güç çıkışını değiştirmemelidir. • Soğuk dizel yakıtlarındaki filtrasyon sorunları çözülmelidir. Çok düşük bir ağırlık elde etmek için enerji dönüşümüyle doğrudan ilgili olmayan tüm komponentler minimum boyutlarına indirilmelidir. Bu da radyal konfigürasyonla mümkündür. Tarihi motor gelişimine bir göz atıldığında radyal motorların büyük ön alanlarından dolayı yerini boksör motorlara bıraktığı görülmektedir. Radyal motorlarda boyutları büyüten bir faktör supap ve biyel mekanizmasını (ana ve tali biyel) içeren silindir kafası için oldukça büyük bir alan gereksinimidir. Fakat iki zamanlı motorlar supaplar olmaksızın yapılabilirler. Ayrıca iki zamanlı dizel motorlar genelde basınçlı yağlamalı karterlere sahip olduklarından daha çevrecidirler. Süpürme hava basıncı genelde bir üfleyici tarafından sağlanır. Süpürme havası içinde yakıt bulunmayan temiz hava olduğundan kirlilik yaratmaz. Tüm kütle kuvvetleri veya momentlerin tamamıyla dengelenmesi eski silindir düzenleriyle mümkün değildir. Örneğin bir boksör motorda karşılıklı silindir sıralarının kütle kuvvetleri birbirlerini neredeyse dengelerler. Fakat silindirler tam olarak karşılıklı yerleştirilemediğinden bir miktar kütle kuvveti dengelenemez. Aynı durum sıra tipi motorlar için de söz konusudur. Radyal motorlarda bile ana ve tali biyel asamblelerinin kullanımı ve tek sayılı silindirlerden dolayı bir miktar kütle kuvveti ve moment dengelenemez. Oysa simetrik, dört silindirli radyal motor kütle kuvvetleri ve momentler için tam bir dengeleme sağlar. Bu, tüm pistonların ortak bir düzlemde hareket ettiği ve ortak bir kranka bağlandığı bir tasarımdır. Bu tasarım sayesinde biyel ve pistonların salınım ve dönme hareketi yapan kütleleri, ağırlık merkezi krank miline bağlı olarak değişmeyen bir noktada olan bir dengesizlik oluşturur. Böylece krank mili üzerine takılan bir çift balans ağırlığı ile tüm kütle kuvvetleri ya da momentler tamamen dengelenebilir. Ana sorun bir dizel motorunu ilk çalıştırmada gereken yüksek güçtür. Dizelleri çalıştırmak için gerekli ağır bataryaların uçak için uygun olmadığı açıktır. Bu sorun, karter süpürmesi olmayan iki zamanlı bir motorun ancak üfleyicinin silindirlere basınç uyguladığında çalıştırılabileceği gerçeği ile daha da ciddileşmiştir. Bu oldukça yüksek motor devri dolayısıyla yüksek starter gücü gereksinimini artırır. Bu sorunun çözümü patentli bir hava starter sistemidir. [2] Bu sistem hava starter motorunun egzozunu kullanarak turboşarjı hızlandırır ve anlık süpürme hava basıncı sağlar. Bu sistem start esnasında oldukça yüksek bir pompalama sağlar ve motor ilk devirde ateşlenir. Start sistemine bağlı bir pnömatik sistem motora start esnasında ön yağlama sağlar. Mekanik üfleyicinin kompresör diski bir starter türbini olarak kullanılarak önemli bir ağırlık düşüşü sağlanmıştır. Hava rezervuarını da içeren starter sistemi 2 librenin biraz üzerinde bir

ağırlığa sahiptir. Motorun start edilmesi de çalışması da herhangi bir elektriki komponentin işlevini gerektirmediğinden güvenirlik yüksektir. Starter hava rezervuarı manifold havasıyla döndürülen serbest türbinli bir kompresör tarafından tekrar doldurulabilir. Bu kompresör hiçbir dişli, kavrama, sviç veya emniyet valfi olmaksızın çalışmaktadır. Rezervuar, kompresörün 28 psi’lık bir hava kaynağı ile döndürülmesiyle doldurulabilir. Hava starteri hafif olma avantajının yanında düşük atmosfer sıcaklıklarında yüksek bir güç çıkışı verebilmektedir. Havanın kendi kendine boşalması rezervuarın iyi bir şekilde contalanmasıyla önlenmiştir. Motor kuru karterli basınçlı yağlama sistemine sahiptir. Yağ skavenç pompaları yağı herhangi bir konumda ve makul herhangi bir akselerasyon altında pompalayabilmektedir. Krank karteri tek parçalı tünel karter tipindedir ve hava giriş manifoldu ile yekparedir. Çok sağlam, fakat hafif bir tasarım çok gelişmiş sonlu eleman modellemesinin kullanılmasını mümkün kılmaktadır. Krank mili için bilyeli yatak kullanılarak sürtünme azaltılmıştır. Bağımsız enjeksiyon pompaları radyal bir konfigürasyonda yerleştirilmiştir. Bu sayede optimal hidrolik özelliklerine sahip kısa enjeksiyon hatları sağlanmıştır. Enjeksiyon pompaları krank miline bağlanmış ve dört silindir sırası başına tek bir kamdan hareket almaktadır. Yakıt pompası, yakıt filtresi ve yakıt hatları tamamen aksesuar gövdesiyle birleştirilmiştir. Böylece yakıta yeterli miktarda ısı iletimi sağlanmış ve düşük sıcaklıklardan doğabilecek tıkanmalar önlenmiştir. Yakıt pompaları, yağ pompaları ve fırçasız-kısa devre korumalı alternatör doğrudan krank milinden hareket alırlar. Tüm aksesuarlar, mevcut uçak motorlarındaki uygulamalara nazaran doğrudan hareket alırlar. Bu sayede motorun emniyetli çalışması V kayışları gibi parçalara bağlı değildir. Sadece bir tane gaz kolu olduğundan motorun kullanımı kolaydır. Karışım kolu, alternatif hava, yardımcı yakıt pompası, manyeto anahtarı, uyulması gereken sıcaklık limitleri, yükleme (boost) ya da güç sınırlamaları yoktur. Devir düşürücü dişli donanımının olmaması, parçaların çok az sayıda olması ve güvenilir dizel komponentlerinin kullanımı sayesinde iyi bir güvenirliğe ve düşük bakım maliyetlerine sahiptir. Yüksek bir uçuş güvenirliğine sahiptir. Çünkü karbüratör buzlanması, manyeto ya da buji sorunları ve buhar tıkanması yoktur. Türbin giriş sıcaklığı çok düşük olduğundan gözlenmesine gerek yoktur. Hatta silindir başı sıcaklıkları bile kritik değildir. Düşük sıcaklıklarda güvenli bir start kabiliyetine sahiptir. Patentli start sistemi anlık manifold basıncı sağlar. Soğuk start ve 2500 rpm’e akselerasyon 1 saniye içinde sağlanmaktadır. [2] Çok karmaşık Zoche aero-dizel, tungsten balans ağırlıkları ve tam akrobatik basınçlı yağlama gibi özelliklerinin yanında en son silindir teknolojisini kullanmaktadır. [2] Zoche aero-dizelin yüksek verimi atılan ısı miktarını azaltır. [2] Böylece soğutma havası gereksinimi asgariye indirilir. Dizel motorunda, kıvılcım ateşlemeli motorların silindir kafaları gibi mutlaka soğutulması gereken noktalar olmadığından, soğutma sorunları daha da azaltılmıştır. Şarj hava basıncı oldukça verimli mekanik üfleyici ve bir turboşarj kombinasyonu ile sağlanmaktadır. Yakıt enjeksiyon pompası ve bunun besleme pompası, yakıt filtresi ve tüm

bağlantı tesisatı krank karteri asamblesine yerleştirilmiştir. Emme manifoldu krank karteri ile yekpare dökülmüştür. Böylece parça sayısı azaltılarak güvenirlik arttırılmıştır. 1992 yılında bu proje Philip Morris araştırma ödülünü kazanmıştır. Zoche ZO 01A ve ZO 02A motorlarının bazı özellikleri eşdeğer motor tipleri ile karşılaştırmalı olarak Tablo 3’de verilmiştir.

Motor tipi

ZO 01A

ZO 02A

O-235 C serisi

O-290 D2 serisi

IO-320 C serisi

Güç hp/rpm

150/2500

300/2500

115/2800

140/2800

160/2700

162.6

325.3

233.3

289.0

319.8

Sıkıştırma oranı

17:1

17:1

6.5:1

7.5:1

8.5:1

Ağırlık libre

185

271

240

264

294

Ağırlık/güç oranı lb/hp

1.23

0.90

2.08

1.88

1.83

Max. Güç BSFC lb/hp/hr

0.365

0.365

0.558

0.560

---

Seyir (%75) BSFC lb/hp/hr

0.357

0.357

0.509

0.434

0.545

Deplasman inç küp

Tablo 3. Çeşitli Motor Tiplerinin Özelliklerinin Karşılaştırılması [2,3,4] NASA Tarafından Yürütülen Çalışmalar NASA tarafından genel maksatlı uçaklarda kullanılan tepki sistemleri üzerinde çalışmalar yapılmış ve ileri teknoloji kullanımıyla performans özelliklerinde önemli gelişmeler sağlanmıştır. Yapılan çalışmalar aşağıdaki motor tipleri üzerinde yoğunlaşmıştır [5]: 1. Düşük maliyetli ve genel havacılıkta kullanılan türbinli motor (GATE). 2. Çok gelişmiş kıvılcım ateşlemeli pistonlu motor (SIR). 3. Çok gelişmiş dizel motoru. 4. Çok gelişmiş dönel (Wankel) motor. Bu motor tiplerinden konuya uygun olarak sadece dizel motoru incelenmiştir. NASA’nın üzerinde çalıştığı dizel kavramı, birçok ileri teknolojiye sahip iki zamanlı bir radyal motor tarafından temsil edilmektedir. Bu NASA Lewis Araştırma Merkezi’nde çalışılan motor tasarımının ölçekli bir versiyonudur. [5] Dizellerde genelde karşılaşılan sorun, sadece kabul edilebilir bir start performansı için gerekli çok yüksek sıkıştırma oranlarıdır. Bu sorun bir kompresör, türbin ve yakıcıdan oluşan bağımsız bir turboşarj çevrimiyle çözülmüştür. Maliyet ve karmaşıklığın artmasına rağmen, mükemmel tasarım gelişmeleri sağlanmıştır. Dizellerde karşılaşılan start sorunları (soğuk, sıcak ve tekrar start) ilk önce turboşarj çevriminin başlatılması ve sonra dizel silindirlerini hareket ettirmek için sıcak basınçlı hava tedarik edilmesi ile çözülmüştür. Böylece motor çok

daha düşük sıkıştırma oranlarında (10:1 dolaylarında) tasarlanabilir, gerilmeler ve motor ağırlığında önemli düşüşler sağlanmış olur. Dahası bağımsız turboşarj çevriminin sahip olduğu kanallar hava akımının dizeli bypass etmesini sağlar. Böylece yerde motorun komple çalıştırılmasına gerek kalmaksızın yardımcı güç sağlar. İki zamanlı dizel çevrimi düşük bir ağırlık/güç oranı vermektedir ve supap mekanizmasının olmaması karmaşıklığı azaltmaktadır. Sonuç belirli bir deniz seviyesi gücü için çok gelişmiş kıvılcım ateşlemeli pistonlu motordan çok daha düşük bir ağırlığa sahip bir motordur. Maalesef 35000ft’lik bir seyahat irtifasında dizel motorundaki yüksek güç düşüş oranı bu avantajı bertaraf etmektedir. Başarılı bir dizel tasarımı için turboşarj kapasitesinin, mevcut performans seviyelerinden daha yükseğe çıkarılması gerekir. Yüksek turboşarj basınç oranından dolayı motor egzoz havası, 17000 ft irtifanın üzerinde turboşarjı döndürmek için yeterli enerjiye sahip değildir. Bu yüzden yüksek irtifalarda istenmeyen güç düşüşlerini önlemek için, türbin giriş havasına ilave enerji sağlamak amacıyla turboşarj çevriminde yakıt yakmak gerekir. Silindir gömlekleri ve piston kafaları seramik malzemeden yapılmıştır ve böylece silindirlerin soğutulmadan (adyabatik) çalışması sağlanmıştır. Bu sayede soğutma hava akımına ısı geçişi engellenerek soğutma sürüklemesi azaltılmış ve motor verimi arttırılmıştır. Fakat bir yağ soğutucusuna ihtiyaç duyulacaktır ve enjektörlere için de bir miktar soğutma havası gerekecektir. SONUÇ Tüm bu yapılan çalışmalar sonucunda gelecekte dizel motorların genel maksatlı hafif uçaklarda kullanımı mümkün görülmektedir. Malzeme ve imalat teknolojisindeki gelişmeler ve kabin basınçlandırması olmayan uçakların seyir irtifalarının düşük olması dizellerin birçok dezavantajını ortadan kaldırmakta ve bu uçaklarda çok daha ekonomik ve güvenli bir şekilde kullanılabileceklerini göstermektedir. DÖNÜŞÜM TABLOSU Aşağıdaki tablo ile metin içindeki birimlerin SI birim sistemine dönüşümlerini elde etmek mümkündür. Temel Büyüklük

Amerikan Birim Sistemi

Dönüşüm Faktörü

Ağırlık

lb

4.448222

N

İrtifa

ft

0.3048

m

Uzunluk

in

0.0254

m

Güç

hp

745.6999

W

Güç Yüklemesi

lb/hp

0.005965163

N/W

Özgül yakıt tüketimi

lb/hp/hr

0.000001657

N/W/s

Tablo 4. Dönüşüm Tablosu

SI Birim Sistemi

UÇAKLARDA YAKIT SİSTEMİ

YAKIT SİSTEMİ İçindekiler : Giriş Yakıtın Özellikleri Uçak Yakıtı Yakıt Kontrolleri Uçak Yakıt Sistemi Yakıt Depoları Yekpare Tip Yakıt Depoları Torba Tipi Yakıt Depoları Tank Kontrol Kapakları Baffle Check Valf Yakıt Boruları Yakıt Pompaları Yakıt İkmal Sistemi Yakıt Transferi Çapraz Besleme Yakıt Miktar Göstergeleri Yakıt Ölçüm Çubukları

YAKIT Sözlük anlamıyla odun, kömür, mazot ve gaz gibi ısı enerjisi kazanılmasını sağlayan maddelerdir. Yakıtlar şekilleri itibariyle sıvı, katı ve gaz olarak sınıflandırılırlar. Havacılıkta kullanılan yakıt ise ısı enerjisini kinetik enerjiye dönüşmesine olanak veren bir sıvı maddedir. Sıvı yakıtların elde edilmesi petrolün bulunmasıyla yıllar veren bir evrim sonucu bugünkü halini almıştır. Petrolün keşfi yıllar önce olmuş, fakat yakıt olarak kullanılabileceği uzun yıllar sonra fark edilmiştir. Petrol damıtılarak yeni ürünler elde edilmeye başlandıktan sonra bu ürünlerin kullanılacağı makine sistemleri geliştirilerek insanlık bir sürat çağına geçmiştir. YAKIT’IN ÖZELLİKLERİ Bütün yakıt çeşitlerinin genel olarak ekonomik olmaları, özgül ağırlıkları, ısıl değerleri, alev noktaları, depolanma kabiliyetleri ve elementer analiz karakteristikleri farklıdır. Yakıt çeşitlerinin bu karakteristikleri kullanım yerlerini çeşitlendirmiştir. Uçak yakıtları karakteristikleri de diğerlerinden farklıdır. Bir uçak yakıtı; 1- Pratik olarak uzun zaman depo edilebilir ve soğuğa dayanıklı olmalıdır. 2- Yapışkan olmamalıdır. 3- Korozyon etkisi yapmamalıdır. Temas ettiği yüzeyleri olmamalıdır. 4- Yeter derecede uçucu olmalıdır. 5- Yanma değeri iyi olmalıdır. 6- Vuruntuya karşı dayanıklı olmalıdır. 7- Artık bırakmadan yanmalıdır. 8- Her an kullanılabilme olanağı sağlamalıdır. 9- Hava ile kolayca ideal biçimde karışabilmelidir. UÇAK YAKITLARI Pistonlu uçak motorlarının yerine daha geliştirilmiş olan jet motorlarının kullanılması, benzinin yerine, jet yakıtının kullanılmasını gerekli kılmıştır. Jet yakıtı, gazyağı türü sınıfından olup ismi "Kerosene" olarak tanımlanır. Jet motoru devamlı bir yanma ile çalıştığından alevlenme noktasının yüksek olması gerekir. Bu da jet yakıtlarında 44 0C civarındadır. Uçaklarımız hava olaylarından kurtulmak, yakıt tasarrufu ve sürtünme gibi bazı etkenlerden dolayı yüksek irtifalara çıkmak zorundadır. Bu yüzden jet yakıtımızın donma noktasının yüksek olması gerekmektedir. Bu donma noktası - 50 0C civarındadır.

Ayrıca uçaklarımıza gerekli yakıtı depolayabilmek için uçaklarımızın belirli bölgelerini yakıt tankı olarak kullanmaktayız. Bu sebepten dolayı uçaklarımızda kullandığımız yakıtlar korozyon yapmamalı ve içinde fazla miktarda su bulunmamalıdır. Sivil uçaklarımızda kullanı1an jet yakıtı JP 1~ JET-Al cinsinden askeri uçaklarda ise JP 4 kodlu yakıtlar kullanı1maktadır. YAKIT YOĞUNLUĞU (DENSITY) Yakıtın birim hacminin kütlesine yakıt yoğunluğu denir. Yakıt yoğunluğu sıcaklıkla ters orantılı olarak değişmektedir. Deniz seviyesinde standart yakıt yoğunluğu; Metrik olarak 0,803 Kg/Lt. İngiliz, Amerikan sistemine göre ise 6,70 Lb/US galondur. Normalde kapasitans esasına göre çalışan yakıt indikasyon sistemi yakıt yoğunluğundaki değişimleri değerlendirerek yakıt ağırlığının tam olarak indikatörde görünmesi sağlanır. , Yakıt miktar indikasyon sisteminin arızalanması halinde uçağa alınabilecek yakıt miktarını öğrenmek istersek tankımızın hacmini ve o andaki yakıt yoğunluğunu öğrenmemiz gerekir. Bunları tespit ettikten sonra aşağıdaki formül uygulanarak uçağa alınabilecek yakıt miktarını tespit ederiz. Tank yakıt miktarı = Tank hacmi x Yakıt Yoğunluğu Kg = Lt x Kg/Lt. Lb = USG x Lb/USG YAKIT KONTROLLERİ Uçağa yakıt ikmalinden önce alacağımız yakıtın bazı kontrolleri yapılması gereklidir. Kontrol etmemizin nedenleri ; 1- JP 1 veya JET A 1 olup olmadığı 2- Pislik ve tortu kontrolü 3- Renk kontrolü 4- Su kontrolü JP 1 veya JET A 1 olup olmadığının kontrolü ; lkmal tankerinde JP 1 veya JET A ı yazıları olmalı, eğer olmazsa yakıt yoğunlugu ölçülmesi gibi araştırmalar yaparak JP 1 oldugu tespit edilmelidir.

Pislik ve tortu kontrolu ; Kavanoz içine konulan yakıt içinde gözle görülen fiziki partiküller ve kavanoz dibinde tortu olmamalıdır. Renk kontrolu ; Yakıtımızın rengi beyaz ve renksiz olmalıdır. Su Kontrolu ; Yakıt içindeki su korozyona, bakteri üremesine, donma sebebiyle bazı arızalara sebep olmaktadır. Bunun için yakıt içinde milyonda otuzdan fazla su bulunmamalı, eğer yakıt içindeki su bu limitlerin dışında ise bu yakıtı uçağımıza ikmal etmemeliyiz. Yakıtta su kontrolü aşağıdaki metotlar uygulanarak tespit edilir. a) Hidrokit metodu Bir kavanoz içindeki yakıta hidrokit maddesi katılır. Oluşan kimyasal olay neticesinde kavanoz dibinde pembe-menekşe bir renk meydana gelirse yakıt içindeki su limit dışıdır. Yalnız hidrokit maddesini rutubetsiz bir yerde muhafaza etmeli ve imalinden 6 ay müddet geçmiş olanlar kullanılmamalıdır. b) Shell dedektörü metodu Şırınga ucuna sarı renkli bir kapsül yerleştirilir. Şırınga ile yakıt çekilir. Kapsül rengi yeşil-mavi-lacivert renge dönüşüyorsa yakıt içindeki su limit dışıdır. c) Kimyevi kağıt şeritlerle ve pastalarla kontrol metodu Yakıt içerisine sokulan kimyevi şerit ve pastalarda renk değişimi meydana gelmesi yakıt içindeki suyun limit dışı olduğunu gösterir. d) Gözle kontrol metodu Kavanoz içine alınan yakıtta kabarcıklar görünmesi yakıt içinde su olduğunu gösterir. Not : Tankın içinde bakteri oluşmuş ise tank tabanında kırmızı bir renk meydana gelir. Bunu önlemek için yakıt miktarıyla orantılı olarak yakıta "biabor" maddesi ilave edilir.

UÇAK YAKIT SİSTEMLERİ Uçak yakıt sistemlerinin gereği ana güç kaynaklarının randımanlı ve güvenilir çalışmasını temin etmek ve bu yolda uçak yakıtının her türlü ortamda kullanı1abilmesi için yakıta pratiklik kazandırmaktır. Her uçak tipine göre amaçları aynı olmasına rağmen değişik yakıt sistem elemanları ile donatılmıştır. Genel olarak uçaklarda iki çeşit yakıt sistemi bulunur. Bunlar ; 1- Yüksek basınç yakıt sistemi 2- Alçak basınç yakıt sistemi Yüksek basınç yakıt sistemi Alçak basınç yakıt sisteminden gelen yakıtın basıncını yükselterek kontrollü bir şekilde kullanılmasını sağlamakla beraber konusu gereği "Motor" derslerinde anlatılacaktır. Alçak basınç yakıt sistemi Depolardan motor yakıt pompasına kadar olan sistemi içerir. Depolardaki yakıtı performanslı bir şekilde motor yakıt pompasına iletmekle görevlidir. Alçak basınç yakıt sisteminin kullanımını sağlamak için depoların doldurulması, havalandırılması, boşaltılması ve ihtiyaç halinde depoların içerisindeki yakıtın birbirlerine transferini sağlayan sistemlerle takviye edilmişlerdir. Bu sistemin başlıca elemanları Depolar, boru ve bağlantılar, pompalar (Booster pumps), yangın kesme valfleri (F1re Shutoff valf), filtre ve bunlarla ilgili indikasyon sistemleridir. YAKIT DEPOLARI (Fuel Tanks) Uçak yakıt sistemleri için gerekli olan yakıtı depo ederler. Yapıları, sayıları, hacimleri ve uçak üzerindeki yerleri uçağın tipi veya maksadına göre değişir. Depolar içine konulan yakıt ile kimyevi bir reaksiyon geçirmeyecek malzemelerden yapılır. Yakıt tankları uçağın değişik konumlarından ve şartlarından etkilen- memesi için her türlü önlemler alınarak imal edilmişlerdir. Genel olarak uçaklarda iki tip depo kullanılır. 1- Yekpare tip yakıt depoları 2- Torba tip yakıt depoları

YEKPARE TİP YAKIT DEPOLARI Kanat içi boşluklarının ve kanatların uzantısı olan gövde kısmının yolcu kabini altındaki kısmı yakıt deposu olarak kullanılır. Kanat yapısı metal metale toleranssız bindirme yoluyla yapılmakla beraber, tankın iç yapısı bostiklenerek sızdırmazlık sağlanmıştır.

Yakıt tanklarının tazyikli bölmeye rastlayan bölümlerinde yakıt kaçağı olabileceği sebebiyle yakıtın buharlaşıp kabine girmemesi için tankın dış kısmı ''apoxy'' türü boya ile boyanmıştır. Ayrıca tankların tabanında su nedeniyle korozyona ve bakteri üremesine engel olmak için poliüretan ile kaplanmıştır. Yakıt tanklarında yakıtın hava sıcaklığına bağlı olarak yoğunluğunun azalması ile hacminin artması nedeniyle %3'den az olmamak şartıyla bir boşluk bırakılır. Bazı uçaklara yekpare tip yapıda olan trim tanklar ilave edilmiştir. Trim tankların uçaklara yerleştirilmesindeki amaç; uçağın daha uzak mesafelere yakıt ikmali yapmadan, rahat bir şekilde gitmesini sağlamaktır. Ayrıca yine aynı maksatla kul1anılmak üzere axuiliary tanklarda uçaklara yerleştirilmiştir. TORBA (KAUÇUK) TİPİ YAKIT DEPOLARI

Bu tip depolar uçaktaki hazırlanmış özel yerlerine yerleştirilip etrafından iplerle bağlanmışlardır.

Depolar kauçuk esaslı olup diğer tip depoların yapmış olduğu görevleri yerine getirmekle beraber, bazı uçakların uçuş menzilini arttırmak için, uçaklara ilave edilirler. TANK KONTROL KAPAKLARI (FUEL ACCESS DOOR) Bakım maksatlarıyla yakıt tanklarına girilmesine kolaylık sağlarlar. Kapakların alt kısımlarındaki contalar yakıt sızdırmazlığını temin eder. Aynı zamanda bazı kapaklar ise yakıt miktar ölçme sistem elemanlarını üzerlerinde taşırlar. Bakım maksatlarıyla tanklara girilmesi gerektiğinde emniyet kurallarına uyulması, naylon ve yünlü elbiselerle tanklara girilerek meydana gelebilecek statik elektriğinde yakıt buharıyla birleşerek yangına sebebiyet vermemesi için pamuklu (Cotton) elbiseler kullanı1ması temel prensiptir.

CHECK VALF (BAFFLE CHECK VALVE) Tankların içerisine monte edilmiş olan bu valfler yakıtın gövde tarafına doğru geçmesine müsaade edip, diğer tarafa akışına müsaade etmezler.

Uçağın dengesinin bozulmaması ve booster pompalara uçağın her türlü konumunda pozitif akış sağlayan bu valfler baffle check valf veya flap valf olarak uçak tiplerine göre değişik isimlerle adlandırılırlar.

YAKIT BORULARI Yakıtın depolarda motor besleme sistemine iletilmesine, ayrıca yakı- tın ikmali, boşaltılması, transferi, havalandırılması gibi işlevleri yerine getirilebilmesi için yakıt sistemini birbirlerine borularla irtibatlandırmıştır. Yakıt boruları tank içerisinde ve tank dışarısında olmak üzere iki kısımdan teşekkül eder.

Tank içerisindeki yakıt boruları; Yakıt ikmal, boşaltma, transfer ve havalandırma gibi işlemlerin yapılabilmesi için kullanılan bu borular kanat esnemelerine müsaade edecek şekilde alüminyum alaşımlarından yapılmıştır. Bu bağlantılar (Gamah Coupling) el torkuyla sıkılır ve tel emniyeti yapılmaz. Tank dışarısındaki yakıt boruları Tanklardan motorlara kadar yakıtın iletilmesini sağlayan bu borular çelik alaşımlı olup, borularda meydana gelebilecek kaçakları toplamak için alüminyum shroud içerisine alınmıştır. Tazyikli bölümden geçen borular tek parça halinde yapılmış olup, ayrıca pylondan motorlara yakıtı ileten ısıya dirençli esnek borular kullanılmıştır.

ALÇAK BASINÇ YAKIT SİSTEM POMPALARI Eski uçaklarda yakıt depoları motorlardan daha yükseğe konularak, ya- kıtın motorlara gelmesi kendi ağırlığı ile olurdu. Fakat uçak irtifaları artınca yüksek irtifalarda yakıt borularında buhar kilitlenmelerine sebep vermemek ve depoların motorlardan daha düşük seviyede olması sebebiyle motorların beslenmesi için yakıtı basınçlı olarak gönderme ihtiyacı duyulmuştur. Basınçlı olarak yakıtı gönderme işlevini alçak basınç yakıt sistemin- de Booster Pompalar yerine getirmektedir. BOOSTER POMPALAR Elektrik motorlu ve sabit hızlı olan bu pompaların görevleri şunlardır. 1- Tankdaki yakıtı basınçla motorlara gönderir. 2- Yakıtın içerisindeki buharı ayırır. 3- Yerde yakıt sisteminin test veya kaçak kontrolü yapılmasını temin eder. 4- Motor pompasının arızalanması halinde motor sistemine gerekli yakıt basıncını sağlar. 5- Yerde yakıtın boşaltılmasında ve transferinde yardımcı olur. 6- Havada yakıtın boşaltılmasında yardımcı olur. Booster pompalar bazı özelliklerinden dolayı değişik isimlerle adlandırılırlar. Bunları şu şekilde sıralandırabiliriz. Ac Booster Pump; 115 AC, 3 faz Start Pump ; 28 V DC Seri Booster Pump; Aynı hatta iki pompa arka arkaya bağlanmış olduğundan çıkış basıncı iki katına ulaşır. Override Booster Pump; Pompanın impeller açısının farklı olması nedeniyle çıkış basıncı yüksektir. Booster pompalar uçaktaki yerleri itibariyle üç değişik konumdadır. 1- Motor ve pompa tank içinde olan booster pompalar 2- Motor tank dışarısında, pompa tank içerisinde olan booster pompalar. 3- Motor ve pompa tank dışarısında olan booster pompalar. Booster pompalar THY filosundaki uçaklarda tamamen tank içerisinde veya tank dışarısında olmak üzere dizayn edilmişlerdir.

TANK İÇERİSİNDE OLAN BOOSTER POMPALAR Bu pompalar tamamen yakıt içerisinde olup yağlama,ve soğutulması basınçlandırdığı yakıt ile sağlanır. Pompa depodan aldığı yakıtı pompanın impelleri vasıtasıyla santrifüj etkisi yaratır ve yakıt ağırlığı ile çevreye dağıtılır. Hafif olan yakıt buharı merkezden pompanın içerisine girer ve pompa ile motoru soğuttuktan sonra havalandırma sistemiyle atmosfere atılır. Bu pompalar AC akımla çalışırlar. Tank içerisinde olup ta DC akımla çalışan pompalarda (Start Pump) vardır. Bunların soğutulması sadece yakıt içerisinde olmasıyla olur. AC pompalardaki gibi pompa içerisine yakıt sokulmaz. Çünkü bu pompalar fırça tip motor ile tahrik edildiğinden spark nedeniyle yangın tehlikesi olabilir. Bu pompalar kısa müddetlerle çalıştırılırlar. TANK DIŞARISINDA OLAN BOOSTER POMPALAR Bu tip pompalar tank dışarısında olup, tanktan bir boruyla aldığı yakıtı motor besleme sistemine basınçlı olarak gönderir. Diğer özellikleri bakımından, diğer tipteki booster pompalarla aynı özellikleri yerlerine getirirler. BOOSTER PUMP CHECK ve BYPASS VALFLER Booster pompa yakıt manifold hatlarında check valf ve bypass valfler mevcuttur, Check valfler : Ait olduğu booster pompa çalışmadığı zaman diğer boosterlerin basmış olduğu yakıtın pompaya geri gelmesine mani olur. Ayrıca pompa söküldüğünde yakıtın akmasına engel olur. ByPass valfler : Ait olduğu booster pompa çalışmadığında veya arızalandığında motor pompası ile yakıtın sisteme geçişine müsaade eder. Booster pump removal valf : Booster pompa emiş hattına yerleştirilen bu valfler pompanın sökümü takımı esnasında yakıtın akmasına mani olur. Manuel olarak açılıp, kapatılabilir. YANGIN KESME VALFLERİ (FUEL FIRE SHUTOFF VALVE) Her motor için birer adet bulunan bu valflere pilot kabininden mekaniki olarak kumanda edilirler. Valflerin çalıştırılması değişik uçak tiplerine göre elektriki ve mekaniki olarak kablo sistemi ile yapılmaktadır. Valfler açık ve kapalı olmak üzere iki pozisyonludur. Uçaklarımızda bulunan bu valfler motor ve APU yangın kesme valfi olarak iki çeşittir.

MOTOR YANGIN KESME VALFİ (ENGINE FUEL FIRE SHUTOFF VALVE) Motor yakıt besleme hattında bulunan bu valf normalde açık konumdadır. Herhangi bir yangın anında veya bakım nedeniyle kapatılmasıyla motorlara yakıtın gitmesini engellemiş oluruz. En ine Shut off valve bazı uçaklarda elektriki bazılarında ise mekaniki çalışan kablomakara sistemiyle kumandalıdır. Valflerin yapısında bulunan Relief valfler manifoldlarda basınç artması durumunda yakıtın tanka dökülmesini sağlar. APU YANGIN KESME VALFİ (APU FUEL FIRE SHUTOFF VALVE) APU Shut Off valf genelde elektriki kumandalı normalde kapalı konumdadır. Valfin açılması APU sivicine kumanda edilerek sağlanır. APU da yangın çıkması halinde APU'ya yakıtın gitmesini engellemek için değişik uçak tiplerine göre çeşitli bölgelerden kumanda edilebilen siviçlerle APU Shutoff valfinin kapatılması sağlanır. Valfin yapısındaki relief valfler manifoltda basıncın artmasıyla açılarak yakıtın tanka dökülmesini sağlarlar. YAKIT İKMAL SİSTEMİ (FUEL FILLING SYSTEM) Uçak motorlara gerekli olan yakıtın temini için yakıtın depolara doldurulma işlemidir. İkmal sistemi; ikmal paneli, yakıt ikmal adaptörleri, yakıt ikmal vafleri ve otomatik kapatma siviçleri ile indikatörlerinden ibarettir.

YAKIT İKMALİNDE DİKKAT EDİLECEK HUSUSLAR: Uçaklara yakıt ikmali veya boşaltılması esnasında dikkat edilecek çok önemli bir husus vardır. Bu Tanker ile uçağın statik elektrik bağlantısının yapılmasıdır. Çünkü statik elektrik; yakıt hatlarında yakıt akışıyla, uçuş sırasında ve yerde uçak üzerinde hava akımı nedeniyle oluşabilir. Kontrolsüz iletişimi nedeniyle oluşabilecek ark ve kıvılcım ile yangın tehlikesi meydana gelebilir. Onun için tanker topraklama kablosu; uçağa ilk önce bağlanmalı ve en son sökülmelidir.

Uçağa yakıt ikmali esnasında dikkat edilecek hususlar : 1- Kapalı yerde ikmal ve boşaltma yapılmamalıdır. 2- İkmal ve boşaltma anında APU veya motor çalıştırılmamalıdır. 3- Yakıt sızıntısı yapan Tanker ve hortum kullanılmamalıdır. 4- İkmal sırasında yangın söndürücüler bulunmalıdır. 5 -Sigara içilmemelidir. 6- İkmal sırasında çivili ayakkabı giyilmemelidir. 7- Kibrit ve yanıcı maddeler elbise üzerinde taşınmamalıdır. 8- Radyo, radar ve elektrik kumanda sw.'leri açılmamalıdır. 9- İkmal aracı uçağa uygun durumda yanaşmalı ve aracın ekzost çıkışı kontrol edilmelidir. // ~

10- İkmalden önce yakıt cinsi ve su kontrolleri yapılmalıdır. 11- Gece yakıt ikmalinde aydınlatma yeterli olmalıdır. YAKIT İKMALİ (FUEL FILLING) Uçaklara yakıt ikmali iki şekilde yapılmaktadır. 1- Basınçlı yakıt ikmali 2- Dökme (Gravity) yakıt ikmali Basınçlı yakıt ikmali Basınçlı yakıt ikmali kanat altında bulanan ikmal panellerinden yapılır. İkmal panelinde ikmalin yapılabilmesi gerekli yardımcı elemanlar bulunmaktadır. İkmal işlemi için tanker uçağa uygun konumda yanaştırıldıktan ve gerekli önlemler alındıktan sonra, tanker hortumu ikmal adaptörüne bağlanır. Hangi tanklara ikmal yapılacaksa o tankların fill vafleri elektriki veya manuel olarak açılır. İkmal başlatıldığında, tankerin basınçlı olarak sevk ettiği yakıt ile depolara yakıt ikmali sağlanır. Tanklar eğer tam doldurulacaksa tankların içerisinde bulunan otomatik yakıt kesme sw.'leri sayesinde tank tam dolduğunda bu sw.'ler fill valfleri kapatarak ikmali sona erdirir. Fakat tam doldurulmayacak ise indikatörde istediğimiz miktarda yakıt elde edilince yakıt alma işlemini sona erdiririz . Uçak yakıt sisteminde 115 AC ve 28 V DC elektrik akımı kullanılır. Tankların içerisindeki yakıt miktarı elektrik akımı mevcutken indikatörlerden, elektrik akımı olmadığında veya sistem arızasında yakıt miktarı yakıt ölçme çubuklarıyla temin edilir. Dökme Yakıt İkmali (Gravity Filling) Basınçlı yakıt ikmali mümkün olmadığı hallerde gravity yakıt ikmal sistemi kullanılır. Her i ki kanat tankları üzerinde bulunan kilitli ikmal kapakları ve bu kapakların altında yabancı maddelerin yakıt tankına girmesini önleyen bir tel filtre mevcuttur. İkmal için, tanker uçağa uygun bir konumda yanaştırıldıktan ve gerekli ikmal önlemleri alındıktan sonra ikmal kapağı açılarak tanker hortumu bağlanır. Böylece tankerden gelen yakıt ile ikmal işlemi yapı1ması temin edilmiş olur. Tanka alınan yakıt miktarı indikatörlerden eğer bu sistern çalışmıyor ise kanat altlarında bulunan ölçme çubuklarından tespit edilir. Bu metot ile sadece kanat tanklarına yakıt ikmali mümkündür. Diğer tanklara yakıt ikmali için kanat tanklarından transfer yapı1arak yakıt ikmali sağlanır. Not; Bu metod ile yakıt ikmalinde kanat tankları arasındaki ilgili uçağın bakım el kitabında yazılı yakıt miktar farklılık limitlerine uyulması gereklidir. YAKIT TRANSFER SİSTEMİ

Uçak yerde iken bir tanktaki yakıtın diğer bir tanka aktarılma işlemine yakıt transferi denir. Yakıt transferi tanklar arasındaki yakıt transferini sağlamak amacıyla ve tanktaki bakım sebebiyle yakıtın başka bir tanka aktarılmasında kullanılır. Yakıt transferi genelde yerde yapı1makla beraber bazı uçak tiplerinde belirli tanklar arasında yakıt transferi havada da yapı1abilmektedir. Yakıt transfer sisteminde uçağın dengesinin bozulmaması için tanklar arasındaki yakıt farkları ilgili uçağın bakım el kitabında yazılı limitler içinde olması gereklidir. ÇARPRAZ BESLEME SİSTEMİ (CROSS-FEED SYSTEM) Normal olarak her motor kendi tankında veya merkez tanktan beslenirler. Fakat tanklar arasında balanssızlık veya tanka ait boosterlerin çalışmaması halinde her iki motorun aynı tanktan beslenmesi gerekebilir. Uçak yakıt sisteminde böyle bir engeli ortadankaldırmak amacıyla besleme sistemlerini birbirlerine bağlayan çapraz besleme sistemi kullanılmıştır. Bu sistemin ana elemanı cross-feed valve dir. Çarpraz besleme valfi (X Feed Valve) Bu valflere kumanda sistemi uçak tiplerine göre değişik olup mekaniki olarak kablo sistemiyle veya elektriki olarak pilot kabininden kumanda edilebilmektedir. Başlıca görevleri şunlardır. 1- Başka bir tanktan diğer bir tankı beslemede besleme sistemlerini birbirlerine bağlar. 2- Yakıt tanklarındaki her hangi bir bakım amacıyla veya tanklar arasındaki yakıt dengesini sağlamak için yakıtın diğer tanka aktarılmasında kullanılır. 3- Yakıt tanklarının boşaltılması esnasında kullanılır. YAKIT HAVALANDIRMA SİSTEMİ (FUEL VENT SYSTEM) Yakıt tanklarının havalandırılmasını sağlayan bu sistemde kanat tanklarının uç kısmında kanat havalandırma sistem borularına bağlı havalandırma kutusu (Vent Box) mevcut olup, bu havalandırma kutusu atmosfere açıktır. Tankların havalandırılmaları bu vent box'lar sayesinde temin edilir.

