BİR STİRLİNG MOTORUNA GÜNEŞ ENERJİSİ UYGULANMASI Fatih AKSOY DOKTORA TEZİ MAKİNE EĞİTİMİ GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ PDF Ücretsiz indirin

Krank mili 4140 ıslah çeliğinden tek parça halinde yapılmıģ ve 52 Rockwell C derecesinde sertleģtirilmiģtir. 82 Stirling Motorlarının Avantaj ve Dezavantajları Stirling motorlarının avantajları Motor çalıģmaya baģlamadan önce içeri ısı sürüldüğü için ilk harekete geçirilmeleri kolaydır. GüneĢ enerjisi, gaz yakıtlar, sıvı yakıtlar, fosil yakıtlar, bio-dizel yakıtlar, nükleer enerji, termal ısı kaynakları vb. Termik verimleri içten yanmalı motorlara kıyasla daha yüksektir. Isı dıģtan verildiği için yanmanın oluģturacağı kirlenmeden motor parçaları etkilenmemektedir. Ġçten yanmalı motorlarda olduğu gibi yanmadan kaynaklanan ani basınç yükselmeleri olmadığından hareketli motor parçaları zarar görmemektedir. Ġçten yanmalı motorlara göre yardımcı sistemlerin az oluģu imalat kolaylığı ve ekonomi sağlar.

• Biyel muylusu B noktasından C noktasına giderken, yer değiģtirme pistonunun bulunduğu yerden AÖN’ ya varıp tekrar bulunduğu yere gelecektir.
• Ġekil 3.13 deki 4 numaralı pozisyonda yaylandırma bölgesindeki basınç düģük, çalıģma hacmi tarafındaki basınç yüksektir.
• Alaphilippe ve arkadaģları, açık sistem Ericsson motoru ve bir parabolik kollektör çiftinden oluģan bir sistemi modellemiģlerdir.

Bu sistemde 48 adet parabolik oluklu kollektör kullanılmıģtır [12]. 500 kw kapasiteye sahip bir enerji dönüģüm sistemi Uluslararası Enerji Ajansı tarafından Ġspanya nın Tabernas çölünde kurulmuģ ve 1981 ile 1986 yılları arasında çalıģmıģtır. SEGS sistemi yaklaģık 2 milyon m 2 kollektör yüzey alanına sahiptir. Sistemin yıllık enerji dönüģüm verimi %14-%18 arasında iken, maksimum verimi %22 civarında elde edilmiģtir [17]. Nevada Solar1 parabolik oluklu güneģ enerji sistemi, Amerika BirleĢik Devletleri Nevada da El Dorado vadisine kurulmuģtur. Sistem her biri 470 m 2 yansıtıcı yüzey alanına sahip 760 adet parabolik kollektörden oluģmaktadır. 64 MW elektrik üretim kapasitesine sahip bu sistemin yıllık üretim kapaPinUp türkiye 130 GWh tir [33]. Andasol projeleri, Solar Milennium ve ACS Cobra tarafından geliģtirilen Avrupa nın ilk büyük ölçekli parabolik oluklu güneģ enerji sistemidir.

Soğuk hacim güç pistonu ile yer değiģtirme pistonu arasında, sıcak hacim ise yer değiģtirme pistonunun üst tarafında bulunmaktadır. Sıcak hacmin güç pistonu ile yer değiģtirme pistonu arasında, soğuk hacmin yer değiģtirme pistonunun üst tarafında bulunduğu motor tipleri de görülmektedir. Burada motorun çalıģması açıklanırken birinci hal göz önünde bulundurulacaktır. Fiat-Lux programı ile elde edilen veriler ölçümler sonucunda elde edilen sonuçlarla uyumlu bulunmuģtur [56]. Caldes ve arkadaģları Ġspanya da mevcut 50 MW ve 17 MW kapasiteli güneģ enerji sistemlerinin ve 2010 yılına kadar 500 MW kapasiteye ulaģması beklenen güneģ enerji sistemlerinin, sosyo-ekonomik etkilerini incelemiģlerdir [57]. Wei ve arkadaģları güneģ enerji kule sisteminde heliostatların yerleģim alanının tasarımı için yeni bir metot geliģtirmiģlerdir. Bu yeni metotta, heliostat sınırını alıcının geometrik açıklığı ve verim faktörüne bağlı olarak belirlenmiģtir. Heliostat yerleģim alan dizaynı için yeni bir kod geliģtirilmiģtir.

