Buhar Enerjisi Nedir? Ne İşe Yarar? Buhar Makineleri, Buharlı Lokomotif Nasıl Çalışır?

0
Advertisement

Buhar ve buharlaşma nedir? Buhar enerjisinden nasıl yararlanılır? Buhar Makineleri nasıl çalışır, çalışma prensibi nedir?

Buhar Enerjisi

Buhar, sıvıların ve bazı katı maddelerin ısı etkisiyle şekil değiştirerek geçtikleri gaz haline denir. İçinde su kaynayan bir çaydanlığın ağzından çıkan sıcak dumanlar kaynamakta olan suyun buharıdır. Bir sıvının gaz haline geçmesi olayına da «buharlaşma» adı verilir.

kaynama

Kaynak: pixabay.com

Buharlaşma her sıcaklıkta olur ya sıvı bitinceye veya sıvının üzerindeki hava buhara doyuncaya kadar sürer. Buharlaşan bir sıvı bulunduğu yerde bir serinlik veya soğukluk meydana getirir. Elimize kolonya sürdüğümüz, bunun çabuk buharlaşmasını sağlamak için de üflediğimiz zaman elimizin serinlediğini hissederiz. Bunun gibi yazın sıcak havalarda serinlemek için etrafa su serperiz. Başka bir örnek de terleyen testilerin suyu daha serin tutmasıdır.

Açık Havada Buharlaşma

Açık havada buharlaşmanın çabuk ve çok olması, sıvının yüzeyiyle, sıcaklıkla, havanın nemli olup olmaması ile, hava akımları ve rüzgarlarla, dış basınçla ilgilidir. Geniş bir kab içinde bulunan su, daha fazla havayla temas ettiği için, ağzı dar bir kab içinde bulunan aynı miktardaki sudan daha çabuk buharlaşır. Bundan dolayı, buharlaşmayı çabuklaştırmak İçin tuzlalarda suyu mümkün olduğu kadar geniş bir yere yayarak yüzeyini genişletip derinliğini azaltırlar. Bunun gibi, sıvılar sıcakta daha çabuk, buharlaşırlar. 50° ısıdaki bir sıvının buharlaşması 20° deki aynı cins başka bir sıvıdan beş, altı kere daha çabuk olur. Öte yandan, nemli hava buhara doymuş olabileceği için buharlaşma yavaş olur. Bundan dolayı, kışın çamaşırlar daha geç kurur. Rüzgarın ve hava akımlarının etkisiyle sıvıya temas eden hava çabuk değişir, böylece buharlaşma da çabuklaşır.

Buhar, içinde bulunduğu kabın kenarına bir basınç yapar. Buharın ısısı arttıkça basınç da o nispette fazlalaşır. Bu basınç, buhar makinelerini çalıştıran pistonun ileri-geri hareket etmesini sağlar.

Advertisement
Doymuş Buhar Nedir

Bir sıvı buharlaşırken yüzeyinde bulunan moleküller kurtularak gaz haline geçerler, daha yukarıdaki havayla dolu bulunan kısmı doldurmaya başlarlar. Fakat buharlaşan moleküller de devamlı olarak hareket halindedirler. Bunlardan sıvıya, çarpanları yeniden sıvı haline geçer. Bîr zaman sonra öyle bir durum meydana gelir ki kaç tane sıvı molekülü buhar molekülü haline geçmişse, o kadar sayıda da buhar molekülü sıvıya çarparak sıvı molekülü haline geçmiş olur.

İşte böyle bir denge kuran buhara «doymuş buhar» denir. Pek nemli havalarda atmosfer gibi sınırsız bir hacim bile buhara hemen hemen doymuş olabilir. O zaman kolay kolay terleyemeyiz, iîr sıkıntı hissederiz, «Havada bir sıkıntı var» deriz.

