Buhar Makinaları

Buhar makinaları

Buhar makinesi, buharın içinde var olan ısı enerjisini, mekanik enerjiye dönüştüren bir dıştan yanmalı motordur Buhar makineleri, lokomotifler, buharlı gemiler, pompalar, buharlı traktörler ve endüstriyel devreler olabilir
Bir buhar makinesi basınç altında buhar üretmek için suyu kaynatacak bir kazana ihtiyaç duyar Herhangi bir ısı kaynağı kullanılabilir, fakat genelde odun, kömür veya petrol türevi yakıtların yakılmasından elde edilen ateş kullanılır

Çalışma prensibi olarak, ısı enerjisini alan su buharlaşarak genişler ve bir odacığa alınır, odacık soğutulduğunda sıvı hale geçen buhar vakum yaratır böylece mekanizmaların hareket alması ile mekanik enerjiye yani işe dönüşür

Buhar gücünün Heron tarafından uygulamasından sonra 1679 yılında ilk faydalı uygulama Fransız fizikçi Denis Papin ‘den (1647-1712) geldi İçinde suyun kaynadığı ve biriken buharın suyun kaynama noktasını yükselttiği sıkıca kapanan bir kapağı olan düdüklü tencere icat edilmişti Papin’in dikkat ettiği şey daha yüksek ısıda kemikler yumuşuyor ve et daha çabuk pişiyordu Tencereye buhar basıncının çok yükselmesine karşın bir de güvenlik vanası eklenmişti

Savery makinesi

1698 yılında, İngiliz mühendis Thomas Savery (1650-1715), ilk ticari olarak satılan buhar makinesini yapmıştır Bu makine maden ocağından suyu dışarı atmak amacıyla kullanılmıştır Madencinin Arkadaşı olarak tanınmaktaydı

Çalışma prensibi ise, buhar kazanından gelen buhar odacığa dolar Odacık buhar ile doluyken üzerine soğuk su döküldüğünde suya donüşen buhar vakum yaratır böylece odacıktaki su seviyesi yükselir Vana yardımıyla odaya buhar dolduğunda iş yapılmış olur yani madenden su çekilmiş olur Bu makinede vanalar insan gücüyle sırayla kapatılıp açılması gerekmektedir

Yüksek basınçla çalıştığından o günün teknolojisine göre bu tip bir buharı güvenli biçimde kullanacak düzeyde değildi Ayrıca gerekli buharı oluşturmak için suyu ısıtmada çok fazla yakıt gerekliydi Bu tip makinaların öncülü olan Savery’nin makinası verimi düşük olduğundan fazla kullanılmadı fakat kendinden sonra gelen makinalar için temel teşkil etti

Newcomen makinesi



Makinenin çalışma şeması

Newcomen makinesinin şematik gösterimi

-Buhar; pembe, su; mavi ile gösterilmiştir

-Açık vanalar yeşil, kapalı olanlar kırmızıdır

1712 ‘de İngiliz mühendis Thomas Newcomen (1663-1729) yeni bir tür buhar makinesi geliştirdi Bu makinenin Savery Makinesinden en büyük avantajı pistonun bir zincir yardımıyla tahterevalli benzeri bir tür kaldıraca tutturulmuş olmasıydı Bu kaldıracın diğer ucu ise bir tür tulumbaya bağlanmıştı Piston silindirin en üst noktasında iken silindirin içine gönderilen soğuk su buharı yoğunlaştırıyordu Böylece atmosferik basınç pistona aşağıya doğru kuvvet uyguladığı anda su madenden yükseliyordu Buhar pistona dolunca bu çevrim tekrar ediyordu Ayrıca daha az tehlikeliydi Yine de makine istenilen verime ulaşamamış ve yakıt tüketimi azalmamıştı

Watt makinesi

1764 yılında bozulan Newcomen makinalarından biri onarılması için İskoçyalı mühendis James Watt'a verildi Makinayı onaran watt aynı zamanda randımanı düşük bu makineyi geliştirmek de istedi Arkadaşı İskoç kimyacı Joseph Black'tan gizli ısıyı öğrenmiş olan Watt aynı odayı sürekli ısıtıp soğutmanın ne kadar israflı bir şey olduğunu anladı ve aklına iki oda yapmak fikri geldi Biri sürekli sıcak, diğeri de sürekli soğuk tutulacaktı Buhar işini yaparken sıcak odada bulunacaktı ve su haline getirilmesi gerektiğinde supaplar sistemiyle soğuk odaya alınacaktı

Watt 1781 yılına gelindiğinde makinasını iyice geliştirmiş ve pistonun ileri geri hareketini ustalıkla bir tekerleğin dönme hareketine çeviren mekanik aletleride icat etmişti Watt'ın makine tarihi ve makine mühendisliğine katkıları çok büyük önem taşır

Buhar türbinleri

1884 yılında İngiliz mühendis Charles Algernon Parsons (1854-1931) ilk başarılı buhar türbinini yapmıştır Bu sayede yüksek hızlı gemi yapımı kolaylaşmış Jeneratörlerin de kullanılması kolaylaşmıştır
Buhar makinasının verimi

James Watt’ın geliştirmesine rağmen buhar makinalarının verimi halen %7 civarında idi kalan %93 boşa giden ısı olarak kayboluyordu
Buhar makinasının verimini inceleyen ilk kişi Fransız fizikçi Nicolas Leonard Sadi Carnot’tur (1796-1832) 1824 yılında yayımladığı Ateşin Tahrik Kuvveti Üzerine isimli kitabında buhar makinasının maksimum veriminin en sıcak halindeki buhar ile en soğuk halindeki suyun sıcaklığı arasındaki farka bağlı olduğunu gösterdi Carnot ısı ve işin birbirlerine dönüşmesi yolunu ilk olarak ele alan kişi olduğundan Termodinamik biliminin kurucusu kabul edilmektedir