Havalandırmanın amacı 1- Uçağın her türlü konumunda tanktaki yakıt üzerinde pozitif bir basınç sağlayarak booster pompaların verimli çalışmasını sağlar. 2- Tanklara ikmal ve boşaltma esnasında alınan yakıt kadar havanın dışarı çıkması veya boşaltılan yakıt kadar havanın tanka girmesine imkan vererek depoların deforme olması önlenir. 3- Yakıt ikmal sistemindeki arıza halinde yakıt vent box'lar dan akarak tankların hasarlanmalarını önler. Tanklar tamamen doldurulduğu halde tankda % 2 kadar bir boşluk bırakılır. Tanklarda bırakılan bu boşluk sıcaklık nedeniyle yakıt yoğunluğunun azalıp hacminin artması durumunda yakıtın taşmamasını sağlar. Uçaklara yakıt tanklarının uçağın her konumunda havalandırılmasını temin için değişik isimler altında bazı valfler konmuştur. Bunlar Climb Vent Float, Descent vent Valve ve Vent Drain Float valve gibi isimlerle adlandırılır. HAVALANDIRMA KUTULARI (VENT BOX) Hangi tip havalandırma sistemi olursa olsun; kanat uçlarında Tankların havalandırma sistem borularının bağlı olduğu havalandırma kutuları mevcuttur. Bu Vent Box; havalanma boruları ile havalandırma kutusuna giren yakıtın atmosfere atılmaması için özel bir yapıya sahiptir. İçindeki dikine duran bir boru; atmosfer ile kutunun ilişkisini temin ederken kutu içine havalandırma sırasında giren yakıt da check valfli bir boru ile depoya sevk edilir. YAKIT BOŞALTMA SİSTEMİ (FUEL DEFUELING) Uçak yakıt tanklarındaki yakıtın boşaltılması iki şekilde yapılır. 1- Yerde boşaltma 2- Havada boşaltma (Emergency Boşaltma) YAKITIN YERDE BOŞALTILMASI Yakıt depolarının periyodik olarak veya tamir bakım gibi nedenlerle kısmen veya tamamen boşaltılmasıdır. Defueling ve Sump Drain Valve bu sistemde kullanılan elemanlardandır. Yakıtın yerde boşaltılması üç şekilde yapılmaktadır. 1- Booster pump metodu 2- Emiş metodu 3- Booster pump ve emiş metodu

Booster Pump metodu Yakıt pompalarda basınçlandırılarak ikmal manifolduna, ikmal manifoldundan da tankere sevk edilerek yakıtın boşaltılması sağlanır. Emiş metodu Bu metodda boşaltılacak tankın fill valfi açılarak yakıt tanker pom- pasının emişiyle tankere sevk edilerek yakıtın boşaltılması temin edilir. Booster pomp ve emiş metodu Bu metod yukarıda anlatılan her iki metodun birlikte kullanılması, ile gerçekleşir. Böylece yakıt boşaltma işini daha kısa zamanda gerçekleştirmiş oluruz. YAKITI HAVADA BOŞALTMA SİSTEMİ (DUMP SYSTEM) Uçağın kalkışından sonra, acil durumlarda hemen inmesi gerekirse, bazı uçaklar kalkmış oldukları ağırlıklarla inememektedirler. Acil olarak inmesi gereken uçağın iniş ağırlığını düşürmek için, yakıt tanklarındaki yakıtın bir kısmını havada uygun bir sahaya boşaltma işlemine dump sistemi denir. Bu sistemi uygulamakla uçağımızın kanat bağlantılarının ve dikmelerinin aşırı zorlanmasını önlemiş oluruz. YAKIT İNDİKASYON SİSTEMLERİ Sistemin amacı uçağın her türlü konumunda, yerde ve havada yakıtla ilgili ikaz ve indikasyonların öğrenilmesi bunlara göre gerekli önlemlerin alınmasıdır. Bu indikasyonların pilot kabinine ve kontrol paneline basınç ve indikatör saatleri, miktar ve ısı hissedicileri, alçak basınç ikaz sw.'ler; gibi elemanlarla iletilmesi sağlanmıştır. Yakıt sisteminde yakıt miktar, yakıt ısı ve alçak yakıt basıncı gibi yakıt indikasyon sistemleri kullanılmıştır. YAKIT MİKTAR SYSTEM)

GÖSTERGE

SİSTEMİ

(FUEL

QUANTITY

INDICATION

Yakıt sistemindeki yakıt miktarının öğrenilmesini sağlayan bu indikasyon sistemi iki kısma ayrılır. 1- Kapasitör tip 2- Alternate tip Kapasitör tip yakıt miktar ölçme sistemi Sistem her bir tank için yeterli tank ünit-prop ve konpansatör ünit-prop'lar la birlikte ikmal panelinde ve pilot kabininde her tanka ait birer indikatör ve bazı uçaklarda toplam yakıt miktarını gösteren indikatörden ibarettir. Tank içerisindeki yakıt miktarı yakıtın ve havanın elektrik akımına karşı gösterdikleri yalıtkanlıklarına göre indikatöre elektriki bir kapasitans değeri gönderirler. Tank içerisindeki probun bulunduğu bölgede yakıt yoksa indikatör “0” gösterir. Yakıt seviyesi yükseldikçe yakıtın havaya nazaran daha iletken olması geçen elektrik akımını artıracak, bu voltaj

indikatör içerisindeki amplifier tarafından yükseltilecek ve indikatör motoru çalışarak yakıt miktarı indikatörde görülecektir. İndikatörler kapasitans değerleri toplamını değerlendirerek tankdaki yakıt miktarını ağırlık olarak gösterir. Fakat bu ağırlık standart yakıt yoğunluğuna göre hesaplanmıştır. Uçaklar değişik hava şartlarında çalışmakta olduğundan hava şartlarına göre yakıt yoğunluğu da değişeceğinden indikatörlerde yanlış değerler göstermesine sebep olur. Böyle hatalara sebebiyet vermemek için tankların içerisine kompansatör unit-prop'lar ilave edilmiştir. Bu proplar yakıt yoğunluk değişimini değerlendirerek indikatörlere hatasız ve doğru yakıt miktarının gösterilmesini sağlamışlardır. YAKIT MİKTAR İNDİKATÖRLERİ (MASTER AND REPEATER INDICATOR) Yakıt tankları içerisinde bulunan proplardan gelen yakıt miktar bilgisi, pilot kabinindeki master indikatörlerde ve ikmal panellerine dizayn edilen, onların tekrarlayıcısı olan repeater indikatörlerde okunabilir. Yakıt miktar sistemini test etmek için test switch'ini "TEST" konumuna aldığımızda mekaniki indikatörlerde ibre "sıfır"'a doğru hareket eder. Switch bırakıldığında tanktaki gerçek değer indikatörde görülür. Digital indikatörlerde ise; switch "test" konumuna alındığında "8" rakamları çıkar. Switch bırakıldığında tanktaki gerçek değer indikatörde görülür. ALTERNATE YAKIT MİKTAR ÖLÇME SİSTEMİ Uçak yerde iken kapasitör sisteminin arızalanması halinde yakıt miktarının öğrenilmesini sağlayan bu sistemde ölçme elemanları kanat alt yüzeyine monte edilmişlerdir.

Tankların alt yüzeylerinde bulunan bu ölçme çubukları normalde kilitlidirler. Ancak kilitten kurtarıp çekildiklerinde bulundukları tanktaki yakıt miktarını uçak tiplerine göre kg., lb., lt. veya galon olarak ölçme çubuğundaki taksimatlandırılmış skalada görebiliriz. Bu ölçme çubukları uçaklardaki tank miktarına ve hacmine göre uygun miktarda bulunur. Uçak tiplerine göre Dripless stick (akıtmaz) ve Dripstick (akıtan) olmak üzere iki çeşit ölçme çubukları vardır.

DRIPLESS STICK ÖLÇME ÇUBUKLARI Yakıt akıtmaz tip olan bu ölçü çubuğu tank içerisinde dikine duran anti manyetik boru içerisinde ve üst ucunda bir mıknatıs mevcuttur. Anti-manyetik borunun dışında yakıt seviyesine göre yüzen bir şamandıra ve boruyla temas yüzeyinde mıknatıs bulunur.

Ölçme çubuğu kilitten kurtarılıp aşağı çekilir. Bu esnada ölçme çubuğunu mıknatısı ile şamandıra mıknatısı karşılaştığında ölçme çubuğu sabitlenir. Bu konumda ölçme

çubuğunun kanat alt yüzeyi hizasına gelen değer çubuk üzerinden okunur. Inclinometer denilen uçağın pozisyonunu gösteren çizelgede uçağın o anki konumunu belirleriz. İlgili uçağın bakım el kitabında hazırlanmış çizelgelerden daha önce elde ettiğimiz bu iki değeri bakım el kitabındaki çizelgede karşılaştırarak tanktaki yakıt miktarını tespit etmiş oluruz. DRIPSTICK ÖLÇME ÇUBUKLARI Yakıt akıtan tip olan bu ölçme çubuğu kilitten kurtarılıp aşağı çekildiğinde çubuğun üst ucundan giren yakıt çubuğun altındaki delikten akmaya başladığında kanat alt yüzeyi hizasındaki çubuk üzerindeki değer okunur.

Inclinometer denilen uçağın pozisyonunu gösteren çizelgede uçağın o anki konumunu belirleriz. İlgili uçağın bakım el kitabında hazırlanmış çizelgelerden daha önce elde ettiğimiz bu iki değeri bakım el kitabındaki çizelgede karşılaştırarak tanktaki yakıt miktarını tespit etmiş oluruz. ALTERNATE TİP İLE YAKIT MİKTARI ÖLÇME

Akıtan veya akıtmayan ölçme çubuklarıyla yakıt miktarını tespit ederken dikkat edilmesi gereken hususlar şunlardır. 1- Uçağın yerde olması gerekir. 2- Yakıt ikmali veya boşaltılması bitmiş olmalıdır. 3- Ölçüm esnasında uçağa yükleme ve boşaltma yapılmamalıdır. 4- Ana dikmenin parlak kısımları ve tekerlek havaları eşit olmalıdır. Bu unsurlar gerçekleştiği anda kanat ucundan başlayarak ölçme yapmaya imkan veren çubuktan ölçme yapılır. Daha sonra uçağın gövde yapısında bulunan ve üzerinde uçağın kanat yukarı, kanat aşağı ve burun yukarı burun aşağı konumunu gösteren inclinometer adlı çizelge ile uçağın pozisyonu belirlenir. İlgili uçağın bakım el kitabında bulunan elde edilen bu değerlere göre hazırlanmış olan çizelgelerde o anda tespit ettiğimiz değerleri karşılaştırarak tanktaki yakıt miktarını tespit etmiş oluruz.

MOTORLAR

SABİT KARBÜRATÖR ELEMANLARI

a)Sabit Seviye Kabı İçerisinde daima sabit bir miktarda yakıtın bulunduğu kaptır.Yani yakıt deposudur.Sabit seviye kabında yakıt değişimleri şamandıranın açılıp kapanmasıyla düzenlenir. b)Şamandıra Sabit seviye kabına yakıt girişini ayarlayan düzenektir.Sabit seviye kabına gelen yakıtgirişini,şamandıra üzerinde,şamandıraya bağlı olarak görev yapan konik iğne kontrol eder. Belirli bir çalışma şartında,sabit seviye kabı içerisindeki yakıt seviyesinin değişerek venturiye geçen yakıt miktarının değişimini engellemek için sabit seviye kabı içerisindeki yakıt seviyesinin belirli düzeyde kalması sağlanır. Bu durum,kap içerisindeki yakıt seviyesinin artmasıyla yükselen şamandıranın yakıt girişini kapamasıyla sağlanır.Sabit seviye kabı içerisindeki yakıt seviyesinin düşmesi halinde ise yakıt seviyesiyle birlikte aşağıya düşen şamandıranın yakıt girişini açarak dolan yakıtla,kap içerisinde yakıt seviyesinin istenilen düzeye erişmesi sağlanır. c)Ana Meme Sabit seviye kabının hemen çıkışında,yakıtı venturi bölgesine püskürten borunun başlangıcında yer alan memeye verilen addır.Yakıt miktarının venturiye geçişini düzenler ve sabit seviye kabına yakıt girişi olduğu sürece çalışır.Yani yakıtın venturi bölgesine geçişine izin verir. d)Difüzör Venturiye açılan borunun ucundaki daralan kesitli bölüme difüzör denir ve gelen yakıt burada daralan ve çok ince iğne gibi bir kanaldan geçerek venturiye püskürür.Kesit daralması olduğu için yakıtın hızı artar ve püskürür.Yakıt küçük zerreciklere ayrılarak havayla daha iyi karışması sağlanır. MÜKEMMEL KARBÜRATÖR ELEMANLARI a)Yardımcı Meme Motor düşük devir sayısında çalıştırılırken venturiye yakıt hem ana memeden hem de yardımcı memeden sevk edilir.Yardımcı hazne içerisindeki yakıy seviyesi sabit seviye kabındaki ile aynıdır.Devir sayısı arttığı zaman yardımcı hazneden emilen yakıt miktarı,hazneyi besleyen yakıt miktarını aştığı andan itibaren yardımcı haznedeki yakıt seviyesi düşmeye başlar. b)Rölanti Memesi Rölantide çalışma,mümkün olduğu kadar düşük devirde az yakıt sarfiyatıyla gerçekleşmelidir.Bir önceki peryottan kalan artık egsoz gazının yüzdesi fazladır.Yanmanın bozulmasına sebep olan bu durumun telafisi için daha zengince bir karışım teşkiline gereksinim vardır.Bu yüzden ayrı bir rölanti düzeni yapılmıştır.Yakıtın pülverizasyonunu arttırmak ve gerekli karışım oranını ayarlamak amacıyla atmosfer basıncında ki hava,rölanti memesinden gelen yakıt sistemine bağlanır. c)Kapış Pompası

1- Vakum Pompaları (Diyaframlı,Pistonlu-Pompalı) 2- Mekanik Kumandalı (Diyaframlı,Pistonlu-Pompalı) Bazı durumlarda gaz pedalına ani olarak basarız.Bu durumda ani basınç yükselmesi olacaktır.Yakıt emilemeyecek, pistonlara ağırlığı hafif olan hava dolacak ve motor stop edecektir.Böyle durumlarda karışımı zenginleştirmemiz gerekmektedir.Kapış pompaları bu durumlar için geliştirilmiştir. d)İlk Hareket Düzeni Motorun ilk harekete geçebilmesi için silindir içerisine tutuşabilir karışımın alınması ve bu karışımın sıkıştırılarak ateşlenmesi gereklidir.Bu proseslerin sağlanabilmesi içinde motor çalıştırılmak istendiğinde bir dış etken vasıtasıyla döndürülür. d-1)Jigle En basit ilk harekete geçirme düzenidir.Sabit seviye kabının üzerine yerleştirilen bir butona elle kumanda etmek suretiyle şamandıra aşağıya doğru bastırılır.Sabit seviye kabına giren yakıt,kaptaki yakıt seviyesini yükselteceğinden,venturiye yakıt taşmasını sağlar.Böylece kolay tutuşabilecek zengin bir karışım elde edilir. d-2)Hava Kelebeği Venturiye gelmeden önce emme kanalına bir kelebek yerleştirilir.”Hava kelebeği” olarak tanımlanan bu kelebek bir çubuk sistemi vasıtasıyla gaz kelebeğine irtibatlandırılmıştır. Hava kelebeğinin sebep olduğu emme kanalındaki kasılma,emme peryodunda kelebekle silindir arasındaki bütün bölgede basıncın düşmesine neden olur.Böylece venturiye yakıtın akmasısağlanır ve zengin karışım elde edilir. d-3)Klape Boğulma durumunda venturi bölgesinde vakum oluştuğu için klape içeri çekilir ve içeriye bir atmosfer hava girer.Bu da yakıt girişini durdurur ve boğulma önlenir.Ayrıca bulunan ısıya duyarlı yayda ısı düşükken sıkışıp hava geçişini kapatır.Zengin karışım oluşturur.Isı fazla olursa genleşir ve açılır.Böylece ekonomik karışım oluşturur. d-4)Starter (Otomatik Starter) Starter düzeniyle ilk harekete geçirmede gerekli yakıtın emilebilmesi için gaz kelebeğinin kapalı tutulması zorunludur.Aksi halde düşük basınç yaratılamaz.Yakıt kontrol pistonu starter memesinden gelen yakıtın manifolda girişini kontrol eder.Motor ilk harekete geçirilmeden önce bimetal spiral pistonu,yakıt kanalını açık tutacak şekilde tutar.Böylece düşük basınçlı bölgeye yakıt püskürür.İlk harekete geçtikten sonra bimetal spiral sıcaklık artışından etkilenerek genleşir ve yakıt kanalını kapatır. KARIŞIM ORANINI SABİTLEŞTİRİCİ DÜZENLER a)Ana Meme , Yardımcı Meme Daha önce anlattığımız ana meme ve yardımcı meme yardımıyla karışım (yakıt+hava) olayına düzgün ve sabit yakıt gitmesi sağlanır.

Yaygın olarak kullanılan benzin +hava karışımının tutuşabilmesi için oranın (My/Mh)=(1/18) / (1/9) arasında olması gereklidir.Karışım karbüratörlerde ortalama 1/15 değer mertebesinde gerçekleşir. b)Venturi Bölgesinin Değişkenliği Venturi dar boğazı küçüldükçe ortaya çıkan basınç düşüşünde aynı oranda arttığı (d>d1>d2) ve buna bağlı olarak ta venturi sonrası kayıp basıncın da fazlalaştığı (b>b1>b2) görülmektedir. Belirtilen nedenlerle,yüksek hızlı motorlarda venturiden geçişteki hava hızı veya basınç düşüşünün az olması içi büyük çaplı venturinin,düşük devirli motorlarda ise istenilen düzeylerde homojen karışımın elde edilebilmesi için daha dar çaplı venturinin kullanılması uygundur. ISITMA Motorun herhangi bir problem olmaksızın yüke verilebilmesi için ilk harekete geçirildikten sonra fazla uzun olmamak koşuluyla belirli bir süre ısıtılması gerekir.Isınma süresinin kısa sürede tamamlanabilmesi için,ilk hareket düzeni vasıtasıyla motor rölanti devrinin biraz daha üstündeki bir hızda çalıştırılır.Motor ısınmadan hareket edilirse stop etme durumu ortaya çıkar.Bunun için bazı sistemler vardır.Bunlardan biri Manifold ısı kontrol prensibidir. Isınmada %50 noktası önemlidir.Örneğin; %50 noktası İstanbul`da düşük , Erzurum`da yüksektir.%50 noktası 88-125 derecedir.Isınma için düşük olması istenir.%50 noktası düşük olursa daha kolay buharlaşma olacağından (yakıtta) motorun ısınması o kadar kolay olur. BESLEME ORGANLARI Diesel motorlarının yakıt sistemini genel şekilde,besleme ünitesi ve püskürtme ünitesi olarak düşünebiliriz.Besleme ünitesi;depo,besleme pompası,yakıt filtreleri olarak ayrılabilir.Besleme ünitesinin görevi:de- podan gelen yakıtı her türlü yabancı maddeden arındırarak püskürtme pompasına sevketmektir.Bu sevk işlemi,depo ile püskürtme pompası arasında yükseklik farkı mevcut ise,statik basınç etkisiyle;değilse,bir besleme pompası vasıtasıyla sağlanır.Filtrasyon,besleme pompasından önce,sonra,önce ve sonra uygulanabileceği gibi; motorun çalıştırıldığı ortama bağlı olarak filtrasyondaki kademe sayısı da arttırılabilir. BENZİN POMPALARI Püskürtme pompaları yakıtın basınç altında enjektörlere sevk edilmesini sağlar.Püskürtme pompasında elde edilen basınç,enjektör açılma basıncının üstüne çıkması halinde,silindire yakıt sevki sürer.Püskürtme sistemindeki basınç,enjektör kapanma basıncının altına düşerse yakıt sevki durur. Çok silindirli motorlarda püskürtme pompası herbir silindire eşit yakıt sevki sağlamalıdır.Aksi halde,silindirlerden alınan güçlerdeki farklılaşma motorun çalışma düzenini bozar. Püskürtme pompası kamı etki alanına girdikten sonra,verdiği ani itme hareketiyle doğan yakıt basıncı, aynı anda enjektöre iletilemez.Gerek yakıttaki gerekse sistemdeki elastikiyet nedeniyle,meydana gelen sıkışma etkisi,yakıt tabakalarının ardarda sıkışıp genişlemesi suretiyle dalga şeklinde enjektöre ulaşır.

DİZEL MOTORLAR

1.DİESEL MOTORLAR 1.1.GİRİŞ Diesel makineleri bir çeşit içten yanmalı makineler olup, yaktın kimyasal enerjisi makine silindirleri içinde direkt olarak mekanik enerjiye çevrilir. Birkaç beygir gücünden 35 000 hp’ye kadar yapılmakta olan bu makineler bugün en yüksek verimli güç üreticidirler. Diesel makineleri güç üretici olarak elektrik üretmek üzere kuvvet santrallarında, ulaştırma alanında diesel lokomotif, kamyon ve otobüslerde ve nihayet konumuzu teşkil eden enerji tesislerinde ana ve yardımcı makine olarak çok yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Ayrıca, diesel motorlarının kullanma sahası olarak petrol, kereste , maden ve tarım alanlarını da göstermek mümkündür. 1936 yılında bütün dünyada 6 000 000 hp’de diesel motoru kullanılmakta iken bu miktar 1947 yılında donanma ve ordu emrinde kullanılmakta olanlarla birlikte 85 milyon hp’ye yükseldi. 1956 yılında ise yaklaşık olarak 20 000 000 hp’lik diesel makinesi imal edildi. 1964 yılında, bir sene içinde 2 000 DW tondan büyük olmak üzere 582 gemiye toplam olarak 4 845 970 bhp’lik makine tesis edildi. Diesel makinelerinin büyük bir yüzdesi sıvı yakacaklarla, gittikçe artan sayıda yüksek güçlü, ağır devirli diesel motorları ise “Bunker C” fuel oil ile ve başarıyla çalışmaktadırlar. Gaz yakıtlarının bulunduğu alanlarda çift yakıtlı diesel motorları, yakacağının çok ucuz olması sebebiyle büyük bir avantaja sahip olmaktadırlar. Bu makinelerde %5 diesel oil ve %95 gaz yakıt beraberce yakacağı meydana getirmektedir. Çift yakıtlı makineleri sadece gaz yakıtla da çalıştırmak mümkündür. Ancak, bu takdirde yakıtın bir buji vasıtasıyla yakılmak mecburiyeti vardır. 1.2 –İçten Yanmalı Makinelerin Tarihçesi İlk içten yanmalı makineyi yapmak şerefi 1794 yılında Street’e nasip oldu. Bu makine tersine çevrilmiş bir silindir ve hareketli bir pistondan meydana gelmişti.Silindirin alt tarafı veya silindir kafası bir ocakla ısıtılırken üst kısımları suyla soğutulmaktaydı. Bu ilk makinede birkaç damla terebantin esansı yakacak olarak kullanılmakta ve yanmayı temin edecek havayı silindire çekebilmek için piston bir levye vasıtasıyla hareket ettirilerek yukarı kaldırılmaktaydı. Ayrıca piston, silindir kafasına açılmış bir aralığa temas ettirilen harici bir alevin karışımı yakması veya meydana gelen patlama ile de yukarıya hareket edebilmekteydi. Silindirlerin su ceketiyle soğutulması, meydana gelen gayet düşük basınç dolayısıyla pistonun aşağıya dönüşünü temin içindi. 1824 Yılında, sonradan içten yanmalı makinelerin, özellikle diesel motorlarının temel ilkeleri, genç bir Fransız mühendisi Sadi Carnot tarafından ortaya atıldı: a - Yakıtın sıkıştırılmış hava içinde kendiliğinden yanışı . 15/1 oranında sıkıştırılan havanın 300 ºC’ye kadar ısındığı ve bu durumdaki havanın kuru odun parçalarını yaktığı. b - Yanmadan önce havanın sıkıştırılması .Carnot, yanmanın atmosferik basınç yerine yüksek basınçta olmasını ve yakıtın sıkıştırma sonunda ilave edilmesini düşündü ve böylece kolaylıkla enjektörü keşfetmiş oldu. c - Makine silindirlerinin soğutulması . Carnot, devamlı bir işletme için silindir duvarlarının soğutulmasının gerekli olduğunu buldu.Profesör R. Diesel buna inanmadı, fakat çetin çalışmalar neticesinde bu konuda Carnot ile aynı fikre sahip oldu. d - Egzost gazlarının ısısından yararlanma. Yüz seneden daha fazla bir zaman geçtikten sonra, Carnot ‘un bu buluşundan egzost gazlarını bir kazanın boruları arasından geçirmek suretiyle yararlanma yoluna gidilmiştir. Halen gemilerde ve endüstride bu ilkeden yararlanılarak egzost gazlarının artık ısısından faydalanılmaktadır.Özellikle diesel

motorlarıyla donatılmış gemilerdeki yardımcı kazanlar hem akaryakıt ve hem de egzost gazlarıyla çalışacak şekilde yapılmaktadır. Lenoir 1860 : Lenoir ‘in ilk ticari içten yanmalı makineyi yapışı 1860 yılına rastlar. Bu makinede hava – yakıt karışımı piston tarafından silindirin içine çekilmekte ve bu karışım bir elektrik sparkı yardımıyla ateşlenmekte ve piston strokunun sonuna itilmektedir. Egzost gazları ise dönüş strokunda dışarıya atılmaktadır. Lenoir ‘in makinesi gayet güzel çalışmakla beraber en önemli sakınca yanmanın atmosferik basınçta oluşu sebebiyle termik verimin yaklaşık olarak %4 civarında bulunuşuydu. Beau De Rochas 1862 : İçten yanmalı makinelerin verimini yükseltebilmek bakımından aşağıdaki fikirler Beau De Rochas tarafından ileri sürüldü : 1) mümkün olan en büyük silindir hacmi ile en az soğutma yüzeyi, 2)genişlemenin mümkün olan çabuklukta yapılması, 3) genişleme başlangıcında mümkün olan azami basınç . Otto 1867 : Langen’le işbirliği yapmak suretiyle Otto çok büyük hacimli bir serbest pistonlu makine yaptı. Otto 1876 yılında da ilkeleri Beau De Rochas tarafından ortaya konulan dört stroklu makineyi yaptı. Bu makine, bugünün tek etkili benzin ve diesel motorlarına benzemekteydi. Ackroyd – Stuart 1890 : “Patlayıcı bir karışımın yanıcı buharları veya hava ile benzin karışımının çok erken yanmasına mani olmak için, devamlı bir kıvılcım ya da iyice ısıtılmış bir ateşleme kafası şeklinde ve silindir dahili ile temasta bulunan daimi bir ateşleyiciye lüzum vardır” buluşunu içine alan patent 1890 yılında Ackroyd – Stuart tarafında alındı. Diesel 1892 : Havanın belirli bir oranda sıkıştırılması sonucunda meydana gelen sıcaklığın, yakıtın yanma sıcaklığından yüksek olduğu sonucunu veren ilk makinenin patenti Dr. Rudolf Diesel tarafından 1892 yılında alındı. Bu makinede havanın sıkıştırılmasından sonra yakıt üst ölü noktada tedrici bir şekilde püskürtülmeye başlanır ve bir basınç yükselmesi olmaksızın yanma başlar. Yakıtın püskürtülmesi sona erince gaz kütlesinin genişlemesi başlar. Dr Diesel önce Almanya ‘da akaryakıt bulunmaması sebebiyle makinesini kömür tozu yakacak şekilde geliştirme teşebbüsünde bulundu. Silindirlerin soğutulmaması ve havanın 100 Kg / cm2 ‘ye kadar sıkıştırılmak istenmesi Diesel ‘in bu ilk makinesinin başarısızlığına sebep oldu. 1895 Yılında yapılan üçüncü makine Dr. Diesel ‘in tam bir başarısı ile sonuçlandı. Bu üçüncü makine dört stroklu, sıkıştırma sonu basıncı 30 – 40 Kg /cm2 olan, su ile soğutmalı ve yakıtı yüksek basınçlı hava ile püskürtülen bir makineydi. DİESEL MOTORLARIN ÇALIŞMA PRENSİPLERİ 2.1 Dört Stroklu Makineler: Dört stroklu bir diesel motorunun çalışma prensibi ( Şekil: 2-1 a-b-c-d ) ‘de şematik olarak görülmektedir. Birinci veya emme stroku arasında ( Şekil: 2-1a) piston aşağıya doğru hareket eder. Piston silindir başlığından uzaklaşırken silindir içinde vakum meydana getirir. Bu vakum nedeniyle temiz hava inteyk -emme- valfı arasından silindir içine emilir. Bu durum piston alt ölü noktayı bir miktar geçinceye kadar devam eder. Piston alt ölü noktayı geçtiği zaman ikinci ya da kompresyon-sıkıştırma-stroku başlar. İnteyk valfı kapanır ve piston silindir içindeki havayı sıkıştırarak basıncını ve sıcaklığını yükseltir. ( 30-40 atm. Ve 550-700 ºC ). Piston üst ölü noktaya varmadan pek az önce yakıt enjektör yardımıyla ve gayet ince bir sis halinde, derece derece silindir içerisine püskürtülür.

Güç strokunun bu ilk kısmında yakıt tutuşur, yanar ve böylece silindir içerisinde bir basınç ve sıcaklık yükselmesi meydana gelir. ( 40-60 atm ve 1400-1900ºC ). Bu üçüncü, iş veya güç stroku esnasında sıcak gazlar pistonu alt ölü noktaya doğru sürerler. Silindir hacminin büyümesi dolayısıyla gazlar genişler ve elde edilen enerji konnektin rod vasıtasıyla krank şafta intikal ettirilir. Piston alt ölü noktasına varmadan kısa bir müddet evvel egzost valfı açılarak yüksek basınçlı yanma gazları valf arasından atmosfere çıkmaya başlarlar (Şekil: 2.1e). Dördüncü veya egzost stroku sırasında piston yukarıya, üst ölü noktaya doğru hareket eder ve silindir içindeki artıkları dışarı atar. Piston üst ölü noktasına varmadan pek az önce inteyk valfı(i) açılır, üst ölü noktayı biraz geçer ise egzost valfı kapanır.Bu ifade her iki valfın üst ölü nokta civarında çok kısa bir süre beraberce açık kaldığını göstermektedir. Buna valf overlep’i adı verilir. Valf overlepi silindirin içine hava akımı temin etmek ve artık egzost gazlarını süpürebilmek için yapılmaktadır. 2.2 İki Stroklu Diesel Motorlar: İki stroklu diesel motorlarında dört strokluların aksine dört zaman iki strokta veya krankın bir devrinde tamamlanır. İki stroklu benzin motorlarında da söyleneceği gibi, dört stroklu ve iki stroklu makineler arasındaki ana fark silindirlerin temiz hava ile doldurulması ve yanma gazlarının silindirden atılması metodudur. Dört stroklu makinelerde bu işler makine pistonu tarafından eme ve egzost strokları sırasında temin edilir. İki stroklu diesel motorlarında bu operasyon bir hava tulumbası ya da blover tarafından alt ölü noktaya yakın meydana getirilir. Sıkıştırma, yanma ve genişleme zamanları dört stroklu makinelerden farklı değildir. Kullanılmış gazların çıkarılışı ve silindirin temiz hava ile dolduruluşu şu şekilde cereyan eder: Piston genişleme strokunun %80 - % 85’ i kadar hareket ettiği zaman egzost portları( e) açılır, egzost gazları kaçmaya başlar ve silindir içerisindeki basınç düşer Şekil 2.2.a.Piston alt ölü noktaya hareketine devam ederken nihayet süpürme havası portlarını (s) açar ve atmosferden hafifçe basınçlı hava silindire dolmaya başlar. Bu hava silindir içindeki sıcak gazlardan biraz daha yüksek basınçta olduğu için onları egzost portundan dışarıya doğru sürer(Şekil: 2.2.b). Bu operasyona skavencin, verilen basınçlı havaya skavenç havası,havanın verildiği pencerelere ise skavenç portları adı verilir. Piston üst ölü noktaya doğru hareket ederken önce skavenç portlarını, sonra egzost portlarını kapatır ve kompresyon başlar. Sıkıştırma sonundaki basınç yaklaşık olarak 32-38 atm ve sıcaklık 700-800ºC’dir. Piston Üst ölü noktasına yaklaştığı zaman, enjektörden püskürtülen yakıt kızgın hava ile temas eder ve yanma başlar. Bu arada basınç 50-60 atm ve gazların sıcaklığı ise 1500-1800 ºC’ye yükselir.(Şekil2.2c) yakıt püskürtme zamanını göstermektedir. 2.3 Süperşarj ( Aşırı Doldurma ) : İki ve stroklu diesel makineleri arasındaki farklardan en önemlisi, eşit piston deplasmanı ve makine ana ölçülerinde, iki stroklu makinelerin teorik olarak diğerinden, yaklaşık olarak, iki misli güç geliştirmesidir. Bu bakımdan, dört stroklu motorlar iki stroklulara nazaran dezavantajlıdırlar. Bu mahzuru ortadan kaldırabilmek Ve dört stroklu motorların iki stroklularla rekabetini temin edebilmek üzere aşırı doldurma – süperşarjmetodu geliştirilmiştir. Süperşarj yardımıyla bugün dört stroklu makinelerin gücünü %60%50 miktarında çoğaltmak mümkün olmaktadır. Silindir içine normal bir emme stroku sırasında emilenden daha fazla miktarda hava vermeye süperşarj ya da aşırı doldurma adı verilir. Süperşarjin ana ilkesi, silindire verilecek hava dolgusunun basıncını yükselterek ağırlığını, dolayısiyle miktarını arttırmaktadır. Böylece, hava miktarının artması silindirlerde daha fazla yakıt yakılmasını ve dolayısiyle makine güç verdisinin çoğalmasını temin eder.

