MAKİNA MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ II Termodinamik ve Isı Tekniği Anabilim Dalı

1. MAKİNA MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ II Termodinamik ve Isı Tekniği Anabilim Dalı

2. TERMODİNAMİK Enerjinin bilimidir. Enerji nedir

3. Enerji “Değişikliklere yol açan etken” olarak tanımlanabilir.

4. Termodinamik ve Uygulama Alanları • Tüm mühendislik uygulamaları madde ile enerji arasında bir etkileşim içerir. • Dolayısıyla Termodinamiği ilgilendirmeyen bir çalışma alanı düşünmek zordur.

5. Termodinamiğin Uygulama Alanları • İnsan vücudu • Güç Santralleri • İklimlendirme Sistemleri • Soğutma Sistemleri • Otomobil Motorları • Uçaklar

6. Termodinamiğin Sıfırıncı Yasası İki ayrı cismin bir üçüncü cisimle ısıl dengede olması durumunda, kendi aralarında da ısıl dengede olacaklarını belirtir. Masada bırakılan bir çayın zamanla soğuduğu, bir şişe soğuk gazozun ise zamanla ısınması gibi…..

7. Termodinamiğin Birinci Yasası • Enerjinin Korunumu Yasasıdır. • Enerjinin değişik biçimleri arasındaki ilişkileri ve genel olarak enerji etkileşimlerini incelemek için sağlam bir temel oluşturur. Q, sistem sınırlarından net ısı geçişini; W, değişik biçimleri kapsayan net işi; E,sistemdeki toplam enerji değişimini ifade eder.

8. Termodinamiğin İkinci Yasası İkinci yasa enerjinin niceliği (miktarı) yanında niteliğini de ön plana çıkarır. • Masada bırakılan bir fincan sıcak kahvenin kısa sürede soğuduğu bilinir. Fincan içindeki kahvenin hal değişimi Termodinamiğin Birinci Yasasına uymaktadır, çünkü kahvenin kaybettiği enerji çevre havanın kazandığı enerjiye eşittir. Tersi durumda, soğuyan kahve ortam havasından alacağı enerji ile ısınabilir mi? Bu mümkün değil……..

9. TERMODİNAMİK Isıl enerjinin işe dönüşmesi ısı makineleri aracılığıyla gerçekleşir: 1. Yüksek sıcaklıktaki bir ısıl enerji deposundan ısıl enerji alırlar. Güneş enerjisi, kazan, nükleer reaktör örnek olarak verilebilir. 2. Alınan ısıl enerjinin bir bölümünü genellikle döner mil işine dönüştürürler. 3. Alınan ısıl enerjinin geri kalan bölümünü akarsu, çevre hava gibi düşük sıcaklıktaki bir ısıl enerji deposuna verirler. 4. Isı makinelerinde gerçekleşen hal değişimleri bir çevrim oluşturur.

10. Yüksek sıcaklıkta ısıl enerji deposu Qgiren ISI MAKİNESİ Wnet Qçıkan Düşük sıcaklıktaki ısıl enerji deposu Isı makinesi ile ısının işe dönüştürülmesi TERMODİNAMİK

12. TERMODİNAMİK Isıl verim: şeklinde ifade edilir.

13. QH ÇEVRE ORTAM 800 kPa 60 C 800 kPa 30 C YOĞUŞTURUCU 120 kPa -25 C Wnet,giren KISILMA VANASI KOMPRESÖR 120 kPa -20 C BUHARLAŞTIRICI QL SOĞUTULAN ORTAM Bir soğutma sisteminin ana bileşenleri SOĞUTMA MAKİNESİ

14. Buzdolabının çalışma prensibi

15. Bir soğutma makinesinin verimi “Etkinlik Katsayısı” ile ifade edilir ve COPSM ile gösterilir. COPSM= Wnet,giren = QH - QL

16. ISI TRANSFERİ Sıcaklık ve ısı birbirlerine karıştırılmamalıdır. İkisi farklı şeylerdir. • Isı, belirli sıcaklıktaki bir sistemin sınırlarından, daha düşük sıcaklıktaki bir sisteme, sıcaklık farkı nedeniyle transfer edilen enerjidir. En çok kullanılan ısı ölçü birimi Joule (Nm) dur. • Sıcaklık, bir cismin sıcaklığının ya da soğukluğunun bir ölçüsüdür. Sıcaklık termometre ile ölçülür .

