Daha önceki yazılarımızda enerjinin yok edilemeyeceğini ancak form değiştirebileceğini ifade etmiştik. Enerji kainatın tarihi kadar eskidir, bazı teorilere göre, kainat yokken de potansiyel olarak enerji vardı. Dolayısıyla enerjinin tarihi insanlık tarihinden çok daha eskiye dayanıyor. Evrenin başlangıcından beri enerji çeşitli formlarda potansiyel varlığını devam ettirmiştir. Halen yaşamı yaşanır kılan şey de enerji ve onun dönüşümüdür. Bizler modern bir nesil olarak enerjinin formlarını değiştirerek yaşam konforumuzu arttırıyoruz. Mesela 1700’lü yıllarda buharlı makineler icat ettik en büyük ve güvenli toplu taşıma aracı olan trenleri icat ettik. İcatların önü arkası kesilmeden devam ediyor. Bu makalemizde, enerjinin formunun değiştirilerek ne tür faydalar elde edildiğinin kanıtı olan, buhar makinelerinin nasıl çalıştığı konusuna kısaca değiniyoruz.
Buhar Makineleri Nedir Buhar Çevrimi
Enerji sistemleri denildiğinde bu dalın göz bebeği şüphesiz buhar makineleridir. Günümüzde elektrik enerjisi elde etmek için termik santraller kullanıyoruz. Bu termik santraller kömürün un ufak edilerek ve yanma yüzey alanının genişletilerek daha kaliteli yanması sağlandıktan sonra bu enerji ile su ısıtıp suyun buharından türbinleri çevirecek bir mekanik enerji elde ediyoruz. Türbinlerin dönüşü demek jeneratörün elektrik üretmesi anlamına geliyor fakat bu buhar gücü günümüzde Çok fazla kullanılmamaya başlanıyor. Çünkü kömürün yanması küresel ısınmaya doğanın kirlenmesine yakın çevrelerde atmosferdeki azot oksijen dengesinin bozulmasına ve karbondioksit monoksit azot oksit gibi zararlı gazların fazlalaşmasına yol açıyor.
Buhar gücü her zaman Kullanılabilir
Kömür gibi fosil yakıt türevlerinden yakınmak buharın muazzam gücünden vazgeçmek anlamına gelmiyor. Çünkü Nükleer santrallerde de yine buharın türbinleri döndürme gücünden istifade ediliyor. Her şeyi kuralına göre yapılırsa Nükleer santraller elektrik elde etmenin en iyi yolu olabilir. Denizaltılarda aylarca su altında kalmak güvenliğin sağlanması için hayati önem taşıyor. Uranyum ile çok yüksek ısı enerjisi elde edilerek bu ısı enerjisi suyu buharlaştırmakta, buharlaşan suyun gücü türbinleri döndürmekte böylece denizaltının ihtiyaç duyacağı elektrik enerjisi, eski sistemlerdeki gibi dizel elektrik motorlarından elde edilmeyip, nükleer enerjiden elde edilmektedir.
Buhar Çevrimi Nasıl Çalışıyor?
Buhar çevrimi basitçe 5 elemandan oluşuyor, kondanser pompa kazan türbin ve elektrik motorundan yani dinamoda meydana geliyor. Kazandan çıkan yüksek basınçlı ve yüksek sıcaklıktaki buhar türbin kanatlarında döndürdükten sonra kapalı sistemde kondensere geliyor ve kondenser elemanında soğuyup sıvı hale geliyor. Ardından pompa ile tekrar kazana gönderiliyor. kazandan yüksek sıcaklıktaki buhar olarak tekrar türbine basınçlandırılıyor. Böylece bu Çevrim sürekli çalışarak elektrik üretilmesine yol açıyor.
Suyun Termodinamik Özellikleri
Suyun sıcaklığını 170 dereceye getirdiğimizde termodinamik tablodan da görüleceği gibi basıncı 0.79 Megapascal olmaktadır. Suyun sıcaklığını 180 dereceye getirdiğimizde basıncı 1.002 megapascal seviyeye çıkmaktadır. Suyun sıcaklığını 370 dereceye getirdiğimizde basınç 21.03 Megapascal seviyeye çıkmaktadır. Sıcaklıkla suyun fiziksel özellikleri değişmektedir, termodinamik buhar tablosuna bakıldığında bu tabloda hacim, enerji, entalpi, entropi değerleri net olarak görülebilmektedir. Suyun sıcaklığı ile oynayarak, çeşitli basınç değerlerine ulaşmak mümkündür. Buhar makinelerini kullanırken, çıktısı su buharı olduğu için, su tercih edilmektedir. Bu tür makinelerde, çıktı olarak buhar soğumakta ve yoğuşturularak tekrar çevrime katılmaktadır. Bu buharın basıncını anlamak için şu ölçüye dikkat edelim. Bir bar = 0.1 Megapascaldır. Buna göre 1 mega pascal 10 bardır. Suyun şehirde 70. Kata çıkabilmesi şehir suyunun basıncının 3-5 bar olması ile mümkün oluyor. Yaklaşık olarak bu da 0.5 Mega pascala denk geliyor. Suyu 370 dereceye ısıttığınızda karşınıza 21 mega pascal değerinde bir basınç çıkıyor. Yani bu buhar, şehir şebeke su basıncının 42 katı kadar şiddetli buhar demek oluyor. Sonuçta suyu ısıtarak, ısı enerjisini, buhar yolu ile mekanik enerjiye, türbinlerin dönüşünü de dinamoya aktararak, mekanik enerjiyi de elektrik enerjisine çevirmiş oluyoruz.