Süperşarj uygulaması sırasında silindir maksimum basınçlarında pek önemli değişiklikler olmamakla beraber, fazla yakıt yakılması, silindir ve egzost gaz sıcaklıklarının artmasına ve soğutma suyu ile daha fazla ısı taşınmasına sebep olacaktır. Fazla sıcaklık etkilerine engel olmak için ve makineyi aşırı ısınmadan korumak gayesiyle inlet ve egzost valfları overlepi, tabii emişli makinelere nazaran çoğaltılır. Genel olarak süperşarjlı makinelerde valf overlepinin değeri krank açısı cinsinden 80-160 derece arasında değişir. Böylece egzost valfının açık bulunduğu bir sırada verilen basınçlı hava hem yanma hücresini süpürür ve hem de egzost gazlarının sıcaklığını azaltır. Silindir duvarları ve piston ise soğutma suyu ile soğutulur. Süperşarj uygulamak suretiyle dört stroklu bir diesel makinesinden aşağıdaki faydaları sağlamak mümkündür: a – Beher beygir gücü başına düşen makine özgül ağırlığını azaltmak. Bu özellikle gemi ana makineleri için pek önemli bir faktördür. b – Makinenin kapladığı hacmin azalması sebebiyle yük veya yolcu için gerekli faydalı hacmin çoğalması. c – Egzost gazlarının artık ısısından ve basıncından yararlanarak makinenin güç verdisini çoğaltmak. d – Yüksek rakım (altitüd) etkilerini gidermek. Özellikle deniz seviyesinden yüksek yerlerde çalıştırılan diesel makinelerinin güç kayıpları süperşarj uygulaması ile giderilir. e – Endike ve efektif yakıt sarfiyatının azaltılması .Yapılan son deneylerde efektif özgül yakıt harcama 137 gram / Pse – saat olarak tesbit edilmiştir. Silindirlere verilecek havanın basıncının yükseltilmesi iki ana tipteki pompa yardımıyla olur, Bunlar : (a) Blovr ya da pozitif deplesmanlı tulumbalar, (b)merkezkaç sentrfigal yada türbo pompalardır (Şekil 2.3). Pistonlu bloverler devirgenlere nazaran daha pahalı, daha ağır ve daha az güvenilir olduklarından nadiren süperşarjer olarak kullanılırlar. 3.DİESEL MAKİNELERİN HAREKETLİ KISIMLARI 3.1. GİRİŞ Diesel makinelerinin hareketli kısımları adı altında pistonlar, konnektin rod ve krank şaftlar gözden geçirilecektir. 3.2. PİSTONLAR Pistonlar iki kısımda mütalaa edilecektir. Bunlardan birincisi kroshede bağlı olarak kullanılan pistonlar, ikincisi ise doğrudan kroshed görevi yapan pistonlardır.Birinci sınıfa giren pistonlar iki stroklu ve çift etkili makinelerde kullanıldıkları takdirde su veya yağ ile soğutulmaları gereken “Barıl pistonlar “ ikinci sınıfa dahil olanlar ise bütün tek etkili ve kroshedsiz makinelerde kullanılan “Trank “ pistonlardır. Bütün pistonlar, inlet stroku sırasındaki küçük vakumla – dört stroklularda – maksimum basınç (50-80 Kg / cm2 ) arasındaki basınç dalgalanmalarına ve bunun sonucu olan temperatür ve ısıl gerilmelere maruzdurlar. Pistonlar ayrıca bu termik zorlamalardan başka konnektin rodun meylinden doğan yan sırastına, yetersiz yağlamaya ve silindir laynerindeki çıkıntılar nedeni ile aşınmaya da dayanmak zorundadır. Yağ ve su ile soğutulan silindir layneri ve pistonlarda normal ve ağır yüklerde sıcaklık dağılışını göstermektedir. Çift etkili makinelerde kullanılan pistonlar çok kısımlı ve her iki taraflarının yanma mahalli olması nedeniyle alt ve üst tarafları kapalı olarak yapılırlar.Bu tip pistonların

soğutulması içi oyuk piston rod yardımıyla yapılır. Bu pistonlarda soğutucu olarak su veya yağlama yağı kullanılır. 3.2.1 Trank Pistonları: Trank pistonların vazifeleri şunlardır: a-) Gaz basıncını konektin rod yardımıyla krank şafta iletir. b-) Konektin rodun meyli dolayısıyla meydana gelen yan srastını üzerine alır. c-) Silindir içini, özellikle yanma odasını krankkeysten ayırır. d-) Yanma ve genişleme strokunun başında emdiği ısının, ringleri yardımıyla soğutma suyuna aktarılmasını sağlar. Trank pistonlar önem derecesine göre dökme demir, dökme alüminyum, dövme alüminyum, dökme çelik ve dövme çelikten yapılırlar. Dökme demir piston yapımında çok zaman tercih edilen bir materyaldir. Tek kusuru alüminyum pistonlara nazaran biraz ağır olmasıdır.Gerçekte bu fark iyi bir dizaynda %10-%20 alüminyum lehine olmakla beraber, dökme demir pistonlar kalayla kaplandıkları taktirde çok daha az bir layner aşınması meydana getirmeleri nedeniyle diğerlerine tercih edilirler. Dökme alüminyum alaşımları, dökme demire nazaran hem daha hafif ve hem de ısıyı daha iyi dağıtırlar. Fakat fiyatları dökme demirden önemli miktarda daha yüksektir. Buna rağmen dayanıklık konusunda aralarında mühim farklar yoktur. Dövme alüminyum çok daha dayanıklı ve ağırlığı dökme alüminyumla aynı olup uçak motorlarında ve ağır işlerde kullanılan yüksek devirli dizel makinelerinde kullanılırlar. Bazı pistonlar, piston tacı içerisindeki perdeler arasında dolaştırılan soğutma suyu veya yağlama yağı ile soğutulur. Trank pistonlar genel olarak su ile soğutulan silindir duvarına temas ederek üzerindeki ısıyı ringleri yardımıyla laynere aktarırlar. a-) Piston Kafası : Piston kafası et kalınlığına tesir eden iki önemli faktör mevcuttur. Bunlardan birincisi dayanıklılık diğeri ise ısı akımıdır. Çok zaman ısı akımı için yeter bir kesit yüzeyi verebilecek et kalınlığı mukavemetin gerektirdiğinden daha fazla olabilir. b-) Sürtünme : Piston ile silindir arasındaki sürtünme, uygun malzeme kullanmak , layner yüzeyini iyice taşlamak , piston ringlerinin basıncını minimuma indirmek, iyi yağlama temin etmek ve makul olan en yüksek sıcaklıkta yağlama yağı kullanılarak azaltılabilir. c-) Piston Klensleri : Silindir layneri ile piston arasındaki klensler makine dizaynına, piston çapına bağlı olarak değişir. Çapları yaklaşık olarak 100mm’ye kadar olan dökme demirden yapılmış pistonların etekleri ile silindir layneri arasındaki klerens en az 0,12mm olmalıdır. Piston meyilli olduğuna veya daha doğru bir deyimle piston kafası çapı etek çapından küçük bulunduğu taktirde kafa ile layner arasındaki klerens daha büyük olur. Bu söylenenler soğuk piston içindir. Makine ısınınca piston tepe klerensi hemen hemen etek klerensine eşit olur. Diesel makineleri yapan firmalar işletme kitaplarında bu klerensleri vermektedirler. 3.2.2. Piston Pinler Silindir içinde geliştirilen bütün güç rist pin adı verilen piston pin tarafından konnektin roda aktarılır. Konnektin rodlar ile piston arasındaki yegane bağ piston pin tarafından temin edilir. Piston boslarına yerleştirilmiş bronz buşingler tarafından taşınan rist pinler, konnektin rodun üst ucuna yerleştirilmiş bir başka buşing içinde hareket ederlerse böyle pinlere tam salınımlı, eğer piston boslarının her iki tarafından set skrular vasıtasıyla kilitlenirse, böylelerine sabit pinler adı verilir. Sabit pinli dizaynın en büyük sakıncası, salınım hareketinin sadece konnektin rod yatağına yüklenmiş olması ve aşınmanın sabit

olmamasından dolayı tehlikenin söz konusu edilmesidir. Piston pin yatakları oldukça ağır bir durum altında çalışırlar. Silindir ile piston arasında sabit bir yük dağılımı elde edebilmek için piston pin pistonun orta kısmına yerleştirilmelidir. Yüksek devirli makinelerde piston pinler çokluk tam salınımlı olarak yapılırlar. Bu pinler genel olarak konnektin rodun bronz buşingi içinde çalışmakta olup, piston boslarından çıkarak layneri yaralamamaları için pistonun her iki tarafından bronz veya alüminyum kapaklarla emniyete alınırlar Sabit piston pinlerde, piston pinin uçlarına yakın piston yüzeyi hafif oyuk olarak yapılır. Büyük güçlü makinelerde, piston pinler yumuşak çeliklerden ve yüzeyleri sertleştirilmek suretiyle yapılır. 3.2.3 Piston Ringler : Pistonların üst kısımlarına geçirilen çeşitli sayıdaki kompresyon ringlerinin faydaları şunlardır: a-) Kompresyon stroku sırasında basınçlı havanın veya yanma esnasında gazların krankkeyse firarını önleyecek şekilde piston ile silindir gömleği arasında siillik etmek. b-) Yanma sırasında piston kafasına aktarılan ısının su ile soğutulan silindir laynerine iletilmesini sağlamak. c-) Konnektin rodun meyli nedeni ile meydana gelen yan basıncının bir kısmını üzerine almak. Küçük makinelerde bir, daha büyük makinalarda iki, bazen üç adet yağ sıyırıcı ring kullanılmaktadır. Yağ ringlerinin kullanılmasının sebebi, krankşaft ve konnektin rod tarafından çarpma etkisiyle veya lubrikeyterler tarafından basınçla verilen ve fazla olması muhtemel bulunan yağlama yağının krankeyse sıyrılmasını ve böylece yağlama yağının bir kısmının silindirin yanma mahallinde yanmamasına temindir. Kompresyon ringleri gri dökme demirden yapılırlar. Bazı ring tipleri yüzeylerine özel parçalar geçirilmek suretiyle meydana getirilirler. Şekil 3.3’de laynere temas yüzeyine bronz parça geçirilmiş bir kompresyon ringini göstermektedir. Bazı pistonların yüzeyleri ise kimyasal terkiplerle muamele edilir. Ring yüzeyinin daha iyi sitlik edilebilmesini ve aşınmanın azalmasını temin için bazı kompresyon ringleri yarım dereceden bir dereceye kadar hafifçe meyilli yapılırlar. Bu suretle ilk temas yüzeyi oldukça küçük olacağından önceleri aşınma hızlı fakat sonraları ise gittikçe azalır. Bu ringler yanma gazlarına karşı gayet güzel bir siillik örneği verirler. 2. Dünya Savaşı’ndan sonra ringlerin yüzeylerinin gayet sert bir metalle kaplanması adet haline geldi.kromla kaplama adı verilen bu usul, hem piston ringlerinin ve hem de silindir layneri aşınmasını azaltması bakımından bugün birçok dizel makinelerine uygulanmaktadır. Genel olarak bugün kullanılmakta olan piston ringleri dikdörtgen kesitindedir. Ringlerin çapları, silindir çapından biraz büyüktür ve ringler silindir içerisine girebilmek için birer taraflarından kesilmişlerdir. Bazı makinelerde bazen alt bazen de hem alt ve hem de üst tarafı meyilli kompresyon ringleri kullanılır. Böylece piston iç tarafta kanalına bakan yüzünde ince, dışta yani silindire bakan yüzünde ise daha büyük bir et kalınlığı temin edilir. Yağ kontrol ringleri daha yüksek birimde bir duvar basıncı elde edebilmek amacı ile dar yüzlü olarak dizayn edilirler. Aynı zamanda alt yüzeyleri sıyırıcı bir satıh meydana gelecek şekilde kesilir, şekillendirilir. Bazı dizaynlarda bir, diğerlerinde ise yağ ringleri üzerinde iki adet sıyırıcı kenar ya da uç bulunur ve piston en alttaki yağlama yağı sıyırıcı ring

kanalının alt ucundan başlamak üzere çepeçevre yağ dreyn kanallarını haizdir. Bazı makine pistonlarında bu holler ya da kanallar, iki kanal arasında veya her iki şekilde de olur. 3.2.4. Piston Ring Klerensleri : Piston ringlerinin, gerekli hareketten fazlasına müsaade etmeyecek bir klerense sahip olmaları gerekir. Eğer klerens ring kenarı ile layner arasında ise, buna “Kenar Klerensi” denir. Bu klerens küçük çaplı ( 75-125mm) makinelerde 0.002 – 0.0025º veya 0.05- 0.063 mm, biraz daha büyük çaplı makinelerde 0,076-0,12mm veya 0,003-0,005 inç arasındadır. Piston ringleri, makine soğuk iken pistonlara takıldıklarından uçları arasındaki aralığın yeter miktarda olması gerekir. Çünkü, maksimum piston sıcaklığında genişleyerek uçların birbirlerine temas etmesi ve neticede ring kırılmalarının baş göstermesi önlenir. 4. YAKIT PÜSKÜRTME 4.1. Püskürtme Metotları : Birbirinden farklı iki yakıt püskürtme metodu vardır. Bunlardan birincisi hava ile yakıt püskürtme ve ikincisi havasız püskürtmedir.Ayrıca havasız püskürtme çeşitli çeşitli isimler altında söylenilebilir:Mekanik, solid, ve haydrolik gibi. Yukarıda belirtilen sistemlerden hangisi olursa olsun, yakıt püskürtme sistemleri aşağıda belirtilen görevleri yerine getirmek zorundadır. Bunlar: a-) Püskürtülecek yakıt miktarını hassas şekilde tayin etmek, b-) Yakıt püskürtme anını hatasız tayin etmek, c-) Uygun miktarda yakıt püskürtmek, d-) Yakıtı en iyi şekilde atomize etmek, e-) Yakıtın yanma hücresindeki dağılımını sağlamak. a-) Yakıtı Ölçmek : Hassas ölçme her çevrimde ve makine yüküne bağlı olarak verilen yakıt miktarını ve makinenin her güç strokunda beher silindirine püskürtülen yakıt miktarının mutlak surette aynı olmasını sağlamaktır. Makine ancak bu şekilde sabit bir devirde çalıştırılabilir. b-) Püskürtme Anı : Uygun püskürtme anı, maksimum güç, iyi bir yakıt ekonomisi ve temiz bir yanma elde edebilmek için yakıt püskürtmenin belirli ve gerekli anda başlamasıdır. Yakıt çevrime nazaran çok erken püskürtüldüğü vakit bu nıktada havanın sıcaklığı yeter derecede yüksek olmadığı için tutuşma gecikecektir. Tutuşmanın aşırı gecikmesi makinenin gürültülü ve kaba bir şekilde çalışmasına sebep olacak ve silindir duvarlarıyla piston kafasının ıslanması dolayısıyla bir kısım yakıt ziyan olacaktır. Bu dumanlı egzoza neden olacak ve zayıf yakıt ekonomisini doğuracaktır. Yakıt çevrime nazaran çok geç püskürtüldüğü taktirde, piston üst ölü noktayı geçtikten sonra yanma meydana gelecektir. c-) Püskürtülen Yakıt Miktarı : Bir zaman biriminde ya da kırankın bir derecelik harekerinde yanma odasına püskürtülen yakıt miktarı eğer yüksek olursa , verilen yakıt miktarı kısa bir zamanda ya da daha küçük krank açısında silindire püskürtülecektir. Eğer püskürtme miktarının azaltılması istenirse, yakıt püskürtme müddetini çoğaltmak için daha küçük delikli atomazyer kullanmak gerekecektir. Püskürtülen yakıt miktarı, makine performansı üzerine yakıt püskürtme zamanı gibi etkir. Eğer püskürtülen yakıt miktarı çok fazla ise, çok erken püskürtmedeki sonuçlar elde edilir. Eğer püskürtülen miktar çok az ise, sonuç çok geç püskürtmenin aynı olur.

d-) Atomize Etmek : Yanma odasının tipine uygun olarak yakıtı sis şeklinde ya da atomlarına ayırarak püskürtme şekline atomize etmek adı verilir. Bazı yanma odaları gayet iyi ve ince püskürtmeyi gerektirirler. Bazı makineler ise, kaba bir püskürtme ile çalıştırılabilirler. Uygun bir püskürtme yanmanın başlamasına yardım eder ve böylelikle herbir mikroskobik yakıt zerresinin etrafı birleşip yanabileceği oksijen ile çevrilmiş bulunur. e-) Yakıtın Yanma Odasına Dağıtılması : Yakıtın zerreciklerinin, yanma mahallinin oksijen bulunan her tarafına gayet iyi bir şekilde dağıtılması gerekir. Eğer yakıtın dağılımı uygun bir şekilde başarılamazsa, oksijenin bir kısmından yararlanmak imkanı kalmayacak ve makinenin güç verimi azalacaktır. Bunlardan başka, yakıt püskürtme, sisteminin pratik olabilmesi için yüksek basınç pompasının özel bir yapıda olması gerekir. Yüksek basınç pompasının (1 ) ayarlarının makul bir süre muhafaza edilmesi ve aşırı aşınmalardan bozulmaması,(2) aldığı güç bakımından ekonomik olması, (3) özellikle küçük makinelerde hafif olması ve büyük yer işgal etmemesi ve (4) mümkün olduğu kadar sessiz çalışması gereklidir. 4.2.Enjektörler : Kapalı ve açık olmak üzere iki tipte yapılırlar. Açık tipliler genel olarak basit bir püskürtme nozulu ile yüksek basınçlı yanma gazlarının pompaya girmesine engel olan bir çek valftan meydana gelmiştir. Bu tip basit olup iyi bir püskürtme vermez ve genel olarak kullanılmaz. Kapalı tip nozullar çok daha fazla kullanılırlar. Bunlar hidrolik olrak çalışan yay yüklü bir iğne valftan meydana gelir. Kapalı nozulların büyük bir kısmı İğne valfın farklı alanları dolayısıyla basınç altında içeriye doğru açılır ve basınç düştüğü zaman yay yüküyle sitlerine otururlar. Ana olarak iki çeşit kapalı nozul vardır. Bunlardan birincisi pintil veya pinli ve ikincisi orifis tiplidir. Pinin çapı, holün çapından hafifçe küçük olduğu için veriş sırasında yakıtın bu pin ile deliği arasındaki dairesel kesitli dar kanaldan geçmesi gerekir. Püskürtme içi boş bir koni şeklinde olup dış açısı, belirli dimersiyonlar seçimi yolu ile 60º’ye kadar yapılabilir. Pintil nozulların değerli tarafı kanalların etrafındaki karbon yığınaklarına engel olacak özellikte yapılmalıdır. 5.DİZEL MAKİNELERİN ÇALIŞTIRILMASI 5.1 İlk Hareketten Önce : Özellikle ilk defa harekete getirilecek bir diesel makinesini çalıştırmadan önce yapılması gereken bazı hususlar mevcuttur. Bunlar : 1 – Bütün hareketli kısımların, parçaların ayarlarının kontrol edilmesi gerekir. Bu parçalar : Valflar, kemler, valf hareket mekanizması, yakıt pompaları, yakıt püskürtme sistemi, ganervör, otomatik yağlayıcılar(lubrikeyter), yağlama ve soğutma pompalarıdır. 2 – Makinenin bütün somunları, cıvata ve saplamaları, bağlantıları, sızdıran ceketleri, contalar ya da valfları iyice gözden geçirilmelidir. 3 – Makine atölye ve mağazasındaki bütün aletlerin yerli yerinde bulunduğu ve eksik olup olmadıkları kontrol edilmelidir. Makine bir arıza yaptığı takdirde gerekli aletler derhal yerinde bulunacak şekilde yerleştirilmeli yanlış yerlerde bırakılmamalıdır. Eğer bırakılmışlarsa yerlerine getirilmelidirler. Böylece; titreşim ve bazı parçaların arızası nedeniyle makine stop ettiği takdirde işletmeci gerekli aletlerle derhal müdahale edebilmek imkanına sahip olmasıdır.

4 – Bütün yakıt , yağlama yağı, su ve hava borularının temizliği, valflarının tıkalı ya da ayarlarının bozuk olup olmadığı kontrol edilmelidir. Boru devrelerinde yabancı maddelerin bulunup bulunmadığı makinenin boşta çalışması ya da henüz servise alındığı bir sırada dikkatle izlenmelidir. Yabancı maddelerin varlığı tespit edildiği takdirde bütün boru devresinin basınçlı hava ile temizlenmesi tavsiye olunur. 5 – Gerekli yerlerde yağın bulunması, lubrikeyterlerin temiz yağla dolu bulunması ve grasörlerin gresle dolu olmasını tespit edebilmek için bütün yağlama yağı devresi komple bir kontrole tabi tutulmalıdır. Lubrikeyterlerin yağ seviyesi, yağ verdileri ve pompaların görevlerini tam yapabildikleri kontrol edilmeli ve lubrikeyter elle çevrilmeli, döndürülmeli ve iyi bir yağlama temin edecek noktaya getirilmelidir. Gayet kısa bir zamanda yağlanabileceğine emin olduktan sonra makine döndürülmek üzere ilk harekete getirilir. 6 – Soğutma sistemi kontrol edilmeli ve eğer tulumba elektrik motoru ile çalıştırılıyorsa ilk harekete getirilmeli, emme hattı ilk hareketten önce makineye su verecek şekilde açılmalıdır. Sonradan makinenin ısıtılması sırasında dolaştırılacak suyun miktarı ayarlanmalıdır. Eğer makine özel bir pompanın verdiği yağla soğutulan pistonlara sahipse, bu takdirde önce pompanın disçarc basıncının, verilen yağ miktarının işletme kitabına göre ayar edilmesi gerekir. 7 – Boruların temiz, pompaların çalışır durumda ve tankların gereken seviyede yakıtla dolu bulunup bulunmadığına emin olmak için yakıt devresi gözden geçirilmelidir. Sonra yakıt püskürme pompaları praym edilerek – havası çıkarılarak – içindeki su ya da hava , disçarc hattı valf ya da nozullarından çıkarılmalıdır. Bunu temin için genel olarak pompaların bir veya iki strokları yeterlidir. Püskürtme devresinin prayymı sırasında yanma odasına çok fazka miktarda yakıt püskürtülmemesine dikkat etmek gerektir. Aksi halde bu fazla yakıtın bir kısmı krankkeyse giderek yağlanma yağını kirletir ve ilk harekette ilk yanma sırasında silindir içinde, emniyet valfının açmasına sebep olan aşırı bir basınç yükselmesi meydana gelir. Böylece bütün yakıt pompaları praym edilerek yakıt nozullarına kadar bütün bağlantılar havasızlaştırılmış olunur. 8 – Silindir başlığı ezerinde bulunan emniyet valfları gözden geçirilmelidir. Bu valflar silindir maksimum basınçlarına bağlı olarak takriben 50-85 ‘de atacak şekilde ayarlanır. Ayrıca, valflar yüksek sıcaklıktaki gazlarla temasta oldukları için sitlerinde tutma eğilimindedirler. Bu bakımdan valflar ya bir levye vasıtasıyla yayı sıkıştırılarak hareket ettirilmeli yada tamamen yerinden sökülerek çıkarılmalı, kontrol edilmelidirler. 9 – Eğer makine bir müddet çalıştırılmamışsa bir yada iki defa döndürülmelidir. Bunu temin için endikeyter muslukları ve ya rilif valfları açılmalı ve makine elle ya da flayvil çevresine sokulan bir süngü yardımıyla veya bir tornagir makinesi ile döndürülmelidirler. Makine ilk hareket için uygun duruma getirildikte sonra endikeyter musluk ları kapatılmalıdır. 10 – İlk hareket havası devresindeki tüplerde hava basıncının gereke seviyede olup olmadığı kontrol edilmelidir. Eğer değilse kompresörler normal basınç elde oluncaya kadar çalıştırılmalıdırlar. İlk hareket sistemi, hava tüplerinden ana kontrol valfına kadar,ana kontrol valfı açık olarak gözden geçirilmelidir. Kontrol işi bittikten sonra ana kontrol valfı kapatılır. Hava ile püskürtmeli makinelerde püskürtme havası tüplerinin basınçları kontrol edilmelidir. 11 – Makine yüksüz olmalıdır. Eğer makine bir elektrik dinamosu çeviriyorsa sviçler açık bulundurulmalıdır . Eğer makine bir tulumba yada bir kompresörü çevirmek için kullanılıyorsa baypaslar mutlak surette açık olmalıdır.

5.2 İlk Hareket Eğer yukarıda açılan bu 11 maddelik işler yapılmışsa basınçlı hava ile hareket gayet kolaydır. Önce ana ilk hareket havası valfı açılır ve ilk hareket kolu işletme kitabında söylenen duruma getirilir. Sonra, fazla hava kullanmamak için ilk yanmadan sonra hava kesilmelidir. İyi bir durumda olan bir makine genel olarak krankşaftın iki ila dördüncü devri arasında ateşleme yapar. Eğer makine dördüncü ila beşinci devir arasında çalışmayacak olursa stop edilmeli, arıza veya ilk harekete engel olan neden araştırılmalıdır. Eğer sızdıran contalar sebebiyle ilk hareket havası basıncı düşük olduğu veya kompresörler tüplere hava basmadığı takdirde makinenin emniyetle çalışmasını sağlamak için uygulanan türlü yöntemler vardır. Bunlardan birincisi, eğer varsa çelik tüpler içinde bulunan sıvı karbondioksit yada havadan yararlanmaktır. Tüpün içindeki karbondioksit adi sıcaklıkta ve 55 atmosferlik bir basınç altında ve sıvı durumundadır. Sıvı karbondioksit gaz haline getirebilmek için bir ısı kaynağına gerek vardır. Bu nedenle ya tüpler üzerine kaynar su dökülmeli ya da haşlak suya sokulan köhne bezler tüpe çepeçevre sarılmalıdır. Bu yöntemlerin uygulanması sırasında unutulmaması gereken en önemli nokta ilk hareketi sağlamak için asla oksijenin kullanılmamasıdır. 5.3 Makinenin Isıtılması Makine ilk harekete getirildikten sonra ve yüklenmeden önce birkaç dakika en fazla beş dakika – boşta çalıştırılarak ısıtılmalıdır. Bu beş dakika içerisinde aşağıda belirtilen hususlar göz önünde bulundurulmalıdır. I – Yanmanın normal ateşleme – yanma sırasının doğru olup olmadıpı, bütün silindirlerdeki yanma, ve yakıt püskürtme pompalarının normal çalışıp çalışmadıkları kontrol edilir. II – Soğutma sisteminde pompanın çalışıp çalışmadığı, yeter miktarda su verip vermediği, soğutma suyu giriş ve çıkış sıcaklıklarının normal olup olmadığı kontrol edilir ve zaman zaman su miktarı ayarlanır. III – Yağlama yağı basıncı ve lubrikeyterlerin çalışmasına dikkat edilir ve iyi bir işletme için damla miktarı sayılır. Genel olarak yağlanmayan pistonlar nedeniyle silindirlerin çok çabuk ısınıp ısınmadığına bakılır. Piston pin yada krankpinin yağsızlık nedeniyle vuruntu yapıp yapmadığı dinlenir. Eğer herhangi bir hareketli parça yetersiz olarak yağlanıyorsa kısa zamanda ciddi hasarlar oluşacaktır. IV – Egzost gazlarının rengi ve sesine dikkat edilir. Bu durum makine yüklendikten sonra tekrar gözden geçirilir. İlerde belirteceği gibi egzost gazının rengi pek çok şeyi belirtir. Yukarıda dört maddede belirtilen ve ilk beş dakika içerisinde yapılması gereken işler makinist yada işletme mühendislerinde bir alışkanlık haline gelmelidir. Bu prosedür en iyi ve güvenilir yol olup uygun olmayan fena bir işletmenin önüne geçer . Gerçekte bir diesel makinesi ne çok ve ne de devamlı bir dikkat ister. Ancak en uygun bir zamanda gerekli işlemin yapılması zorundur. 5.4 İşletme İşletmeci ısıtma süresince dikkat edilmesi gereken hususlara çalışma sırasında da riayet etmelidir. Ancak aradaki fark bu gözlemlerin periyodik olarak 15 ila 20 dakika ya da makinenin yeter sayıda otomatik alarm sinyalleriyle donatılması halinde, en çok yarım saatte bir yapılmasıdır. Sonuç olarak, bütün gözlemler makine jurnaline geçirilmelidir.

Bir makine jurnalinin aşağıdaki kısımları bünyesinde toplaması gerekir: 1 – Zaman . Çalışma süresini gösterir. 2 – Makine yükü ya da elektrik yükü, volt ve amper işarları, 3 – Makine hızı, takometre ya da kaunterden sayaçtan- okunur. 4 – Yakıt sarfiyatı. Ya rotametre yardımıyla ya da yakıt sayaçları vasıtasıyla kolayca tespit edilir. 5 – Egzost. Her bir silindirin egzost gaz sıcaklıklarının egzost manifoldlarına yakın bir yerden ölçülmesi, egzost gazlarının rengi ya açık, ya da gri, koyu gri ya da çok koyu gri olarak yazılır veya bu renklere tekamül eden standardize edilmiş RİNGELMAN skalası ile rakamlandırılarak jurnale yazılır. 6 – Yağlama yağı.(a) Yağlama yağı pompasının disçarc basıncı, (b) Yağlama yağının kulerden önceki sıcaklığı, (c) Yağlama yağının kulerden sonraki sıcaklığı . 7 – Soğutma suyu .(a) Soğutma suyunun silindir ceketine veya manifolduna verildiği andaki sıcaklığı,(b) Her bir silindirden disçarc edildiği sıradaki sıcaklığı ve (c) dakikada dolaşan suyun metreküp olarak hacmi. 8a – Süpürme havası. (1) basınç(mm.olarak cıva sütunu ) .

Bloverden

sonraki

sıcaklık,

(2)

Bloverden

sonraki

8b – Süperşarj havası . (1) Süperşarjerden sonra havanın sıcaklığı,(b) atmosfer ya da mm cıva sütunu cinsinden süperşarjerden sonra havanın basıncı. 9 – Barometrik basınç (mm cıva sütunu olarak ). 10 – Hava filtresinden evvel ve hederdeki havanın sıcaklığı. 11 – Düşünceler . Belirli bir çalışma süresince makinede neler olduğu hakkında alınan notlardır. Örneğin sancak yardımcı makinenin denreden çıkarılıp yerine iskele makinenin alınması, filtrelerin basınç düşmesine sebep olacak derecede tıkanması, filtre elemanlarının değişmesi ve filtrelerin baypas edilmesi . Bu iş’arların alınışı ve jurnale yazılışı sırasında ve her iki iş’ar arasında işletmeci makinenin normal çalışıp çalışmadığını, anormal gürültü ve vuruntuların meydana gelip gelmediğini de anlamak mecburiyetindedir. Yataklardan bir ya da bir kaçının normalden fazla ısınmış olması, silindirlerden bazılarında yanmanın uygun olmaması nedeniyle makinenin aşırı yükte çalışması ki, egzost gazlarının sıcaklıklarının düşük veya yüksek olmasıyla kolayca anlaşılırda işletmecinin özel bilgiler edinmesini gerektiren hususlardır. Doğal olarak, işletmeci ayrıca servis tanklarının yakıt seviyesi durumunu ve yağlama yağı seviyesini devamlı bir kontrol altında bulundurmak mecburiyetindedir. Eğer makinede elle yağlamayı gerektiren yerler varsa bunların periyodik olarak yağlanması da işletmeci tarafından takip olunmalıdır. Rokerarm (valf liverleri )yatakları, valfları, yakıt pompası levyeleri vb. her iki saatte bir yağlanmalıdır. Egzost valf sıpındıllarına iyi bir işletme temin edebilmek için her üç ya da dört saatte bir yağ yerine birkaç damla kerosen (lamba petrolü ) verilmelidir. Silindir kaverleri üzerinde yağların birikmemesine dikkat edilmelidir. Aksi halde bu yağ makine kenarlarından aşağıya sızarak bağlantı yerlerinde birikerek lastik gazketleri bozar.

Eğer devridaim suyu ya da yağı pompası herhangi bir sebeple stop edecek olursa makine veya silindirlerden herhangi biri aşırı derecede ısınacaktır. Bu gibi durumlarda makine derhal stop edilerek yavaş yavaş soğuması temin edilir. Aşırı ısınmış makineye su vermek çok tehlikelidir. Zira ani sıcaklık değişimi silindir laynerleri, silindir başlıkları pistonlar ve egzost manifoldlarında çatlakların oluşmasına neden olacaktır. Normal olarak bir makinenin egzostu gayet temiz olmalıdır. Halbuki makine aşırı yükte çalıştırılıyorsa egzost görülebilir bir durum alır ve gri siyah bir renktedir. Eğer makine egzostu aşırı yüktekinden ayrı bir renkte ise bu takdirde derhal nedeni araştırılmalı ve giderilmeye çalışılmalıdır. Şunu da ilave etmek gerekir ki, uzunca bir süre yüksüz olarak çalıştırılan bir makinede dumanlı egzost görülebilir. Eğer bir makine üzerinde pirometre – termokapıl – bulunuyorsa , dumanlı egzostun nedeni çeşitli silindir egzost gazlarının sıcaklığı ölçülerek bulunabilir. Eğer anormal durum bir tek silindirde devam ediyorsa, bu durum çokluk egzost gaz sıcaklığının artmasıyla ilgilidir. Silindirlerden bir ya da ikisinde normal derecede düşük egzost sıcaklığı bulunursa, bu dumanlı egzosta ve silindirlerin kendilerine düşenden daha fazla değil de daha az yakıt aldıklarını gösterir. Böylece diğer silindirler aşırı yüklenmiş olur. Bu durumda mümkünse makine stop edilerek sebebi araştırılmalıdır. 5.5 Makinenin Kapatılması Makine şu şekilde bir yol takip edilerek kapatılır :Yakıt pompası kontrol kolu stop durumuna getirilir ve ana yakıt valfı kapatılır ya da buster pompası stop edilir. Makine soğutma suyu ve piston soğutma yağı makine kapatıldıktan sonra da giriş ve çıkış sıcaklıkları arasında 2-3 derece C’den fazla bir sıcaklık farkı kalmayıncaya kadar çalıştırılır. Bu ceketlerde kışır meydana getiren lokal aşırı ısınmaları önler . Eğer soğutucu olarak kullanılan deniz suyu doğrudan makineye bağlı bir yardımcı serküleytin tulumbası tarafından veriliyorsa, yardımcı seküleytin pompası çalıştırılarak yukarıda gösterildiği gibi makine soğutulmalıdır. Eğer makine uzun bir süre kapalı kalacaksa, paslanma ve çok soğuk havalarda suyun donması nedeniyle oluşacak çatlamalara engel olmak için su ceketleri tamamen boşaltılmalıdır. Ayrıca, bütün damlalıklı yağdanlıklar stop edilmeli, sviçler devreden çıkarılmalı ve eğer sürtünmeli kaplinler mevcutsa bunlar nötr hale getirilmelidir. 5.6 Arızaların Çeşitleri Arıza kelimesi çok sayıda durumu kapsamakla beraber üç ayrı grupta açıklanabilir: A – Makinenin normal işletilmesine engel olan arızalar : 1 – Makinenin ilk hareketine engel olan arızalar. 2 – Makinenin normal devir sayısına ulaşmasını engelleyen arızalar . 3 – Makinenin tam güç geliştirmesini önleyen arızalar . 4 – Makine devir sayısının değişken olması . 5 – Makinenin aşırı hızla çalışması . 6 – Makinenin ani stop etmesi . B – Makinenin çalışma sırasında görülen arızalar : 7 – Dumanlı egzost . 8 – Anormal silindir basıncı . 9 – Anormal egzost gaz sıcaklığı . 10 – Soğutma suyu sıcaklığının yüksek olması . 11 – Piston soğutma suyu ta da yağında aşırı sıcaklık yükselmesi . 12 – Makinenin aşırı ısınması .

13 – Makinenin gürültülü çalışması . 14 – Titreşim . 15 – İlk hareket hava borusunun kızgın olması . C – Makinenin kısmen sökülmesi sırasında bulunan arızalar : 16 – Piston ve piston ringlerinin tutması . 17 – Yakıt incekteri ve egzost valflarının karbonlaşması . 18 – Krankkeyste su . Bugün endüstri ve gemi makineleri alanında büyük sayıda ve tipte çeşitli diesel motorları kullanılmaktadır. Bu makinelerin hepsinde ayrı ayrı görülmesi muhtemel arızaları burada zikretmek, sıralamak ve bunların giderilmesiyle ilgili tedbirleri almak veya yazmak mümkün olamamaktadır. Bu bakımdan genellikle rastlanan arızalar ve bunların giderilmesi çareleri müteakiben anlatılacaktır. Buna göre işletmeci, çok nadir olarak vukua gelecek arızalarla karşılaşmadığı takdirde büyük bir zorluk çekmeksizin gerekli tedbirleri alabilecektir. 5.7 İlk Hareketi Önleyen Arızalar İlk hareketi önleyen çeşitli arızaları şu şekilde sıralamak mümkündür : 1. Genişleme, egzost ve emme strokları sırasında tornayte dönen flayvilin ilk hareket silindirindeki kompresyon nedeniyle stop etmesi ya da tornistana çalışması . İlk hareket valfının (startin Valf) tutması ya da kaçırması halinde valf sökülür ve arıza giderilir. 2. Makine döner fakat yanmayı temin edecek yeter devire ulaşamaz . Bu birkaç sebepten ileri gelir : (a) Tüplerdeki ilk hareket havası basıncının çok düşük olması, (b) Makine ile hava tüpleri arasında tamamen açık olmayan valf ya da valflar vardır, (c) Startin valf çalışmıyor, valf dışarı alınarak tamir edilir ve yerine bağlanır, (d) İlk hareket zamanı yanlış. Eğer gerekli ise ilk hareket zamanı kontrol edilerek düzeltilir ve (e) piston veya yataklarda aşırı sürtünmenin bulunması . Bu bir overolden sonraki dikkatsizlik sonucu meydana gelebilir. Buna engel olmak için, işletme kitabına göre klerenslerin kontrol ve ayarı gerekir. 3. Makine rahat döner fakat yanma meydana getiremez. Bu durum şu üç sebepten biri tarafından meydana getirilebilir :(a) Silindir içine yakıt püskürtülmemesi, (b) Yakıtın çok geç püskürtülmesi, (c) Kompresyon basınç ve sıcaklığının çok düşük olması. a– Silindir içine yakıt püskürtülmemesi :Silindir içine yalıt püskürtülmemesi çeşitli sebeplerden ileri gelir : 1 – Yakıt servis tanklarının boş olması ya da su ile dolu bulunması. Buster pampa yakıt veren valfların kapalı bulunması. 2 – Yakıt pompası, filtre ya da yakıt püskürtme hattında hava bulunması. Püskürtme hattı nozul ya da hederden ayrılır ve yakıt pompası borudan yakıt gelinceye kadar elle çalıştırılarak devre havasızlandırılır. 3 – Yakıt püskürtme hattındaki boru bağlantıları fena bir şekilde sızdırabilir. Borunun gayet iyi bir şekilde gözden geçirilerek sızdıran, kaçıran yerler ve boru contaları tespit edilir ve onarım cihetine gidilir. 4 – Yakıt pompasının emme ve deliveri valfı sızdırabilir veya solid olabilir. Valf çıkarılır, kırılan yayı kontrol edilir, siti gözden geçirilir, temizlenir ve gerekiyorsa rektifiye edilir. 5 – Yakıt kompası plenceri aşırı ısınma sebebiyle yakıt sızdırmakta ve dolayısıyla yeter püskürtme basıncı vermemektedir. Plencer ile silindirin yeni bir takım ile değiştirilmesi gerekir. 6 – Yakıt hattının kışır, pislik ve bazen yakıtta bulunan diğer maddelerle tıkanması. Yakıt hattı ve streyner iyice temizlenmelidir.

