BİR STİRLİNG MOTORUNA GÜNEŞ ENERJİSİ UYGULANMASI Fatih AKSOY DOKTORA TEZİ MAKİNE EĞİTİMİ GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ PDF Ücretsiz indirin

Rejeneratörde soğuk bölgeden sıcak bölgeye hareket eden çalıģma maddesinin bir kısmı kalmakta ve basınç azalmasına sebep olmaktadır. Ölü hacmin çok azalması akıģ kayıplarını artırmaktadır [83, 84, 88]. Ġekil 3.23 de ölü hacim oranına bağlı boyutsuz çıkıģ gücü değiģiminin eğrileri görülmektedir. Burada T / T minimum ve maksimum sıcaklıklar arasındaki C H oran, X / V D VE ölü hacim oranı, ( P Pmax. VT / ) boyutsuz güç değeridir. Ġekilde görüldüğü gibi, ölü hacim oranı artıkça motor çıkıģ gücü azalmaktadır. Ayrıca, sıcaklık oranı küçüldükçe motor gücünün arttığı görülmekle beraber, ölü hacim oranının değiģimine bağlı güç eğrileri aynı oranlarda değiģim göstermektedir [83, 88]. 35 15 Oluklu ya da parabolik aynalar heliostat olarak kullanılabilmektedir. Ancak aynalar çok uzun odak uzunluğuna sahip oldukları için neredeyse düz görünmektedirler. Her ayna bağımsız olarak güneģ ıģınlarını takip etmekte ve gelen ıģınlar alıcıya yönlendirilmektedir. Büyük miktarlarda elektrik üretmek için heliostat alanı oldukça büyük imal edilmektedir.

ĠĢlemin neticesinde güç pistonunun tepesi ile yer değiģtirme pistonunun eteği arasında birbirine temas etmeyecek kadar küçük bir boģluk kalacaktır. Yer değiģtirme pistonu muylusu D noktasına geldiğinde yer değiģtirme pistonunun eteği ve güç pistonunun tepesi 4 noktasında olacaktır. Güç pistonu ve yer değiģtirme pistonunun bu pozisyonunda çalıģma maddesinin hemenhemen tamamı sıcak hacimde sıkıģtırılmıģ, yüksek basınç ve sıcaklıkta iģ yapmaya hazır bulunmaktadır [84, 104]. Yer değiģtirme pistonu muylusu D noktasından A noktasına giderken yer değiģtirme pistonu AÖN civarında sabit kalacak, güç pistonu kendi kursunun yarısından fazla AÖN’ya doğru hareket ederek iģ zamanının gerçekleģtirecektir. Parabolik ayna/ısı-motoru sistemi [60] 1978 yılında kırsal alanlarda uygulanmak üzere 1 ve 1,9 kw gücünde güneģ enerjili motorlar geliģtirilmiģtir [61]. 1 ve 1,9 kw gücündeki motorlardan sırası ile %5,5 ve %5,7 termal verim elde edilmiģtir [61] yılında Fujita ve arkadaģları, üç farklı ayna/ısı-motoru güneģ enerji sisteminin performanslarını karģılaģtırmıģtır. Sistemlerde bir Stirling motoru, bir Brayton çevrimi ile çalıģan gaz türbini ve bir Brayton/Rankin birleģik çevrimi ile çalıģan gaz türbini test edilmiģtir. Stirling motorunun verimi 950 ºC nin altındaki sıcaklıklarda diğer motorlara göre daha yüksek değerdedir.

Dongho ve Osan fotovoltaik sistemlerinin yıllık enerji üretimleri sırası ile kwh ve kwh olarak elde edilmiģtir. Dongho fotovoltaik sistemin güç üretim verimi %9 ile %15,3 arasında değiģirken, Osan fotovoltaik sisteminin güç üretim verimi %10,8- %16,4 arasında değiģim göstermiģtir. Osan ve Dongho sistemlerinin elektrik üretim maliyetleri sırası ile 0,824$/kW ve 0,531$/kW olarak elde edilmiģtir [27]. Parabolik oluk Ģeklindeki kollektör bir odak çizgisi üzerine yerleģtirilen bir tüpe güneģ ıģınlarını odaklamaktadır. Parabolik oluklu kollektörün yüzeyi metal folyo ya da ince aynalardan oluģan bir yansıtıcı malzeme ile kaplanmaktadır. Kollektörün odak çizgisi üzerine paslanmaz çelik malzemeden imal edilen tüp Ģeklinde alıcı yerleģtirilmiģtir. Paslanmaz çelik boru oluģacak ısı kayıplarını azalmak için cam boru içerisine yerleģtirilmiģtir [29]. Kollektörler güneģ ıģınlarını içerisinde çalıģma maddesi bulunan alıcıya odaklamaktadırlar. Alıcı içerisinde dolaģan çalıģma maddesi ısınmakta ve ısı eģanjörüne iletilerek yüksek basınçta kızgın buhar üretilmektedir. Kızgın buhar bir gaz türbini-jeneratör sisteminde kullanılarak elektrik üretilmektedir. Türbinde kalan buhar bir kondenserde yoğunlaģtırılmakta ve buhar üretmek için ısı eģanjörüne geri gönderilmektedir.