Bu basınç farkının etkisi ile yer değiģtirme pistonu aģağıya doğru itilir ve soğuk hacimdeki çalıģma maddesinin sıcak hacme aktarılması sağlanır [84, 111]. Serbest pistonlu Stirling motorları lineer bir alternatörle elektrik üretimi, ısı pompası veya soğutma makinesi olarak kullanılabilmektedir [111]. Serbest pistonlu Stirling motorları basit mekanik tasarım, düģük aģıntı, yüksek enerji dönüģüm verimi, kolay ilk hareket, yüksek performans, uzun ömür ve düģük maliyet gibi avantajlara sahiptir [108, 109]. ÇıkıĢ gücünün dairesel olarak alınamaması pompa ve kompresör gibi sistemlerde kullanımında bir dezavantaj olarak ortaya çıkmaktadır [108]. 60 40 Beta tipi Stirling motorları Tek etkili beta (β) tipi motorlarda çevrim aynı silPinUpbet güncel adres!5@PinUpbethttps://PinUpcasino-tr.com/;PinUpbet içerisinde çalıģan bir güç ve bir yer değiģtirme pistonu tarafından gerçekleģtirilmektedir. Krank biyel mekanizması ile hareket iletimi sağlayan beta tipi Stirling motorları rejeneratör yer değiģtirme pistonlu (Stirling) ve dıģtan rejeneratörlü (Rankine-Napier) olmak üzere iki grupta sınıflandırılmaktadır. Rejeneratör yer değiģtirme pistonlu Stirling motoru 1816 yılında Robert Stirling tarafından ilk olarak uygulanmıģtır. Rankine-Napier tipi olarak bilinen dıģtan rejeneratörlü stirling motorlarında ayrı bir rejeneratör kullanıldığı için ölü hacim artmıģtır [83]. Ġekil 3.8 de krank-biyel hareket mekanizmalı beta (β) tipi Stirling motorları görülmektedir. Krank-biyel mekanizmalı beta (β) tipi Stirling motorları [103] ġekil 3.9 da tek etkili beta (β) tipi Stirling motorunun Ģematik resmi görülmektedir. Beta tipi Stirling motorlarında yer değiģtirme pistonun kuyruğu güç pistonunun ortasından geçmektedir.

Buna ilaveten, ısı transfer alanının ve soğuk-sıcak kaynak arasındaki sıcaklık farkının artması aynı sonucu ortaya çıkarmaktadır. 95 Rhombic hareket mekanizmalı Stirling motorunun kinematik iliģkileri Manivela hareket mekanizmalı beta tipi bir Stirling motoru ile karģılaģtırma yapmak amacı ile Rhombic hareket mekanizması kullanılmıģtır. Ġekil 4.4 de Rhombic hareket mekanizmalı Stirling motorunun kinematik iliģkileri görülmektedir. Rhombic biyel muylusu ile krank ekseni arasındaki mesafe, (4.14) olarak ifade edilir. BeĢ bölgeli model üzerinden Stirling motorunun izotermal analizi [111] Martini tarafından yapılan Ġzotermal analizde aģağıdaki kabuller yapılmıģtır. SıkıĢtırma ve geniģleme bölgesinde hacim değiģimi esnasında çalıģma maddesinin sıcaklığı üniformdur. AkıĢkanın rejeneratörden geçiģi esnasında oluģan viskoz kayıplar göz ardı edilir ve rejeneratörün sıcaklığı zamanla değiģmez. SıkıĢtırma bölgesinde T c ve geniģleme bölgesinde T h sıcaklıkları mevcut olup rejeneratördeki sıcaklık değiģimi lineer kabul edilir. AkıĢ sürtünmesizdir, geçiģ sırasında akıģkanın serbest ivmelenmesine yol açan basınç değiģimi yoktur. SıkıĢtırma ve geniģleme hacimleri krank açısının fonksiyonu olarak açıklanabilir. Bu yüzden nükleer enerji aynı zamanda bir bağımlılık olarak kabul edilebilir [2] li yıllarda yaģanan petrol krizi, geliģmiģ ülkeleri yenilenebilir enerji kaynaklarına yöneltmiģtir. Yenilenebilir enerji teknolojisi sürekli ve temiz enerjiye ulaģmayı sağlamaktadır.