7 – Yakıt filtrelerinin tıkalı bulunması. Filtrelerin gözden geçirilerek temizlenmesi veya filtre elemanlarının değiştirilmesi gerekir. 8 – Yakıtta su bulunabilir. Eğer yakıtta su varsa, bütün devre su ve pislik çıkıncaya kadar dreyn edilmelidir. 9 – Yakıtın alışkanlığının azalması ya da viskozitesinin çoğalması. Bu takdirde yakıtın ısıtılması veya ilk hareket için daha hafif yakıt kullanılması gerekir. b – Geç püskürtme : Yakıt piston aşağı strokuna başladıktan bir süre sonra silindire verilirse, havanın gelişmeyi basınç ve sıcaklık azalmasına sebep olacağından yanma meydana gelemez. Buna engel olmak için : 10 – Püskürtme zamanı kontrol edilerek mümkün olan avans verilmelidir. c – Alçak kompresyon basınç ve sıcaklığı : Kompresyon basıncı şu sebeplerden biri dolayısıyla çok düşük olabilir.: 11 – Hava filtresi ya da inteyk borularının tıkanık olması. Bu parçaların kontrolü ve temizlenmesi gerekir. 12 – Egzost ya da inlet valflarının sitlerine iyice oturmaması. Valfların stroklarının kontrol edilmesi, valfların alıştırılması ya da taşlanması ve valf sıpındıllarının gaydları içinde kerosenle iyi çalışır bir duruma getirilmesi gerekir. 13 – Valf kafesinin kaçırması : Gazketlerin kontrolü ve eğer lüzumlu ise yenilenmesi gerekir. 14 – Silindir ile silindir başlığı arasındaki gazketler sızdırabilir.Gazketin sıkılanması ya da değiştirilmesi gerekir. 15 – Egzost gazları ve sıkıştırma havasının krankkeyse geçmesine sebep olabilecek derecede piston ringlerinin takoz olması, kırılması ya da aşırı aşınması. Gazların krankkeyse firarını tespit etmek için krankkeys kapağı açılır, piston hava ile ilk hareket durumuna getirilir ve krankşaft bir odun blok ile dönmeyecek şekilde emniyete alınarak silindir başlığındaki rilif valfı çıkarılır ve yerine bir basınç ölçer bağlanılır. Bundan sonra ilk hareket havası valfından silindire basınçlı hava verilir. Krankkeyste duyulan tiz bir ses ve kompresyon mahallindeki ani basınç düşmesi egzost gazlarının krankkeyste firarını gösterir. Bu takdirde bütün piston ringleri çıkarılır, kırık ve aşınmış olanları yenileri ile değiştirilir. 16 – Silindir başlığı ile piston kafası arasındaki klerensin normalden fazla olması . Bu klerens, krankpin yatağı üst kebi ile konnektin rod pabucu arasına parça (layner) konularak ayar edilir. 5.8 Devir Sayısının Normal Değere Yükselememesi Yanma meydana gelmesine rağmen boşta çalışmada ya da küçük bir yükte makine devir sayısının normale erişememesinin çeşitli nedenleri vardır. Bunlar : 1 – Yakıt pompası valflarının solid olması ya da sızdırması veya aşırı ısınması sebebiyle silindire verilen yakıtın yetersiz oluşu. 2 – Yakıt emme borusu veya yakıt filtresinin tıkanması. 3 – Gavernör doğru çalışmıyor, ayarlanması gerekir. 4 – Bir veya birçok silindirde yanma iyi olmuyor. Bu arıza yakıt püskürtme teçhizatında olabileceği gibi püskürtme zamanında da olur. Eğer makine pirometre veya her bir silindirin egzost manifoldları termokapıllar ile donatılmışsa, yanma yapmayan silindir, endikeyter ya da tecrübe muslukları açılmak suretiyle bulunabilir. 5 – Silindir içinde yanma meydana gelmemesinin bir diğer sebebi de sızdıran valf veya gazketler, kırık ya da tutmuş piston ringleri nedeniyle konpresyon strokunda havanın yeter derecede sıkıştırılmamasıdır. Hakiki sebebin yerini tespit etmek ve onu gidermek bir işletmeci için çok önemlidir. 6 – Bir makinede normal kompresyon oranının çok yüksek olmadığı durumlarda silindirler aşırı derecede soğutulduğu takdirde yanma meydana gelmeyebilir. Bu arıza çok çabuk bulunur ve silindir ceketlerinde dolaştırılan suyun miktarı azaltılmak suretiyle kolayca giderilerek silindirin sıcaklığı arttırılmış olunur. 7 – Silindirlerden birine su sızması. Bu takdirde silindir kaveri fora edilerek, yaklaşık olarak 7 atmosferlik bir basınç tecrübesine tabi tutulur ve eğer varsa kaçıran yer onarılır. Silindir başlığı contası gözden geçirilir, eğer mümkünse değiştirilir. Silindir gömleği çatlak

veya kaçak kontrolüne tabi tutulmalıdır. Eğer bu çatlaklar onarılmazsa layner yedeği ile değiştirilmelidir. 8 – Zayıf yanma :Bu, hava ile püskürtmeli makinelerde ise, püskürtme havası basıncının çok düşük olmasından meydana gelir. Havasız püskürtmeli makinelerde ise bu zayıf yanmanın nedeni iyi olmayan püskürtme veya yanlış püskürtme zamanıdır. 9 – Egzost basıncının – karşı basıncın – yüksek olması. Egzost sisteminin tıkalı olması. Egzost potlarının kurumla dolu olması veya egzost strokunun normalin altında bulunmasıdır. 10 – Makine, kızgın yataklar nedeniyle büyük iç sürtünmeye maruz. Bu genel olarak yağlama yağı sıcaklığının yükselmesi ve silindirlerden birinde gittikçe artan vuruntu ile kendini gösterir. Büyük güçlü tesisler daima her yatağın sıcaklığını gösteren termometrelerle donatılmak mecburiyetindedir. Yataklardan birinde sıcaklık yükselmesi baş gösterdiği zaman hemen arızanın yerini bulmak ve onu elimine etmek gerekir. Eğer yatak ya da yağlama yağı temparatürü yükselmeğe devam ederse, makine mümkün olduğu kadar çabuk kapatılmalı, stop edilmelidir. 11 – Makine pistonlarından birinin şişmesi nedeniyle büyük iç sürtünmeler. Piston şişmesi genel olarak şu üç nedenden biri tarafından meydana getirilir: (a) Deniz suyu ya da sert sular kullanılması sebebiyle silindir ceketlerinde bir kışır tabakası meydana gelir ve bu tabaka laynerin yetersiz bir şekilde soğutulmasına sebep olur.(b) Piston yanlış soğutulması, (c) Pistonun yanlış ve yatersiz soğutulması. İşletmeci silindirlerden birinde gittikçe artan bir vuruntu duyduğu zaman bir arızanın meydana çıkacağını anlar. Eğer vuruntu çok büyük değilse bu takdirde piston şişmesinin önüne geçmek mümkündür. Bu arızayı gidermek için vuruntu meydana gelen silindirin yakıtı kesilir ve büyük miktarda yağlama yağı ile layner beslenir. Çarpma etkisiyle yağlanan makinelerin bu gibi hallerde derhal stop edilmesi gerekir. Eğer makine normal olarak çalışıyorken devir sayısı yavaş yavaş yada ani olarak düşer ve normalin altında kalırsa bunun en önemli sebebi, makinenin aşırı yükle çalışmasıdır .Bu, yükü azaltmak suretiyle veya egzoz sıcaklıklarından kolaylıkla anlaşılabilir. 5.9. Tam Yük Geliştirememe : Genel olarak bu arıza makinenin yanma yapmaması, fakat küçük yüklerde devir sayısının normale yükselememesi arızalarına benzer. . 5.10 Makine Devir Sayısının Değişken Olması : Muhtemel nedenler şunlardır : 1 – Yakıt borularında su bulunması. 2 – Yakıt sisteminde hava. Bazı buster pompalarının emme hattında vakum meydana gelmesi sebebiyle hava, yakıt sistemine girer. Pakin glendlerinin yenilenmesi ya da servis tanklarının graviti olarak yakıtın pompa alıcısına gelmesiyle önlenebilir. 3 – Yakıt püskürtme sisteminin, yakıt pompası valflarının ya da nozul parçalarının arızası sebebiyle püskürtmenin irregüler olması. Yakıt pompası ve nozul mutlak surette sökülmeli, dikkatlice gözden geçirilmeli ve onarılmalıdır. 4 – Yakıt çok ağır ya da teknik bir deyimle çok viskoz. Bu, hava ile püskürtmeli makinelerde meydana gelir. Bu arıza, devreye bir yakıt ısıtıcısı ilave etmek veya daha ince yakıt kullanmak suretiyle giderilir. 5 – Gavernör vazifesini iyi görmüyor. Gavernör sökülmeli, kontrol edilmeli, aşınmış ve kırılmış parçaları değiştirilmelidir. 5.11 Makinenin Aşırı Hızla Çalışması Makinede ister aşırı hız gavernörü olsun, ister olmasın bu durum gayet tehlikeli olduğundan hemen düzeltilmelidir. Bunun muhtemel iki nedeni vardır: a – Gavernör tam yük durumunda tutmuştur, yani arızalanmıştır.Makine derhal stop edilmeli, gavernörün kırılan parçaları gözden geçirilmelidir.

b-Yakıt pompası baypası tıkanmış veya mekanizma iyi bir şekilde ayarlanmamıştır. Makine derhal stop edilmeli ve baypas kontrol edilerek onarılmalıdır. 5.12 Makinenin Ani Olarak Stop Etmesi Çeşitli muhtemel nedenler mevcuttur : 1 – Yakıtın tükenmiş olması. 2 –Yakıt pompası çakışmıyor. Kırılan parçaların, kaplin veya aşınmış kısımların gözden geçirilmesi gerekir. 3 –İnteyk ve egzost valfları çalışmıyor. Valflar sıpındıllarının tutup tutmadığının anlaşılması için kontrol edilmelidir. Hareket mekanizması kırık parçaları özellikle valf yayları gözden geçirilmelidir. 5.13.Makinenin Aşırı Isınması Muhtemel sebepler şunlardır: 1- Soğutma devresinde dolaştırılan su miktarı yetersizdir. Bu durumda su miktarının arttırılması lazımdır. 2- Pistonların yetersiz yağlanması. 3- Yağlama yağı zayıf, kirli veya yakıt tarafından kirletiliyor.Bunun için yağın temizlenmesi gerekir. Ancak makineyi yapan firmanın uyarıları göz önünde tutulmalıdır. 4- Yağlama yağı filtrelerinin tıkalı olması. Bu durumda ise filtrelerin temizlenmesi ve yeniden doldurularak devreye alınması gerekmektedir. 5- Yağlama yağı tulumbasının aşınmış olması durumu, bunun için ise tulumbanın ayarları değiştirilir. 6- Yakıt püskürtme zamanının yanlış olması , bu durum için zaman ayarı yapılması gerekir. 7- Enjektör damlatması, Bu durumda enjektör baştan aşağıya kontrol edilmelidir. 5.14.Makinenin Gürültülü Çalışması İstenmeyen gürültüler genel olarak vuruntu şeklinde görülür. İki ana sebepten meydana gelir. Birincisi: Makinenin bazı parçalarının diğer kısımlara , diğer parçalara vurur. İkincisi : Yanma sebebi ile meydana gelen yakıt vuruntusudur. Mekanik sebeplere deyinilecek olursak , Bunlar genellikle aşınmış piston yatakları, yatak bozulmaları, aşırı ısınan pistonlar, Pistonun egzoza çarpması. Genel arızalar bunlardır. Bu arızlara yerinde müdahale etmek genelde zordur. Bunun için üretici firmanın yetiştirmiş olduğu uzman veya uzmanlara danışmak en doğrusudur. Yanma sebebinden meydana gelen arızaları ise yakıtın kötü olması, püskürtme zamanının yanlış olması, yakıt püskürtme sisteminin çalışmaması olarak söyleye biliriz.

5.15. Makinenin Titreşimi Bu arızanın iki ana sebebi vardır. Birincisi önemli vidaların gevşemesi bunu düzeltmek için vidaların periyodik olarak bakımdan geçirilmesi gerekmektedir. İkinci arıza ise , silindirin birinde yanma olmuyor. Bu arızanın giderilmesi gerekir. 6.BAKIM VE ONARIM METODLARI 6.1 Bakımın önemi Modern diesel makineleri uzun boylu araştırma, yorucu mühendislik ve hassas Bir endüstrinin ürünleridir. Diğer tip ana makinelere kıyaslandığında , eğer dikkatle tesis edilmişse uzun yıllar başarılı ve güvenle kullanılırlar. Bu çalışma sırasında ani bir tehlike söz konusu değildir. Bunun için makineye periyodik bir bakım uygulanması lazımdır. Başarılı bir işletme , makinenin iyi bakım ve tutumu ile mümkün olur. 6.2 İşletmecide Aranan Özellikler Diesel makineler ancak kalifiye (profesyonel) personel tarafından işletilmelidir. Çünkü makinenin çalıştırılıp durdurulması basit bir işlemdir. Ancak önemli olan nokta Makineyi yapan firmanın çalıştırma koşullarına uygun ve pahalı olan tesisi ekonomik olarak çalıştırma ve onu iyi durumda muhafaza edebilmektedir. İyi bir işletmeci, kendisine verilen sorumluluğu en uygun biçimde yerine getirmelidir. İşletme giderlerinin minimumda tutulması bakımından böyle pahalı bir tesisi tecrübesiz ellere bırakılması çok yanlış, hiç değilse zayıf bir uygulamadır. Personel maaşından kar ederken tesisin yanlış kullanımından doğan hataların bedelini ödemek hiç akıl karı değildir. Bunun için, işin önemini bilen ve tecrübeli elamanlar makinenin sorumluluğuna getirilmelidirler. 6.3 Yanma Bir diesel makinesinde başarılı bir işletme için önemli faktörlerden biri püskürtülen yakıtın uygun bir şekilde yanmasıdır. Yakıt püskürme sistemleri sürekli arızaya sebep olduklarından dikkatle takip edilmelidirler. Bu sistemin tam çalışıp, çalışmadığı ancak egzost gaz sıcaklığının ölçülmesi ile olabilir. 6.4 Kontrol programları Etkili ve başarılı bir bakım-onarım ancak mükemmel ve devamlı bir gayretle elde edilir. Bu bakımdan her işletmenin düzenli bir bakım-onarım programı olmak zorundadır. Bu programa mümkün olduğunca uyulmalıdır. Çünkü bu iş düzenli yapıldığında verimli sonuçlar verecektir. Bir parça kontrol edildiğinde aşınmış veya yıpranmış ise veya verilen klerensin dışında bulunuyorsa ya yenisi ile değiştirir yada yeniden klerensi ayar edilir. Bu durumdan tüm bakım ve onarım çalışması liste halinde tutulmalıdır.bu listeler işletme kitaplarından alınarak doldurulmalıdır. Eğer böyle bir kitap yoksa makineyi yapan firmayı aramalı veya internet sayfasından istenilen bilgiye ulaşılmalıdır.Eğer ayrıntılı bir bilgi yoksa ortalama bir değer alınmalıdır. Bu arada makinenin bakımının çok temiz yapılması gerekmektedir. Bunun sebebi çalışanların psikolojik durumunu etkilemesidir. Temiz bir şekilde bakımı yapılan bir makinenin işçi üzerinde olumlu izlenimler bırakacağından verimi arttıracağı unutulmamalıdır. Temiz görünüşlü bir makinenin varlığı, anormal gürültüsü olmayan ve dumanı çok az çıkan bir makine iş kazalarını en aza indirecektir.

6.5 Emniyet Tedbirleri Emniyet faktörleri bazı diesel tesislerinde meydana gelen olayların sonucu olarak alınmalıdır. Diğer tesislerde aynı olayların olmasına engel olmak için emniyet tedbirleri işletmeci tarafından bilinmesi gerekir. Bazı örnekler verecek olursak; 1-)Yataklardan birinin kötü olduğunuz bir makinenin zamanla kesinlikle çalıştırmayınız.

zorunlu bir mecburiyet olmadığı

2-)Yatağın çabuk ısınması bir tehlike işaretidir. Eğer normal sıcaklığa bir saat içinde ulaşıyorsa sorun yoktur. Ama bir saatten az bir zamanda ısınıyorsa örneğin 10-15 Dk da ısınıyorsa bir sorun olduğuna işarettir. 3-)Makineden duman çıkmasına hiçbir zaman (Egzost dumanı hariç) verilmemelidir.Sıcak kısımlar soğutulması gerekir veya zorunlu halde stop edilmelidir.

izin

4-)Kullanılan yağ istediğimiz ihtiyaçlara cevap verebilmelidir. Bunun için en uygun şartlardaki yağlar kullanılmalıdır. 5-)Açılan ve sökülen parçaların dikkatlice muhafazası çok önemlidir. Uygunsuz şartlarda mahsur kalan parçaların deforme olma olasılığı yüksektir. Bu da telafisi mümkün olmayan sonuçlara yol açabilir. Bunun için sökülen parçaları çok dikkatli bir biçimde muhafazası gerekmektedir. 6-)Bozuk bir parçanın asla çalıştırılmaması gerekmektedir.Çünkü bu olay bozuk parçanın gelişi güzel hareket etmesine imkan sağlayacak ve hasarsız diğer parçalara zarar verecektir. 6.6 Silindir Başlıkları Silindir başlıklarının çıkarılması zamanla bükülme ve hasar oluşma sına neden olabilir.Bunun için once dengede tutulmalıdır. Silindir başlık larını kaldırmak için ayboltlardan yararlanmalıdır. Ayboltlar silindir başlığına açılmış holarine monte edilir. Silindir başlıkları periyodik olarak temizlenmelidir.Temizleme için soğutma giriş çıkışları kapatılır ve başlık tersine çevrilir. Sonra başlık asit eriği ile doldurulur. Bir zaman kaldıktan sonra boşaltılır. içine önce soğuk sonar sıcak su ile tamamen temizlenir. 6.7 Pistonlar Pistonlar bakım-onarım çizelgesindeki verilen zaman aralıklarında dışarı alınır ve ringler çıkarılır, piston ve ringler iyice temizlendikten sonra lamba petrolü ile iyice yıkanır. Bundan sonra piston üzerindeki bütün çizilmiş kısımlar taşlama sureti ile düzeltilmelidir. Pistonların durumu kullanılan yağlar hakkında en iyi bilgiyi verir. Çünkü kullanılan yağlama yağının miktarı ve kalitesini ancak bu yolla anlayabiliriz. Eğer silindir gömlekleri parlak bir yüzeye sahip ise kullanılan yağının kaliteli olduğunu ve uygun miktarda kullanıldığını gösterir. Bu renk donuk gri ise bu söylediklerimizin tam tersini göstermektedir. Bu durumda anlaşılmalı ki kullanılan yağ yetersizdir ve yeni yağ seçimine gidilmelidir. İyi bir yağa sahip olmamıza rağmen , makine zayıf yanma ile çalıştırıldığı takdirde yine ringlerde yapışkan artıklar görülecektir. Pistonların temizlenmesi sırasında unutulmaması gereken bir nokta var ki, oda yağ deliği gayet iyi temizlenmelidir.

7. MAKİNE PERFORMANSI 7.1 Endikeyter Diyagramları Bir diesel makinesi silindiri içinde özellikle yanma konusunda ne gibi olayların meydana geldiğini anlayabilmek için, basınç-hacim yada kısaca P-V verilen bir diyagramdan yararlanılır. Bu diyagramda, ordinat veya dikey eksen gazların basıncını absis yada yatay eksen ise gazlar tarafından işgal edilen hacmi gösterir. Bir endikeyter kartı iki amaca hizmet verir.Birincisi silindir içinde neler olduğunu ve böylece çalışmanın iyi mi yoksa performansı geliştirmek için yapılması gereken ayarlar mı gerektiğini anlamamıza yarar. İkincisi, Makineden elde edilen gücün hesap edilmesine imkan tanır. Burada esas, diyagram alanının bir çevrinde yapılan işe eşit olmasıdır. İki stroklu bir makinenin endikeyter diyagramını göstermektedir. Bura- da 1 ve 2 kompresyon (sıkıştırma), 2 -3 ve 3-4 yanma ve 4-5 genişleme eğrisidir. Gazların çıkışı 5 noktasında başlar ve silindir içindeki basınç süpürme havası basıncına düşer. Bu arada egzost gazları silindire dolmaya başlayan hava tarafından dışarı atılır. 7.2 Endikeyter Cihazı Endikeyter diyagramı almamıza yarayan cihazlara endikeyter aleti denir. En yaygın şekliyle yanda görüldüğü gibidir. Parçalarını şekilde verilen harflerle sayarsak; a-) b-) c-) d-) e-) f-) g-) h-)

Piston silindiri Piston Helisel yay Levye Mekanizma hareketi Drama Endikeyter ipi Spiral sarım

7.3 Makine Verimleri Verim genel olarak alınan işin verilen işe oranıdır.Isı makinelerinde alınan iş olarak verilen işe yakıtın ısı enerjisi olarak ifade edilir. Verimler ondalık ifadelerle yazılırlar. Verimleri ifade edebilmenin diğer yolu ise yüzde kullanmaktır. Verimler daima % 100’den küçüktür. Diesel makinelerde çok sayıda verimden söz edebiliriz.Bunlar; 1-Mekanik verim: Fren beygir gücünün endike beygir gücüne oranıdır.(Şekil 7.3) 2-Endike Termik verimi:Makine silindirleri içinde elde edilen gücün , yakıtın ısı enerjisine karşıt olan güce oranına denir. 3-Diyagram verimi:Makineden alınan gerçek çevrimin, teorik çevrime oranıdır. 4-Genel yada Overol verim:Makinenin şaft kaplinindeki güce karşıt olan ısının,makine silindirlerinde yakılan yakıtın verdiği ısıya oranıdır. 5-Yanma verimi:Üretilen ısı miktarının, yakıtın alt ısı değerine oranıdır.

ÖNSÖZ Yıl 1822’yi gösterdiğinde yapılan deneyler ilk motorların çalışma prensiplerinin bulunmasına neden olmuştur. Bu olay dünyanın tarihi açısından bir devrim oluşturmuştur. Çünkü bu prensipten yola çıkılarak ilk motorlar yapılacak ve dünya o zaman için global bir şehre dönüşecektir. Mesafeler kısalacak, sanayide üretim artacak, elektrik kavramı genaratör yardımı ile üretilecek kısacası yeni bir çağ açılıp,eskisi kapanacaktır. Günümüzde tüm motorların olduğu gibi Diesel Motorların önemi çok büyüktür. Artık diesel motorların kullanılmadığı yer hemen hemen yok gibidir. Bu kadar geniş alanda kullanılan bu motorları çok yakından tanımamız artık bir zorunluluk haline gelmiştir. Projemizde biz bunu açıklamaya çalıştık. Çünkü bir diesel motoru tanımak sanayide hayati önem taşımaktadır. Aynı zamanda bir diesel motor olan genaratörler elektrik kesintilerinin olduğu dünyamızda devreye girememeleri bizim üretimimizin felç olmasına sebep olabilir. Ayrıca diesel motorların çalışma prensipleri,verimleri,kayıpları ve bakımı gibi konuların bilinmesi üretimde oldukça önemli kazançlar sağlayacak ve karşılaştığımız sorunlara çözüm yolları üretecektir.Projemizin içeriğinde mevcut bulunan bu konuların diesel motorlarla ilgilenen herkese yararlı olması dileklerimizle,

HİDROJEN MOTORLARI

İÇTEN YANMALI MOTORLARDA HIDROJEN YAKITININ KULLANILMASI Fosil kökenli yakitlarin teknolojinin gelismesi ve asiri kulanim sonucu hizla tükenmesi, arastirmacilari alternatif yakit arayisina itmistir. Sudan elde edilebilirligi sayesinde sonsuz bir enerji kaynagi olan hidrojen günümüz teknolojisi ile motorlu tasitlarda yakit olarak kullanilabilme sinirina gelmistir. Hidrojenin çevre dostu olmasi ve geleneksel yakitlara göre avantajlarinin bulunmasi, yakin gelecekte en gözde enerji kaynagi olmasini saglamaktadir. Bir takim isletim problemleri bulunsa da yapilacak çalismalarla bu problemler giderilebilir. 1. GIRIS Çevre kirliligine sebep olan önemli etkenlerden birisi de içten yanmali motorlardan kaynaklanan egzoz emisyonlaridir. Fosil kaynakli yakitlarin asiri kullanimi sonucu azalmasi ve artan çevre kirliligi, çevre bilincine uygun ve yenilenebilir alternatif yakitlarin arastirilmasini gündeme getirmistir. Arastirilacak alternatif yakitin içten yanmali motorun performansini fazla düsürmemesi ve egzoz emisyonlarini olumlu yönde etkilemesi gerekmektedir. Ayrica bu yakitin elde edilebilirligi, maliyetinin düsük olmasi, kullanilabilirligi, bulunabilirligi ve motorda fazla degisiklik gerektirmeden kullanilmasi da önem tasimaktadir. Yüksek verim, çevre sorunlari ve fosil yakit rezervlerinin azalmasi gibi sorunlar 21.yy enerji tercihinin elektrik ve hidrojenden yana olmasi sonucunu dogurmaktadir. Bu iki alternatif yakit birbirine dönüstürülebilmektedir. Ayrica hidrojen elektrikten daha iyi depolanabilmekte ve uzun mesafelere tasinabilmektedir. Bu özelligi hidrojenin uçaklar ve motorlu tasitlar içinde yakit olarak kullanilabilmesini saglamaktadir (Tekin, 1997) Elektroliz ile sudan elde edilebilmesi, fiziksel ve kimyasal özellikleri, benzine göre motordan daha yüksek güç elde etme imkani saglamasi ve çevreye olumlu etkileri hidrojeni önemli bir alternatif yakit durumuna getirmektedir. Motor yakiti olarak hidrojen kullanimi 1920’li yillarda baslamis ve günümüze kadar yapilan çalismalarla hidrojen kullanim sinirina ulasmistir. Uygulamanin yayginlastirilmasinin önündeki engeller; ekonomik faktörler ve mevcut enerji sistemleri ile geleneksel motorlarin demodelesmesinin getirebilecegi sakincalardir. Ancak çevresel kosullar bir an önce kullanimin baslamasini zorunlu kilmaktadir (Ültanir, 1997). 2.HIDROJEN YAKITININ ÖZELLIKLERI Atomik sembolü “H” olan hidrojenin atom agirligi 1,00797, atom sayisi 1 olan en basit ve en hafif elementtir. Hidrojen dogada en çok bulunan element olmasina ragmen, hafifligi sebebi ile atmosfere yükselip orada serbest kaldigindan, yeryüzünde serbest halde çok az bulunur. Görünmez ve kokusuz bir gaz olan hidrojene yer yüzünde diger elementlerle bilesik yapmis halde rastlanir. 0 °C’deki yogunlugu 0,08987 g/lt ve havaya göre özgül agirligi 0,0695’dir. Hidrojenin yanma isisi oldukça yüksektir ve zehirli etkisi yoktur. Yanma sonucunda ise sadece su buhari meydana gelir. Ayni agirliktaki benzine göre sivi hidrojenin enerjisi 2,75 kat daha fazladir (Stout, 1984, Veziroglu, AÖF). Hidrojen çok amaçli bir yakittir. Hava yada oksijen ile birlikte yakilarak isitma amaçli olarak kullanilabilir. Motor yada gaz türbiniyle bir jeneratörü tahrik ederek veya yakit pili olarak kullanilmasiyla yüksek bir verim ile elektrik üretilebilir. Tasitlarda; basinç altinda, sivi halde ve metal hidrid seklinde depo edilerek motor yakiti olarak yararlanilir. Kimya endüstrisinde ham madde olarak kullanilir (Anonymous, 1992). Hidrojen sahip oldugu birim enerji basina üretilmesi en ucuz sentetik yakittir. Sentetik yakit sisteminde 1Gj'lük enerji 18,65$'a mal olurken, solar enerji ile üretilen hidrojen 13,02$'a mal olmaktadir (Acaroglu, 1998). Ayrica çevreyi hemen hemen hiç kirletmez ve sentetik yakitlar (metanol, amonyak vb.) içerisinde en temiz olanidir (Veziroglu, 1981).

Hidrojeni geleneksel olmayan birincil enerji kaynaklari ile karsilastirdigimizda su farkli üstünlükleri görürüz; kolay tasinabilir, tükenmezdir, yenilenebilir, depolanmasi mümkündür, ekonomik sekilde üretilebilir, en az kirlilik olusturandir, birincil enerji kaynaklarina bagimli degildir, üretiminde en uygun bilesik çok bol olan sudur, hidrojenin yüksek alevlenme hizi ve genis tutusma araligi, hafifligi ve yakit olarak ideal özellikleri nedeniyle hidrojen tasitlar için iyi bir yakittir (Özer, 1991). 2.1. Motor Yakiti Olarak Hidrojen Uzunca bir süreden beri hidrojenin motorlarda yakit olarak kullanilma imkanlari arastirilmaktadir. Günümüzde yakit seçiminde ölçüt olarak alinan ulastirma yakiti olma özelligi, çok yönlü kullanima uygunluk, kullanim verimi, çevresel uygunluk, emniyet ve maliyet açisindan yapilan degerlendirmeler hidrojen lehine sonuç vermektedir (Ültanir, 1997). 1970’lerde hidrojenin alternatif motor yakiti olarak kullanilmasi yeniden gündeme gelmistir. Egzoz emisyon degerlerinin düsük olmasi, petrole olan bagimliligi azaltmasi hidrojenin uzun yillar önceden tespit edilmis olan avantajlaridir. Bu önemli özelliklerinin yaninda hidrojeni üstün bir alternatif yakit yapan özellikler asagidaki tabloda gösterilmistir. Tablo 2.1 Degisik Yakitlarin Yanma Özellikleri (Vorst, 1975) Yakit Kendi kendine tutusma sicakligi (0C) Min. Tutusma enerjisi (MJ) Tutusma araligi (%hacim ) Max. Laminer alev hizi (cm/s) Difüzyon katsayisi (cm2/s)

Hidrojen Metanol 585 540 0.02 0.28 4-75 5-15 270 38 0.63 0.2

Metan

Propan Benzin

510 0.25 2.2-9.5 40 _

440 0.25 1.3-7.1 30 0.08

385 _ 6.7-3.6 _ _

Hidrojenin kendi kendine tutusma sicakligi yüksek olmasina ragmen, hidrojen-hava karisimlarinin tutusturulabilmesi için gerekli enerji miktari düsüktür. Tutusma araliginin genis olmasi, hidrojenin daha genis karisim araliginda düzgün yanmasini saglar ve yanma sonucunda daha az kirletici olusur. Benzin motorlari ise stokiyometrik orana daha yakin oranlarda yada zengin karisim oranlarinda çalistirilmak zorunda olduklarindan egzoz gazlarinda önemli miktarda azot oksit (NOx,), karbonmonoksit (CO) ve yanmamis hidrokarbon (HC)’lar olusur. Hidrojen motorlari, maksimum yanma sicakligini azaltacak biçimde fakir karisim ile çalistirilabilirler. Böylece daha az NOx olusurken, HC ve CO emisyonlari olusmaz. Alev hizinin yüksek olmasi ise Otto motorlarinda ideale yakin bir yanmanin olusmasini saglayarak, isil verimi arttirir. Genis tutusma araligi sayesinde, gaz kelebegine gerek kalmadigindan, karisimin silindirlere kisilmadan gönderilmesi sonucu pompalama kayiplari azaltilmis olur (Vorst, 1975). Hidrojenin yüksek sikistirma oranlarinda, fakir karisim ile yanabilmesi yakit tüketimini azalttigi gibi, yanma sonucu olusan maksimum sicakligi da azaltir. Yanma sonucu partikül madde olusmadigindan bujiler kirlenmez. Alev parlakliginin düsük olmasi, diger karbon esasli yakitlara göre radyasyon yolu ile olan isi kaybini azaltacagindan daha yüksek verim saglar (Kondo, 1997). Hidrojenin alev hizinin yüksek olmasi, buji kivilcimindan sonra karisimin baska noktalardan tutusma (detenasyon) ihtimalini azaltir. Bu durum sikistirma oraninin arttirilmasini saglayacagindan motorun gücü de artar (Vorst, 1975). 2.2.Buji ile Ateslemeli Motorun Hidrojen Motoruna Dönüstürülmesi Yakit besleme sistemleri açisindan hidrojen motorlari 4 kategoriye ayrilmaktadir. Karbürasyon, emme manifolduna püskürtme, emme supabinin arkasina püskürtme ve dogrudan silindir içine püskürtmedir (Tekin, 1997). Hidrojen ile hava karisimi, sirasiyla dahili ve harici olarak adlandirabilecegimiz yöntemlerle motorun yanma odasi içerisinde veya motorun emme manifoldunda

hazirlanmaktadir. Harici karisim hazirlama yönteminde, basit bir gaz karistirici içerisinde düsük basinçlarda hava ile karistirilmasi veya hidrojenin yine düsük basinçlarda motorun emme manifolduna sürekli veya kesikli olarak gönderilmesi mümkündür. Kesikli olarak yakit gönderme durumunda, dizel ilkesi ile çalisan motorlardaki gibi yüke göre karisim ayari yapilabilir. Bu durumda karbüratördeki gaz kelebegi ortadan kalkacagi için motorun kisilma kayiplari da kaldirilacak ve hacimsel verim dolayisiyla motorun maksimum gücü artacaktir (Sorusbay, 1988). 3. IÇTEN YANMALI MOTORLARDA HIDROJEN KULLANIMI Hidrojenin içten yanmali motorlarda yakit olarak kullanilmasi konusunda bir çok çalisma yapilmaktadir. Fakat bu çalismalarda benzine göre tasarlanmis olan motorlar kullanilmaktadir ve bu motorlar hidrojen kullanima imkan saglayacak sekilde modifiye edilmislerdir. Hidrojenin içten yanmali motorlarda kullanilmasina iliskin yapilan ilk incelemelerde asagidaki sonuçlar elde edilmistir (Vorst,1975). · Bazi küçük degisikliklerle benzin motorlari hidrojen ile çalisir duruma getirilebilirler. Isil verimleri benzin motorununkine yakindir. · Stokiyometrik çalisma sartlarinda hidrojen motorunda yüksek miktarda NOx olusur. Fakat silindirlere gönderilen karisim fakirlestirilerek NOx olusumu azaltilabilir. · Benzin motorundan hidrojen motoruna çevrilmis motorda, stokiyometrik hidrojen-hava karisiminda %20 güç kaybi meydana gelir. · Karbüratörlü motorlarda emme manifoldundaki alev tepmesi önemli bir problemdir. Hidrojen motorunun bu dezavantajlari, onun benzin motoru ile rekabet etme sansini azaltmaktadir. Fakat günümüze kadar yapilan çalismalar ile bu problemler çözülerek, hidrojenin motor verimine ve hava kirliliginin azaltilmasina olan katkilari görülmüstür. Hidrojenin sikistirma orani yüksek olan motorlarda kullanilmasi ile de sebep oldugu güç kaybi azaltilabilir. Ayrica asiri doldurma uygulanarak ilave güç saglanabilir. Sikistirma oraninin arttirilmasi ve fakir karisim ile hidrojen motorunun isil veriminde, benzinli motora göre %25’lik bir artis saglanabilir. Fakir karisim ile alev tepmesi önemli miktarda azaltilir (Vorst, 1975). Akaryakit motorlarinda görülen buhar tikaci, soguk yüzeylerde yogusma, yeterince buharlasmama gibi sorunlar hidrojen motorlarinda yoktur. Hidrojen motorlari 20,13 °K’ de (-253°C) ilk harekete geçerken bile sorun çikarmaz (Ültanir, 1998). 3.1. Hidrojenin Depolanmasi Hidrojenin kimyasal ve fiziksel özelliginden kaynaklanan problemlerden dolayi depolanma sorunlari ortaya çikmaktadir. Hidrojenin depolanmasinda üç ana yöntem vardir; yüksek basinçli gaz seklinde, kroyojenik (asiri sogutulmus) sivi haldeki depolama; bu durumda hidrojen genellikle alçak basinçlidir ve metal-hidrit seklinde depolanmasidir (Ates, 1985). Hidrojenin yakit tankinin doldurulmasinda bir gecikme söz konusudur. Hidrojen gazinin depoya doldurulmasi bugünkü benzinli tasitlardaki deponun dolum süresinden oldukça yavastir. Örnegin 90 km'lik bir yol için gerekli hidrojen, bugünkü yöntemlerle ancak 10 dakikada doldurulmaktadir. Arastirmalarin büyük bir kismi bu sorun üzerine yogunlasmistir (Uyarel, 1995). 3.1.1. Hidrojenin basinçli gaz olarak depolanmasi Depolanma ve tasima çevre sicakliginda yapilabilir. Yüksek basinçtan dolayi depo içerisinde sivi hale geçen kismin enerji kaybi söz konusu degildir. Büyük hacimli depo gerektirir. Tasinmasi esnasinda güçlükler ortaya çikar (Ates, 1985).

