Isı Makineleri Nedir? Nerelerde Kullanılır?

Isı Makineleri Tanımı ve Kullanıldığı Yerler

Isı makineleri; ısı enerjisini belli bir termodinamik çevrim ile işe dönüştüren sistemleridir. Yüksek sıcaklığa sahip bir ısı kaynağından enerjiyi alarak çalışırlar. Isı makineleri olarak nükleer reaktörler, buhar kazanları ve güneş enerjili su ısıtma sistemleri örnek olarak verilebilir. Isı kaynağından alınıp kullanılan enerji daha sonra düşük sıcaklığa sahip; akarsu, göl, hava ve dış ortama doğal olarak aktarılır.

Isı makineleri için en güzel örnek buharlı güç santrali yani termik santrallerdir. Fosil ve nükleer yakıtların ısı enerjisi kullanılarak sistemde dolaştırılan su yüksek basınçlı buhar fazına dönüştürülür. Bu da türbin – jeneratör sistemi vasıtasıyla elektrik enerjisine dönüştürülür. Daha sonra soğuyan bu buhar su karışımı yoğuşturucu ile kendi sıcaklığından daha düşük olan bir ortama ısısını aktararak tamamen sıvı fazına dönüştürülür.

• Qgiren= Yakıtların yakılmasıyla açığa çıkan ve suya geçen ısı
• Qçıkan= Yoğuşturucuda soğutulan buhardan çevreye yayılan ısı
• Wçıkan= Buharın türbin üzerinde yaptığı iş
• Wgiren= Suyu kazana giriş basıncına düşürmek için yapılan iş
• Buharlı güç santrali çevriminin net işi;
• Wnet,çıkan = Wçıkan – Wgiren (kJ)
• Wnet,çıkan = Qgiren – Qçıkan (kJ)

Isı Makineleri Isıl Verimi

Isı makinesi, verilen ısı enerjisinin sadece bir kısmını işe dönüştürür yani kayıplar vardır. Isıl verim de sisteme verilen ısının ne kadar etkin kullanıldığının ölçüsüdür. Doğada hiçbir makine termodinamiğin birinci yasası gereği %100 ısıl verime ulaşamaz. Bir sistemin ısıl verimi %100’e ne kadar yakınsa sisteme verilen enerji o kadar etkin kullanılmıştır.

Etkinlik (verim) = Elde edilmek istenen / harcanan enerji

Isıl verim = Net iş / sisteme giren ısıl enerji

µ = Wnet,çıkan/Qgiren

µ = 1- Qçıkan/Qgiren

Isı makinelesi, için temel amaç ısıyı işe dönüştürmek olduğu için mühendisler ısıl verimi arttırmanın yollarını ararlar çünkü verim ne kadar yüksek olursa harcanan yakıt ve para o kadar düşük olur.  İş yapan makinelerin ısıl verimleri o kadar düşüktür ki bu da verim kavramının önemini o denli arttırır. Örneğin benzinli otomobil motorları %20 dizel motorlar %30 verimle çalışır. Bu da depodaki yakıtın bünyesindeki kimyasal enerjinin sadece %20’si veya %30’u mekanik enerjiye dönüştürülüyor. Bunların dışında büyük gaz türbinleri %30, buharlı güç santralleri de %40 verime sahiptir.

Sonuç

Günümüzde kullandığımız en verimli ısı makineleri bile aldıkları ısı enerjisinin yarısından fazlasını akarsu, göl, deniz veya dış ortama kullanılamaz ısı enerjisi olarak aktarırlar.