Dünyanın her yerinde yenilenebilir enerji kaynaklarının bir ya da birkaç çeģidine rastlamak mümkündür. Bu kaynakların en büyük avantajlarından birisi de ekolojik dengeye zarar vermemesidir [2]. GüneĢ, rüzgar, jeotermal, biokütle, katı atık ve gelgit enerjileri yenilenebilir enerji kaynaklarını oluģturmaktadır. Bu enerji kaynakları arasında güneģ enerjisi en önemli potansiyele sahiptir [3]. Yeryüzünden yaklaģık olarak milyon km uzaklıktaki güneģin içerisinde sürekli olarak hidrojenin helyuma dönüģtüğü füzyon reaksiyonları gerçekleģmekte ve oluģan kütle farkı ısı enerjisine dönüģerek uzaya yayılmaktadır. Yeryüzüne ulaģan güneģ ıģınımı değeri yaklaģık 1000 W/m 2 olarak kabul edilmektedir [4]. Türkiye 36 ve 42 enlemleri arasında kuzey yarımkürede yer aldığı için güneģ enerji potansiyeli oldukça yüksektir [5]. Türkiye nin yıllık güneģ enerji potansiyeli 1,3 milyar ton petrole eģittir [6].

ĠĢlemin neticesinde güç pistonunun tepesi ile yer değiģtirme pistonunun eteği arasında birbirine temas etmeyecek kadar küçük bir boģluk kalacaktır. Yer değiģtirme pistonu muylusu D noktasına geldiğinde yer değiģtirme pistonunun eteği ve güç pistonunun tepesi 4 noktasında olacaktır. Güç pistonu ve yer değiģtirme pistonunun bu pozisyonunda çalıģma maddesinin hemenhemen tamamı sıcak hacimde sıkıģtırılmıģ, yüksek basınç ve sıcaklıkta iģ yapmaya hazır bulunmaktadır [84, 104]. Yer değiģtirme pistonu muylusu D noktasından A noktasına giderken yer değiģtirme pistonu AÖN civarında sabit kalacak, güç pistonu kendi kursunun yarısından fazla AÖN’ya doğru hareket ederek iģ zamanının gerçekleģtirecektir. Parabolik ayna/ısı-motoru sistemi [60] 1978 yılında kırsal alanlarda uygulanmak üzere 1 ve 1,9 kw gücünde güneģ enerjili motorlar geliģtirilmiģtir [61]. 1 ve 1,9 kw gücündeki motorlardan sırası ile %5,5 ve %5,7 termal verim elde edilmiģtir [61] yılında Fujita ve arkadaģları, üç farklı ayna/ısı-motoru güneģ enerji sisteminin performanslarını karģılaģtırmıģtır. Sistemlerde bir Stirling motoru, bir Brayton çevrimi ile çalıģan gaz türbini ve bir Brayton/Rankin birleģik çevrimi ile çalıģan gaz türbini test edilmiģtir. Stirling motorunun verimi 950 ºC nin altındaki sıcaklıklarda diğer motorlara göre daha yüksek değerdedir.

Kol muylusu A’ ya ulaģtığında sıcak silindirin hacmi sıfır olmakta, soğuk silindirin hacmi de yarıya düģmektedir. ÇalıĢma maddesinin hemen hemen tamamı soğuk silindir içerisinde sıkıģtırıldığından, soğuk silindirin cidarlarına ısı vererek sabit sıcaklıkta durum değiģimi sağlanmaktadır. Kol muylusu A noktasına vardığında çevrim tamamlanmıģ olmaktadır [84, 87]. Yer değiģtirme pistonu biyelinin silindir ekseni ile yaptığı açı, (4.8) olarak ifade edilebilir. Krank kol muylusu ile manivelanın dönme merkezi arasındaki değiģken mesafe, (4.9) Ģeklinde ifade edilebilir. Güç ve yer değiģtirme pistonlarının konumlarını tanımlamada sırası ile krank merkezi ve manivela merkezi orijin kabul edilebilir. 99 79 Mekanizmanın ġekil 4.3 de görülen pozisyonu baģlangıç kabul edilmektedir. Krank açısı cinsinden 2 radyan olan çevrim süresi 360 parçaya ayrılmıģ ve her bir aralık için basınç, hacim, iģ ve iç enerjinin diferansiyeli hesaplanmıģtır. Ġzotermal analizde soğuk hacim 1, sıcak hacim 1 ve rejeneratör hacmi ise 25 hücreye ayrılmıģtır. BaĢlangıç pozisyonu için soğuk hacim yüksekliği EĢ ve EĢ yardımıyla, ve sıcak hacim yüksekliği olarak hesaplanır.