3.1.2. Hidrojenin sivi olarak depolanmasi Sivi hidrojen bilinen yakitlar içerisinde kaynama noktasindaki yogunlugu en küçük ve özgül itme kuvvetinin en yüksek olmasi sebebiyle roketler, süpersonik ve hipersonik uzay araçlarinda yakit olarak kullanilir (Sherif, 1993). Hidrojenin sivi halde depolanmasinin birtakim yararlari ve zararlari vardir; Agirlik olarak nispeten hafif bir depolama seklidir. Hidrojen yakiti, sivi hidrojen pompasi yardimi ile silindire direkt olarak püskürtülebilir. Eger gaz silindire ölü hacmin tam merkezinden püskürtülürse sikistirma orani dizel motorlarinkine yakin bir degere çikartilabilir. NOx emisyonlarinda azalma saglanir. Sivilastirma için gerekli enerji büyüktür. Hidrojenin gaz halden sivi hale geçerken bir kismi buharlasir ve bu sebeple faz degisiminin hizli bir sekilde gerçeklesmesi gerekmektedir. Sivi hidrojen deposunun herhangi bir zarara ugramasi durumunda, hidrojen aniden buharlasacagi için diger sivi yakitlar gibi sivi halde çevreye yayilmasi söz konusu degildir. Havadan çok daha hafif olan hidrojen derhal yükselerek, yanici bir karisim meydana getirmeyecektir (Albay, 1993). 3.1.3. Hidrojenin tasitlarda metal hidrid seklinde depolanmasi Hidridler, bir tank içinde hidrojen gazinin metal alasim parçaciklari ile bilesik olusturmus sekilde depolanmasidir. Hafif kütleli metal hidridler tercih edilmektedir. Hidridlere isi verildiginde hidrojen serbest kalmaktadir (Ültanir, 1996). Hidrid olusturan metaller ve alasimlar, bir süngerin suyu absorblamasi gibi hidrojeni absorbe eder. Bir baska deyisle, bunlar hidrojeni çok yogun bir sekilde depolayabilirler (Veziroglu, 1998). Gaz hidrojen kati metallerin kafes seklindeki iç yapilarina nüfuz edecek kristal yapinin çesitli yerlerine baglanir (Yazicioglu, 1995). 3.2. Hidrojenin Motorlarda Yakilmasi ve Isletim Problemleri Hidrojen yakitli motorlarda yanma açisindan ortaya çikan en önemli iki sorun, geri tutusma ve erken atesleme olaylaridir. Yanma odasina gönderilen yakit hava karisiminin silindire girmeden önce tutusmasi sonucunda motorun emme manifoldu içinde geriye dogru alevin ilerlemesi geri tutusma olarak tanimlanmaktadir. Bu olay emme sistemi elamanlarini tahrip etmekte ve emniyet açisindan sorun olusturmaktadir. Yanma odasina gönderilen karisimin bujide kivilcim çakmadan önce sicak odaklar tarafindan tutusturularak yanmayi istenilenden önce baslatmasi da erken tutusma olarak tanimlanmaktadir. Hidrojenin tutusma enerjisinin düsük olmasi bu iki sorunu ortaya çikarmaktadir (Sorusbay, 1988). Geri tutusma hava fazlalik kat sayisinin(l) 2 ila 3 arasinda oldugu durumlarda olusmaktadir. Hidrojenin yakit olarak kullanilabilmesi için bu sorunlarin ortadan kaldirilmasi gerekir. Geri tutusmanin sebeplerinden biri benzin ile kiyaslandiginda hidrojenin tutusturulabilmesi için daha düsük iyonlasma enerjisine ihtiyaç duymasidir. Dolayisiyla hidrojen yakitli motorlarda buji kivilcimindan sonra atesleme sisteminde kalan artik enerji miktari daha fazla olur. Egzoz zamani genisleme periyodundan sonra silindir içi basincinin atmosfer basincina yakin oldugu durumlarda, sistemdeki artik enerji bujide kivilcim olusmasina sebep olur. Kivilcimin olustugu nokta çevrimden çevrime farklilik gösterir. Eger buji kivilcimi emme zamaninda olusursa, diger bazi etkenlerle birlikte geri tutusmaya sebep olur. Artik enerji olusumunu önlemek için atesleme sistemi modifiye edilmelidir (Kondo, 1997). Yüksek yük altinda, yanma odasindaki sicak noktalar karisimin erken ateslenmesine sebep olur. Hidrojenin tutusma enerjisinin düsük olmasi nedeniyle; yanma odasindaki sicak noktalar, supap bindirmesinde sicak egzoz gazlari, çok fakir karisimlarda yanma hizlarinin düsük olmasi nedeni ile yanma süresinin artmasi sonucu yanan gazlarla yeni karisimin temasi, motor yagindan gelen sicak partiküller, yanmayi istenilenden önce baslatabilmektedir. Bu amaçla yanma odasi sicakliginin düsürülmesi gerekmektedir. Bunun için; Karisimin bir miktar fakirlestirilmesi, egzoz gazlari resirkülasyonu (EGR), yanma

odasina su püskürtülmesi, supap bindirmesi süresinin azaltilmasi, giris havasinin sivi hidrojen kullanimi sonucu sogutulmasi gibi çesitli yöntemler uygulanabilir. Ancak karisima EGR uygulanmasi veya gönderilen hidrojenin azaltilmasi sonucu fakirlestirilmesi çevrimden çevrime olan farkliliklari artiracak ve motorun düzenli çalismasini önleyecektir. Ayrica EGR sonucu ortalama efektif basinçta düsecektir (Sorusbay, 1988). Hidrojen yakitli motorlarda hava-yakit orani 0,8 oldugunda egzoz gazlari içindeki NOx miktari maksimum olur. NOx olusumunu azaltmak için hidrojene saf oksijen ilave edilmelidir. Bu durum ise sisteme daha karmasik hale getirir ve tasit agirligini arttirir. Bu sorunun çözümü için kullanilan yöntemlerden biri; tasit üzerinde suyu elektroliz ederek, açiga çikan hidrojen ve oksijenin basinç altinda depo edilmesidir. Asagidaki sekilde böyle bir sistem görülmektedir. Hidrojen-hava karisimi içindeki su buhari yanma sicakligini azaltacagindan maksimum basincin, dolayisiyla gücün azalmasina sebep olur. Bunun için karisim içindeki su buhari bir yogusturucudan geçirilerek su deposuna geri döndürülür. Yanma odasi içinde birakilan su buhari miktari ayarlanarak yanma hizi ve vuruntu olusumu kontrol edilebilir (Bohacik, 1997). 3.3 Buji ile Ateslemeli Motorlara Hidrojen Takviyesi ve Egzoz Gazlari Emisyonu Benzin motoruna hidrojen takviyesi ile yanmamis hidrokarbon emisyonlari azaltilarak isil verim iyilestirilir (Apostolescu, 1996). Hidrojen takviyesi yapilan Otto motorlarinda küçük bir ön yanma odasi mevcuttur. Yanma odasi bujinin yerine yerlestirilmistir. Bu ön yanma odasi içinde hidrojen enjektörü ile buji vardir. Esas yakit ise (benzin, metanol, propan vs.) emme portlarindaki enjektörlerden püskürtülerek silindirlere gönderilir. Hidrojen takviyesi ile esas yanma odasi içinde yakilan hidrokarbon esasli yakitlarin çok fakir karisim oranlarinda düzgün bir sekilde yakilmasi saglanir. Böylece isil verim arttirilarak, azot oksit emisyonlari önemli derecede azaltilir (Glasson, 1996). Hidrojenin hava ile yanmasinin sonucu da, yakitta karbon bulunmamasi nedeni ile yanma ürünleri arasinda CO, CO2, HC’ler mevcut olmayacak, sadece motorun yaglama yaginin yanmasi nedeni ile olusan HC’ler egzoz gazlari arasinda bulunacaktir. Ayrica yüksek yanma sicakliklari nedeniyle havanin kimyasal reaksiyonu sonucu azot oksitler olusacaktir (Sorusbay, 1988). Hidrojenin yanma ürünü su buharidir ve sinirli maksimum sicakliklardaki NOx emisyonlari ihmal edilebilir. Nitekim hidrojenle çalisan bir içten yanmali motor, günümüz tasit motorlarindan çok daha az NOx emisyonuna neden olmaktadir (Ültanir, 1994). 4. SONUÇ VE ÖNERILER Dünya nüfusunun hizla artmasi, mevcut enerji kaynaklarinin yakin gelecekte yetersiz kalacak olmasi ve çevre kirliliginin tehlikeli boyutlara ulasmasi alternatif yakitlarin önemini arttirmistir. Bu durum arastirilacak alternatif yakitlarin çevre dostu olmasini zorunlu kilmaktadir. Bu çalisma da incelenen hidrojen hem elde edilebilme potansiyeli hem de çevre dostu olmasi bakimindan alternatif yakitlar içinde önemli bir konumdadir. Yanma ve depolama ile iliskin sorunlarin halledilmesi durumunda hidrojen önümüzdeki yillarda rakipsiz bir içten yanmali motor yakiti olacaktir. Elektroliz yoluyla sudan elde edilmesi hidrojenin sonsuz bir enerji kaynagi oldugunu göstermektedir. Yanma hizinin ve kendi kendine tutusma sicakliginin yüksek olmasi buji ile ateslemeli motorlardaki vuruntu ihtimalini azaltmaktadir. Tutusma enerjisinin düsük olmasi ilk hareket kolayligi saglar. Hidrojenin içerisinde karbon bulunmamasindan dolayi, egzoz emisyonlari fosil yakit kullanilan motorlara göre daha iyidir. Herhangi bir sebeple yakit donaniminda meydana gelen bir sizinti durumunda hidrojenin uçuculugunun çok yüksek olmasi nedeniyle hizla sistemden uzaklasacagindan herhangi bir tehlike olusturmaz.

Hidrojenin içten yanmali motorlarda kullanilabilmesi için geri tutusma, erken atesleme ve depolama problemlerinin çözülmesi gereklidir. Bu amaçla çalismalar bu konular üzerinde yogunlasmalidir.

HİDROLİK MOTORLAR

HİDROLİK MOTORLAR Hidrolik motorlar hidrolik sistemin çalisma enerjisini mekanik dönme enerjisine çevirirler. Hidrolik motorlar, bir dengesizlik yaratarak motor milinin dönmesini saglayacak biçimde çalisirlar. Bu dengesizlik motor miline bagli olarak farkli sekillerde olusturulur. Hidrolik motorlar pozitif iletimli elemanlardir, yani motor sabit miktarda akiskan aldiginda basinca bagli olmaksizin hizi sabit kalacaktir. Endstriyel sistemlerde kullanilan motorlari kanatli, disli ve pistonlu olmak üzere üç gruba ayirabiliriz. MOTOR KAÇAGI Endüstriyel hidrolik sistemlerde kullanilan motorlar genellikle iki yönde çalisabilecek sekilde tasarlanirlar. Sistemde tek yönde çalisan motorlar bile muhtemelen iki yönde çalisacak sekilde tasarlanmislardir. Mil keçesini, kanat, disli ve pistonlari korumak için motor kaçaklari harici olarak tahliye edilirler. KANATLI MOTORLAR Bir kanatli motor, disari çikmis kanatlarina hidrolik basincin etkiyerek milinde çikis momenti olusturdugu pozitif iletimli elemanlardir. Kanatli motor esas olarak kanatlar, halka, rotor, mil ve üzerinde giris çikis delikleri bulunan bir dagitim plakasindan olusur. KANATLI MOTOR NASIL ÇALISIR? Tüm hidrolik motorlar sonuçta milin dönmesini saglayan bir dengesizlige neden olarak çalisirlar. Kanatli motorda bu dengesizlige hidrolik basinca maruz kalan kanat alanlarinin farkliligi neden olur. Rotor halkaya göre merkezi kaçik olarak yerlestirilmistir. Kanatlarin basinca karsilik gelen yüzeyleri halkanin üst kismina dogru artar alt kismina dogru azalir. Basinçli yag, giris deliginden girdiginde kasnatlarin esit olmayan yüzeyleri motor milinde moment olustururlar. Kanatlarin basinca maruz yüzeyleri arttikça veya basinç yükseldikçe milden daha fazla moment alinacaktir. Olusan moment yeterli oldugunda rotor mili dönecektir. DENGELENMIS KANATLI MOTOR Bir hidrolik motorda iki farkli basinç vardir. Giriste sistemin çalisma basinci ve çikista depo hatti basinci. Bu durum, yüksek sistem basincinda milin agir sayilabilecek yanal yüke maruz kalmasina neden olur. Milin yanal yüklenmesini önlemek için halkanin iç yüzeyine daire yerine kam formu verilir. Böylece birbirine karsi gelen iki basinç bölgesi olusturularak mile gelen yükler dengelenir ve milin yanal yüklenmesi ortadan kaldirilir. Dengelenmis kanatli motor, bir kam biçimli halka, rotor, kanatlar, birbirine karsi bakan giris çikis deliklerinin bulundugu dagitim plakasindan olusur. Motor gödesinde tek giris ve çikis deligi bulunmasi için dagitim plakasinda birbirine karsi duran 2 giris ve 2 çikis deligi birlestirilmistir. Endüstriyel hidrolik sistemlerde kullanilan kanatli motorlar genellikle dengelenmis tür motorlardir.

KOVAN Endüstriyel kanatli motorun dönen grubu tümlesik bir kovan ünitesidir. Kovan ünitesi; iki dagitim plakasinin arasina yerlestirilmis kam biçimli halka, rotor ve kanatlardan olusur. Kovan ünitesi kullanmanin bir avantaji motor bakiminin kolay yapilmasidir. Dogal olarak bir süre sonra motor parçalari asindiginda, dönen grup çikarilip kolayca yeni kovan ünitesi ile degistirilebilir. Motorun ayni basinçta daha fazla moment vermesi istendiginde dis boyutlari ayni kanat yüzeyleri daha büyük olan bir kovanin orjinali ile degistirilmesi mümkün olabilir. MOTOR KANATLARINI UZATMAK Bir kanatli motor çalismaya baslamadan önce kanatlarin disariya çikarilmis olmasi gerekir. Hidrolik motorda, pompada oldugu gibi merkezkaç kuvvetin disari savurup kanat uçlari ile halka arasinda pozitif bir sizdirmazlik saglamasi beklenemez. Bir baska çözüm bulunmasi gerekir. Bir kanatli motorda kanatlari disari çikarmanin yaygin olan iki yolu vardir birinci yol kanatlarin alt kismina yay yerlestirmektir. Böylece kanatlar sürekli disarida dururlar. Diger yol ise kanatlarin alt kismina basinçli akiskan göndererek basinç etkisiyle kanatlari disari çikarmaktir. Bazi motorlarda kanatlarin yay ile yüklenmesi kanat yuvasina sarili bir yay yerlestirmek suretiyle olur. Bir baska sekil ise, bir parça tel yay sabit bir noktaya tutturulur ve yay kanatla birlikte yarik içinde hareket eder. Her iki yay yükleme türünde de moment saglanir saglanmaz akiskan basinci kanat altina gönderilir. Kanadin akiskan basinci ile disari çikarilmasinda, kanat tamamen disari çikip kanat ucunda pozitif bir sizdirmazlik saglamadan kanat yüzeylerine akiskan gönderilmez. Bu anda kanat altinda basinç vardir. Basinç kovan ünitesindeki cek valfi açacak degere ulastiginda akiskan kanat yüzeyine etkiyecek ve motor milinde bir moment olusturacaktir. RÖLANTI Motor miline bagli yükün bosta dönmesi (ve durmasi) istendiginde, motorun giris ve çikis hatlari depoya baglanir. Fakat kanatlarin içeri girmemesi için depo hattina 4-8 bar'da açan bir cek valf konmasi gereklidir. Depo hattina yerlestirilen cek valf ile saglanan geri basinç kanatlarin (kanat yuvasina) çekilmesini önler. Bu yükün daha kolay durmasini saglar. DISLI MOTOR Disli tip bir hidrolik motor hidrolik basincin disli dislerine etkiyip milinde moment olusan pozitif iletimli bir elemandir. Bir disli motor esas olarak, üzerinde giris ve çikis delikleri bulunan bir gövde, iki disliden ibaret bir, dönen gruptan olusur. Dislilerden biri yüke bagli çeviren disli digeri çevrilen dislidir. DISLI MOTOR NASIL ÇALISIR? Hidrolik motor milin dönmesini saglayan bir dengesizlige neden olarak çalisir. Disli motorda bu dengesizlik disli dislerin birbirinden ayrilamsi ile saglanir. Motorun girisi sistem basincinda maruzdur. Çikis ise depo basincindadir. Disler birbirinden ayrildiginda bir disin yaninin disinda tüm disler hidrolik olarak dengelenmistir.

Momenti olusturan bu dengesizliktir. Disin daha genis olmasi veya basincin yüksek olmasi momentin daha fazla olmasini saglayacaktir. Dislilerin niye zit yönde dönmedikleri düsünülebilir. Zit yönde dönmek için dislilerin birbirinden ayrilamsi yerine birlesmeleri gerekir. Birlesen disliler azalan hacim yaratirlar ki bu da akiskani gövdenin disina iter. Sonuçta dislilerin biribilerinden ayrilmaktan baska seçenekleri yoktur. IÇTEN DISLI MOTOR Içten disli motor, iç çeperine dis açilmis daha büyük bir disli ve bu disli içinde çalisan bir dis disliden olusur. Endüstriyel sistemlerde yaygin olarak kullanilan içten disli gerotor tipi motordur. Gerotor motorda içte bir çeviren disli dista bir fazla sayida dise sahip çevrilen disli vardir. Içteki disli bir mil araciligiyla yüke baglanmistir. Bir gerotor motorda dengesizlik motor girisinde hidrolik basinca maruz disli alanlarinin farkliligindan olusur. Sekilden gerotor motorun içteki dislisinin basinca maruz bölümünün giriste arttigi görülebilir. Dislerin esit olmayan bir biçimde akiskan basincina maruz kalmasi motor milinde moment olusturur. Dislinin veya basincin büyük olmasi daha büyük bir moment saglayacaktir. Bir gerotor tipi motorun dönen gruplarina giren akiskani motoru terkeden akiskandan ayirmak için üzerinde fasulye biçimli giris ve çikis delikleri bulunan bir dagitim plakasi bulunur. PISTONLU MOTOR Bir pistolu motor, pistonlarina etkiyen basincin milinde moment olusturdugu pozitif iletimli bir elemandir. Pistonlu motor esas olarak egim plakasi, silinidir bloku, pistonlar, pabuç plakasi, pabuç plakasi baski yayi, dagitim plakasi ve milden olusur. Pistonlar silinidir blokunun içinde hareket ederler. Egim plaksi belli bir açi ile yerlestirilmistir ve yüzeyinde, pistonlar, pabuçlari araciligiyla hareket ederler. Piston pabuçlari, pabuç plakasi ve baski yayi yardimiyla egim plakasi ile temas halindedir. Dagitim plakasi motora giren akiskani çikan akiskandan ayirir. PISTONLU MOTOR NASIL ÇALISIR? Pistonlu motorun nasil çalistigini açiklamak için eksenel pistonlu bir motorun silindir blokundaki tek bir pistonun çalismasini inceleyelim. Egim plakasi düseyde bir açi yapacak sekilde yerlestirilmistir, piston pabucu konumunu bulmasi için pek kararli bir yüzeye sahip degildir. Akiskan basincu pistona etkidiginde olusan kuvvet pistonu silinidir blokundan disari dogru iter ve piston pabucun, egim plakasi yüzeyi boyunca kaymasina neden olur. Piston pabucu kaydiginda silindir blokuna bagli milde bir moment meydana getirir. Momentin miktari kaymaya sebep olan egim plakasinin açisina ve sistemdeki basincina baglidir. Moment yeterli oldugunda mil dönecektir. Piston yüzeyine etkiyen basincin olusturdugu F kuvvetinin piston bloku eksenine r mesafe uzakliktaki Ft bileseni ile "M = Ft x r" momentini olusturur. Piston akiskan basinci ile silindir blokunun disina dogru itildigi sürece moment olusmaya devam edecektir. Piston, hareketi sirasinda izledigi çemberin merkezini geçtiginde egim plakasi yardimiyla tekrar silinidir blokuna itilecektir. Bu noktada piston yuvasi dagitim plakasinin çikis deligine açilacaktir. Pistonlu motorda tek bir piston, silindir bloku ve milin tam dönüsünün (dönüs çemberi) ancak yari bölümünde moment olusur. Uygulamada silindir blokunda birden fazla sayida piston vardir. Bu, milin sürekli dönmesini ve maksimum momentin elde edilmesini saglar.

DEGISKEN VERDILI EKSENEL PISTONLU POMPALAR Eksenel pistonlu motorlarin veya herhangi bir pistonlu motorun emis hacmi, pistonlarin silinidir blokundaki strokuna baglidir. Eksenel pistonlu motorda piston strokunu egim plakasinin açisi deneledigi için motor verisini degistirmek amaciyla egim plakasinin açisini degistirmek yeterlidir. Egim plakasinin açisi büyük oldugunda pistonlarin silindir blokundaki stroklari da uzundur. Egim plakasinin açisi küçültüldügünde pistonlarin stroku da kisalir. Egim plakasinin açisi degistirildiginde motorun verdisi ve sonuç olartak milin hizi ve çikis momenti degistirilebilir. OVERCENTER EKSENEL PISTONLU MOTOR Bazi eksenel pistonlu motorlarin egim plakasinin düseyle yaptigi açiyi ters yönde yapabilme yani merkezi asabilme özelligi vardir. Böylece bu tür motorda akis yönünü degistirmeksizin milin dönüs yönünü degistirmek kabildir. Çünkü egim plaksinin açisi sekilde görüldügü gibi degistirildiginde pistonlarin kayma yönü degisecektir. MOMENT MERTEBESI (RATING) Bir pistonun olusturabilecegi kuvvet, yüzeyine uygulana basinca baglidir. Bir silindirde, daha yüksek basinç ve daha büyük piston yüzeyi kullanilirsa milden daha büyük bir kuvvet elde edilir. Ayni durum hidrolik motor içinde geçerlidir. Yani basincin daha yüksek olmasi veya motorun hacimsel verdisinin daha büyük olmasi milinde daha büyük bir moment olusturacaktir. Siradan, disli, kanatli ve pistonlu pompalar tam yükte (maks. moment), düzgün düsük devir sayilari saglayamazlar. Yükü harekete geçirmek için gerekli büyük kuvvet ve yüksek iç basinçtan dogan motor iç kaçaklari ile statik sürtünme nedeniyle bu pek mümkün degildir. Hem dönüsün (motor milinin) düzgün olmasi hem de yüksek moment istenirse, bu motorlar minimum 200-400 dev/dk'da çalistirilmalidirlar. En yüksek devir sayilari 2400-3000 dev/dk arasinda degisir. Uygulama için düsük devir sayilari ve küçük moment gerekliyse siradan motorlar (yüksek hiz - düsük momentli motorlar) ile bu is yapilabilir. Fakat düsük hizlarda yüksek moment gerekliyse özel tipte motor kullanilir (Düsük hiz-yüksek momentli motorlar). Bu motorlarin hizlari 1/4 dev/dk'dan 400 dev/dk'ya kadar degisir. HİDROLİK DEPO(TANK) Hidrolik akışkanı depolayan,çalışma şartlarına uygun şekilde hazırlayan devre elemanlarına depo(tank) adı verilir. Isınan hidrolik akışkanın kolayca soğutulması için deponun alt kısmı hava akımı oluşturacak şekilde dizayn edilmelidir. Depoya dönen akışkanın dinlenmeden emilmesini önlemek için, dinlendirme levhası konulmalıdır. Depo kapasitesi, hidrolik sisteme gerekli olan akışkan miktarına ve dağıtım sisteminin büyüklüğüne göre seçilir. Pratik olarak pompa debisinin 3-5 katı kadar alınabilir.

Şekil 1 Hidrolik depo HİDROLİK DEPODA OLMASI GEREKEN ÖZELLİKLER 1. Ssıcaklığı artan akışkanın soğutulması için depo tabanı hava sirkülasyonu oluşturacak şekilde yerden yukarıda yapılmalıdır. 2. Dibe çöken pisliklerin toplanmasını sağlamak için depo tabanına boşaltma deliği yönünde eğim verilmelidir. 3. Dinlendirme levhası emme odası ile dönüş dinlendirilmesini,pisliklerin dibe çökmesini sağlar.

odasını

ayırarak,

akışkanın

4. Emiş borusu ile depo tabanı arasındaki minimum mesafe 1.5xd kadar olmalıdır.(d=boru çapı) 5. Depo içindeki akışkanın seviyesi rahatlıkla görülmelidir. 6. Depo içine kirletici maddelerin girmesi önlenmelidir. 7. Emiş ve dönüş kolaylığını sağlamak için boru uçları 30-45 açı ile kesilmelidir. 8. Maksimum akışkan seviyesi ile depo tavanı arasında yeterli boşluk bırakılmalıdır. (akışkan içindeki havanın dışarı atılması için) 9. Emiş olayında vakum, dönüş olayında basıncı önlemek için depo üzerine havalandırma kapağı konulmalıdır. 10. Dönüş borusu çapı emiş borusuna göre büyük olmalıdır. 11. Depo içine akışkan doldururken yabancı maddelerin girmesini önlemek için doldurma filtresi veya süzgeci konulmalıdır.

HİDROLİK POMPALAR Hidrolik depoda bulunan akışkanı istenilen basınç ve debide sisteme gönderen devre elemanıdır. Pompalar, mekanik enerjiyi hidrolik enerjiye dönüştürür. Hidrolik pompa dönme hareketini genelde bir elektrik motorundan alır. Seyyar(taşınabilen) sistemlerde ise, içten yanmalı motorlar kullanılır. Değişik yöntemlerle elde edilen dairesel hareket, uygun kavramlarla pompaya iletilir. Pompalar basınç oluşturmaz. Akışkan hidrolik sistemde bir engelle karşılaştığında basınç oluşur. BASINÇ ÇEŞİTLERİ A. Dişli Pompalar 1.Dıştan Dişli 2. İçten Dişli 3.İçten Eksantrik Dişli B. Baletli Pompalar C. Pistonlu Pompalar 1.Eksenel pistonlu a)Eğik Gövdeli b) Eğik Plakalı 2. Radyal Pistonlu 3. Pistonlu El Pompaları A.DİŞLİ POMPALAR: Biri çeviren diğeri de çevrilen olmak üzere iki dişliden meydana gelmiştir. Çeviren dişli motordan aldığı dönme hareketini çevrilen dişliye iletir. Böylece dişliler diş boşluklarına aldıkları akışkanı sisteme gönderir. Bu tip pompaların debisi sabittir. Pompa debisini arttırabilmek için diş boşlukları büyütülmelidir. Dönüş hareketi sonucu emiş tarafında vakum oluşarak, emme işlemi gerçekleşir.

1) Dıştan Dişli Pompalar: En çok kullanılan pompa tipidir. Genelde 300-350 bar’a kadar basınç gerektiren sistemlerde kullanılır. Giriş borusu çapı, çıkış borusuna göre daha büyüktür. Artan hacim ve azalan hacim prensibine göre çalışır. Dişli ile gövde arasında çalışma boşluğu vardır. Zamanla bu boşluk, aşınmalar sonucu artar. Boşluğun artması pompa verimini düşürür. Verimi çok düşen pompa hurdaya ayrılır.

2) İçten Dişli Pompalar: İç içe çalışan iki dişliden ibarettir. İçteki dişli (rotor dişlisi) motordan aldığı dönme hareketini dıştaki dişliye 8ayna dişlisi) iletir. İki dişlinin eksenleri kaçıktır. İçteki dişlinin diş sayısı bir diş eksiktir. Bu sayede emme ve basma boşlukları oluşur. Dişliler dönmeye başladığında bir tarafta artan hacim diğer tarafta azalan hacim oluşur. Artan hacimde emme, azalan hacimde basma işlemi gerçekleşir.

3) İçten Eksantrik Dişli Pompalar: Çalışma prensipleri içten dişlilere benzer. Motor dönme hareketini dıştaki dişliye (ayna dişlisi) veriri. Dıştaki dişli aldığı bu dönme hareketini, içteki dişliye 8rotor dişlisi9 iletir. Dişliler arasında hilal şeklinde bir ayırma parçası vardır. Bu parça pompanın daha verimli çalışmasını sağlar. Bu tip pompalar daha sessiz çalıştıkları ve yüksek debili oldukları için gün geçtikçe daha yaygın olarak kullanılmaktadır.

B. PALETLİ POMPALAR: Çevresinde belirli sayıda palet yerleştirilmiş bir rotorun, eksenden kaçık olan bir gövde içinde dönmesi ile çalışır. Gövde ve rotor arasındaki eksantriklik miktarı arttıkça debi de artar. Paletler rotor üzerine yerleştirildikleri kanallar içinde radyal olarak (eksene dik) hareket edebilirler. Böylece emme işlemi esnasında dışarıya çıkıp, basma işlemi esnasında içeriye girerler. D. PİSTONLU POMPALAR: Bir silindir içinde ileri-geri hareket eden pistonların emdikleri akışkanı sisteme basmaları prensibine göre çalışır. Sızdırmazlıkları yüksek olduğu için diğer pompalar göre daha verimlidir. Boyutları diğer pompa türlerine nazaran daha büyüktür. Yüksek çalışma basıncı gerektiren sistemlerde kullanılır. Yapıları karmaşık olduğundan fiyatları pahalıdır. Eksenel ve radyal olmak üzere iki çeşittir. 1) Eksenel Pistonlu Pompalar: Bu tip pompalarda pistonlar tahrik mili eksenine paralel şekilde yerleştirilmiştir. İki değişik sistemle çalışır. 1-a) Eğik Plakalı Eksenel Pistonlu Pompa: Eğik bir plaka üzerine bağlı pistonlardan oluşur. Eğik plakanın dönmesi sonucu pistonlar ileri-geri hareket eder. Pistonların bu hareketi ile emme-basma işlemi gerçekleşir. Plakanın açısı değiştirilince piston kursları değişir. Böylece debi miktarı ayarlanır. 1-b) Eğik Gövdeli Eksenel Pistonlu Pompa: Bu tip pompaların gövdelerine açı verilmiştir. Gövdeye verilen açı ile debi doğru orantılıdır. Gövdenin açısı değiştirildiğinde pistonların kursu değişir. Böylece istenilen debi miktarı ayarlanır. 2) Radyal Pistonlu Pompalar: Radyal pistonlu pompalarda pistonlar tahrik mili eksenine dik olarak yerleştirilmiştir. Rotorun dönmesiyle, pistonlar silindir bloğu içinde ilerigeri hareket ederler. Böylece emme-basma olayı gerçekleşir. Eksantriklik oranı değiştirildiğinde piston kursu da değişeceğinden debi miktarı ayarlanabilir. 3) Pistonlu El Pompaları: Bu tip pompalarda pistonun ileri-geri hareketi el ile sağlanır. Hidrolik kriko, hidrolik el presi vb. mekanizmalara gerekli olan basınçlı akışkanı sağlamada kullanılır. Yapıları çok basittir. POMPALARIN ÇALIŞMA PRENSİBİ Tüm pompalar artan hacim ve azalan hacim prensibine göre çalışır. Artan hacimde emme, azalan hacimde basma olayı gerçekleşir. Pompa mili aldığı dönme hareketi sonucu artan hacim kısmında vakum oluşur. Oluşan bu vakum sonucu emme işlemi gerçekleşir. POMPALARDA VERİMLİLİK Hidrolik sistemin pompaya uyguladığı basınç, pompanın debisini etkiler. Basınç arttıkça pompanın akış oranı azalır. Akış oranındaki bu azalma, pompa verimini belirler. Pompa verimini ikiye ayırabiliriz. Hacimsel Verim : Pompa çıkışında ölçülen çıkış debisiniz, teorik debiye oranı. Toplam Verim : Pompa hidrolik gücünün, mekanik güç girişine oranı. POMPA VE HİDROLİK AKIŞKAN BAĞINTISI Pompa seçiminde dikkat edilmesi gereken en önemli nokta akışkanın türü ve viskozitesidir. Pompaya uygun akışkan kullanılmadığı taktirde pompa ömrü azalır. Pompada kullanılacak akışkanın seçiminde pompa imalatçısının önerileri dikkate alınmalıdır.

POMPA SEÇİMİNDE DİKKAT EDİLECEK HUSUSLAR 1. Gerekli debi miktarı 2. Çalışma basıncı 3. Pompanın fiyatı 4. Pompanın bakım ve onarım kolaylığı 5. Pompanın dönüş hızı 6. Pompa verimi

7. Pompa boyutları 8. Pompanın sessiz ve titreşimsiz çalışması 9. Pompanın dönüş yönü 10. Pompanın montaj kolaylığı 11. Yedek parça bulma kolaylığı

HİDROLİK SİSTEMDE KULLANILAN POMPALAR

Dıştan dişli pompa

İçten dişli pompaPaletli pompa

Pistonlu el pompası

HİDROLİK SİLİNDİRLER Hidrolik silindirler, pompalar tarafından üretilen hidrolik enerjiyi,mekanik enerjiye dönüştürür. Doğrusal ve açısal hareketlerin elde edilmesinde kullanılır. SİLİNDİR ÇEŞİTLERİ 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Tek etkili silindir Çift etkili silindir Teleskobik silindir Yastıklı silindir Tandem silindir Çift kollu silindir Döner silindir

1) TEK ETKİLİ SİLİNDİRLER Hidrolik akışkanın pistona tek yönden etki ettirildiği silindir türüdür. Pistonun geri konumuna gelişi dış kuvvetlerle (yay, ağırlık vb.) sağlanır. 2) ÇİFT ETKİLİ SİLİNDİRLER Hidrolik akışkanın pistona çift yönden etki ettirildiği silindir çeşididir. Pistonun ileri ve geri hareketi basınçlı akışkan yardımıyla sağlanır. Genellikle her iki yönde iş istendiği için, en sık kullanılan silindir çeşididir. 3) TELESKOBİK SİLİNDİR Yüksek strok gereken yerlerde kullanılır. Fazla yer kaplamamaları en önemli tercih sebebidir. İç içe yerleştirilmiş farklı çaplı pistonlardan oluşur. Genelde tek etkili yapılır. İş makinalarında ve damperli araçlarda çok sık kullanılır. 4) YASTIKLI SİLİNDİRLER Özellikle piston hızının 6m/dak’yı geçtiği durumlarda ve ağır cisimlerin hareket ettirilmesinde kurs sonlarında darbe oluşur. Bu darbeler devre elemanlarının çalışma ömürlerini azaltır. Yapılan işin bozulmasına da yol açabilir. Bu nedenle darbe, hidrolik sistemlerde kesinlikle istenmeyen bir özelliktir. Böyle durumlarda kurs sonlarında piston hızını yavaşlatarak, darbeleri önleyen silindirler kullanılır. Bu tip silindirlere yastıklı silindir adı verilir. Yastıklama işlemi; yastıklama burcu ve ucu konik olan yastıklama muylusu ile sağlanır. Kurs sonunda akışkanın geçtiği kesit daraltılarak hızın azalması sağlanır. Yastıklı silindirler tek tarafı ya da çift tarafı yastıklı olabilir. 5 ) TANDEM SİLİNDİRLER Hidrolik silindirlerde daha yüksek itme kuvveti, basıncın arttırılması veya piston çapının büyütülmesiyle elde edilir. Hidrolik devrelerde basıncın arttırılması, pompa kapasitesinin büyütülmesini gerektirir. Bu da önemli bir maliyet unsurudur. Piston çapının arttırılması ise, yer sorununun olduğu durumlarda bunu mümkün kılmamaktadır. Böyle durumlarda, tek piston koluna bağlı iki ya da daha fazla piston kullanılır. Bu tip silindirlerde itme kuvveti F1+F2+....Fn olur.

