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

Aerodinamik sürtünmeler motor gücünü ve termik verimi H-H eğrisine kadar azaltmaktadır [83, 84]. Mekanik kayıplar piston ve segmanların sürtünmesinden, yatak sürtünmelerinden, yağ pompası vb. G-G çizgisi ile gösterilen mekanik sürtünme, motor gücü ve termik verimi azaltır [83, 84]. 59 39 Kol muylusu A noktasında iken sıcak silindirin pistonu ÜÖN da bulunmakta olup aģağıya dönme pozisyonundadır. Soğuk silindirin pistonu ise silindirin ortalarında olup ÜÖN ya doğru hareket etmektedir. Kol muylusu A noktasından B’ye geldiğinde soğuk silindirin pistonu ÜÖN’ ya ulaģır. Bu süreçte soğuk silindirdeki çalıģma maddesi hacmi değiģmemek Ģartıyla sıcak silindire aktarılmıģtır. GeçiĢ esnasında rejeneratör ve ısıtıcıdan ısı alarak sıcaklığını yükseltmiģtir. Kol muylusu B noktasından C’ ye giderken her iki piston aģağıya doğru hareket eder. Kol muylusu C’ ye geldiğinde çalıģma maddesinin çoğunluğu sıcak silindirde, bir miktarı da soğuk silindirde bulunmaktadır.

Bir güneģ enerji kule sisteminin en önemli parçası ısı toplama ve transfer sistemidir. GüneĢ enerji kulesinin üzerinde yer alan merkezi alıcı bir ısı transfer akıģkanın aktığı tüplerden oluģmaktadır. Alıcı heliostatlardan gelen ısıyı absorbe ederek çalıģma maddesine aktarmaktadır. Isınan çalıģma maddesi buhar üretmek için bir ısı eģanjörüne pompalanmaktadır. GüneĢ enerji kulesindeki çalıģma maddesi alıcıdan ısı eģanjörüne doğrudan pompalanmaz. Bunun yerine çalıģma maddesini 24 saate kadar depolayabilecek iyi yalıtılmıģ yüksek sıcaklık depolama tankına gönderir. ÇalıĢma maddesi sıcak depolama tankından ihtiyaç duyulduğunda buhar üretmek için ısı eģanjörüne pompalanır.

• 41 yılında Schlaich-Bergermann tarafından Suudi Arabistan ın Riyad kentine 2 adet 50 kw lık bir parabolik ayna/stirling sistemi kurulmuģtur.
• Biyel muylusu D noktasından A noktasına giderken yer değiģtirme pistonunun ÜÖN civarında sabit kaldığı kabul edilebilir.
• Sistem, 6,5 m 2 güneģ kollektör alanı, 0,6 kollektör optik verimi ve 1000 W/m 2 güneģ radyasyonu için 733 W maksimum çıkıģ gücü üretmiģtir [74].
• 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].

Paslanmaz çelik malzemenin ısı iletim katsayısının düģük olması mekik ısı transferini azaltmaktadır. Paslanmaz çelik borunun et kalınlığı içten ve dıģtan talaģ kaldırarak 1 mm ye indirilmiģtir. Borunun iki ucuna paslanmaz çelik malzemeden iki kapak yapılmıģ ve kaynakla birleģtirilmiģtir. Kapaklardan birisi yer değiģtirme pistonunun yer değiģtirme pistonu kuyruğuna bağlanmasını sağlamak için vidalı Ģekilde yapılmıģtır. Yer değiģtirme pistonu ve silindiri arasındaki çalıģma boģluğu 0,7 mm bırakılmıģtır [111]. Ġekilde görüldüğü gibi, Ģarj basıncının artıģı ile motor güçleri optimum Ģarj basıncına kadar artıģ göstermektedir. Bu değerden sonra Ģarj basıncının artması ile çalıģma maddesine transfer edilen ısı yetersiz gelmekte ve motor gücü azalmaktadır [83,88]. 79 59 ġekil 3.26 da çalıģma maddesi olarak helyum kullanan bir Stirling motorunun farklı Ģarj basınçlarında gürültü seviyesi değiģimleri görülmektedir. Ġarj basıncı ve motor devrinin artması ile gürültü seviyeleri artıģ göstermektedir [83,84]. Serbest pistonlu Stirling motorları sisteme ısı giriģi ile kendi kendine harekete geçerken, diğer tip motorlarda ise el ya da ilave hareket mekanizması kullanımı ile sisteme ilk hareket verilmektedir. Ġekil 3.27 de bir Stirling motoru için ilk hareket mekanizması görülmektedir. SilBahsegel bonus kodu kafasını ısıtabilmek için yanmıģ gazlar bir elektrik motoru-jeneratör çifti tarafından fan ve yakıt pompasına hareket verilerek sağlanır.

