Tüp İçindeki Gaz Neden Yanmaz?

Gazlar basınçlı kaplarda taşınır Basınçlı kabın iç basıncı çeperin dayanabileceği basıncı aştığında en zayıf yerinden yarılıp, karşı istikamete fırlayacak şekilde patlar Buna fiziksel patlama denir İçinde yanıcı gaz olsun olmasın bütün tüplerde fiziksel patlama tehlikesi vardır Çoğu tüplerde emniyet valfı vardır Basınç arttığında valf açılır ve gaz boşaltılır Bu takdirde oksijen oranını azaltma ve kimyasal patlama tehlikelerine sebebiyet verebilir Piknik tüplerinde ise emniyet valfı olmadığından sıcaklığın artışı ile fiziksel tepkime kaçınılmazdır Sıvılaştırılmış gaz bulunan tüplerde sıvı miktarı ne kadar fazla ise patlama riski o kadar azdır Bu nedenle boş tüp dolu tüpten daha tehlikelidir Tüpler direkt Güneş ışığına maruz bırakılmamalı, aşırı sıcak ortamda tutulmamalıdır Piknik tüplerinin üzerine çapı büyük kazan konulmamalıdır
Tüp içerisinde bulunan sıvı propan, ortam sıcaklığından dolayı buharlaşarak tüpün üst tarafını gaz olarak doldurur Propanın buharlaşması tüp içerisindeki basıncın belli bir seviyeye ulaşmasına kadar devam eder Tüpün iç basıncı bu seviyeye ulaştığında, buharlaşma hızı çok düşer, ama durmaz

Evlerde kullandığımız türden bir gaz tüpünün içi, yaklaşık %30 butan, %70 propanla doludur Bu gaz karışımı tüpte 4–5 atmosfer basınç altında bulunur Karışımın sıvı halde olmasının nedeni, dış ortamınkine göre yüksek olan bu basınçtır Yoksa kullanıma hazır haldeki bir tüpün, içerdiği gaz karışımı da dâhil olmak üzere sıcaklığı, çevre sıcaklığı düzeyindedir Her ne kadar tüp cidarının 80 atmosfer basınca kadar dayanıklı olması güvenlik açısından gerekli ise de, tüp 4–5 atmosfer basınca kadar doldurulmuş olduğundan, içindeki sıvı gaz karışımının üzerinde bir miktar gaz da bulunur: Bu doğrudur Ancak tüp kapalı olduğu sürece, gaz ve sıvı fazları bir dengeye ulaşmış olduklarından, bu gazın miktarı değişmez

Bu noktadan itibaren üst taraftaki gaz, dışarıya ısı attıkça sıvılaşmaya başlar ve kısmen iç basıncın düşmesine yol açar, yani (iç basınç) kritik seviyenin altına iner Basıncın düşmesiyle, buharlaşma tekrar kaldığı yerden devam eder

Tüp kapalı olduğu sürece, bunların hiçbirisi yer almaz Tüpün bir basınç düşürücü (‘dedantör’) aracılığıyla açılarak, içindeki gazın kullanılmaya başlandığını düşünelim Bu durumda, üstteki gaz, dedantöre bağlı olan borudan geçerek ocağa gitmekte; tüpün içindeki basınç düşerken de, sıvı haldeki gazın bir kısmı buharlaşarak, basıncı tekrar yükseltmektedir Sıvı gaz buharlaşırken, dışarıya ısı ‘atma’nın tam tersine, alttaki sıvı kütleden ısı emer Bir miktar soğuyan sıvı kütle de, dış ortamdan ısı emerek, dış ortamla tekrar dengeye gelmeye çalışır Tüpten gaz çıkışı devam ettikçe, tüpün içindeki basıncın giderek azaldığı doğrudur Bu, içerdeki toplam gaz miktarının azalmasından dolayıdır Aynı hacmi, aynı çevre sıcaklığında termodinamik dengeye gelmiş olan daha az miktarda gaz kaplıyor olduğundan, basınç düşer ‘Kritik seviye’ bu süreç kapsamında bir anlam taşımıyor

Kapalı sistemlerde sıvı-gaz-sıvı dönüşümü kritik basınç seviyesinin civarında, ısı transferinin eşliğinde sürekli olarak yukarda anlatıldığı gibi devam eder