6) ÇİFT KOLLU SİLİNDİRLER Pistonun her iki tarafında da piston kolu vardır. Hidrolik akışkanın etki ettiği piston kesit alanı her iki yönde eşit olduğu için, pistonun ileri-geri hızları ve itme kuvvetleri aynıdır. Her iki yöndeki hızın eşit olması istenen yerlerde kullanılır. Örneğin; taşlama tezgahları gibi. 7) DÖNER SİLİNDİRLER Açısal motor adı da verilen döner silindirler, 90,180,270,360 derecelik açısal dönme hareketlerinin elde edilmesinde kullanılır. Dişli ya da kanatlı tipleri vardır. a) DİŞLİ TİP DÖNER SİLİNDİR Piston koluna kramayer dişli açılmıştır. Pistonun ileri-geri hareketi sonucu, piston koluna açılmış kramayer dişli bir düz ya da helisel dişliyi döndürerek açısal hareketin oluşmasını sağlar. b) KANATLI TİP DÖNER SİLİNDİR Silindir içine gönderilen akışkan kanada dönme hareketi yaptırır. Kanatın geri hareketi için diğer taraftan hidrolik akışkan tatbik edilir. Böylece açısal dönme hareketi elde edilir. Kanatlı tip döner silindirler yüksek dönme momentlerinde kullanılmaz. HİDROLİK SİSTEMDE KULLANILAN SİLİNDİRLER

Ağırlık ve yay dönüşlü tek etkili silindir

Çift etkili silindir

HİDROLİK MOTORLAR Hidrolik motor hidrolik enerji ile dairesel hareket üreten devre elemanıdır. Hidrolik pompanın ürettiği hidrolik enerjiden yararlanır. Çalışma prensipleri pompalara göre terstir. Pompalar mekanik enerjiyi hidrolik enerjiye, motorlar ise hidrolik enerjiyi mekanik enerjiye dönüştürür. HİDROLİK MOTORLARIN ÜSTÜNLÜKLERİ 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7)

Başta iş makinaları olmak üzere her yerde kullanılabilir. Motoru durdurmadan hız ayarı yapılabilir. Hız ayarı belirli değerler arasında sınırsızdır. Büyük kuvvetler iletilir. Hidrolik akışkanlar sıkıştırılamadıkları için düzgün hızlar elde edilebilir. Hareket devam ederken dönüş yönü değiştirilebilir. Emniyet valfi kullanılarak aşırı yüklenmelerde durdurulabilir. HİDROLİK MOTORLARI DEZAVANTAJLARI

1) Hidrolik akışkanların sürtünme dirençleri yüksek olduğu için dönüş hızları düşüktür. 2) Fiyatları çok pahalıdır. 3) Ebatları büyüktür. 4) Yüksek sıcaklıklarda kullanılamaz. 5) Kirliliğe karşı çok hassastır.

HİDROLİK VALFLER Valf: hidrolik akışkanın gideceği yönü belirleyen, istenildiğinde yönünü değiştiren, akışkanın basıncını ve debisini kontrol eden devre elemanıdır. Valfler basıncı yükselen, sistemde işini bitiren ya da sisteme gitmesi istenmeyen akışkanı depoya gönderir. VALFLERİN GÖREVLERİ 1) Akışkanın yolunu açıp-kapatır. 2) Akışkanın gideceği yönü değiştirir. 3) Akışkanı depoya gönderir. 4) Akışkanın debisini kontrol ederek alıcıların çalışma hızını ayarlar. 5) Devre elemanlarını yüksek basınçlara karşı korur. Basıncı yükselen akışkanı depoya gönderiri. 6) Akışkanın basıncını kontrol ederek, devre elemanlarının belirli basınçlarda çalışmasını sağlar. 7) Akışkanın basıncını, debisini, yönünü belirli zaman aralıklarında kontrol eder. 8) Bazı valfler yukarıda sayılan görevlerin bir veya birkaçını yapabilir. BASINÇ KONTROL VALFLERİ Hidrolik sistemlerin basınç hatlarında kullanılan, akışkanın basıncını istenen değerde tutan valflerdir. Kullanılan Yerlerine Göre Çeşitleri; a) Emniyet valfleri b) Basınç düşürme valfleri

c) Basınç sıralama valfleri d) Boşaltma valfleri

a) EMNİYET VALFLERİ Hidrolik sistemdeki ani basınç yükselmelerinde, sistemi yüksek basınçlardan koruyan devre elemanıdır. Basıncı yükselen akışkanı depoya göndererek basıncın, çalışma basıncına düşürülmesini sağlar. Normalde kapalı konumdadır. Basınç yükselmesi durumunda açık konuma geçer. b) BASINÇ DÜŞÜRME VALFLERİ Hidrolik devrelerde farklı basınçlarda çalıştırılması istenen, birden fazla sayıdaki silindir ve motorun kullanılması gerekebilir. Özellikle sıkma, bağlama vb. işlemlerinde basıncın sabit kalması istenir. Bu gibi durumlarda basınç düşürme valfleri kullanılır. Normalde açık konumdadır. Basınç yükseldiğinde kapalı konuma geçer. İki yollu ve üç yollu olmak üzere değişik tipleri vardır. c) BASINÇ SIRALAMA VALFLERİ Basınç sıralama valfleri bir hidrolik devrede birden fazla sayıda ki silindir, motor gibi alıcıları farklı zamanlarda çalıştırmak için kullanılır. Çalışma sistemi emniyet valfleri ile aynıdır. Normalde kapalı konumdadır. İstenen basınçta açılıp diğer alıcıları harekete geçirir. d) BOŞALTMA VALFLERİ Genelde sıkma işlemi yapan silindirlerde kullanılır. Normalde kapalı olan valf uyarı geldiğinde açılır ve akışkanı depoya gönderir.

YÖN KONTROL VALFLERİ Hidrolik devrelerde akışkanın, ne zaman, hangi yolu izlemesi gerektiğini belirleyen valflerdir. İstenildiğinde akış yolunu değiştirirler; istenildiğinde akış yolunu açıp kapatırlar. YÖN KONTROL VALFLERİNİN GÖSTERİLMESİ 1) Valfin her konumu bir kare ile gösterilmelidir. 2) Akışkanın geçiş yönleri oklarla belirtilir. 3) Kapalı yollar yatay bir çizgi ile belirlenir. 4) Valf bağlantıları kısa çizgilerle belirtilir. 5) Valf konumlarının işaretlenmesi; valf konumları soldan sağa doğru harflerle işaretlenir. Üç konumlu vaflerde merkez konum 0 ile gösterilir. 6) Valf bağlantılarının harflendirilmesi; P=Basınç hattı A,B,C....=İş hattı veya çalışma hattı R,S,T=Depo(dönüş) hattı X,Y,Z=Pilot(uyarı) hattı L=Sızıntı hattı 7) Yön kontrol valflerinin tanımlanması; 2 / 2 = Yol sayısı/ Konum sayısı 3 /2 valf tanımlaması yapıldığında, valfin 3 yollu, 2 konumlu olduğu anlaşılır. 8) Vaflerin normal konumları; Hidrolik devre çizimlerinde valfler, normal konumlarında çizilir ve harflendirilir. YÖN KONTROL VALFLERİNİN ÇEŞİTLERİ 2 / 2 Yön Kontrol Valfleri: Genelde akış yollarının açılıp-kapatılmasında kullanılır. P,A olmak üzere iki yollu, iki konumlu valftir. Çok sık kullanılmaz. 3 / 2 Yön Kontrol Valfleri: Genelde tek etkili silindirlerin hareketinde kullanılır. P,A,T olmak üzere üç yollu iki konumludur. Normalde açık ya da normalde kapalı olabilir. 4 / 2 Yön Kontrol Valfleri: P,A,B,T olmak üzere dört yollu iki konumlu valflerdir. Çift etkili silindirlerin ileri-geri hareket ettirilmesinde kullanılır. Genelde hidrolik sistemlerde kullanılır. Pnömatikte kullanımı yok denecek kadar azdır. Pnömatikte 4/2 valf yerine 5/2’lik valfler kullanılır. 5 / 2 Yön Kontrol Valfleri: Bu valflerin 4/2’lik valflerden farklı iki tane depo hattının olmasıdır. Çift etkili silindirlerin hareket ettirilmesinde kullanılır. Dayanımları 4/2 valflere göre daha düşüktür. Bu nedenle hidrolikte 5/2 valf yerine 4/2 valf kullanılır. 3 / 3 Yön Kontrol Valfleri: Bu valfler iki iş konumu, bir de merkez konumu olmak üzere üç konumludur. 3/2 yön kontrol valfleri diğer valflere oranla, daha az kullanılır. 4 / 3 Yön Kontrol Valfleri: Bu tip valfler ise 4/2’lik yön kontrol valflerine benzer. Tek farkı ise fazladan bir konumun olmasıdır. Bu konuma merkez konum adı verilir. Hidrolikte farklı amaçlar için değişik tipte merkez konumlar kullanılır. 4/3 valflerde yaklaşık 30 değişik tipte merkez konum vardır.

YÖN KONTROL VALFLERİNİN KUMANDA ÇEŞİTLERİ: Valfin konum değiştirme işlemine kumanda şekli adı verilir. Yön kontrol valflerinin konum değiştirmeleri için kullanılan kumanda çeşitlerinden bazıları aşağıda gösterilmiştir. KUMANDA ÇEŞİTLERİNDEN BAZILARININ AÇIKLANMASI: a) Elle Kumanda: Buton ya da kollu tip kumandaları içerir. Sürgüye elle uygulanan kuvvet sonucu valf konum değiştirir. Valfi tekrar normal konuma getirmek için diğer yönde kuvvet uygulamak gerekir. b) Pedalla Kumanda: Pedala ayakla kuvvet uygulandığında, valf sürgüsü yay kuvvetini yenerek valfin konum değiştirmesini sağlar. Kuvvet kaldırıldığında valf tekrar önceki konuma gelir. c) Mekanik Kumanda: Makaralı, yaylı, pimli, mafsal makaralı kumanda çeşitlerini içerir. Sürgü koluna kuvvet uygulanması sonucu valf konum değiştirir. d) Hidrolik Basınçla Kumanda: Basınçlı hidrolik akışkanın valf gövdesine x veya y girişinden gönderilerek valf sürgüsünün konumunu değiştirmesi sağlanır. Hidrolik akışkanı yerine basınçlı hava da kullanılabilir. e) Elektrik ( bobinli) Kumandalı Valfler: Valf gövdesi üzerine yerleştirilmiş ( tek tarafa ya da çift tarafa) bobinlere elektrik akımı verildiğinde manyetik bir kuvvet oluşur. Oluşan bu kuvvet sonucu bobin içindeki pim hareket ederek valf sürgüsünün konum değiştirmesini sağlar. ÇEK VALFLER Hidrolik akışkanın tek yöne geçmesine müsaade eder. Diğer yöndeki geçişe izin vermez. Hidrolikte pompayı yüksek basınçlardan korumak amacıyla, pompa çıkışından sonra ve baypaslı filtre hatlarında çek valfler çok kullanılır. Çek valfler tek yöne geçişli valf ya da geri dönüşsüz valf gibi değişik adlarla da ifade edilir. AKIŞ KONTROL VALFLERİ Hidrolik sistemlerde debi miktarını ayarlamak amacıyla kullanılan valftir. Akış miktarını değiştirerek silindirlerin hızını, motorların devir sayısını ayarlayabiliriz. Akış kontrol valfleri önemli ölçüde basınç düşümüne sebep olur; bu nedenle, büyük oranlar da ısı açığa çıkar. Ayar vidası yardımıyla akış kesiti değiştirilerek debi miktarı ayarlanır. Çek Valfli Akış Kontrol Valfi: Her iki yöndeki akışa izin verir. Soldan sağa giden akışkan çek valften geçemeyeceği için kısma etkisi yapılan kesitten miktarı azaltılarak geçer. Diğer yönden gelen akışkan çek valfi açarak rahatça geçer. Bu tür valfler silindirlerin geri konuma hızla gelmesi için kullanılır. Pilot Kumandalı Çek Valf: Yapıları çek valfe benzer. Tek farkı istenildiğinde kapalı yöndeki akışa izin vermeleridir. Pilot kontrollü çek valfler oturmalı tipte yapıldıkları için sızdırmazlıkları yüksektir. Bu valfler özellikle ağır yüklerin belirli konumlarda durdurulması, sistemde meydana gelecek arızalar sonucunda yükün aşağı düşmemesi istenen durumlarda kullanılır.

HİDROLİK SİSTEMDE KULLANILAN VALFLER

Konik kapamalı emniyet valfi

Çek valf

Makara kumandalı 2/2 yön kontrol valfi (normal konum kapalı)

Pedal kumandalı 3 / 2 yön kontrol valfi

HİDROLİK AKÜMÜLATÖRLER: Gerektiğinde sisteme vermek üzere basınçlı hidrolik akışkanı depolayan devre elemanıdır. Hidrolik sistemde bir basınç düşmesi olduğunda, akümülatör içindeki basınç kısa bir süre için çalışma basıncından daha yüksek olur. Bu durumda hidrolik akışkan tarafından sıkıştırılan azot gazı genleşir. Akümülatör sisteme bir miktar akışkan göndererek sistemde eksilen akışkanın tamamlanmasını sağlar. Çalışma esnasında sistemde bir şok darbesi olması halinde, basıncı yükselen akışkanın bir kısmı akümülatöre girer, azot gazını sıkıştırarak sistemin zarar görmesini önler. Akümülatörler yüksek basınçlara dayanıklı çelik tüplerden yapılır. GÖREVLERİ: Hidrolik akümülatörler hidrolik sistemlerde oluşan darbe ve şokların önlenmesini, sistemde oluşan kaçakların telafi edilmesini sağlar. Pompanın arızalanması ya da elektrik kesilmesi durumunda sistemi istenilen konumda durdurmak için yedek güç sağlar. 1) AĞIRLIK ETKİLİ AKÜMÜLATÖRLER: Hidroliğin ilk yıllarında kullanılmıştır. Günümüzde hemen hemen hiç kullanılmamaktadır. Belirli miktarda ki ağırlıklar kullanılarak akışkan üzerinde basınç oluşturur. Gerektiğinde bu basınçtan yararlanılır. 2) YAY ETKİLİ AKÜMÜLATÖRLER: Akümülatöre dolan akışkan, basıncın etkisiyle yayı sıkıştırır. Sistemdeki akışkanın basıncı düşünce, yay sisteme gerekli akışkanı sağlar. Bu tip akümülatörler basit ve düşük basınçlı sistemlerde kullanılır. 3) PİSTONLU AKÜMÜLATÖRLER: Pistonun üst tarafında sıkıştırılmış gaz ( genelde azot gazı) alt tarafında ise pistona etki eden hidrolik akışkan vardır. Akışkan ile azot gazının birbirine karışmaması için piston üzerine keçe yerleştirilmiştir. Çok kullanılan tiplerden biridir. Genelde büyük hacim gerektiren yerkerde kullanılır. Bu tür akümülatörlerde sıkıştırılınca yanma ve patlama tehlikesi olmadığı için azot gazı kullanılır. 4) BALONLU AKÜMÜLATÖRLER: En çok kullanılan akümülatör çeşididir. Sızdırmazlık özelliği çok yüksektir. Hızlı çalışmaları da önemli bir tercih sebebidir. Gaz ile hidrolik akışkan esnek bir balon ile birbirinden ayrılmıştır. Gaz balon içine doldurulmuştur. Hidrolik sistemde bir basınç düşmesi meydana geldiğinde, sıkıştırılan gaz genleşerek gerekli basınç takviyesini sağlar. 5) DİYAFRAMLI AKÜMÜLATÖRLER: Diyaframlı akümülatörün çalışma sistemi balonlu akümülatöre benzer. Balon gaz ile doldurulunca genleşir, diyaframlı akümülatör ise esner. Diyaframlı akümülatörler yüksek basınç ve debi gereken yerlerde kullanılmaz. Küçük hacim ve küçük basınçlar için uygundur.

HİDROLİK DEVREDE KULLANILAN AKÜMÜLATÖRLER

Ağırlık etkili akümülatör

Yay etkili akümülatör

Pistonlu tip

akümülatör

HİDROLİK SİSTEMLERDE KULLANILAN BAĞLANTI ELEMANLARI: Hidrolik sistemlerde akışkanı depodan alıp alıcılara kadar ulaştıran ve alıcılarda işi biten akışkanı depoya boşaltan hatlarda kullanılır. Be elemanlara ve bu elemanların birbirine bağlanmasını sağlayan devre elemanlarına bağlantı elemanları adı verilir. Bağlantı elemanları boru, hortum, rakor gibi elemanlara verilen addır. Bağlantı elemanları gerekli basınç, debi ve akış hızını sağlayacak şekilde tespit edilmeli, çalışma basıncına dayanacak yapıda olmalıdır.

HİDROLİK BORULAR: Sistemde belirli noktalar arasında akışkanı taşıyan, akışkana kılavuzluk yapan devre elemanıdır. Borular, soğuk çekme metoduyla ya da dikişli olarak, paslanmaz çelik ve hafif metallerden yapılır. Dikişli borular yüksek basınçlara dayanıklı değildir. Hidrolik devrelerde boru seçiminde önemli iki etkenden biri, istenilen iç çap, diğeri de çalışma basıncını karşılayabilecek et kalınlığıdır. Hidrolikte istenen basınç ve akış hızı için boru çaplarının iyi tespit edilmesi gerekir. KULLANILMASI GEREKEN AKIŞ HIZLARI: BASINÇ HATTI: 50 bar’a kadar 100 bar’a kadar 150 bar’a kadar 200 bar’a kadar 200 bar’dan sonra

4m/s 4.5m/s 5m/s 5.5m/s 6-7m/s

EMİŞ HATTI: 0.5 ile 1.5m/s DÖNÜŞ HATTI: 2 ile 3 m/s

BORU ÇAPININ HESABI: Q=Debi miktarı.........It/dak V= Ortalama hız........m/s D= Boru iç çapı..........mm HİDROLİK HORTUMLAR: Hidrolik sistemlerde hareketli devre elemanlarını birbirine bağlamak amacıyla kullanılır. Hortumların yüksek esneme kabiliyetleri olduğu için, sistem basıncının sık sık değiştiği, titreşimli, sıcaklık farkının yüksek olduğu durumlarda kullanılması uygundur. Hortumlar sentetik kauçuktan yapılır. Dayanımlarını arttırmak için kauçuk tabakalar arasına bir veya birkaç sıra çelik ter örgü konulur. HİDROLİK RAKORLAR: Boru, hortum gibi bağlantı elemanlarını birbirine ve diğer elemanlara (pompa,valf,sislindir,motor vb.) bağlamak için kullanılan devre elemanıdır. Rakorlar genelde vida bağlantılıdır. Geçmeli rakorlar da kullanılır. BORU VE HORTUM BAĞLANTISINDA DİKKAT EDİLECEK HUSUSLAR: 1)Hidrolik sistemlerde farklı boru çapları kullanılmamalı, ani kesit daralması ya da kesit artışından kaçınılmalıdır. 2) Hidrolik sistemlerde kullanılan hatlardaki dönüşlerde, keskin köşelerden kaçınılmalıdır. 3) Aşırı uzun ve gereksiz boru ve hortum hatlarından kaçınılmalıdır. 4) Sistemde titreşim ve kavitasyonu engellemek için, borular belirli aralıklarla kelepçeler yardımıyla tespit edilmelidir. 5) Emiş borusu kısa olmalıdır. 6) Dönüş borusu kısa olmalıdır. 7) Hareketli ve titreşimli yerlerde hortum kullanılmalıdır. 8) Boru bağlantılarında ısıl genleşmeler dikkate alınmalıdır. 9) Boru çapları istenen debi ve basıncı sağlayacak ölçüde olmalıdır. 10) Boru et kalınlığı ve hortum cinsi çalışma basıncını karşılayacak şekilde seçilmelidir. 11) Boru ve hortum bağlantıları sızdırmaz olmalıdır. 12) Boru iç yüzeyleri pürüzsüz olmalıdır. 13) Hortumun en içteki katmanı sistemde kullanılan akışkana dayanıklı olmalıdır.

HİDROLİK DEVRELERDE BAĞLANTI

SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI: Hidrolik ve pnömatik sistemlerde kullanılan sızdırmazlık elemanlarını, yağ kaçaklarını ve verim kayıplarını engellemek üzere iki görevi vardır. Sızdırmazlık elemanlarının seçiminde çalışma basıncı, çalışma sıcaklığı, akışkan cinsi göz önünde bulundurulmalıdır. YAPILDIKLARI MALZEMELRE GÖRE SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI: 1 ) BEZLİ MALZEMELRDEN YAPILAN SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI: Bezli NBR: Pamuklu beze NBR (nitril) emprenye edilerek hazırlanır. Çalışma sıcaklıkları –30 ile +105 C arasındadır. 400 bar’lık basınçlara dayanabilir. Bezli FKM: Pamuklu beze FKM (viton) emprenye edilerek hazırlanır. Özel koşullarda (yüksek ısı, özel akışkan, çeşitli kimyasallar vb.) kullanılır. Çalışma sıcaklıkları –30 ile +225 C arasındadır. 400 bar’lık basınçlara dayanabilir. 2 ) ESNEK MALZEMELRDEN YAPILAN SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI: Silikon (MVQ): -60 ile +200 C arasındaki sıcaklıklarda çalışır. Statik uygulamalarda kullanılır. Nitril (NBR): Hidrolik ve pnömatik sistemlerde çok kullanılan malzemelerdir. –30 ile +105 C arasındaki sıcaklıklarda çalışır. Yağa ve grese dayanımları çok yüksektir. Viton (FKM): -30 ile +225 C arasındaki sıcaklıklarda çalışır. Özel koşullarda çalışması gereken sızdırmazlık elemanlarında kullanılır. Fiyatları çok pahalıdır. Neopren (CR): -45 ile +100 C arasındaki sıcaklıklarda çalışır. Hidrolik ve pnömatik sistemlerde çok sık kullanılmaz. Grese dayanımları yüksektir. Poliüretan (PU): -40 ile +80 C arasındaki sıcaklıklarda çalışır. Hidrolik ve pnömatik sistemlerde çok sık kullanılır. Sürtünmeye karşı dayanımları yüksek olduğu için, uzun ömürlüdür. Etilen propilen kauçuk (EPDM): -40 ile +145 C arasındaki sıcaklıklarda çalışır. Otomobil fren yağlarına karşı dayanımı yüksektir. Su ve su buharı ile çalışan sistemlerde kullanılması tavsiye edilir.

Sitren butadien kauçuk (SBR): -50 ile +100 C arasındaki sıcaklıklarda çalışır. Glikol esaslı fren yağlarına, inorganik asit ve bazlara karşı direnci çok yüksektir. Doğal kauçuk (NR): -60 ile +100 C arasındaki sıcaklıklarda çalışır. Yüksek esneklik gerektiren yerlerde kullanılır. Titreşimli yerlerde kullanılması tavsiye edilir.

İÇTEN YANMALI MOTORLARDA HİDROJEN KULLANIMI

GÜNÜMÜZDE IÇTEN YANMALI MOTORLARDA HIDROJEN YAKITININ KULLANILMASI Fosil kökenli yakitlarin teknolojinin gelismesi ve asiri kulanim sonucu hizla tükenmesi, arastirmacilari alternatif yakit arayisina itmistir. Sudan elde edilebilirligi sayesinde sonsuz bir enerji kaynagi olan hidrojen günümüz teknolojisi ile motorlu tasitlarda yakit olarak kullanilabilme sinirina gelmistir. Hidrojenin çevre dostu olmasi ve geleneksel yakitlara göre avantajlarinin bulunmasi, yakin gelecekte en gözde enerji kaynagi olmasini saglamaktadir. Bir takim isletim problemleri bulunsa da yapilacak çalismalarla bu problemler giderilebilir. Çevre kirliligine sebep olan önemli etkenlerden birisi de içten yanmali motorlardan kaynaklanan egzoz emisyonlaridir. Fosil kaynakli yakitlarin asiri kullanimi sonucu azalmasi ve artan çevre kirliligi, çevre bilincine uygun ve yenilenebilir alternatif yakitlarin arastirilmasini gündeme getirmistir. Arastirilacak alternatif yakitin içten yanmali motorun performansini fazla düsürmemesi ve egzoz emisyonlarini olumlu yönde etkilemesi gerekmektedir. Ayrica bu yakitin elde edilebilirligi, maliyetinin düsük olmasi, kullanilabilirligi, bulunabilirligi ve motorda fazla degisiklik gerektirmeden kullanilmasi da önem tasimaktadir. Yüksek verim, çevre sorunlari ve fosil yakit rezervlerinin azalmasi gibi sorunlar 21.yy enerji tercihinin elektrik ve hidrojenden yana olmasi sonucunu dogurmaktadir. Bu iki alternatif yakit birbirine dönüstürülebilmektedir. Ayrica hidrojen elektrikten daha iyi depolanabilmekte ve uzun mesafelere tasinabilmektedir. Bu özelligi hidrojenin uçaklar ve motorlu tasitlar içinde yakit olarak kullanilabilmesini saglamaktadir (Tekin, 1997) Elektroliz ile sudan elde edilebilmesi, fiziksel ve kimyasal özellikleri, benzine göre motordan daha yüksek güç elde etme imkani saglamasi ve çevreye olumlu etkileri hidrojeni önemli bir alternatif yakit durumuna getirmektedir. Motor yakiti olarak hidrojen kullanimi 1920’li yillarda baslamis ve günümüze kadar yapilan çalismalarla hidrojen kullanim sinirina ulasmistir. Uygulamanin yayginlastirilmasinin önündeki engeller; ekonomik faktörler ve mevcut enerji sistemleri ile geleneksel motorlarin demodelesmesinin getirebilecegi sakincalardir. Ancak çevresel kosullar bir an önce kullanimin baslamasini zorunlu kilmaktadir (Ültanir, 1997). 2.HIDROJEN YAKITININ ÖZELLIKLERI Atomik sembolü “H” olan hidrojenin atom agirligi 1,00797, atom sayisi 1 olan en basit ve en hafif elementtir. Hidrojen dogada en çok bulunan element olmasina ragmen, hafifligi sebebi ile atmosfere yükselip orada serbest kaldigindan, yeryüzünde serbest halde çok az bulunur. Görünmez ve kokusuz bir gaz olan hidrojene yer yüzünde diger elementlerle bilesik yapmis halde rastlanir. 0 °C’deki yogunlugu 0,08987 g/lt ve havaya göre özgül agirligi 0,0695’dir. Hidrojenin yanma isisi oldukça yüksektir ve zehirli etkisi yoktur. Yanma sonucunda ise sadece su buhari meydana gelir. Ayni agirliktaki benzine göre sivi hidrojenin enerjisi 2,75 kat daha fazladir (Stout, 1984, Veziroglu, AÖF). Hidrojen çok amaçli bir yakittir. Hava yada oksijen ile birlikte yakilarak isitma amaçli olarak kullanilabilir. Motor yada gaz türbiniyle bir jeneratörü tahrik ederek veya yakit pili olarak kullanilmasiyla yüksek bir verim ile elektrik üretilebilir. Tasitlarda; basinç altinda, sivi halde ve metal hidrid seklinde depo edilerek motor yakiti olarak yararlanilir. Kimya endüstrisinde ham madde olarak kullanilir (Anonymous, 1992). Hidrojen sahip oldugu birim enerji basina üretilmesi en ucuz sentetik yakittir. Sentetik yakit sisteminde 1Gj'lük enerji 18,65$'a mal olurken, solar enerji ile üretilen hidrojen 13,02$'a mal olmaktadir (Acaroglu, 1998). Ayrica çevreyi hemen hemen hiç kirletmez ve sentetik yakitlar (metanol, amonyak vb.) içerisinde en temiz olanidir (Veziroglu, 1981).

Hidrojeni geleneksel olmayan birincil enerji kaynaklari ile karsilastirdigimizda su farkli üstünlükleri görürüz; kolay tasinabilir, tükenmezdir, yenilenebilir, depolanmasi mümkündür, ekonomik sekilde üretilebilir, en az kirlilik olusturandir, birincil enerji kaynaklarina bagimli degildir, üretiminde en uygun bilesik çok bol olan sudur, hidrojenin yüksek alevlenme hizi ve genis tutusma araligi, hafifligi ve yakit olarak ideal özellikleri nedeniyle hidrojen tasitlar için iyi bir yakittir (Özer, 1991). 2.1. Motor Yakiti Olarak Hidrojen Uzunca bir süreden beri hidrojenin motorlarda yakit olarak kullanilma imkanlari arastirilmaktadir. Günümüzde yakit seçiminde ölçüt olarak alinan ulastirma yakiti olma özelligi, çok yönlü kullanima uygunluk, kullanim verimi, çevresel uygunluk, emniyet ve maliyet açisindan yapilan degerlendirmeler hidrojen lehine sonuç vermektedir (Ültanir, 1997). 1970’lerde hidrojenin alternatif motor yakiti olarak kullanilmasi yeniden gündeme gelmistir. Egzoz emisyon degerlerinin düsük olmasi, petrole olan bagimliligi azaltmasi hidrojenin uzun yillar önceden tespit edilmis olan avantajlaridir. Bu önemli özelliklerinin yaninda hidrojeni üstün bir alternatif yakit yapan özellikler asagidaki tabloda gösterilmistir. Yakit Hidrojen Metan Propan Benzin Metanol Kendi kendine tutusma sicakligi (0C) 585 540 510 440 385 Min. Tutusma enerjisi (MJ) 0.02 0.28 0.25 0.25 _ Tutusma araligi (%hacim ) 4-75 5-15 2.2-9.5 1.3-7.1 6.7-3.6 Max. Laminer alev hizi (cm/s) 270 38 40 30 _ Difüzyon katsayisi (cm2/s) 0.63 0.2 _ 0.08 _ Hidrojenin kendi kendine tutusma sicakligi yüksek olmasina ragmen, hidrojen-hava karisimlarinin tutusturulabilmesi için gerekli enerji miktari düsüktür. Tutusma araliginin genis olmasi, hidrojenin daha genis karisim araliginda düzgün yanmasini saglar ve yanma sonucunda daha az kirletici olusur. Benzin motorlari ise stokiyometrik orana daha yakin oranlarda yada zengin karisim oranlarinda çalistirilmak zorunda olduklarindan egzoz gazlarinda önemli miktarda azot oksit (NOx,), karbonmonoksit (CO) ve yanmamis hidrokarbon (HC)’lar olusur. Hidrojen motorlari, maksimum yanma sicakligini azaltacak biçimde fakir karisim ile çalistirilabilirler. Böylece daha az NOx olusurken, HC ve CO emisyonlari olusmaz. Alev hizinin yüksek olmasi ise Otto motorlarinda ideale yakin bir yanmanin olusmasini saglayarak, isil verimi arttirir. Genis tutusma araligi sayesinde, gaz kelebegine gerek kalmadigindan, karisimin silindirlere kisilmadan gönderilmesi sonucu pompalama kayiplari azaltilmis olur (Vorst, 1975). Hidrojenin yüksek sikistirma oranlarinda, fakir karisim ile yanabilmesi yakit tüketimini azalttigi gibi, yanma sonucu olusan maksimum sicakligi da azaltir. Yanma sonucu partikül madde olusmadigindan bujiler kirlenmez. Alev parlakliginin düsük olmasi, diger karbon esasli yakitlara göre radyasyon yolu ile olan isi kaybini azaltacagindan daha yüksek verim saglar (Kondo, 1997). Hidrojenin alev hizinin yüksek olmasi, buji kivilcimindan sonra karisimin baska noktalardan tutusma (detenasyon) ihtimalini azaltir. Bu durum sikistirma oraninin arttirilmasini saglayacagindan motorun gücü de artar (Vorst, 1975). 2.2.Buji ile Ateslemeli Motorun Hidrojen Motoruna Dönüstürülmesi Yakit besleme sistemleri açisindan hidrojen motorlari 4 kategoriye ayrilmaktadir. Karbürasyon, emme manifolduna püskürtme, emme supabinin arkasina püskürtme ve dogrudan silindir içine püskürtmedir (Tekin, 1997). Hidrojen ile hava karisimi, sirasiyla dahili ve harici olarak adlandirabilecegimiz yöntemlerle motorun yanma odasi içerisinde veya motorun emme manifoldunda hazirlanmaktadir. Harici karisim hazirlama yönteminde, basit bir gaz karistirici içerisinde düsük basinçlarda hava ile karistirilmasi veya hidrojenin yine düsük basinçlarda motorun emme manifolduna sürekli veya kesikli olarak gönderilmesi mümkündür. Kesikli olarak yakit gönderme durumunda, dizel ilkesi ile çalisan motorlardaki gibi yüke göre karisim ayari yapilabilir. Bu durumda karbüratördeki gaz kelebegi ortadan kalkacagi için motorun kisilma

kayiplari da kaldirilacak ve hacimsel verim dolayisiyla motorun maksimum gücü artacaktir (Sorusbay, 1988). 3. IÇTEN YANMALI MOTORLARDA HIDROJEN KULLANIMI Hidrojenin içten yanmali motorlarda yakit olarak kullanilmasi konusunda bir çok çalisma yapilmaktadir. Fakat bu çalismalarda benzine göre tasarlanmis olan motorlar kullanilmaktadir ve bu motorlar hidrojen kullanima imkan saglayacak sekilde modifiye edilmislerdir. Hidrojenin içten yanmali motorlarda kullanilmasina iliskin yapilan ilk incelemelerde asagidaki sonuçlar elde edilmistir (Vorst,1975). · Bazi küçük degisikliklerle benzin motorlari hidrojen ile çalisir duruma getirilebilirler. Isil verimleri benzin motorununkine yakindir. · Stokiyometrik çalisma sartlarinda hidrojen motorunda yüksek miktarda NOx olusur. Fakat silindirlere gönderilen karisim fakirlestirilerek NOx olusumu azaltilabilir. · Benzin motorundan hidrojen motoruna çevrilmis motorda, stokiyometrik hidrojen-hava karisiminda %20 güç kaybi meydana gelir. · Karbüratörlü motorlarda emme manifoldundaki alev tepmesi önemli bir problemdir. Hidrojen motorunun bu dezavantajlari, onun benzin motoru ile rekabet etme sansini azaltmaktadir. Fakat günümüze kadar yapilan çalismalar ile bu problemler çözülerek, hidrojenin motor verimine ve hava kirliliginin azaltilmasina olan katkilari görülmüstür. Hidrojenin sikistirma orani yüksek olan motorlarda kullanilmasi ile de sebep oldugu güç kaybi azaltilabilir. Ayrica asiri doldurma uygulanarak ilave güç saglanabilir. Sikistirma oraninin arttirilmasi ve fakir karisim ile hidrojen motorunun isil veriminde, benzinli motora göre %25’lik bir artis saglanabilir. Fakir karisim ile alev tepmesi önemli miktarda azaltilir (Vorst, 1975). Akaryakit motorlarinda görülen buhar tikaci, soguk yüzeylerde yogusma, yeterince buharlasmama gibi sorunlar hidrojen motorlarinda yoktur. Hidrojen motorlari 20,13 °K’ de (-253°C) ilk harekete geçerken bile sorun çikarmaz (Ültanir, 1998). 3.1. Hidrojenin Depolanmasi Hidrojenin kimyasal ve fiziksel özelliginden kaynaklanan problemlerden dolayi depolanma sorunlari ortaya çikmaktadir. Hidrojenin depolanmasinda üç ana yöntem vardir; yüksek basinçli gaz seklinde, kroyojenik (asiri sogutulmus) sivi haldeki depolama; bu durumda hidrojen genellikle alçak basinçlidir ve metal-hidrit seklinde depolanmasidir (Ates, 1985). Hidrojenin yakit tankinin doldurulmasinda bir gecikme söz konusudur. Hidrojen gazinin depoya doldurulmasi bugünkü benzinli tasitlardaki deponun dolum süresinden oldukça yavastir. Örnegin 90 km'lik bir yol için gerekli hidrojen, bugünkü yöntemlerle ancak 10 dakikada doldurulmaktadir. Arastirmalarin büyük bir kismi bu sorun üzerine yogunlasmistir (Uyarel, 1995). 3.1.1. Hidrojenin basinçli gaz olarak depolanmasi Depolanma ve tasima çevre sicakliginda yapilabilir. Yüksek basinçtan dolayi depo içerisinde sivi hale geçen kismin enerji kaybi söz konusu degildir. Büyük hacimli depo gerektirir. Tasinmasi esnasinda güçlükler ortaya çikar (Ates, 1985). 3.1.2. Hidrojenin sivi olarak depolanmasi Sivi hidrojen bilinen yakitlar içerisinde kaynama noktasindaki yogunlugu en küçük ve özgül itme kuvvetinin en yüksek olmasi sebebiyle roketler, süpersonik ve hipersonik uzay araçlarinda yakit olarak kullanilir (Sherif, 1993).

