İçeriğe atla

Brayton çevrimi

Brayton çevrimi, genel olarak gaz türbinlerinde kullanılan, periyodik bir prosestir. Günümüzde geçerli olan gaz akışkanlı güç çevrimleri içinde önemli bir yer tutar. Diğer içten yanmalı güç çevrimleri gibi açık bir sistem olmasına rağmen; termodinamik analiz için egzoz gazlarının ikinci bir ısı değiştirgecinden geçtikten sonra içeri alınıp tekrar kullanıldığı farzedilir ve kapalı bir sistem gibi analize uygun hale gelir. İsmini, mucidi olan George Brayton’dan almıştır. Aynı zamanda Joule çevrimi olarak da bilinir.

Gelişimi

Brayton çevrimi ilk olarak, Amerikalı makine mühendisi George Brayton'un 1872 yılında patentini aldığı iki zamanlı kerosen yakan pistonlu motorunda kullanılmak üzere ortaya çıktı.

Çalışma prensibi

Brayton tip bir makine temel olarak üç elemanı içerir: gaz kompresörü, karışım odacığı ve genleştirici.

19. yüzyıldaki orijinal Brayton makinesinde çevre havası, kompresör pistonuna girer, burada basınçlandırılır. (Teorik olarak izentropik bir prosestir.) Sıkıştırılmış hava daha sonra karışım odacığı boyunca ilerler, yakıt ilave olur. (Bu da izobarik bir prosestir.) Isıtılmış, basınçlandırılmış hava ve yakıt karışımı daha sonra genişleme silindiri içinde alev alır ve genişleme piston/silindiri boyunca genişleyerek enerjisini aktarır. (Teorik olarak yine izentropik bir prosestir.) Piston/silindirden elde edilen işin bir bölümü kompresöre güç sağlamak için bir mil düzeneği aracılığı ile kullanılır.

Brayton'ın sadece pistonlu motorlar yapmış olmasına rağmen günümüzdeki modern Brayton makinelerinin hemen hemen hepsi türbinlidir. Bunun en yaygın örneği olan gaz türbinlerinde de yine temel olarak üç eleman vardır: gaz kompresörü, brülör (yakıcı) veya yanma odası ve genleşme türbini. Burada da çevre havası kompresöre girer ve basınçlandırılır. (Teorik olarak izentropik prosestir.) Basınçlı hava yanma odasına girer, yakıt ilavesiyle birlikte yanma gerçekleşir ve hava ısınır. (Bu da izobarik bir prosestir.) Yanma ürünü, türbin veya türbinler boyunca genişleyerek enerjisini aktarır. (Teorik olarak yine izentropik bir prosestir.) Türbinden elde edilen işin bir kısmı ile kompresöre güç verilir. Ne sıkıştırma, ne de genişleme gerçekte izentropik olamaz. Kompresör ve genleştirici boyunca kayıplar, verim kaybını kaçınılmaz kılar.[1] Genelde, sıkıştırma oranındaki artış, bir Brayton sisteminin tüm çıkış gücünü arttırmak için en çok kullanılan yoldur.

İdeal Brayton çevrimi. P = basınç, V = hacim, T = sıcaklık, S = entropi ve Q = sisteme eklenen veya sistemden atılan ısı.[2]

İdeal Brayton çevrimi:

  1. izentropik proses – ortam havası kompresöre çekilerek basınçlandırılır
  2. izobarik proses – sıkıştırılan hava yanma odasına geçer, yakıt yakılır ve hava ısınır —yanma odası akış giriş çıkışına açık olduğu için sabit basınçta
  3. izentropik proses – türbin (veya birden çok kademeli türbin) boyunca genişleyen hava, enerjisini türbinlere aktarır. Bu enerjinin bir kısmı, kompresöre güç vermek için kullanılır.
  4. izobarik proses – ısı atımı/egzoz (genelde atmosfere).