Doğada Buharlaşma

Doğada devamlı olarak meydana gelen buharlaşmanın canlılar üzerinde de büyük önemi vardır. Ateş üzerinde kaynayan bir çaydanlığı ele alalım. Çaydanlığın içindeki su sıcaklığın etkisiyle yavaş yavaş buharlaşmaya başlar. Isı arttıkça buharlaşma da o nispette çoğalır. Çaydanlığın ağzından çıkan su buharları havaya karışır. Çaydanlığın ağzına bir kağıt tutarsak, kağıdın kısa bir zaman sonra ıslandığını görürüz. Kağıt yerine bir cam tutarsak camın üstünün su damlacıkları ile kaplandığı, bu habbeciklerin de birleşerek su damlacığı meydana getirdiği görülür. Bundan da anlaşılır ki su buharını bir kabın içinde toplayıp soğutursak yeniden su elde ederiz.

Çaydanlığın ağzından çıkan su buharları havaya karışınca ne olur? Havaya karışan su buharları havanın.o andaki rutubet derecesini artırırlar. Böylece, çok miktarda su buharı birike birike bulutların meydana gelmesine sebep olur.

Advertisement

Doğada hiçbir şeyin kaybolmadığını, sadece şekil değiştirdiğini biliyoruz. Bulut haline geçen su buharı da bir müddet sonra yukarıda yağmur haline gelir. Neticede çaydanlığımızda buhar haline geçen su, bir müddet sonra yeniden yağmur halinde toprağa düşmüş otur. Göllerin, ırmakların, uçsuz bucaksız denizlerle okyanusların yüzeyinde buharlaşmanın ne kadar çok miktarda olduğunu, bunun yaz sıcağında ne kadar fazlalaştığını tahmin etmek pek zor olmasa gerek.

BUHAR MAKİNELERİ

Buhar Motoru

Kaynak: pixabay.com

Su buharı basıncının mekanik enerjiye çevrilmesiyle işleyen makinelere «buhar makineleri» denir. Kömürle işleyen vapurların ve lokomotiflerin makineleri buhar makineleridir. Bu makineler buharın elde edildiği bir kazan ve içindeki suyu ısıtan ocak, buhar basıncının değerlendirildiği silindir, pistonun hareketini tekerleklere ileten bir sistemden meydana gelir.

Buhar Kazanı

Kazan makineyi işletecek olan buharın elde edildiği yerdir. Isıyı çabuk ileten bir madenden yapılmıştır. Şekil olarak yan yatırılmış bir silindiri andırırsa da alt tarafında, eğik duran, birbirine paralel birçok borular vardır. Bu borular, içindeki suyun daha çabuk ısınmasını sağlar. Ocaktan gelen sıcaklık içleri su dolu olan ve büyük bir ısınma yüzeyi bulunan boruların etrafında dolaşır. Bu çeşit buhar kazanlarında buharlaşma çok çabuk olur, bazı büyük buhar makinelerinde saatte 110 tona yakın buhar elde edilirdi.

Buharlı lokomotiflerde daha çok alev borulu kazanlar kullanılır. Bu gibi kazanlarda boruların içinden su dolaşacağı yerde, ocaktan çıkan alev ve sıcak gazlar dolaşır. Böylece, lokomotiflerde saatte 25 ton kadar buhar elde edilebilir. Buhar makinesi ile işleyen vapurlarda kazanlar su boruludur.

Advertisement

Ateşçi boyuna kazanın altındaki ocağı kömürle besler, suyun devamlı olarak buharlaşmasını sağlar. Kazandan çıkan buhar doymuş buhardır. Aynı zamanda, sıcaklık derecesi de yüksek olduğundan buharın basıncı da o nispette çok olur.