17. ISI TRANSFERİ ISI GEÇİŞİ ÜÇ YOLLA GERÇEKLEŞİR: • İLETİM (CONDUCTION) • TAŞINIM (CONVECTION) • IŞINIM (RADIATION

18. ISI TRANSFERİ İLETİM, bir maddenin enerjisi daha fazla olan moleküllerinden yakındaki diğer moleküllere, moleküller arasındaki etkileşim sonucundaki enerji geçişidir. İletim katı, sıvı veya gaz ortamlarda gerçekleşebilir. Isı sıcak ortamdan soğuk ortama doğru olur. Qiletim = Sıcaklık gradyanı ısı iletim katsayısı FOURİER ISI İLETİM YASASI ısı geçişine dik alan

19. ISI TRANSFERİ TAŞINIM, katı bir yüzeyle onun temas ettiği akışkan bir ortam arasında gerçekleşen ısı geçişidir. İletimin ve akışkan hareketinin ortak sonucu olarak gerçekleşir. Qtaşınım=hA(Ts-Tf) NEWTON’un SOĞUTMA YASASI Akışkanın yüzeyden uzak sıcaklığı Yüzey sıcaklığı Isı taşınım katsayısı Isı geçişinin olduğu yüzey alan

20. Qışınım= Çevre sıcaklığı Yüzeyin yayma oranı Yüzey sıcaklığı Yüzey alanı Sabit ISI TRANSFERİ IŞINIM, maddenin atom veya moleküllerinin elektron düzeninde olan değişmeler sonucunda yayılan elektromanyetik dalgalar aracılığıyla gerçekleşen enerji aktarımıdır. İletim ve taşınımdan farklı olarak, ışınımla ısı geçişi cisimler arasında boşluk olması durumunda da vardır.

21. Güneş enerjisinin yeryüzüne erişimi ışınıma güzel bir örnektir.

22. İNSAN VÜCUDU • Isı, hücrelerdeki enerji kazanımı sırasında yan ürün olarak açığa çıkar. • Bu ısı bedene kan dolaşımı yoluyla eşit olarak dağıtılır.

23. İNSAN VÜCUDU • Etrafa temas ile vücuttan ısı kaybedilmesine kondüksiyon, ısınan havanın vücut yüzeyinden uzaklaştırılmasına da konveksiyon denir. Örneğin yazın serinlemek için kullandığımız vantilatör konveksiyon ile ısı kaybını sağlar. • Çevre sıcaklığı düşük olduğu zaman, vücut sıcaklığı radyasyon (ışıma) ile kaybedilir. Ancak çevre daha sıcaksa aynı mekanizma sıcaklığı kazandırır. • Terleme ise, deri ve solunum yollarından doğrudan buharlaşma ile ısı kaybıdır.

24. İNSAN VÜCUDU • Soğukta damarlarımız daralarak deriye ısının taşınması ile ısı kaybı engellenir. • Tüylerin hareketiyle deri yüzeyinde ısı izolasyonu meydana gelir. • Titreme vücut sıcaklığı düştüğünde bir refleks olarak başlayan bir mekanizmadır. Titreme ve yerimizde koşma gibi bilinçli kas hareketleri sonucunda üretilen ısı vücut sıcaklığını arttırır.

25. İNSAN VÜCUDU / Otomatik Kontrol • Vücut sıcaklığımızın sabitliği, son derece hassas bir mekanizma ile kontrol edilir. İçinde bulunduğunuz ortamda ısı kaç derece olursa olsun vücut ısınızın hep 36.5- 37.5 ºC arasında sabit tutulması gereklidir. Vücut ısısının ani bir şekilde düşmesi veya yükselmesi ölümle sonuçlanır. Sağlıklı bir insanın vücut ısısı, vücudundaki sistemler sayesinde bir gün içinde en fazla 0.5 º fark eder. • Vücut sıcaklığını ayarlayan merkez, beynimizde bulunan hipotalamus bezidir. Hipotalamustaki bu merkez adeta bir termostat gibi çalışır ve normal koşullar altında 36.7ºC 'ye ayarlanmıştır.