Gerçek Brayton çevrimi:

  1. adyabatik proses – sıkıştırma
  2. izobarik proses – ısı ilavesi
  3. adyabatik proses – genişleme
  4. izobarik proses – ısı atımı

Diğer çeşitler

Kapalı Brayton çevrimi

Kapalı Brayton çevriminin şeması. Ekipmanlar: C kompresör, T türbin, w yüksek sıcaklıklı ısı değiştirici, ʍ düşük sıcaklıklı ısı değiştirici, ~ mekanik yük (örn. elektrik jeneratörü)

Kapalı bir Brayton çevrimi, aracı akışkanı kendi içinde dolaştırır. Türbinden çıkan hava geri döndürülerek kompresöre verilir. Bu çevrimde aracı akışkan olan havayı ısıtmak için yanma odası yerine bir ısı değiştirici kullanılır. Kapalı Brayton çevrimi, kapalı çevrim gaz türbinlerinde ve uzayda enerji üretiminde kullanılır.

Güneş enerjili Brayton çevrimi

2002 yılında, EU SOLGATE programı çerçevesinde yayınlanan makalelerde gösterildiği üzere, sürekli ve etkin bir şekilde ilk kez hibrit bir Güneş enerjili açık Brayton çevrimi çalıştırıldı.[3] Hava, yanma odasında 570 °K'den (296,85 °C) 1000 °K'nin (726,85 °C) üzerine ısıtıldı. AB Solhyco projesi sırasında sadece güneş enerjisi ve biyodizel ile çalıştırılan bir Brayton çevriminde, daha da fazla hibritleşme elde edildi.[4] Bu teknolojinin enerji üretim kapasitesi, Sevilla yakınlarında yapılan Solugas projesi kapsamında 4,6 MW'a kadar çıkarılmıştır ve ticarileşme öncesi ölçektedir.[5]

Geri yönlü Brayton çevrimi

Aracı akışkan hava olduğunda, sisteme net iş uygulanarak geriye doğru hareket ettirilen bir Brayton çevrimi, gaz soğutma çevrimi veya Bell Coleman çevrimi olarak adlandırılır. Bu çevrimin amacı, iş üretmekten ziyade sistemdeki ısıyı hareket ettirmektir. Bu hava soğutma tekniği, jet motorlu hava taşıtlarında, gaz kompresörlerinden alınan tahliye havasını kullanan klima sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Aynı zamanda LNG endüstrisinde kullanılır. LNG endüstrisindeki en büyük geri yönlü Brayton çevrimi, LNG'yi aşırı soğutmak için gaz türbiniyle çalışan, 86 MW enerji harcayan ve soğutucu akışkan olarak azot kullanan bir kompresörden oluşur.[6]

Ters Brayton çevrimi

Ayrıca bakınız

Kaynakça

  1. ^ Çengel, Yunus A., and Michael A. Boles. "9-8." Thermodynamics: An Engineering Approach. 7th ed. New York: McGraw-Hill, 2011. 508-09. Print.
  2. ^ NASA/Glenn Research Center. "PV and TS Diagrams". www.grc.nasa.gov. 4 Haziran 2004 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 3 Haziran 2020. 
  3. ^ "Research" (PDF). europa.eu. 20 Eylül 2006 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi. 
  4. ^ Solhyco.com 29 Aralık 2011 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. Retrieved 2012-01-09
  5. ^ Solugas.EU 25 Aralık 2014 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. Retrieved 2014-11-09
  6. ^ "Login". www.ogj.com. 17 Eylül 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. 

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">İçten yanmalı motor</span> yakıtın yanma odasında oksitleyici ile yandığı motor

İçten yanmalı motorlar, yakıt'ın motor içinde yanma odası adı verilen sınırlı bir alan içinde yakılması ile oluşan basıncın, piston denen parçayı hareket ettirmesi ile oluşan makinelerdir.

<span class="mw-page-title-main">Benzinli motor</span>

Benzinli motor, bir tür içten yanmalı motordur. Benzinli motorlarda kullanılan yakıt benzin olup, yakıt dizel motordan farklı olarak karbüratör adı verilen bir düzenek sayesinde, sıvı olarak değil buharlaşıp hava ile karışarak silindire girer.