Kapalı sistemlerde, örneğin kapalı olan bir tüpte; alttaki sıvı ile üstteki gaz fazlarını birbirinden ayıran yüzey üzerinde; bir yandan bazı gaz moleküllerinin sıvıya yapışarak ‘sıvılaştığı,’ diğer yandan sıvıdaki bazı moleküllerin de, ‘istatistiksel bir rastlantı’ sonucu yeterli kinetik enerjiyi kazanıp, arayüzü geçerek, yani sıvıdan yukarı fırlayarak gaz fazına katıldığı doğrudur Sıvı ve gaz fazları arasındaki denge, statik değil, dinamik bir dengedir Fakat bu esnada, dışarıyla ısı alışverişi söz konusu değildir Çünkü tüm sistem, çevre sıcaklığı ile denge halindedir Yalnızca, tüpün ağzı açıldığında durum değişir

Gaz tarafından dışarı atılan ısı yine çevreden sıvı tarafından geri alınarak, bu sürecin devam etmesine sebep olur

Tekrar: Kapalı sistem için böyle bir durum söz konusu değil

Buharlaşma anında sıvı propan soğur Çünkü buharlaşma için gerekli olan enerji sıvı propandan sağlanır Soğuyan sıvı propan ise çevreden ısı almaya başlar Bu anlamda evlerde kullandığımız tüp gazların sürekli olarak, aşağıdan yukarıya doğru ısı transferi yaptığını söyleyebiliriz

Tüpün ağzı açıldıktan sonraki durum için, bu anlatımınız doğru Yukarıda da değinilmiş olduğu gibi

Dreffyreus'un tekerinde de böyle bir sıvı-gaz-sıvı dönüşümünün gerçekleştirilmesiyle mekanik hareketin sağlandığını düşünülüyor

Şekildeki piston buharlaşmanın etkisiyle oluşan basınçtan dolayı yukarı doğru hareket eder

Sistem kapalı ise eğer, durup dururken buharlaşma niye olsun? Buharlaşma niye, öncekine göre daha yüksek basınca yol açabilsin, ki piston yukarı doğru hareket etsin? Bakınız yukarıdaki ‘açık tüp’ örneğinde, tüpten gaz çıkışı yer aldıkça, içerideki basınç, artmayıp düşüyor Sıvıdan buharlaşma, bu basınç düşüşü nedeniyle yer alıyor Hâlbuki siz şimdi, ‘neden’le ‘sonuç’un zaman sırasını değiştirerek, buharlaşma yüzünden basıncın artacağını ve artan basıncın pistonu ilerleteceğini ileri sürüyorsunuz Fakat yine de varsayalım ki, bir veya diğer nedenle; piston bir miktar yükseldi, altındaki basınç düştü ve sıvıda bir miktar buharlaşma yer aldı Devam edelim

Tam üst noktaya geldiğinde bir miktar buharın kaçmasına müsaade edilecek şekilde bırakılmış olan aralıktan, dışarıdaki tekerin içerisine buharın geçmesi sağlanır Bu esnada iç basınç düşeceğinden, piston tekrar aşağı doğru inmeye başlayacaktır Pistonun ilk hareketinden dolayı tekerlek dönmeye başlayacağından, piston aşağı inerken de tekerin ataletinden yararlanacaktır Yani pistonun hareketi yukarı doğru gaz, aşağı doğru ise tekerin ataletiyle sağlanmaktadır

Yalnız şu durum var: Pistonun gaz basıncını yenerek aşağıya doğru hareketi sırasında, eğer tekerin ataletinden yararlanılıyor ise, teker yavaşlayacak ve hatta belki duracaktır Ona göre

Bu şekilde pistonun aşağı yukarı hareketiyle tekerin iç kısmı gaz ile dolacak ve sistem dengeye gelerek, yani pistonun altındaki ve üstündeki basınçlar eşit seviyeye ulaşarak, durmasına sebep olacaktır

Daha henüz pistonun aşağıya inişinden, yani ‘motor’un devirlerinden birinden söz ediyorduk; şimdi ansızın piston aşağı yukarı hareket eder oldu Yani devirden devire atladık Hadi neyse devam edelim

Eğer tekerin içindeki gazı soğutarak iç basıncının düşmesi sağlanırsa denge bozulmuş olacağından, pistonun hareket etmesi mümkün kılınabilir

‘Tekerin içindeki’ gazı soğutmak enerji gerektirmeyecek mi? Bu, dışarıdan bir miktar işin yapılması anlamına gelmiyor mu?