26. ENERJİ

27. Enerji Tüketiminde 1 Türk 4 Japona Bedel

28. Türkiye, enerjiyi: OECD ülkeleri ortalamasına göre 2 kat, Japonya'ya göre de 4 kat daha verimsiz tüketiyor. Oysa Türkiye, 2020 yılındaki birincil enerji talebini en az yüzde 15 azaltabilecek potansiyele sahip ve bu potansiyel, 2005 yılı fiyatlarıyla yılda yaklaşık 16,5 milyar YTL tasarruf anlamına geliyor.

29. Enerjinin fazla kullanılması sonucunda; • DOĞAL KAYNAKLAR HIZLA TÜKENİYOR • ÇEVRE KİRLENİYOR • ENERJİ İÇİN YÜKSEK MİKTARDA PARA ÖDÜYORUZ

30. Kızılderili Şef Seattle demiş ki:

31. ENERJİ TASARRUFU NEDİR ? • Enerji tasarrufu, üretimde, konforumuzda ve iş gücümüzde herhangi bir azalma olmadan enerjiyi verimli kullanmak, israf etmemektir. • Aynı işi daha az enerji kullanarak yapmaktır.

32. NEDEN ENERJİ TASARRUFU ? Türkiye’nin enerji tüketimi hızla artmaktadır. Bu da doğal kaynakların bilinçsizce ve büyük bir hızla tüketilmeye başlamasına neden olmuştur. Bu bilinçsizce tüketim, enerji kaynaklarının verimli kullanımını gündeme getirdiği gibi, tüketim sonucunda oluşan her türlü katı sıvı ve gaz atıkların da arıtılmadan doğaya atılmasının meydana getirdiği önemli çevre kirliliğinin önlenmesi arayışını da beraberinde getirmiştir. 

33. NEDEN ENERJİ TASARRUFU ? • Üretilen enerjinin yaklaşık üçte biri sanayide tüketilmektedir. • Bu enerjinin önemli bir miktarı, ileri teknoloji ürünlerinin kullanıldığı enerji tasarruf önlemleriyle geri kazanılabilir. • Enerji tasarrufu sayesinde hem ülkemiz enerji darboğazından kurtulacak, hem de sanayici aynı ürünü daha düşük bir maliyetle elde ederek rekabet gücünü arttırmış olacaktır.

34. Enerji tasarrufu, enerji arzının azaltılması veya kısıtlanması şeklinde düşünülmemelidir. Enerji tasarrufu, kullanılan enerji miktarının değil, ürün başına tüketilen enerjinin azaltılmasıdır. Enerji maliyetlerini düşüren üretici, aynı miktardaki mal veya hizmetleri daha az enerji veya aynı miktar enerji ile daha çok mal ve hizmet üreterek, ulusal ve uluslararası alanda rekabet gücünü arttıracaktır.

35. Hızla artan nüfusun ve gelişen sanayinin enerji gereksinimleri kısıtlı kaynaklarla karşılanamamakta, enerji üretimi ve tüketimi arasındaki açık giderek artmaktadır. Küresel enerji tüketiminin, 2035 yılına gelindiğinde 1998 yılında tüketilen enerji miktarının iki katı, 2055 yılında ise üç katı olacağı tahmin edilmektedir. Öte yandan, petrol, doğalgaz, kömür gibi "yenilenemeyen", geleneksel enerji kaynakları çevreyi ve insan sağlığını giderek daha fazla tehdit eder hale gelmiştir.