• Bu sistemde 8,5 m çapında bir parabolik ayna, bir alıcı ve V-161 kinematik Stirling motoru kullanılmıģtır.
• Ġekil 3.15 de eğik plakalı döndürme mekanizmasına sahip bir Stirling motoru görülmektedir.

400 ºC sıcaklık, 90º eğim ve 8 alan oranında, konveksiyon ve radyasyon kayıpları toplam ısı kayıplarının sırası ile %40,72 ve %59,28 i olarak elde edilmiģtir [137]. Kanalın giriģindeki sıcaklık dağılımı düzgün iken çıkıģta dalgalı fonksiyona dönüģmektedir. Isı taģınım katsayısının veya ısı transferi yüzeyinin büyük olduğu hallerde bu dalgalanmanın az olduğu, küçük olduğu hallerde ise dalga genliğinin arttığı görülmüģtür. Bu olay çalıģma maddesinin değiģimini hesaplamada kullanılan birinci kanunun matematiksel olarak karakteristiğinin değiģken olmasından kaynaklanmaktadır. AkıĢkan ilerlerken duvar sıcaklığı ile akıģkan arasındaki sıcaklık farkı artmakta belirli bir farktan sonra sıcaklık değiģimini hesaplamada kullanılan eģitlik dalga denklemine dönüģmektedir. Ġekil Isıtma ve soğutma kanalında sıcaklık değiģimi ġekil 4.12 de 200, 300 ve 400 W/m 2 K lik ısı taģınım katsayıları için çalıģma maddesi kütlesine bağlı olarak çevrimlik iģin değiģimi görülmektedir. ÇalıĢma maddesi kütlesinin artması ile çevrimlik iģ belirli bir değere kadar artmakta ve daha sonra azalmaktadır. ÇalıĢma maddesi kütlesinin aģırı artması, çalıģma maddesinin ısıtılması ve soğutulması için transfer edilen ısının istenilen sıcaklık değiģimini oluģturamamasına neden olmaktadır. Ġekilde görüldüğü gibi, ısı taģınım katsayısının artması ile maksimum iģi veren kütlede artmaktadır.

Resim 5.1 de manivela hareket mekanizmalı Stirling motoru ve aynadan oluģan sistemin resmi görülmektedir. Bu sistemde 1,7 m çapında ayna kullanılarak güneģ enerjisi 0,25-0,35 m uzunluğunda yer değiģtirme silindiri dıģ yüzeyine odaklanmaktadır. Deneylerde, 2 bar Ģarj basıncında çalıģma maddesi olarak helyum kullanılarak 344 dev/dk motor devrinde 23,59 W motor gücü elde edilmiģtir. Bu sistemin verimi geri yansıma ve radyasyon kayıpları nedeniyle oldukça düģük elde edilmiģtir [143]. Ġekil 5.3 de görüldüğü gibi, güneģ ıģınları kaviti iç yüzeyine odaklayarak güneģ enerjisinin geri yansıma ve radyasyon kayıpları minimize edilmeye çalıģılmıģtır. 90 70 Senft (2002) Schmidt analiz metodunu kullanarak gama tipi bir Stirling motorunun termodinamik analizini gerçekleģtirmiģtir. Optimum koģullarda; süpürme hacim oranı, ölü hacim ve faz açısının motor çıkıģ gücüne etkisini incelemiģlerdir. 0,5 sıcaklık oranı, 0,75 süpürme hacim oranı, 0,5 mekanik verim ve 0,5 ölü hacim oranı için maksimum iģ faz açısı arasında elde edilmiģtir. Buna ilaveten, süpürme hacim oranının artması ile iģ belirli bir değere kadar artıģ göstermekte ve daha sonra azalmaktadır [131]. Kongtragool ve Wongwises (2006) izotermal analiz metodu kullanarak soğuk, sıcak ve rejeneratördeki ölü hacimlerinin bir Stirling motorunun performansına etkilerini incelemiģlerdir. Net iģin yalnızca ölü hacimlere bağlı olduğunu, ısı giriģi ve motor veriminin ise hem rejeneratör verimine hem de ölü hacimlere bağlı olduğunu belirtmiģlerdir. Ölü hacmin artması ve rejeneratör veriminin azalması ile motor verimi azalmıģtır [132].