Hidrojenin sivi halde depolanmasinin birtakim yararlari ve zararlari vardir; Agirlik olarak nispeten hafif bir depolama seklidir. Hidrojen yakiti, sivi hidrojen pompasi yardimi ile silindire direkt olarak püskürtülebilir. Eger gaz silindire ölü hacmin tam merkezinden püskürtülürse sikistirma orani dizel motorlarinkine yakin bir degere çikartilabilir. NOx emisyonlarinda azalma saglanir. Sivilastirma için gerekli enerji büyüktür. Hidrojenin gaz halden sivi hale geçerken bir kismi buharlasir ve bu sebeple faz degisiminin hizli bir sekilde gerçeklesmesi gerekmektedir. Sivi hidrojen deposunun herhangi bir zarara ugramasi durumunda, hidrojen aniden buharlasacagi için diger sivi yakitlar gibi sivi halde çevreye yayilmasi söz konusu degildir. Havadan çok daha hafif olan hidrojen derhal yükselerek, yanici bir karisim meydana getirmeyecektir (Albay, 1993). 3.1.3. Hidrojenin tasitlarda metal hidrid seklinde depolanmasi Hidridler, bir tank içinde hidrojen gazinin metal alasim parçaciklari ile bilesik olusturmus sekilde depolanmasidir. Hafif kütleli metal hidridler tercih edilmektedir. Hidridlere isi verildiginde hidrojen serbest kalmaktadir (Ültanir, 1996). Hidrid olusturan metaller ve alasimlar, bir süngerin suyu absorblamasi gibi hidrojeni absorbe eder. Bir baska deyisle, bunlar hidrojeni çok yogun bir sekilde depolayabilirler (Veziroglu, 1998). Gaz hidrojen kati metallerin kafes seklindeki iç yapilarina nüfuz edecek kristal yapinin çesitli yerlerine baglanir (Yazicioglu, 1995). 3.2. Hidrojenin Motorlarda Yakilmasi ve Isletim Problemleri Hidrojen yakitli motorlarda yanma açisindan ortaya çikan en önemli iki sorun, geri tutusma ve erken atesleme olaylaridir. Yanma odasina gönderilen yakit hava karisiminin silindire girmeden önce tutusmasi sonucunda motorun emme manifoldu içinde geriye dogru alevin ilerlemesi geri tutusma olarak tanimlanmaktadir. Bu olay emme sistemi elamanlarini tahrip etmekte ve emniyet açisindan sorun olusturmaktadir. Yanma odasina gönderilen karisimin bujide kivilcim çakmadan önce sicak odaklar tarafindan tutusturularak yanmayi istenilenden önce baslatmasi da erken tutusma olarak tanimlanmaktadir. Hidrojenin tutusma enerjisinin düsük olmasi bu iki sorunu ortaya çikarmaktadir (Sorusbay, 1988). Geri tutusma hava fazlalik kat sayisinin(l) 2 ila 3 arasinda oldugu durumlarda olusmaktadir. Hidrojenin yakit olarak kullanilabilmesi için bu sorunlarin ortadan kaldirilmasi gerekir. Geri tutusmanin sebeplerinden biri benzin ile kiyaslandiginda hidrojenin tutusturulabilmesi için daha düsük iyonlasma enerjisine ihtiyaç duymasidir. Dolayisiyla hidrojen yakitli motorlarda buji kivilcimindan sonra atesleme sisteminde kalan artik enerji miktari daha fazla olur. Egzoz zamani genisleme periyodundan sonra silindir içi basincinin atmosfer basincina yakin oldugu durumlarda, sistemdeki artik enerji bujide kivilcim olusmasina sebep olur. Kivilcimin olustugu nokta çevrimden çevrime farklilik gösterir. Eger buji kivilcimi emme zamaninda olusursa, diger bazi etkenlerle birlikte geri tutusmaya sebep olur. Artik enerji olusumunu önlemek için atesleme sistemi modifiye edilmelidir (Kondo, 1997). Yüksek yük altinda, yanma odasindaki sicak noktalar karisimin erken ateslenmesine sebep olur. Hidrojenin tutusma enerjisinin düsük olmasi nedeniyle; yanma odasindaki sicak noktalar, supap bindirmesinde sicak egzoz gazlari, çok fakir karisimlarda yanma hizlarinin düsük olmasi nedeni ile yanma süresinin artmasi sonucu yanan gazlarla yeni karisimin temasi, motor yagindan gelen sicak partiküller, yanmayi istenilenden önce baslatabilmektedir. Bu amaçla yanma odasi sicakliginin düsürülmesi gerekmektedir. Bunun için; Karisimin bir miktar fakirlestirilmesi, egzoz gazlari resirkülasyonu (EGR), yanma odasina su püskürtülmesi, supap bindirmesi süresinin azaltilmasi, giris havasinin sivi hidrojen kullanimi sonucu sogutulmasi gibi çesitli yöntemler uygulanabilir. Ancak karisima EGR uygulanmasi veya gönderilen hidrojenin azaltilmasi sonucu fakirlestirilmesi çevrimden çevrime olan farkliliklari artiracak ve motorun düzenli çalismasini önleyecektir. Ayrica EGR sonucu ortalama efektif basinçta düsecektir (Sorusbay, 1988). Hidrojen yakitli motorlarda hava-yakit orani 0,8 oldugunda egzoz gazlari içindeki NOx miktari maksimum olur. NOx olusumunu azaltmak için hidrojene saf oksijen ilave edilmelidir. Bu durum ise sisteme daha

karmasik hale getirir ve tasit agirligini arttirir. Bu sorunun çözümü için kullanilan yöntemlerden biri; tasit üzerinde suyu elektroliz ederek, açiga çikan hidrojen ve oksijenin basinç altinda depo edilmesidir. Asagidaki sekilde böyle bir sistem görülmektedir.

Sekil 1. Sifir emisyonlu motor sistemi semasi (Bohacik et al., 1997) Hidrojen-hava karisimi içindeki su buhari yanma sicakligini azaltacagindan maksimum basincin, dolayisiyla gücün azalmasina sebep olur. Bunun için karisim içindeki su buhari bir yogusturucudan geçirilerek su deposuna geri döndürülür. Yanma odasi içinde birakilan su buhari miktari ayarlanarak yanma hizi ve vuruntu olusumu kontrol edilebilir (Bohacik, 1997). 3.3 Buji ile Ateslemeli Motorlara Hidrojen Takviyesi ve Egzoz Gazlari Emisyonu Benzin motoruna hidrojen takviyesi ile yanmamis hidrokarbon emisyonlari azaltilarak isil verim iyilestirilir (Apostolescu, 1996). Hidrojen takviyesi yapilan Otto motorlarinda küçük bir ön yanma odasi mevcuttur. Yanma odasi bujinin yerine yerlestirilmistir. Bu ön yanma odasi içinde hidrojen enjektörü ile buji vardir. Esas yakit ise (benzin, metanol, propan vs.) emme portlarindaki enjektörlerden püskürtülerek silindirlere gönderilir. Hidrojen takviyesi ile esas yanma odasi içinde yakilan hidrokarbon esasli yakitlarin çok fakir karisim oranlarinda düzgün bir sekilde yakilmasi saglanir. Böylece isil verim arttirilarak, azot oksit emisyonlari önemli derecede azaltilir (Glasson, 1996). Hidrojenin hava ile yanmasinin sonucu da, yakitta karbon bulunmamasi nedeni ile yanma ürünleri arasinda CO, CO2, HC’ler mevcut olmayacak, sadece motorun yaglama yaginin yanmasi nedeni ile olusan HC’ler egzoz gazlari arasinda bulunacaktir. Ayrica yüksek yanma sicakliklari nedeniyle havanin kimyasal reaksiyonu sonucu azot oksitler olusacaktir (Sorusbay, 1988). Hidrojenin yanma ürünü su buharidir ve sinirli maksimum sicakliklardaki NOx emisyonlari ihmal edilebilir. Nitekim hidrojenle çalisan bir içten yanmali motor, günümüz tasit motorlarindan çok daha az NOx emisyonuna neden olmaktadir (Ültanir, 1994).

4. SONUÇ VE ÖNERILER Dünya nüfusunun hizla artmasi, mevcut enerji kaynaklarinin yakin gelecekte yetersiz kalacak olmasi ve çevre kirliliginin tehlikeli boyutlara ulasmasi alternatif yakitlarin önemini arttirmistir. Bu durum arastirilacak alternatif yakitlarin çevre dostu olmasini zorunlu kilmaktadir. Bu çalisma da incelenen hidrojen hem elde edilebilme potansiyeli hem de çevre dostu olmasi bakimindan alternatif yakitlar içinde önemli bir konumdadir. Yanma ve depolama ile iliskin sorunlarin halledilmesi durumunda hidrojen önümüzdeki yillarda rakipsiz bir içten yanmali motor yakiti olacaktir. Elektroliz yoluyla sudan elde edilmesi hidrojenin sonsuz bir enerji kaynagi oldugunu göstermektedir. Yanma hizinin ve kendi kendine tutusma sicakliginin yüksek olmasi buji ile ateslemeli motorlardaki vuruntu ihtimalini azaltmaktadir. Tutusma enerjisinin düsük olmasi ilk hareket kolayligi saglar. Hidrojenin içerisinde karbon bulunmamasindan dolayi, egzoz emisyonlari fosil yakit kullanilan motorlara göre daha iyidir. Herhangi bir sebeple yakit donaniminda meydana gelen bir sizinti durumunda hidrojenin uçuculugunun çok yüksek olmasi nedeniyle hizla sistemden uzaklasacagindan herhangi bir tehlike olusturmaz. Hidrojenin içten yanmali motorlarda kullanilabilmesi için geri tutusma, erken atesleme ve depolama problemlerinin çözülmesi gereklidir. Bu amaçla çalismalar bu konular üzerinde yogunlasmalidir.

Motorin ve Biyomotorin İncelenmesi Tutuşma Gecikmesi

MOTORİN : Ham petrolün damıtılması sırasında 200 - 300°C kaynama aralığında alınan üçüncü ana ürün motorindir.Motorin dizel motoru yakıtıdır. Yanma ısısını mekanik güce çevirmek için en yeterli mekanizma olan dizel makinesi, benzin ve gaz makinelerinden takriben 30 yıl kadar sonra 1892 de Dizel tarafından keşfedildi. Yüksek kompresyonlu bir makinenin geliştirilmesinin sebeplerinden biri, daha ucuz yakıtların kullanı-labilme arzusundan dolayı idi. Termik verim bakımından dizel makinesi gaz ve benzin makinelerinden daha verimlidir. Çünkü daha yüksek bir sıkıştırma oranı ile çalışır, İlk İmâl edilen dizeller ağır devirli ve büyük silindirli olduklarından piyasaya arz edilen fueloil'lerin silindire püskürtülerek yanma suretiyle kullanılmaları mümkün oluyordu. Fakat zamanla dizel imalâtçıları makine ebatlarını küçültüp devir adedini artırarak daha fazla güç üretimi yoluna gidince bu ihtiyaca cevap verecek yakıtların yapılması zaruret haline geldi. Çeşitli makine imalâtçıları değişik tip motorlar imâl ettiklerinden bunların herbiri için ayrı bir dizel yakıtı imâlinin imkânsızlığı karşısında ASTM de bunları bir sınıflandırmaya tâbi tutmak mecburiyetinde kaldı. Dizel yakıtlarının sınıflandırılması : Dizel makineleri ekseriya belirli evsafta bir yakıtla işleyecek şekilde dizayn edilmişlerdir. ASTM tarafından tavsiye edilen ve makine tipine göre en uygun yakıt aşağıda gösterilmektedir. ASTM Dizel yakıtı tavsiyeleri : Grade Makinasının çalışma şekli : 1- Sık sık yük ve hız değişiklikleri isteyen makineler. 2- Büyük müteharrik servislerde ve endüstrideki makineler. 3- Orta ve düşük devirli makineler. Bir dizel yakıtının seçilmesi: Destile dize] yakıtları : Bir dizel yakıtının seçilmesinde tayin edilmesi icap eden mühim nokta, yakıtın pompalanabileceği eri düşük sıcaklıktır. Seçilen yakıtın bu sıcaklıkta akıcı olması veya bir ısıtıcı tertibatı bulunması lâzımdır. Bir yakıtın akışkanlığı viskozite ve donma noktaları ile tayin edilir. Kraking suretiyle elde edilen veya naftenik menşeli mum ihtiva etmiyen yakıtların viskoziteleri bir kıstas teşkil eder. Mum ihtiva eden parafinik esaslı destile yakıtların donma ve bulutlan-ma noktaları akışkanlığın limitini tayin eder. Naftenik esaslı yakıtlardan, kraking ile elde etlileri ürünler nazarı- itibare alındığında yakıt püskürtme pompalarında 1550 SSU dan da-ha viskoz yakıtların kullanılamıyacağı görülür. Muhtelif sıcaklarda 550 SSU luk viskoziteyi havi yakıtların 100 °F daki takribi viskoziteleri aşa-ğıdaki tablolarda gösterilmiştir. Parafinik esaslı mum ihtiva eden yakıtlar ise değişik problemler, arzeder. ihtiva ettikleri mumun katılaşması ve ayrılmasından dolayı, donma noktaları ayni viskoziteyi havi naftenik esaslı ürünlerden daha yüksektir. Parafinik esaslı yakıtlar dewaxing işlemine tabi tutulmadıkça, ancak hafif ürünleri kullanılabilir. Mum .umumiyetle. donma noktasının altındaki sıcaklıklarda ayrılmaya başladığından eğer ya-kıt donma noktasının altında 10°C daha düşük sıcaklıklarda kullanılırsa irice gözenekli ve keçe filtrelerden akmıyacaktır. Çok yüksek parafinik esaslı yakıtları 100°F daki viskozitleri ile donma noktaları arasında ki münasebetler aşağıda tabloda gösterilmiştir. Bu iki tablonun mukayesesinden de görüleceği tilere O °C daki atmosfer sıcaklığında 50 SSU viskoziteli naftenik esaslı veya kraking ile elde edilmiş bir yakıt kullanılabileceği halde, ancak 38 SSU luk parafinik esaslı bir yakıt kullanılabilmektedir. Dizel makinesi imalatçılarının püskürtme

sisteminde. yeterli bir yağlamayı temin etmesi bakımından 100°F da en az 33 ile 40 SSU arasında olan yakıtın Önemi . belirtilmiştir. Aynı donma noktasında . daha yüksek viskoziteyi haiz naftenik esaslı ve kraking usulü ile elde edilmiş yakıtlar püskürtme sisteminin yağlanması bakımın dan mutlak surette daha üstün vasıflara haizdir. Diğer taraftan parafinik esaslı yakıtlar 'naftenik esaslı ve 'kraking usulü ile elde edilen yakıtlara nisbetle daha mükemmel bir tutuş-ma hassasına sahiptirler. Bunun için bir rafinerinin problemi yakıtın pompalama, yağlama, ve tutuşma karakteristikleri arasında mükemmel bir denge temin edecek şekilde muhtelif tip ve Özellikte yakıtları harmanlamaktır. Destile Dizel yakıtların

Destile Dizel Yakıtların

Pompalanabilme Kabiliyetleri . pompalanabilme kabiliyetleri (Paraf inik)

(Naftenik)

Bakîye dizel yakıtları: Her ne kadar bazı bakiye yakıtlar atmosfer sıcaklıkları üstünde don-ma noktasını haiz iseler de bu, yakıtları pompalamak İçin bir Ön ısıtmaya ihtiyaç olduğunu ifade etmez. Bakiye yakıtların, bilhassa parafinîk esaslı olanların düşük sıcaklıklarda kullanılmaları sırasında akıcılığının tâ-yini çok önemli unsurudur. Akıcılık bir yakıtın 1/2 pusluk bir boru içerisinden bir pompanın meydana getirebileceği en düşük basınç altında-akabileceği sıcaklığı belirtir. Bu metodla yapılan tecrübeler, bakiye yakıtların çoğunun belirtilmiş olan donma noktası limitleri altındaki sıcaklıklarda pompalanabildiğim göstermiştir. Mamafih bazı hallerde İşletmecilik bakımından pratik pompalama viskoziteleri elde etmek maksadıyla yakıt ısıtılabilir. Bunun için ağır ve ucuz yakıtların kullanılmasında tek müşkül düşük sıcaklıklardaki akıcılığı temin etmektir. Isıtmayı temin edebilecek uygun bîr tesisat kısa zamanda kendini amorti eder. Eğer haricî bir ısıtma kaynağı yoksa makine önce mükemmel bir ilk hareket kabiliyetine haiz destile yakıtlarla işletilebilir. Bu ilk çalıştırma devresinde makine soğutma, suyu, yakıtı ısıtmakta kullanılabilir. Dizel motorunun çalınması ve benzin motorundan farkı : Dizel motorları veya sıkıştırma ile yanan makineler, gaz yağı ile destile ham petrol arası düşük uçuculuk Özelliğine sahip bir yakıtla 1/11 ilâ 1/22 sıkıştırma oranlı ve 25 ilâ 50 Kg/cm basınç altında kullanılabilen bir yakıtla çalışır. Bunların çeşitli tipleri mevcuttur. Bir örnek olmak üzere sadece dört zamanlı bir dizel motorunun çalışması açıklanacaktır.

1. Oktan sayısı ne kadar yüksek olursa olsun benzin motorlarında sıkıştırma oranı 1/22 nin üzerine çıkarılmazken dizel motorlarında bu oran 1/22 nisbetine çıkartabilmektedir sıkıştırma oranı artıkça motorun termik verimi de artar. 2. Benzinli motorlarda silindire verilen yakıt-hava karışımı silindir dışında 1/14,5 olduğu halde, dizel motorlarında bu karışım silindir içinde 1/18 ve hattâ boşa çalışırken 1/100 nisbetine ayarlanabilmektedir. 3. Dizel motoru benzin motoruna nazaran daha az yakıt sarfettiğinden daha ekonomiktir. Büyük makinelerde dizel motorları kullanılır. 4. Benzin motorlarının fena çalışmasına sebep olan yüksek ceket sıcaklığı, yüksek sıkıştırma oranı, yakıtta nisbeten çok parafinik hidrokarbon oluşu gibi şartlar dizel motorlarının iyi çalışmasında etkili olan faktörlerdir. Dizel motorlarında yakıtın tam zamanında, küçük zerreler halinde, lüzumlu miktarlarda püskürmesinin temini için enjektör sisteminin has-sas bir şekilde ayarlanmış olması gerekir. Enjektör ve yakıt pompalan hususî bir bakım ve temizliği gerektirir. Yakıt Püskürtme Karakteristikleri ve Viskozite : Uygun viskoziteli bir yakıtın seçimi sadece pompalama ve püskürtme sistemleri ile ilgili olarak değil, aynı zamanda yanma olayında da mühimdir. Viskozite yakıt zerrelerinin büyüklüğünü kontrol ettiğinden mükemmel bir yanma için çok lüzumlu olan yeterli bir hava yakıt karışımı elde etmede en mühim faktör olan atomizasyon ve dağılma derecelerini de tayin eder. Yakıtın yanma odasında nüfuz ettiği mesafe ya kıt zerrelerinin büyüklüğüne bağlıdır. Çok viskoz olan yakıtlar nisbeten soğuk olan silindir duvarlarına çarpmadan zerreler halinde ayrılmazlar. Onun için yanma dumanlı olur. Diğer taraftan çok hafif yakıtlar mükemmel bir hava yakıt karışımı meydana getirecek şekilde yeterli olarak nüfuz etmezler Büyük makinelerde oldukça viskoz yakıtlar, küçük makinelere nazaran daha iyi bir şekilde kullanılabilir. Ayrı veya Ön yanma odalı makinelerde yakıt püskürtme huzmesi nisbeten kısa olduğundan daha ziyade hafif yakıtlar arzu edilir. Hava ile püskürtmeli sistemlerde daha viskoz yakıtlar kullanılabilir. Çünkü burada hava yakıtın atomize olma-sına yardım eder. Birden fazla delikli nozul ihtiva eden enjektörlerde tek delikli nozul ihtiva edenlere nisbetle daha ağır yakıtlar kullanıla-bilir. Daha küçük delikler, yakıtın daha iyi bir şekilde parçalanmasını temin ederler. Ekstra tazyik yakıt huzmesinin nüfuz etme kabiliyetini artırdığı için yüksek bir püskürtme tazyiki İle çalışan makinelerde daha hafif yakıtlar kullanılabilir. Mükemmel bir atomizasyon sağlamak için bakiye yakıtların Önceden ısıtılması lâzımdır. Tatbik edilecek ısının miktarı yakıtın enjekte edilmeden evvel viskozitesinin 100 SSU daha düşük olmasını sağlayacak kadar olmalıdır. Bu da yakıt sıcaklığının 121 °C veya, daha faz-la olmasını gerektirir. Dizel Vuruntusu : Yukarıda izah edildiği gibi sıkıştırma strokunda silindir içindeki hava muayyen bir basınç ve sıcaklığa erişinceye kadar sıkıştırılır ve ya- kıt püskürtülür. Yakıtın püskürür püskürmez yanması istenir. Sıkıştırma stroku sonunda yakıtın püskürmeye başladığı andan tutuşmaya kadar geçen zaman uzarsa, bu gecikme süresi sonunda içerde birikmiş olan yakıtın hepsi birden tutuşarak anî bir basınç yükselmesine sebep olur ve motordan darbe sesleri duyulur. Bu "Dizel Vuruntusu" dur ve benzin motorlarında olduğu gibi hiç arzu edilmeyen bir hadisedir. Gecikmenin fazla olması bu hadisenin çok şiddetli olmasına sebep olacağından bu süreyi mümkün olduğu kadar azaltmak icab eder. Bununla beraber çok azaltılması da bazı mahzurlar doğurur; şöyle ki: Yakıt enjektörden püskürür püskürmez tutuşma olursa enjektör memesi ısınarak yakıtın kraking olmasına, karbonlaşma yaparak kötü ve dumanlı yanmasına sebep olur.

Muntazam bir yanma temin edebilmek için, püskürtülen yakıt miktarının basınçların artması ile orantılı olması lâzımdır. Dizel yakıtının enjektörden kolayca püskürtülebilmesi ve bunu takiben zerrelere ayrıla-bilmesi için düşük viskoziteli, yani ince ve akıcı olması lâzımdır. Setan Sayısı : Dize! motorunun en önemli hassası olan gecikme süresinin belli bir seviyede olmasını, yani yakıtın kendi kendine tutuşabilme kabiliyetini gösteren Ölçüye "setan sayısı" denir. Aynen .oktan sayısı gibi ölçülebilen bir birimdir. Oktan sayısıyla setan sayısını şöyle mukayese edebiliriz. Benzin bahsinde gördüğümüz gibi benzin motorlarında ateşleme olduk-tan sonra karışımın basınç ve sıcaklığının birden bire yükselmesiyle alev cephesine uzak olan kısımların kendiliklerinden tutuşarak anormal bir yanma meydana getirmesi istenmeyen vuruntu hadisesidir. Yani benzin motorlarında karışımın kendi kendine tutuşması istenmez, bu şartı da aromatik hidrokarbonlar sağlar. Benzin motorlarında nasıl ki vuruntuya karşı mukavemet oktan sayısıyla gösterilir ve bunun yük-sek olması İstenirse, dizel motorlarında da dizel vuruntusuna karşı mukavemet, setan sayısıyla ifade edilir ve bunun yüksek olması istenir. Netice olarak: oktan sayısı ve setan sayısı birbirine tamamen zıt iki özelliktir. Bir yakıt için oktan sayısının yükselmesi setan sayısının düşmesidir. Setan sayısı yakıtın yanma kalitesini gösteren ve aynen oktan sayısı gibi ölçülebilen, bir birimdir. Setan sayısı tâyininde de iki ayrı sıvı muhtelif nisbetlerde karıştırılarak numune yakıtın vuruntusuna eşit vuruntu yapan durum setanın % si olarak tesbit edilir. Burada kullanılan setan, kendiliğinden ateşlenme hassası çok iyi olan ve itibarî olarak 100 kabul edilen bir mayi, Alfa - Metil naftalin ise kendiliğinden ateşleme kabiliyeti çok zayıf ve itibari olarak "O" kabul edilen bir mayidir. Meselâ % 45 setan ve % 55 alfa - metil naftalin karışımının standart test motorundaki vuruntusu, setan sayısı tayin edilecek dizel yakı-tının vuruntusuna eşit ise bu yakıtın setan sayısı 45 dir denir. Setan sayısının tayini zor, pahalı ve zaman alan bir tecrübe metodu olduğundan setan sayısı yerine, bu değer hakkında bir bilgi verebilecek olan "Dizel indeks" hesapla bulunur. Bu sayı dizel yakıt şartnamelerinde yer almıştır. Dizel indeks : Dizel yakıtının setan sayısının Ölçülmesi pratik bir iş olmadığı için, bunun yerine aynı mefhumu ifade eden ve "Dizel indeks" adı verilen bir sayı kullanılmaktadır. Dizel İndeks ya formüller vasıtasıyla hesaplanır ki bunun için anilin noktası ve API gravite gibi ifadelerin bilinmesi gereklidir.

yahut da Nomograf denilen tablolar vasıtasıyla hesap edilir. Bu nomograflar API gravite ve yakıtın % 50 sinin destile olduğu ortalama kaynama noktasına bağlı olarak hazırlanmıştır. Nomograflar normal destilasyon ürünü (straightrun), termal ve katalitik kraking ünitelerinden alınan dizel yakıtları için iyi netice verirler. Şayet setan sayısını yükseltmek maksadıyla yakıta katık konmuşsa ve yakıtın içinde rezidü fueloil, gazyağından daha uçucu maddeler, zift hayvani ve nebati yağ-lar, sentetik yakıtlar mevcutsa, yapılan dizel indeks tayini, tecrübe İle bulunan setan sayısına tekabül etmez. Normal dizel yakıtının setan sayısı 45 olmalıdır. Netice olarak yakıtın dizel indeksi yükseldikçe kendi kendine tutuşma kabiliyeti artar. Dizel indeksi ile setan sayısı arasında yakın münasebet vardır. Bu husus aşağıdaki tablonun incelenmesinden de anlaşılabilir. 45 ilâ 50 arasındaki setan sayısı ve dizel indeksi aşağı yukarı aynı-dır. 45 in altında değerlerde dizel indeksi setan sayısından çok küçük, aksine 50 nin üstündeki değerler için İse çok az büyüktür. Normal dizel yakıtının dizel indeksi asgarî 45 olmalıdır. Bir dizel

yakıtının setan sayısı yakıtın ihtiva ettiği hidrokarbon cinsleriyle çok yakından alâkalıdır. Parafinik hidrokarbonlar setan sayısını yükseltir. Naftenik hidrokarbonlar vasat setan sayısı temin eder. Olefinlerin setan sayısına tesiri katı olarak tespit edilememiştir. Aromatik hidrokarbonlar düşük setan sayısı temin ederler.

Motor ihtiyacından daha düşük setan saydı dizel yakıtı kullanılmasının motordaki tesirleri :

1 — Motorda ilk hareketi temin için yakıtın daha fazla ısıtılması icab eder. (Setan sayısı ne kadar yüksek olursa olsun ilk hareket için yine de muayyen asgarî bir sıcaklığa ihtiyaç vardır). 2 — Ateşleme aksaklığı ve dolayısıyla motorun normal çalışma haline gelmeden evvelki dumanlı çalışma müddeti daha uzundur. 3 — Vuruntu yaparak güç kaybı ve motor yıpranması fazladır. 4 — Motorun boşta ve hafif yüklerde çalışması halinde motorda daha fazla karbonlu ve vernikli tortu teşekkül eder. (Bu tortunun teşekkülünde yakıt içindeki diğer bileşiklerin de rolü vardır.) 5 — Hafif yük ve soğukta çalışan motorlarda nahoş koku ve duman fazladır. (Bazı dizellerde sıcak çalışmalarda yüksek setan sayılı yakıtların daha fazla duman yaptığı gözlenmiştir. Setan sayısının motor verimi ve ekonomi üzerine tesiri ihmal edilecek kadar azdır. Eğer dizel motorunun ihtiyaç gösterdiği setan sayısı temin edilebiliyorsa daha yüksek setan sayılı bir yakıt kullanılması haline nazaran daha fazla güç temin edilir ve. dolayısı ile ekonomik olur. Çünkü düşük setan sayılı dizel yakıtları daha fazla yanma ısısına haizdirler. Motor sanayiinin gelişmesi ile ateşleme tertibatında tatbik edilen yenilikler yüksek devirli dizellerde kullanılması zarurî olan yüksek setan sayılı dizel yakıtına olan ihtiyacın Öneminden çok şey kaybettirmiştir. Düşük devirli dizellerde yanma periyodu daha uzun olduğundan yakıtın ateşlenme hassasiyetine ve yanma kalitesine olan tesiri daha azdır. Bu sebeple dizel yakıt şartnamelerinin hazırlanışında şartname hadlerini daha geniş tutmak kabil olmaktadır. API Gravite : Yakıtın gravitesi API serisi içinde viskozite ve tutuşma kalitesinin müsaade ettiği sınırlar içinde düşük olmalıdır. Çünkü azamî ekonomi yüksek Özgül ağırlıklı yakıtlarla elde edilir. Diğer petrol ürünlerinde olduğu gibi dizel yakıtları ve pilot yakıtlar ekseriya 60°F a göre ayarlanmış hacim esasına göre satılır. Gravite, sıcaklık ve yakıtın miktarı bilindikten sonra standart tablolardan, 60°F daki hacim tayin edilebilir. Onun için gravite testi ticarî bakımdan lüzumludur. Spesifik gravite bir cismin 60°F daki birim hacminin ağırlığının,

60°F daki aynı hacim-deki suyun ağırlığına oranıdır. Spesifik gravite ile API gravite arasında şöyle bir bağıntı vardır :

Dizel yakıtlarının özgül ağırlıkları ekseriya 0,815 ile 0,934 arasında-dır. Uygunluğu sebebiyle API gravite skalası da kullanılmaktadır. Bu skalaya göre hafif ürünler daha yüksek numaralara sahip destile dizel yakıtları ise 25-45 API arasındadır. Bakiye dizel yakıtları 0-25 API gravitesi arasında oldukları halde, umumiyetle 12 den hafif veya 8 API den ağırdır. Böylece API skalasında 10 API ye sahip olan suyun santrifujla ayrılması mümkündür. Petrol fiyatları da API gravitelerine göre ayarlanır. Petrol fiyatlarına tesir eden madeni yağ ve kükürt muhtevasından başka satış yerinin tüketim pazarlarına yakınlık derecesi de mühim bir rol oynar. En fazla rağbet gören petrol çeşitleri işlenmesi kolay ve bol beyaz ürün ihtiva eden Petrol cinsleridir. Bunların API graviteleri de 30 ile 40 arasındadır. Memleketimizde çıkarılan ham petrol cinsleri çok düşük graviteli olup, hemen hemen suya yakın yoğunluktadır. Aşağıdaki tabloda memleketimizde çıkartılan petrollerin API graviteleri gösterilmektedir.

Anilin Noktası : Anilin, aromatik hidrokarbonları her zaman fakat parafinikleri yalnız sıcakta eritebilen. bir eritkendir. Anilin noktası, eşit hacımda anilin ve numunenin, minimum kritik çözünme sıcaklığıdır. Anilin ile motorin karıştırılır ve ısıtılır, sıcakta motorin anilin için-de tamamen erir, fakat eriyik soğumaya bırakıldığında parafinlerin yavaş yavaş ayrılmaya bağladığa görülür. İşte bu ayrılmanın sonuçlanıp eriyip içinde iki ayrı tabakanın meydana geldiği sıcaklık derecesi, "Anilin Noktası" olarak tarif edilir. Bu deneyde kurutulmuş ve taze destile edilmiş anilin kullanılmalıdır. Anilin noktası testi dizel yakıtındaki parafinik yapılı hidrokarbonların nisbetini gösterir. Anilin noktasının yüksek oluşu yakıtta parafinik hidrokarbon nisbetinin yüksek olduğuna alâmettir. Yukarıdaki formül-den de görüleceği gibi anilin noktası yüksek ise dizel indeksi de yüksektir. Parafinik hidrokarbonların kolay yanma hassası yüksek olduğundan dizel yakıtlarında tercih edilirler.

Viskozite : Akıcılık ölçüsüdür. Yakıtın düşük çalışma sıcaklıklarında dahi serbestçe akacak kadar viskozitesinin düşük olması lâzımdır. Sızıntıya mâni olacak ve enjektör sistemini yağlayabilecek kadar da yüksek viskozitede olmalıdır. Aynı zamanda yanma hücresine kolayca atomize edile-bilecek uygun viskozitede olmalıdır. Destile dizel yakıtlarının dizel motorlarında kullanılmasında rol oynayan dizel özellikler : Destilasyon : Uçuculuk ölçüsüdür. Yakıtın uçuculuğu düştükçe, yanma daha muntazam ve çabuk olur. Düşük uçuculuk özelliğine sahip yakıtlar dumanı azaltmak ve en iyi güç temin edebilmek maksadıyla, yüksek devirli motorlar için elzemdir. Donma Noktası : Yakıttan mumun (Wax) ayrışmaya başladığı sıcaklık derecesini gösterir. Yakıt devresi üzerindeki filtrelerin tıkanmaması için bu yakıtın maruz bulunacağı sıcaklığın altında olmalıdır. Alevlenme Noktası: Sıvı bir yakıtın yanabilmesi için, bu yakıtın buharı ile havanın be-lirli oranlar dahilinde karışmış olması icab eder. Bir yakıt ne kadar kolay buhar haline gelebilirse, hava ile yanıcı bir karışım oluşturması da o derece kolay olur. Yakıtın bu kolay yanabilme Özelliği, alevlenme noktası, ile tespit edilir. Yanıcı bir cismin alevlenme noktası bu cismin hava ile yanıcı karışım meydana getiren bir buhar çıkardığı en düşük sıcaklık derecesine denir. Alevlenme noktasının yanma tekniği bakımından pek büyük bir önemi yoktur fakat tesisat emniyetini temin maksadıyla bu nokta İçin bir sınır tayin edilmektedir. Alevlenme noktası yakı-tın hangi tip ham petrolden yapıldığını ve düşük kaynama noktalı bir sıvının karışması ile seyrelme olup olmadığını tayin etmek bakımından mühimdir. Bakiye Karbon : Havanın bulunmadığı kapalı kapta yağın ısı ile uçucu kısmının bu-harlaşmasından sonra kalan karbon miktarını tayin eder. Çıkan yağ kaptaki hava ile yer değiştirir. Bu test, yağlarda uçuculuğun işaretidir, ve yağ ısıtıldığında buharlaşmayan ağır bileşiklerden geriye kalan kok miktarını verir. Yüksek devirli motorlarda temiz bir yanma temin edebilmek için mümkün mertebe düşük değerde olmalıdır. % 0.25 gibi bir değer yakıtın iyi destile edilmediğine işarettir. Kükürt Miktarı : Benzin ve gazyağında çok az miktarda bulunan kükürt motorinde ağırlıkça % l oranında bulunabilir. Motorinin ihtiva ettiği bu kükürt miktarı en mühim karakteristiklerinden biridir. Kükürt ham petrol içerisinde ağır hidrokarbonlarla bileşik halinde bulunduğu için daha ziya-de ağır destilasyon ürünleri içerisinde bulunur. Yakıt içersinde kükürt varsa bu kükürtle yakıt beraber yanar, kükürt dioksit (SO) veya daha fazla oksijenle birleşerek kükürt trioksit (SO) hasıl eder. Yakıtın yanmasından meydana gelen su buharıyla (SO) nin birleşmesinden meydana gelen sülfürik asit (HSO) çok şiddetli bir aşındırıcı olduğu için motor elemanlarının aşınmasına sebep olur. Bu sebepten dolayı yakıttaki fazla kükürt motor için büyük tehlike arz eder.

ÜRÜN ÖZELLİKLERİ ÖZELLİK

GARANTİ

METOT

Yoğunluk (15oC), kg/l

0,820 - 0,860

ASTM-D 1298

Alevlenme Noktası, oC

55 (En düşük)

ASTM-D 93

Soğuk Filtre Tıkama Noktası, oC Kış Dönemi (a) Yaz Dönemi (b)

-10 (En yüksek) 5 (En yüksek)

IP 309

Damıtma, Hacimde %

ASTM-D 86

İyileştirilmiş (250oC)

65 (En yüksek)

İyileştirilmiş (350oC)

85 (En yüksek)

İyileştirilmiş (370oC)

95 (En düşük)

Kükürt, Ağırlıkça %

0,70 (En yüksek)

IP 336 veya IP 242

Karbon Tortusu (%10 tortuda), Ağırlıkça %

0,30 (En yüksek)

ASTM-D 524 veya ASTM-D 4530

Viskozite (40oC), cst

2,0 - 4,5

ASTM-D 445 veya ASTM-D 88

Bakır Çubuk Korozyonu, 3h (50oC)

No: 1 (En yüksek)

ASTM-D 130

Kül, Ağırlıkça %

0,01 (En yüksek)

ASTM-D 482

Setan İndeks, Hesaplanmış

46 (En düşük)

ASTM-D 976

Su, mg/kg

200 (En yüksek)

ASTM-D 1744

Partiküller, mg/kg

24 (En yüksek)

IP 415

Oksidasyon Dengesi, g/m3

25 (En yüksek)

ASTM-D 2274

BİYOMOTORİN : Biyomotorin Üretimi Bitkisel yağlardan transesterifikasyon reaksiyonu (alkoliz) ile biyomotorin elde edilmektedir. Transesterifikasyon reaksiyonunda yağ, monohidrik bir alkolle (etanol, metanol), katalizör (asidik, bazik katalizörler ile enzimler) varlığında ana ürün olarak yağ asidi esterleri ve gliserin vererek esterleşir. Ayrıca esterleşme reaksiyonunda yan ürün olarak di- ve monogliseridler, reaktan fazlası ve serbest yağ asitleri oluşur. Biyomotorin üretiminde bitkisel yağ olarak kolza, ayçiçek, soya ve kullanılmış kızartma yağları, alkol olarak metanol, katalizör olarak alkali katalizörler (sodyum veya potasyum hidroksit) tercih edilmektedir. Şekil 1’ de biyomotorin üretimi şematik olarak sunulmuştur. Üretim teknolojisinde zorluk bulunmamaktadır. Üretimdeki en önemli nokta biyomotorinin saflık derecesidir. Bu nedenle rafinasyon aşaması önem kazanmaktadır. Biyomotorin %99 değeri üzerinde saf üretilmelidir.