36. BİRİNCİL ENERJİ ÜRETİMİNİN KAYNAKLARA GÖRE DAĞILIMI (2008) Birincil enerji üretimimiz 2008 yılında 27.4MTEP olarak gerçekleşmiştir

37. BİRİNCİL ENERJİ TÜKETİMİNİN KAYNAKLARA GÖRE DAĞILIMI (2008) Birincil enerji tüketimimiz 2008 yılında 107.6 MTEP olarak gerçekleşmiştir

38. ARZ TALEP GELİŞİMİ

39. İTHAL ENERJİNİN KAYNAKLARA GÖRE DAĞILIMI (2008)

40. Üretim Maliyetleri İçinde Enerji Payları Sektör %Pay • Soğutma %70 • Çimento %55 • Aluminyum %30 • Demir&Çelik %30 • Cam %30 • Kağıt %25 • Seramik %20 • Metalurji %15 • Tekstil %13 • Gıda %10 • Petrol Rafinaj %7,5

41. Sektörel Tasarruf Potansiyelleri Ana Sektörler % Tasarruf • Metal Sanayii % 20-45 • Kimya % 25-40 • Petrol % 30-45 • Çimento & Seramik % 10-50 • Gıda & Ambalaj % 25-45 • Cam % 30-40 • Tekstil % 25-35

42. ÇEVRESEL ETKİLER Kömür veya petrol gibi fosil yakıtların yanması sonucu, daima CO2 oluşur. Yapılan ölçümler milyonlarca yıldır 180-280 ppm arasında değişen CO2 seviyesinin günümüzde 360 ppm seviyesine çıktığını göstermektedir. Karbondioksit diğer sera gazlarına göre %55'lik bir oranla, doğal sıcaklık dengelerinin bozulmasında en büyük etkiyi yaparak Küresel Isınmaya neden olmaktadır.

43. KÜRESEL ISINMA Küresel Isınmanın oluşumunda Sera Etkisi'nin rolü büyüktür. "Sera Etkisi"ni, güneşten gelen kısa-dalga ışınlarının geçmesine izin veren gaz tabakasının, dünya üzerinden yansıyan uzun-dalga ışınlarının büyük bir kısmını tutması sonucu meydana gelen atmosferik dengesizlik olarak açıklayabiliriz.

44. Atmosfere atılan diğer sera gazları ise CO, SO2, NOx gibi zehirli gazlar ve radyoaktif maddelerdir. Termik santrallerde, sanayide ve binalarda yakıt olarak kömür kullanıldığında, bu kirlilik etmenlerinin yanı sıra kül de açığa çıkar. Kül civa, kurşun, arsenik ve kadmiyum içermesi nedeniyle yüksek oranda kirletici etkiye sahiptir.

45. Fosil yakıtların bu şekilde kullanılmaya devam edilmesi durumunda, • aşırı kuraklık, • deniz seviyesinde yükselme sonucu su baskınları, • fırtınalar • ultraviyolenin artması gibi küresel değişmeler sonucu, doğanın ekolojik dengesinin bozulması kaçınılmazdır.

46. “Enerji Üretimi Ve Tüketimi, İnsanoğlunun Diğer Faaliyetlerine Göre Çevreye Çok Daha Fazla Zararlıdır” (Çevre Kalite Konseyi, 1992)

47. Ekonomik üretim ana unsuru olan ve hayat kalitemizi iyileştiren enerjinin kullanımından vazgeçemeyeceğimize göre ENERJİYİ VERİMLİ KULLANALIM

48. Neden, Enerjiyi Verimli Kullanmalıyız? • Verimli Kullanılan Enerji, En Ucuz ve En Temiz Enerji Kaynağıdır. • Enerji Yoğunluğunu Düşürür. • Şirketlerin Rekabet Gücünü Arttırır. • Sosyal Bir Sorumluluktur. • Küresel Isınmayı ve Etkilerini Azaltır.

49. TÜRKİYE’DE TASARRUF POTANSİYELİ • Türkiye’nin enerji yoğunluğu, OECD ülkeleri ortalamasının iki katıdır. Yani bir dolarlık mal veya hizmet üretmek için Türkiye’de OECD ülkelerinde kullanılan enerji miktarının iki katı enerji kullanılmaktadır. • Türkiye’ninenerji tasarruf potansiyelinin %30 olduğu ifade edilmektedir. • En büyük enerji kaynağı tasarruftur. Üstelik Bu kaynak yerli, daimi ve çevre dostudur.

50. Türkiye'de binalarda birim alanı veya hacmi ısıtmak için harcanan enerjinin Avrupa ülkelerine göre 2-3 kat daha fazla olması, Türkiye’nin enerji tasarrufu açısından bir fırsatlar ülkesi olduğunu göstermektedir.