Soğuk hacim güç pistonu ile yer değiģtirme pistonu arasında, sıcak hacim ise yer değiģtirme pistonunun üst tarafında bulunmaktadır. Sıcak hacmin güç pistonu ile yer değiģtirme pistonu arasında, soğuk hacmin yer değiģtirme pistonunun üst tarafında bulunduğu motor tipleri de görülmektedir. Burada motorun çalıģması açıklanırken birinci hal göz önünde bulundurulacaktır. Fiat-Lux programı ile elde edilen veriler ölçümler sonucunda elde edilen sonuçlarla uyumlu bulunmuģtur [56]. Caldes ve arkadaģları Ġspanya da mevcut 50 MW ve 17 MW kapasiteli güneģ enerji sistemlerinin ve 2010 yılına kadar 500 MW kapasiteye ulaģması beklenen güneģ enerji sistemlerinin, sosyo-ekonomik etkilerini incelemiģlerdir [57]. Wei ve arkadaģları güneģ enerji kule sisteminde heliostatların yerleģim alanının tasarımı için yeni bir metot geliģtirmiģlerdir. Bu yeni metotta, heliostat sınırını alıcının geometrik açıklığı ve verim faktörüne bağlı olarak belirlenmiģtir. Heliostat yerleģim alan dizaynı için yeni bir kod geliģtirilmiģtir.

Pasumarthi ve Sherif güneģ bacasının performans karakteristiklerini belirlemek için hava hızı, hava sıcaklığı ve güneģ bacasının çıkıģ gücü üzerine değiģik parametrelerin etkilerini inceleyen bir matematik model geliģtirmiģlerdir [43]. Pasumarthi ve Sherif tarafından gerçekleģtirilen diğer bir çalıģmada ise üç farklı kollektör yapısına sahip güneģ bacası üzerinde teorik ve deneysel çalıģmalar yapılmıģtır. Farklı uzaklıklarda üç farklı kollektör tipi için kollektör altındaki hava sıcaklığı ayrı ayrı ölçülmüģ ve sonuçları matematik modelle karģılaģtırmıģlardır [44]. Manivela Böhler K100 soğuk iģ takım çeliğinden tek parça halinde yapılmıģtır. Manivela kolları mukavemeti artırmak ve ağırlığı azaltmak için I Ģeklinde iģlenmiģtir. Krank kol muylusuna kolay bir Ģekilde bağlayabilmek için PinUp PinUpbet güncel adres!5@PinUpbethttps://PinUpcasino-tr.com/;PinUpbet yatağı iki parçalı yapılmıģtır. Manivela motor bloğu içerisindeki yağa çarparak motor parçalarını yağlamaktadır. Manivela motor bloğuna bir mil vasıtası ile yataklandırılmıģtır [111]. Yer değiģtirme pistonu Resim 7.6 da yer değiģtirme pistonu görülmektedir. Yer değiģtirme pistonu paslanmaz çelik boru ASTM 304 malzemeden imal edilmiģtir.

Ancak 950 ºC nin üzerindeki sıcaklıklarda Brayton/Rankin birleģik çevrimi ile çalıģan gaz türbininin verimi Stirling ve Brayton çevrimi ile çalıģan motorların veriminden yüksek elde edilmiģtir. Bu sistem 10,5 m çapında bir parabolik yansıtıcı (dish), bir alıcı ve United Stirling 4-95 Mark II kinematik Stirling motorundan oluģmuģtur. Bu sistemde 18 aylık çalıģma sırasında yağ pompası ve çek valflerde iki önemli problem meydana gelmiģtir. Bu problemlere rağmen sistem 18 aylık süre içerisinde yaklaģık olarak 2000 saat çalıģmıģtır. Bu sistemin güneģten elektiriğe dönüģüm verimi %29,4 olarak bildirilmiģtir [63]. 30 10 Coolidge güneģ enerji sulama projesi kapsamında, 150 kw kapasiteye sahip parabolik oluklu enerji dönüģüm sistemi Arizona nın Coolidge yakınlarında bir çiftliğe kurulmuģtur. Bu sistem 1979 yılının Ekim ayı ve 1982 yılının Eylül ayları arasında çalıģmıģtır.

Bu sebeple yer değiģtirme pistonunun AÖN’ da sabit kaldığı kabul edilmektedir. Güç pistonu ise AÖN’ ya doğru krank çapına yakın bir mesafe kat ederek iģ zamanını gerçekleģtirir. ĠĢlem esnasında çalıģma maddesi hem geniģleyerek iģ yapmakta hem de ısıtmasoğutma kanalından geçerken ısı almaktadır. Bu iģlemde çalıģma maddesinin sıcaklığının sabit kaldığı kabul edilmektedir. Biyel muylusu C noktasına vardığında çalıģma maddesinin yarısı sıcak hacimde diğer yarısı güç silindirinde bulunmaktadır. ÇalıĢma maddesinin tamamının sıcaklığı sıcak kaynak sıcaklığına yakındır [83, 94, 105, 106]. Biyel muylusu C noktasından D noktasına doğru giderken, güç pistonu AÖN civarında sabit kabul edilebilir.