Buhar Kazanında Emniyet

Fazla buhar basıncından kazanın patlamaması veya suyun azalmasından kazanın akkor haline geçerek delinip erimemesi için kazanın üzerinde bazı emniyet aletleri ve göstergeleri bulunur. Bunlar seviye göstergesi, manometre, emniyet supaplarıdır:

Seviye göstergesi

Bileşik kaplar esasına dayanarak kazandaki suyun seviyesini gösterir. Üst ve alt kısımları kazana birer boruyla bağlı, kalın camdan bir borudur. Borudaki su seviyesi kazandakinin aynıdır. Kazandaki suyun azalması ne kadar tehlikeliyse, suyu azalan kazana da birden su ilave etmek o derece tehlikelidir. Çünkü birden bol miktarda buhar meydana gelmesi kazanı patlatabilir.

Manometre

Kazandaki buhar basıncının şiddetini gösterir. Ateşçi manometreye bakarak ateşi belli ısı derecesinde tutar. Böylece, ne su soğuyarak buhar azalmış, ne de haddinden fazla ısınarak meydana gelen fazla buharla herhangi bir tehlikeye meydan verilmiş olur.

Advertisement
Emniyet supapı

Kazandaki buhar belirli bir basıncı geçince kazanın patlamasına meydan vermeden, kendiliklerinden açılan ve içerideki basınç normale dönünceye kadar bir miktar buharı dışarıya salıveren düzene emniyet subapı denir. Bunlar aynen bir baskül mekanizmasına benzer. Yatay uzanan kolun ucuna ağırlıklar asılıdır. Bu ağırlıklar buharın normal basıncı devam ettikçe subapı kapalı tutarlar. Basınç artınca bu ağırlık yetmez, kol yukarı kalkar. Böylece, aralanan subap deliğinden de fazla buhar dışarı çıkmış olur. Lokomotiflerde bu işi kola asılı ağırlıklar yerine kuvvetli yaylar görür.

lokomotif

Kaynak: pixabay.com

Buharlı Lokomotifler Nasıl Çalışır?

Kazandan çıkan su buharı borularla silindire gelir. Silindir buhar basıncının enerjiye çevrildiği yerdir. İçinde silindir boyunca ileri geri hareket edebilecek bîr piston vardır. Buhar, pistonun önce bir yüzüne basınç yaparak onu iter, sonra da öteki yüzüne basınç yaparak eski haline getirir. Pistonun gidiş gelişleriyle harekete geçen bir mekanizma buharı pistonun önce bir yüzüne, sonra da öbür yüzüne gönderir. Orta boyda bir lokomotifin pistonunun yüzeyini 2500 santimetrekare kadar (55 santim çap.) kabul edersek bu yüzeydeki bir pistona buhar 40.000 kilogramlık bir basınç yapıyor demektir. Bu çok büyük bir kuvvettir. Bu kuvvetle orta boy bir lokomotif peşindeki vagon dizisini kolaylıkla çekebilir.

Kazandan gelen buharın önce pistonun bir yüzüne sonra diğer yüzüne basınç yapması “çekmeceli dağıtım” denilen bir sistemle yapılır. Kazandan gelen buhar önce silindire bitişik olan bir buhar kutusu içine girer; pistonun öne gitmesi, buhar kutusunun iki ucundaki deliklerin birini, eski yerine gelmesi de ötekini bir sürgü sistemiyle kapatır, Böylece buharın önce deliklerin birinden, sonra ötekinden geçerek, pistonun ilkin önüne, sonra da arkasına gitmesi sağlanır.

Pistonun devamlı olarak ileri-geri gidip gelme hareketinin sürekli dönme hareketine çevrilmesi «biyel kolu» manivelâsiyle elde edilir. Piston kolunun ucu, «kayma yuvalan» adı verilen, birbirine paralel iki kızak arasında başka bir kola mafsallanmıştır. Pistonun hareketiyle, piston kolu kayma yuvalarının içinde ileri-gerî hareketi tekrarlar, bu sırada , da mafsallı bulunduğu öteki kolu harekete geçirir. Piston kolunun daima aynı uzantıda gidip gelmesine karşılık, öteki kol öbür ucu ile bağlı bulunduğu ana mili veya tekerleği döndürür.

Advertisement

Leave A Reply