Biyomotorin Standartları Biyomotorin için Avusturya'da ÖN C 1190 Standardı, Almanya ve diğer Avrupa ülkelerinde DIN E 51 606 standardı kullanılmakta olup, Amerika Birleşik Devletleri'nde ASTM (American Society of Testing Materials) tarafından standart özellikleri belirlenmektedir. Tablo 1'de biyomotorin ve motorin için standart özellikler karşılaştırmalı olarak verilmektedir. Biyomotorin saf ve motorin-biyomotorin karışımları kullanılmaktadır. Bu yakıtlar aşağıdaki gibi adlandırılmaktadır:

şeklinde

yakıt

olarak

B5 : % 5 Biyomotorin+ %95 Motorin B20 : % 20 Biyomotorin+ %80 Motorin B100 : %100 Biyomotorin Tablo 1.Motorin ve biyomotorinin standart özellikleri . Özellikler Yoğunluk, 15°C, kg/m Viskozite, 40°C, mm2/s Alevlenme Noktası, °C Kükürt İçeriği, Ağır. %’si Oksijen İçeriği, Ağır.%’si Setan Sayısı Isıl Değer, MJ/dm3 Verim, % 3

Motorin

Biyomotorin

(EN 590:1993) 820-860 2.00-4.50 >55 <0.20 0.0 >49 35.6 38.2

(DIN E 51.606:1997) 875-900 3.5-5.0 >110 <0.01 10.9 >49 32.9 40.7

Biyomotorinin Özellikleri Biyomotorin orta uzunlukta C16-C18 yağ asidi zincirlerini içeren metil veya etil ester tipi bir yakıttır. Oksijene zincir yapısı biyomotorini, petrol kökenli motorinden ayırır. Biyomotorin, motorine çok yakın ısıl değere, motorinden daha yüksek alevlenme noktasına sahiptir. Bu özellik biyomotorini kullanım-taşınım-depolanmasında daha güvenli bir yakıt yapar. Aşağıda biyomotorin temel özellikleri motorin özellikleri ile karşılaştırmalı olarak açıklanmaktadır. Biyolojik Olarak Bozunabilirlik Biyomotorini oluşturan C16-C18 metil esterleri doğada kolayca ve hızla parçalanarak bozunur, 10 000 mg/l'ye kadar herhangi bir olumsuz mikrobiyolojik etki göstermezler. Suya bırakıldığında biyomotorinin 28 günde %95'i, motorinin ise %40'ı bozunabilmektedir. Biyomotorinin doğada bozunabilme özelliği dekstroza (şeker) benzemektedir

Alkol Alkol Alkol Geri Geri Kazanımı Kazanımı

Biyomotorin

~ Dekantasyon Dekantasyon Tankı Tankı

Rafinasyon Rafinasyon

Yıkama Yıkama

Bitkisel Yağ

Evaparasyo Evaparasyonn

~ Gliserin

Katalizör Mineral Asit

Nötralizasyon Nötralizasyon Distilasyon Distilasyon

Dekantasyon Dekantasyon Tankı Tankı

Yağ Asitleri Şekil 1. Biyomotorin Üretimi

Evaporasyon Evaporasyon

Toksik Etki Biyomotorinin olumsuz bir toksik etkisi bulunmamaktadır. Biyomotorin için ağızdan alınmada öldürücü doz 17.4 g biyomotorin/kg vücut ağırlığı şeklindedir. Sofra tuzu için bu değer 1.75 g tuz/kg vucüt ağırlığı olup, tuz biyomotorinden 10 kat daha yüksek öldürücü etkiye sahiptir. İnsanlar üzerinde yapılan elle temas testleri biyomotorinin ciltte %4'lük sabun çözeltisinden daha az toksik etkisi olduğunu göstermiştir. Biyomotorin toksik olmamasına karşın, biyomotorin ve biyomotorin-motorin karışımlarının kullanımında; motorin için zorunlu olan standart koşulların (göz koruyucular, havalandırma sistemi v.b.) kullanılması önerilmektedir. Depolama Motorin için gerekli depolama yöntem ve kuralları biyomotorin için de geçerlidir. Biyomotorin temiz, kuru, karanlık bir ortamda depolanmalı, aşırı sıcaktan kaçınılmalıdır. Depo tankı malzemesi olarak yumuşak çelik, paslanmaz çelik, florlanmış polietilen ve florlanmış polipropilen seçilebilir. Depoloma, taşıma ve motor malzemelerinde bazı elastomerlerin, doğal ve butil kauçukların kullanımı sakıncalıdır; çünkü biyomotorin bu malzemeleri parçalamaktadır. Bu gibi durumlarda biyomotorinle uyumlu Viton B tipi elastomerik malzemelerin kullanımı önerilmektedir. Soğukta Akış Özellikleri Biyomotorin ve biyomotorin-motorin karışımları, motorinden daha yüksek akma ve bulanma noktasına sahiptir; bu durum yakıtların soğukta kullanımında sorun çıkarır. Akma ve bulanma noktaları uygun katkı maddeleri (anti-jel maddeleri) kullanımı ile düşürülebilmektedir. Biyomotorin-motorin karışımları 4 °C üzerinde harmanlama ile hazırlanmalıdır. Soğukta harmanlamada biyomotorinin motorin üzerine eklenmesi, sıcakta harmanlama da ise karışımda daha fazla olan kısmın az kısım üzerine eklenmesi önerilmektedir. Eğer harmanda soğumaya bağlı olarak kristal yapılar oluşursa, harmanın tekrar normal görünümünü kazanması için bulutlanma noktası üzerine ısıtılması ve karıştırılması gerekmektedir. Motor Yakıtı Özellikleri Biyomotorin ısıl değeri (32.9 MJ/dm3) motorinin ısıl değerine (35.6 MJ/dm3) oldukça yakın değerde olup, biyomotorinin setan sayısı (~51) motorinin setan sayısından (No.2 motorin: ~42) daha yüksektir. Biyomotorin kullanımı ile motorine yakın özgül yakıt tüketimi, güç ve moment değerleri elde edilirken, motor daha az vuruntulu çalışmaktadır. Biyomotorin motoru güç azaltıcı birikintilerden temizleme ve motorinden çok daha iyi yağlayıcılık özelliklerine sahiptir. Biyomotorinin Emisyonları Tablo 2'de B100 ve B20 emisyonlarının (Life Cycle Emissions) motorin emisyonları ile karşılaştırılması verilmektedir. Biyomotorin ve motorin- biyomotorin karışımı kullanımı ile CO, PM, HF, SOx, ve CH4 emisyonlarında azalma, NOx, HCl ve HC emisyonlarında ise artma görülmektedir. Biyomotorin biyolojik karbon döngüsü içinde fotosentez ile karbondioksiti dönüştürür, karbon döngüsünü hızlandırır, ayrıca sera etkisini arttırıcı yönde etkisi yoktur.

181

Tablo 2. Biyomotorin ve motorinin emisyonlarının karşılaştırılması. Emisyonlar CO: Karbonmonoksit PM: Partikül Madde HF: Hidroflorik Asit SOx: Kükürt Oksitler CH4: Metan NOx: Azot Oksitler HCl: Hidroklorik Asit HC: Hidrokarbonlar

B20 -6.90% -6.48% -3.10% -1.61% -0.51% 2.67% 2.71% 7.19%

B100 -34.50% -32.41% -15.51% -8.03% -2.57% 13.35% 13.54% 35.96%

HCl ve HF emisyonları motorin ve biyomotorin için oldukça düşük seviyede ve kömür emisyonlarından çok daha düşük değerde olup, çevre için asit tehlikesi oluşturmazlar. Biyomotorinin HC emisyonu, motorininkinden yüksektir. Bu değer biyomotorin üretim süreç aşamalarından (yağlı tohumun ziraati ve işlenmesi) kaynaklanmaktadır. Ancak biyomotorin, motorinden daha düşük HC egzoz gazı emisyonu vermektedir. Egzoz gazı emisyonu yönünden incelendiğinde CO, HC, SOx, PM emisyonlarının motorinden daha az, NOx emisyonlarının ise fazla olduğu görülmektedir. NOx emisyonu katalitik konvertör kullanımı ile azaltılabilir. DİZEL MOTORLARINDA YANMA Dizel motorlarında yanma için kullanılacak hava, emme zamanın-da silindire alınarak sıkıştırılır. Sıkıştırma sonuna doğru sıcaklığı 500-700 C dereceye yükselen hava içerisine yakıt, Ü.Ö.N. dan 15° - 30° önce enjektör vasıtasıyla püskürtülür. Mekanik püskürtmeli motorlar adım verdiğimiz bu motorlarda yanma olayı şu dört evrede (safhada) meydana gelir: 1 2 3 4

— Tutuşma gecikmesi — Kontrolsüz (hızlı) yanma — Kontrollü yanma — Gecikmiş yanma

Tutuşma Gecikmesi: Sıkıştırma sonuna doğru silindire püskürtülen yakıt zerreleri hemen tutuşmaz. Yakıt zerrelerinin tutuş ab ilmesi için önce oksijenle karışması ve tutuşma sıcaklığına yükselmesi gerekir. Bu nedenle belirli bîr zamana gerek vardır. İşte bu zamana tutuşma gecikmesi denir. Bu açıklamaya göre tutuşma gecikmesini; Enjektörün yakıtı silindire püskürtmeğe başladığı andan, ilk alev çekirdeğinin meydana geldiği ana kadar geçen zaman olarak ifade edebiliriz. Şekil: 3-1 deki indikatör diyagramında l numaralı bölge olarak gösterilen tutuşma gecikmesi süresi, 2000 dev/dak da çalışan bir motorda 0,0009 saniyedir. Her ne kadar tutuşma gecikmesini ortadan kaldıramıyorsak da, motorun sesli ve vuruntulu çalışmasına etki edeceğinden bu sürenin imkân ölçüsünde kısa olması gerekir. Aşağıda sayacağımız faktörler bu sürenin kısalmasına veya uzamasına etki eder.

182

Sıkıştırma sonu sıcaklığı: Sıkıştırma sonundaki sıcaklığın değeri, emme havası ve soğutma su-yunun sıcaklığı ile değişir. Yani havanın ve soğutma suyunun sıcaklığı artarsa tutuşma gecikmesi azalır. Sıkıştırma sonu basıncı: Yapılan deneylerden anlaşıldığına göre, sıkıştırma oranı artırılırsa ve silindire basınçlı hava gönderilirse, sıkıştırma sonu basıncı ve buna paralel olarak sıcaklığı artmaktadır. Bu da püskürtülen yakıtın kısa zamanda tutuşmasına yol açar ve tutuşma gecikmesi azalır. Yakıtın kimyasal yapısı: Dizel yakıtının kimyasal yapısının tutuşma gecikmesine etki eden en önemli faktörü; yakıtın setan sayısı veya dizel indeksidir. Yakıtın setan sayısı veya dizel indeksi yükseldikçe tutuşma gecikmesi azalır.

Dizel motorlarında yanma diyagramı Yakıtın atomize edilmesi: Yanma odasına püskürtülen yakıt zerreleri ne kadar küçük olursa, bunların hava ile karışması, ısınması ve tutuşması o derece kolay olur. Bu zerrelerin büyüklüklerine ise yakıtın viskozitesi, püskürtme basıncı ve enjektör deliklerinin çapı etki eder. Sıkıştırılan havada meydana getirilen türbülans: Türbülans adım verdiğimiz sıkıştırılmış hava içindeki hava akımları, yakıt zerrelerini yanma odasına dağıttığı gibi, bu zerrelerin ısınma hızını da artırır. Doğal olarak bu da tutuşma gecikmesini kısaltır. Bu hava hareketi silindire giren havayı yönlendirmek, pistona veya yanma oda-sına özel şekiller vermek suretiyle temin edilir. Türbülans aynı zamanda motor devir sayısı ile de artar. Aşağıda motor devir sayısının tutuşma gecikmesine etkisi tablo olarak görülmektedir.

183

184

YAKIT SİSTEMİ

185

YAKIT SİSTEMİ Dizel motorlarda yanma odası ,sıkıştırma ,sıkışan ,sıcaklığı ve basıncı artan hava içine yakıtı basınçlı olarak püskürtmekle sağlan maktadır. Bunu sağlamak için de sağlam ve çok hassas olarak çalışan bir çok parçaların toplandığı bir sisteme gerek vardır ki ,buda dizel yakıt sistemidir. Dizel motorlarını, benzin motorlarından ayıran en farklı sistem yakıt sistemi olduğu burada gösterilecektir Yakıt sisteminin parçaları: -Yakıt sisteminin tanımı ve sistemdeki ana parçaları: dizel motorlarında motora gerekli olan yakıtı depolayan ,temizleyen ve silindire yeterli miktarda yakıt püskürten sisteme Yakıt sistemi denir. Yakıt sisteminin parçaları  Yakıt deposu  Besleme pompası  Filtre veya filtreler  Geri dönüş ve sızıntı boruları  Enjektörler  Yüksek basınç boruları  Yakıt pompasıdır Dizel motorlarının yakıt sistemini şekilden takip ederek basit bir şekilde sistemin çalışmasını kısaca açıklayalım Besleme pompasını depodan emdiği yakıt,basınçlı bir şekilde filtreye gönderilir,bu basınç yaklaşık olarak 0,5 ila1,5 kg/cm arasındadır.Filtrede süzülen ve pisliklerden arınan yakıt,yakıt pompasına gelir.Yakıt pompası basıncı yükseltildiği ve miktarını ölçtüğü yakıtı yüksek basınç boruları ile enjektöre gönderilir. Enjektörler de bu basınçlı yakıtı yanma odasına püskürtürler. Enjektörden sızan ve pompanın gereksinimden fazla olan bir kısım yakıt geri dönüş ve sızıntı boruları ile depoya geri gönderilir. YAKIT DEPOSU Yakıt depoları ,motorun depoları günlük gereksinmesinden biraz fazla yakıtı temiz ve emniyetli bir şekilde depolayacak kapasitede çelik saçtan yapılır.Paslanmasını önlemek için kurşun-kalay alaşımıyla kaplanır Yakıt deposunda,yakıt doldurula bilmesi için bir kapak ve bu kapağın hemen altında süzgeç bulunur. Depodaki yakıt seviyesi, şamandıralı bir göstergeyle Kontrol edilir. Deponun dibinde su ve tortuların birikmesi için bir tortu çukuru ve boşaltma musluğu vardır. Ortalama beş yüz saatlik çalışmadan sonra bu musluk açılarak su ve tortu boşaltılır. Ayrıca depoda, depo dibinde ki su tortu ve pisliklerin sisteme gitmesini önlemek için dipten 3,5-5cm kadar yukarıda olan bir çıkış borusu ve birde geri dönüş borusu vardır.ağır taşıt depolarında , yakıtın çalkalanmasını önlemek için üzerinde delikler olan tampon plakalar (bölmeler )vardır.

186

Depolama Şekilleri: Dizel motorlarında yakıtın depodan sisteme gönderilmesi iki şekilde olur. Bunlar; a)Yükseklik farkı ile b)Beslenme pompası a)Yükseklik farkı ile depolama: Bu tiplerde depo,motor seviyesinden yukarıya yerleştirilir ve yakıtın depodan sisteme gitmesi yükseklik farkı ile temin edilir. Daha çok sabit tesislerde, bazı traktörlerde ve küçük motorlarda bu sisteme rastlanmaktadır. b)besleme pompası ile depolama: genellikle hareketli araçlarda görülen bu sistemde depo, motordan daha düşük bir seviyededir.yakıt depodan besleme pompası ile emilir filtre yoluyla yakıt pompasına basınçlı olarak gönderilir. Ancak bu sistemlerde yakıt deposu ile besleme pompası arasında en fazla 2 metre yükseklik farkı olmalıdır. Bundan fazla fark olması durumunda boruda oluşacak yakıt buharları, yakıtın akışını engeller. ALÇAK BASINÇ BORULARI Yakıtın depodan alınıp,besleme pompası ve filtre yoluyla yakıt pompasına kadar temiz ve emniyetli bir şekilde taşınmasını temin eden borulardır.

187

SIVI YAKITLAR

188

SIVI YAKITLAR Genel olarak sıvı yakıtlar üçe ayrılır; -Petrol esaslı yakıtlar -Alkol -Yağlar Doğal akaryakıtlar petrol ve bunun destilasyon ve kraklama (termik veya katalitik)ürünleri teşkil eder.Yapay akaryakıtlar ise sentez yoluyla elde edilen akaryakıtlar ve bunların destilasyon ürünleridir.İspirtoda yapay akaryakıttır.Petrol çeşitli hidrokarbonların karşımıdır.Bütün petrollerin esas bileşenleri parafinler, naftenler ve aromatik hidrokarbonlardır.Ortalama bir petrol %30 parafinler %25 aromatik hidrokarbonlardır.Geriye kalan %5’lik kısmı ise oksijen , azot ve kükürt bileşenlerdir.Petrol özellikle motorlu ve tepkili ulaşım araçlarının gerekli yakıtını ,makine yağlarının üretimini ve asfalt gereksinimini karşılamakta , bundan başka Fuel-Oil olarak ısıtmada kullanılmaktadır. Ham petrolün terkibi; Akaryakıtlar ve minarel yağlar organik bileşilerdir.Organik bileşiklerin özelliği 4 değerli (C) ‘nun yaptığı bileşikler olmasıdır.(C) atomunun 4 basamağının her biri ayrı ayrı veya ikisi bir diğerleri ayrı ayrı veya üçü bir birisi ayrı hatta dördü de birden bir yere bağlanabilir. Renginin koyuluğu nisbetinde karbonu fazladır.Bazen siyaha yakın bazende sarımtrak renk olabilir.Siyahlığı içersinde asfalt bulunmasından ileri gelir.Ham petrol aktarma ve vakum cihazlarında damıtma suretiyle beraber sürüklediği toprak ve sudan ayrılır.Sonra kesif sülfirik asitle muamele edilerek içersindeki oksijenli birleşikleri tahrip edilir,petrol tabakası ayrılarak sodyum hidroksitle nötürlenir,yıkanıp suyundan ayrıldıktan sonra damıtılır. Ham petrolün alevlenme noktası takriben (0)0C olmakla beraber içreisndeki hafif kısımların olmasına göre değişir. Ham petrolün kalori değeri 10000 kcal/kg civarındadır.

Doğal Akaryakıtların Elde Ediliş Yöntemleri Sıvı yakıtlar genel olarak ham petrolün damıtılması ile elde edilirler.Bunun yanı sıra damıtma ile az miktarda elde edilebilen bazı ürünlerin miktarlarını artırmak amacıyla büyük moleküllü hidrokarbonları parçalamak (kraking yöntemi) veya temel elemanlar olan karbon ve hidrojeni birleştirerek yeni hidrokarbon molekülleri oluşturmak (sentez yöntemi) mümkündür.Ayrıca bazı tip hidrokarbonların yapıları değiştirilerek istenilen kalite ve yapıda benzin elde edilebilmektedir. Ham Petrolün Elde Ediliş Yöntemleri Ham petrol, propan, bütan gibi çok küçük moleküllerle ,ağır yaylar,asfalt gibi çok büyük moleküllerin ve ayrıca parafinik, naftanik ve aromatik yapıların karışımından oluşmuştur. Ham petrol ısıtıldığında önce buharlaşma sıcaklığı düşük olan küçük moleküllü bileşenler buharlaşmaya başlar.Isıtma ilerledikçe belli sıcaklık aralıklarında buharlaşan kısımlar tekrar yoğunluşturularak benzin, gaz yağı, fuel oil, makine yağları gibi ürün grupları elde edilmektedir. Ancak belli sıcakılık aralığnda ayrılan moleküllerden oluşan bu ürün gruplarınıda ,örneğin benzini de, kendi içinde damıtarak daha uçucu olan hafif benzin (kuş benzini) veya standart benzin elde edilir.Ham petrolün damıtılması sonucunda %30 benzin, %20-40 dizel yakıtı ,%20 ağır yakıtlar ,%10-20 ağır yağlar elde edilmektedir.Petrolden ;petrol gazı, gazyağı ,benzin ,motorin , fuel oil ,yağlama yağları ,mum ve asfaltik bitüm gibi çeşitli ürnler elde edilmektedir.Ayrıca alkol benzeri yağlar çeşitli tarım ürünlerinden (şeker pancarı-ispirto üretimi gibi) yakıtlar eşde edilmektedir. Ham petrolden elde edilen yakıtların damıtma oranları yaklaşık olarak aşağıda verilmiştir. 189

Yakıt Petrol gazları Uçak benzini Taşıt benzini Gaz yağı –kerozen Dizel yakıtı(ince) Dizel yakıtı (Standard) Ağır yakıtlar

Damıtma sıcaklıkları 0-35 35-150 35-200 150-260 175-290 200-370 370-550

Ham petrol damıtılmaya başlanmadan önce dinlendirilmekte ve bazı işlemlerle tuz ve sudan arındırılmaktadır.Ham petrolün yapısında ,elde edildiği bölgeye göre parafinik veya naftanik bileşenler daha fazla bulunabilir.Aromatlar ham petrolde çok az bulunurlar.Ham petrolün damıtılması ile elde edilen benzinde %50-75 oranında parafinler vardır. Kraking Yöntemi: Bu usulle daha fazla miktarda benzin elde edilebilir.Yani parçalanma ile %40’a kadar bir istihsal temin edilebilir.Bazı petrollerde bu oran %60’a kadar çıkar.Kraking metodunda esas büyük moleküllü ve kaynama dereceleri yüksek olan hidrokarbonları parçalamak sureti ile küçük molküllü ve düşük derecede kaynayan hidrokarbonları elde etmektir.İki yöntemle yapılır. a.Haruri (termik) Kraking:Bu metodunda iki tatbik yolu vardır.Sıvı durum ve buhar durumu. Sıvı durumda benzini ayrılmış petrol yüksek basınç tesiri ile buharlaşmaz ve böylece değişme sıvı durumda olur.Buhar durumdaki temparatör sıvı durumundakinden bir miktar yüksek ve basınç ise bir miktar azdır. b.Katalitik Kraking:Haruri krakingin gerek sıvı gerekse buhar durumunda da bazen katalizörler kullanılır.Bunlar parçalanmayı çabuklaştırırlar.Aynı zamanda reaksiyonun oluşaması için daha düşük sıcaklık ve basınca ihtiyaç duyarlar.Bu yolla elde edilen jraking bezin büyük bir kısım doymamış hidrokarbonları ihtiva etmesi sebebi ile damıtma benzinine nazaran daha fazla vuruntu dirençlidir.Fakat bunlara nazaran daha esaslı bir temizlemeye ihtiyaç gösterir.Bu suretle subaplara yapışan ve kolaşma yapan kısım ayrılır.Muhtelif miktarda parçalanma gazı bu arada sıvılaştırılabilen gazlar elde edilir. Polimersazyon:Kraking usulunun tersidir.Yani elverili basınç ve sıcaklık şartlarında uygun katalizörler kullanarak moleküller birbirleriyle birleştirilerek polimerize edilir ve böylece küçük moleküllü bileşiklerden büyük moleküllü bileşikler meydana getirilir.Bazı moleküller düşük sıcaklıkta polimerize olur.Polimerisazyonda ilkel madde olarak yer-gazınmın doymamış hidrokarbonları ve ayrımsal damıtma ve parçalamadan artan gazlar kulşlanılır.Bu gazlar %5 ‘e kadar olefine ihtiva ederler.Bunlar 50 atmosfere kadar basınç ve 700 0C’ye kadar sıcaklıkta reaksiyona getrilirler.Esas mahsül damıtma benzininden daha az müddet depo edilmesi mümkün vuruntu dirençli polimerisazyon benzinidir.Bunu yanında birazda gaz oil meydana gelir.Tahvil edilecek hidrokarbonların lmolkül ağırlığı yükseldilçe reaksiyon sıcaklığı düşer ve sıvı maddeler bakımından elde edilen verimde genellikle aynı oranda artar. Hidrojenleme:Kraking olayı sırasında doymamış ağır hidrokarbonlara kimyevi olarakhidrojen ilave etmektir. 1-İlkel maddenin büyük moleküllerini küçültmek, parçalamak 2-Her moleküle hidrjen yığılmasını temin etmek Her çeşit petrol atıklarını işlemek mümkündür.

190

Sıvı Yakıtların Özellikleri Özgül Ağırlık:Akaryakıtlarda ve diğer sıvı petrol destilasyonu ürünlerinde ,birim hacmin ağırlığı olan özgül ağırlığın tespiti için çeşitli yömtemler vardır.Analizde kullanılan ve gövde kısmı içinde termometre bulunan tiplerine ‘’termo-hidrometre‘’ adı verilir.Özgül ağırlığı belirlenecek numune,çapı hidrometre çapından en az 2,5 cm daha geniş ve yüksekliğinde hidrometre yüzer vaziyette iken dipten 2.5 cm yukarı olacak şekilde cam bir kabın çine konulur.Yakıtın kendi sıcaklığında ölçülen özgül ağırlık değerleri 15,5 0C (60 0F) standart sıcaklığı çevrilerek yapılır. Akaryakıtlarda ASTM yöntemlerinin kabul ettiği diğer bir özgül ağırlık birimi A.P.I. derecesi olup , d 15,5 0 C( 0 F) ‘daki yoğunluk olmak üzere A.P.I=141.5/d-131.5 ifadesinden bulunabilir. Vizkozite : Bizkozite bir akıcılık ölçüsüdür.Yakıtın düşük çalışma sıcaklıklarında dahi serbestçe akacak kadar vizkozitesi düşük olmalı ,sıızntıya engel olacak ve pompa sistemini yağlayabilecek kadar da yüksek vizkoziteli olmalıdır.Aynı zamanda yanma hücresine kolayca atomize edebilecek uygun vizkozitede olmalıdır. Vizkozite akış halinde olan bir sıvının akmaya karşı gösterdiği direnç olarak da tanımlanabilmekte ve mutlak vizkozite ve bağıl vizkozite olmak üzere iki grupta verilmektedir. Mutlak vizkozite ,1cm2’lik düzlem yüzey elemanını 1cm uzakta ,yine 1cm2’lik düper bir yüze nazaran 1cm/sn’lik bir hızl hareket ettirmek için 1dyn’lik bir kuvvet gerekiyorsa söz konusu sıvının vizkozitesine mutlak vizkozite veya mutlak içsel sürtünme adı verilir.CGS sisteminin vizkozite birimi poise (gr/sn.cm) dir.Vizkozite ölçülmesinde en çok şu birimler kullanılmaktadır. -Engler derecesi (0E) -Redword saniye (RI) -Saybolt saniye (SSU) Destilasyon: Akaryakıtların özelliğini ve cinsini aydınlatmaya yarayan en önemli yöntemlerden biri destilasyondur.Bu deney ASTM’nin kabul ettiği standart bir deney seti ile yapılmaktadır.Deneyde ; yakıt , ısıtalarak buharlaştırılır.Buhar ,bir soğutucudan geçirilerek ,yoğunlaşan yakıt bir ölçü kabında toplanır.%10 ,%20 , %30 ,%40, %50,%60,%70, %80, %90 ve son yakıtın yoğunlaştığı sıcaklıklar kaydedilir.Yakıt yüzdeleri ,ordinat eksenine ,sıcaklıklarda apsis eksenine alınarak her yakıt karışımı için buharlaşma eğrisi elde edilir.Düzgün bir yanma için , buharlaşma erisininde düzgün olması gerekmektedir. Alevlenme Noktası:Sıvı bir yakıtın yanabilmesi için ,bu yakıtın buharı ile havanın belirli oranlar dahilinde karışmış olması gerekir.Bir yakıt ne kadar kolay buhar haline gelebilirse ,hava ile yanıcı bir karışım oluşturması da o derece kolay olur.yakıtın bu kolay yanabilme özelliği ,alevlenme noktası ile tespit edilir.Yanıcı bir cismin alevlenme noktası bir cismin hava ile yanıcı karışım meydana getiren bir buhar çıkardığı en düşük sıcaklık derecesidir.Alevlenme noktasının yanma tekniği bakımından çok büyük bir önemi lmadığı kaydedilmektedir.Ancak soğuk havalarda yanabilme özelliği bakımından sınırlamalar getirmektedir. Özel kabına konulan numuneye istenilen bir sıcaklıktan itibaren bir derece aralıklarla alev yaklaştırlmakta , yakıt buharının alevi aldığı sıcaklık , yakıtın alevlenme noktası olarak belirlenmekte ve deney cihazı sesli sinyal vererek bu sıcaklığı dijital olarak belirtmektedir. Yakıtın Yapısal Bileşimi:Genel olarak parafin ve naften tipi yakıtlarda karbon miktarı %89 civarındadır.Yakıtın önemli özelliklerinden biri de içindeki asfalt miktarıdır.Asfaltlar ,oksijenliveküükrtlü büyük moleküllerdir.Sert asfalt normal sıcaklıkta yakıt içersinde erimez.böyle bir içeriğe sahip yakıt motorlarında kullanıldığı zaman piston ,silindir , subap yüzeylerine oturarak aşınmaya yol açar. Sert asfaltlar yakıt içersinde %0.5-0.7’yi 191

geçmemelidir.Yakıt içersinde suyun bulunması da istenmez.Su bir yandan yakıt donanımında korozyana yol açarken , diğer taraftan yakııtn ısıl değerini düşürür. Yakıtın ısıl değeri:Yakıtın ısıl değeri genellikle birim kütlenin enerjisi ile verilir.Gaz yakıtlarda ise ısıl değer ,uygulamada birim hacminin enerjisi olarak verilir.Yanma sonu sıcaklıklarında su her zaman buhar olarak bulunduğundan , ısıl değer,alt ısıl değer olarak alınmalıdır. Hu=9822.2+36.6*A.P.I (kcal/kg) Benzin veya dizel yakıt için Hu=42000-44000 kj/kg Hu=10200-10500 kj/kg ‘dir. Kükürt Miktarı:Yakıt içersinde kükürt varsa ,yakıt bu kükürtle yanar.Kükürtdioksit (SO2) veya daha fazla oksijenle birleşerek kükürt trioksit (SO3) oluşturur.Yakıtın yanmasıyla meydana gelen su buharıyla SO3 ‘ün birleşmesinden oluşan sülfürük asit (H2SO4) çok şiddetli bir aşındırıcı olduğu için bulunduğu sistemin aşınmasına sebep olur.Bu amaçla yakıt içersindeki kükürt miktarı için deneyleri yapılır. Karbon Miktarı:Bir yakıtın yanabilmesi için buhar haline gelmesi gerekliliği açıklanmıştı. Karbon miktarı testi ,yakıtın uçucu kısımlarının buharlaşmasından geriye kalan kok miktarını verir.Karbonun yüksek olması brülor memelerinde tıkanmalar gibi sorunlara neden olmaktadır. Yakıtın Yüzey Gerilimi:Yüzey gerilimidemetin parçalanmasında etkili olan bir özelliktir.Yakıtın yüzeyi gerilimi yoğunluka artar, sıcaklıkla azalır.Çeşitli yakıtlar için yüzey gerilimi; Benzin (0.019-0.023) Dizel yakıt (0.023-0.028) Gaz yağı (0.028-0.029) değerleri arasındadır. Akaryakıtlarda Bulunan Önemli Hidrokarbonlar Doymuş Zincirli Hidrokarbonlar Bir tek zincirden meydana gelen bu hidrokarbonların birbirleriyle bir tek bağla bağlanmış moleküllerine parafin sırası veyahutta doymuş hidrokarbonlar denir.Bunların genel formülü (C2H2n+2)’dir.çünkü sıra üzerindeher karbonda iki hidrojen,başta ve sonda ayrıca birer hidrojen bulunmaktadır.Böylece (H) sayısı (C) sayısının iki mislinden iki fazladır. Parafinler(CnH2n+2):Hidrojen atomu sayıları fazla olduğundan ısl değerleri büyük , yoğunlukları düşüktür.(620-770 kg/m3)Karbon atomlarının birbirine bağlanış şekline göre iki kısma ayrılır. Normal parafinler:Atomlar sıra şeklinde bağlıdırlar.Her karbon atomunun dört bağlantı koluda bağlı olduğundan bunlara doymuş hidrokarbonlar denir.Bağlar kolayca ayrılabildiğinden tutuşma meyilleri oldukça yüksektir.N sayısı 1-4 arası ise gaz, 5-15 arası ise sıvı ve 16’dan büyük ise katı fazdadırlar. İzoparafinler:Bazı karbon atomları genel zincir yapının üzerine çatallı bir şekilde yerleşmiştir.Grubun düz zincir kısmını oluşturankarbon atmu sayıısna ve d allanma yerlerine göre özel isim alırlar.Bu türde isimlendirme önemlidir.Çünkü aynı kapalı formüle sahip ,fakat farklı şekillerde dallanmış yakıtlar tamamen farklı özellikler gösterebilir.Tutuşma meyilleri ,dolaysıyla vuruntu meyilleri azdır.benzin motorları için uygundurlar.

192

Naftenler:CnH2n genel formülüne sahip hidrokarbonlardır.Yapıları halka şeklinde kapalı olduğu için parçalanmaları zor ve tutuşma meyilleri azdır.Hidrojen sayıları az olduğundan ,ısıl değerleri az yoğunlukları yüksektir.Bu yapının ısıl değerleri aromatlara göre yüksek ,parafinlere göre düşüktür. Hem benzin hemde dizel yakıt olarak kullanılabilirler. Olefinler(CnH2n-CnH2n-6):Bazı karbon atomları çift bağlı doymamış hidrokarbonlardır.Isıl değerleri düşük yoğunlukları 620-820 kg/m3 arasındadır. Tutuşma meyilleri azdır.Bu grup ham petrolün damıtılması yoluyla çok az elde eilebilir.Daha çok büyük ürünlerin parçalanması ile elde edilenbenzinde bol miktarda bulunurlar.Kolay parçalanamayan olefinler benzin motoru olarak kullanılabilir.Tutuşma meyilleri artırılırsa dizel yakıtı olarak kullanılabilirler. Aromatlar(CnH2n-6): Halka şeklinde yapıları, çok saıyda çift bağlı karbon atomları nedeniyle tutuşma meyilleri düşüktür.Kokuları keskin olduğundan aromatlar olarak adlandırılırlar.Kapalı formülleri CnH2n-6 ‘dır. Ana yapılarını benzen molekülü oluşturur.Daha çok kömürden yapay olarak elde edilirler ve vuruntu mukavemetini artırmak için benzine katılırlar.Ancak kansorojen olduklarından katkı miktarı sınırlandırılmaktadır. Genelde aromatların yoğunlukları yüksek (800-850 kg/m3) ,ısıl değerleri düşüktür.Karbon atomlarının aralarındaki bağlar sağlam olduğundan vuruntuya karşı dayanıklı olan aromatların oktan sayıları yüksektir.Benzin motoru yakıtı olarak kullanılmaya elverişli olup ,setan sayıları düşük olduğundan dizel motoru yakıtı olarak kullanılmazlar. BENZİN:Buharlaşma sıcaklığı 40 0C ile 50 0C arasındadır.Benzinde vuruntu olayını kısmen önlemek bakımından , hidrojeni az ,doymamış hidrokarbonların yani naftenlerinfazla bulunması tecih edilir.Vuruntuyu önlemek için motor benzinine alkol kurşun tetraetil gibi bileşikler katılır.Benziini mukavemetini oktan sayısı ile ölçülür.Oktan sayısını belirlemek istenilen benzin bir standart motorda yakılır ve aynı motorda kullanılan izooktan ve n-heptan karışımıyla karıştırılır.İzooktan hemen hemen vuruntusuz yanar.Normal heptanın vuruntu yeteneği yüksektir.Bu karışımda izooktanın hacim yüzdesi oktan sayısını gösterir.Saf izooktanın oktan sayısı 100’dür.Bir Benzin hacmen %70 izooktan ve %30 normal heptan karışımı ile aynı vırıntu mukavemetini gösteriyorsa ,Bu benzinin oktan sayısı 70’dir.Uygun olan oktan sayısı 85’tir ve bunu elde etmek için benzine litre başına 0,84 gram kurşun tetra etil katılır.Uçak benzininde oktan sayısı 100, süper benzinde ise 95’tir. DİZEL YAKITI:Bu motorlarda hava 30-40 atmosfere kadar sıkıştırılır ve bu suretle ısıtılmış hava akaryakıt püskürtülerek tedricen yanma temin edilir.Kullanılan akaryakıtın yani dizel yakıtın yanma yeteneğinin fazla olması gereklidir.Dizel yakıtı için ölçü olarak setan sayısı kullanılır.Yakıtlar standat motorlarda yakılarak setan ve α-metil Naftalin karışımıyla karşılaştırılır.Setan sayısı takriben 70 olmalıdır. ISITMA YAĞLARI: Ham petrolün damıtılmasından elde edilen ağır hidrokarbon karışımıdır.Benzin miktarı düşük petroller ,destilasyon artıkları , kraklama tesislerinden çıkan artıklar veya bunların karışımları ısıtma yağları olarak kullanılır.Vizkozitelerine göre sınıflandırılırlar.Isıtma yağları genellikle yüksek vizkoz olduğundan, yanma yerine püskürtülmeden önce bir miktar ısıtılır.

193