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.

Bu sistemde 48 adet parabolik oluklu kollektör kullanılmıģtır [12]. 500 kw kapasiteye sahip bir enerji dönüģüm sistemi Uluslararası Enerji Ajansı tarafından Ġspanya nın Tabernas çölünde kurulmuģ ve 1981 ile 1986 yılları arasında çalıģmıģtır. SEGS sistemi yaklaģık 2 milyon m 2 kollektör yüzey alanına sahiptir. Sistemin yıllık enerji dönüģüm verimi %14-%18 arasında iken, maksimum verimi %22 civarında elde edilmiģtir [17]. Nevada Solar1 parabolik oluklu güneģ enerji sistemi, Amerika BirleĢik Devletleri Nevada da El Dorado vadisine kurulmuģtur. Sistem her biri 470 m 2 yansıtıcı yüzey alanına sahip 760 adet parabolik kollektörden oluģmaktadır. 64 MW elektrik üretim kapasitesine sahip bu sistemin yıllık üretim kapaBahsegel 130 GWh tir [33]. Andasol projeleri, Solar Milennium ve ACS Cobra tarafından geliģtirilen Avrupa nın ilk büyük ölçekli parabolik oluklu güneģ enerji sistemidir.

Yer değiģtirme pistonu kuyruğu 50 Rockwell C derecesinde sertleģtirilmiģ ve dıģ yüzeyi hassas bir Ģekilde taģlanmıģtır. Yer değiģtirme pistonu kuyruğu ve güç pistonu arasında 0,01 mm çalıģma boģluğu verilmiģtir. Yer değiģtirme pistonu kuyruğu çapı 16 mm olarak belirlenmiģtir [111]. Analizde z ekseni 201, r ekseni 51 ve θ ekseni ise 361 grid yapısına bölünmüģtür. Ġteratif çözümler sıcaklıklar kararlı duruma ulaģtıktan sonra sonlandırılmıģtır. Ġekil 5.4 de kavitinin iç yüzeyindeki sıcaklık dağılımının zamana bağlı olarak değiģimi görülmektedir. Kavitinin alt bölgesinin sıcaklığı 45 sn sonunda 300 C ye ulaģmaktadır. Deneysel çalıģmalarda aynı malzeme özelliğine sahip kaviti 300 C ye sn arasında ulaģmaktadır. Teorik ve deneysel sıcaklık seviyeleri arasındaki farkın yalıtım malzemesi yüzeyi ve kaviti ağzından radyasyon ve taģınım ile olan ısı kayıplarından kaynaklandığı düģünülmektedir. Isınma süreleri karģılaģtırıldığında kayıpların oldukça büyük olduğu anlaģılmaktadır. Sendhil Kumar ve Reddy (2008), ġekil 5.2 de görülen kaviti, yarı kaviti ve modifiye kaviti olmak üzere üç farklı geometrideki kavitilerde oluģan doğal konveksiyon kayıplarını nümerik olarak incelemiģtir.