Bu yüzden dreffyreus soğutma işini gerçeklestirmek için büyükçe ve dönen bir tekerlek kullanmış

Tekerin yüzey alanı büyük tutularak dışarı ısı atması kolaylaştırılmış Teker içerisindeki gazın dışarı ısı attıkça sıvılaşarak, borular sayesinde tekrar geri dönüşü sağlanmıştır

‘Teker içerisindeki’ gaz dışarı ısı neden veya nasıl atacak? Tüpgaz örneğinde olduğu gibi, sistemin tamamı çevre sıcaklığında iken Sanıyorum yanılgınız, tüp örneğinde de olduğu gibi; normal sıcaklık ve basınç koşulları altında gaz halinde bulunan bir madde eğer sıvı halde ise, sıcaklığının çevre sıcaklığının altında olması gerektiği düşüncesinden kaynaklanıyor Bu doğru değil Evimize gelen bir LPG tüpünün kendisi ve içeriği çevre sıcaklığında olmasına karşın, içindeki basınç atmosfer basıncının 4-5 katı olduğu için, içindeki karışım sıvı haldedir

Tıpkı tüp gazlardaki(ne benzer bir) sıvı-gaz-sıvı dönüşümü burada da gerçekleşmektedir

Burada betimlenen sistem, kapalı bir sistemdir Kapalı bir tüpgazda ise, sıvı ve gaz fazları denge halinde idi ve sistem herhangi bir hareketlilik içermiyordu Dolayısıyla buradaki kapalı sistemle, kapalı bir tüp sistemi arasında bir benzerlikten söz etmek mümkün değil

Ben bu projede teker içerisindeki gazı soğutup yoğuşturmak ve aynı zamanda ısı geri kazanı(mını sağlamak) için, sıvı propanın bulunduğu kısmı, alt taraftan bir boru aracılığıyla tekerin merkezine, yani yoğuşmanın gerçekleştiği yere birleştirdim Böylelikle piston aşağı doğru inerken, içerideki basıncın artmasından dolayı, bir miktar soğuk sıvı propanın yukarı doğru çıkarak gazı soğutması ve ısı geri kazanımı olarak pistonun bulunduğu kısma dökülmesi sağlanmıştır Teker tarafindan dışarı atılacak olan ısının bir kısmı tekrardan sisteme kazandırılmıştır

Sistem bir bakıma, kısmen de olsa yalıtılmış oluyor Diyelim kusursuz yalıtılmış oldu: İçi sıvı-gaz karışımıyla dolu kapalı ve yalıtılmış bir sistemin iş yapması mümkün değildir Çünkü enerjinin korunumu ilkesi anında zedelenir

Fakat diyelim ki; sisteminizdeki sıvı freon yüksek basınç altında idi ve her nasılsa piston yükselmeye başladı Bu, tekerin dönmeye başlamasına, pistonun altındaki basınç düşüşü de, alttaki sıvının bir miktar buharlaşmasına yol açar Ancak bu buharlaşma, basınç artışına yol açamaz; sadece daha önceki basıncın aynısını, daha geniş bir hacmin içinde inşaya çalışır Piston yukarıya ulaştığında, altındaki gazın bir kısmı çevreye salınırsa, alttaki basınç düşer ve piston bu durumda, aşağıya doğru inişe geçebilir Sonuç olarak da, benzer sürecin tekrarı sayesinde aşağı yukarı salınımlarda bulunarak tekeri, sizin de dediğiniz gibi günlerce çevirebilir Yalnız dikkat edecek olursanız; olası sürtünme kayıplarını gözardı edecek olursak; sisteminizdeki teker hiçbir iş yapmıyor, sadece dönüyor Herhangi bir nedenle dönmeye başlamış olan bir tekerleğin, hiçbir sürtünme kaybı yoksa eğer, değil 59 gün süreyle, ilelebet dönmesi bile mümkündür Tıpkı ideal bir boşlukta belli bir hızla harekete geçirilmiş olan bir cismin, aynı hızla ilelebet hareket edebileceği gibi

Öte yandan, içi yüksek basınçta sıvı ile dolu bir tüpü kullanarak, çok uzun sürelerle bir tekerleği çevirmek veya ‘iş’ yapmak, tabii ki mümkündür: Tüpün ağzını açıp önüne bir fırıldak koyarsanız, içindeki gaz buharlaşarak çıkıp bitene kadar, o fırıldak döner durur Ama sonunda, tüpün içerisinde ne gaz kalmıştır, ne de o başlangıçtaki yüksek basınç

Bilgi notu: Sıvı halde bulunan propan, freon türü elementler normal atmosfer basıncında SIFIR derecede dahi buharlaşabilmektedir

Bu; çok düşük sayısal yoğunluklarla da olsa, katılar ve bu arada metaller için dahi doğrudur