Dıştan yanmalı motor, yakıtın yanması ile sistemde çalışacak olan farklı bir akışkanı ısıtarak o akışkan aracılığı ile enerji dönüşümünü yapan bir motordur.

<span class="mw-page-title-main">Türbin</span>

Türbin, bir akışkanın enerjisini işe çevirmek için kullanılan alettir. Türbin bir mil ve üzerinde kanatçıklardan oluşur. Kullanılan akışkana göre türbinin yapısı değişir. Çalışma prensibi şu şekildedir. Akışkan türbinin kanatçıklarına çarparak türbin miline hareket verir, hareket milin çıkışında mekanik işe dönüşür.

<span class="mw-page-title-main">Rankine çevrimi</span>

Rankine çevrimi, termodinamik bir çevrimdir. Diğer termodinamik çevrimler gibi, Rankine çevriminin maksimum verimi de, Carnot çevriminin maksimum verimli hesaplanması ile elde edilir. Rankine çevrimi adını William John Macquorn Rankine'den alır.

<span class="mw-page-title-main">Termodinamik çevrim</span>

Termodinamik çevrim, bir veya daha çok hal değişimi gerçekleştiren, veya enerji üreterek veya enerjiyi transfer ederek ilk haline dönen bir çalışma akışkanı içeren çevrimlerdir. Tabloda termodinamik çevrimlerin listesi verilmiştir.

<span class="mw-page-title-main">Stirling motoru</span>

Stirling motoru, sıcak hava motoru olarak da bilinir. Dıştan yanmalı motorlu bir ısı makinesi tipidir. Isı değişimi prosesi, ısının mekanik harekete dönüşümünün ideal verime yakın olmasına izin verir.

Miller çevrimi, 4 zamanlı içten yanmalı motorlarda kullanılan bir yanma prosesidir. Miller çevriminin patenti 1940'lı yıllarda Amerikalı mühendis Ralph Miller tarafından alınmıştır. Bu motor tipi ilk kez gemilerde ve güç üretim istasyonlarında kullanılmış fakat daha sonra Mazda firması tarafından otomotive adapte edilmiş, Subaru tarafından hibrid modellerde kullanılmıştır.

<span class="mw-page-title-main">Ericsson çevrimi</span>

Ericsson çevrimi, ismini John Ericsson’dan almış termodinamik bir çevrimdir. Gerçekte 2 çevrim bulmuş ve ısı makineleri üzerinde uygulamalarını göstermiştir. İlk çevrim Brayton çevrimi olarak bildiğimiz çevrimle hemen hemen aynıdır. İkinci çevrim Carnot çevrimine eşit verim ortaya koyar. Her ikisi de sık sık dıştan yanma kabiliyetleri açısından Stirling motoru ile karşılaştırılır ve ikinci çevrim aynı verimliliktedir.

<span class="mw-page-title-main">Buzdolabı</span>

Buzdolabı; yaygın olarak buhar sıkıştırma çevrimine göre çalışan, gıdaların soğuk tutularak uzun zaman muhafaza edilmesini sağlayan soğutma makinesidir. Bu bağlamda absorpsiyonlu soğutma ve ayrıca Peltier soğutma sistemleri ile çalışan buzdolapları da mevcuttur.

<span class="mw-page-title-main">Isı pompası</span> Isıyı bir alandan diğerine aktaran sistem

Gerçekte bir soğutma çevrimi olan ısı pompası çevriminin temel prensibini Nicolas Léonard Sadi Carnot 1824 yılında ortaya atmıştır. 26 yıl sonra 1850 yılında Lord Kelvin'in, soğutma cihazlarının ısıtma maksadı ile kullanılabileceğini ileri sürmesiyle ısı pompası uygulamaya girdi. II. Dünya Savaşı'ndan önce ısı pompasının geliştirilmesi ve kullanılır hâle getirilmesi için birçok mühendis ve bilim insanı bu alanda araştırmalar ve çalışmalar yaptı. Savaş yıllarında endüstri, imkânlarını daha acil problemlere yönelttiği için ara verilen bu çalışmalara savaştan sonra tekrar başlandı.

<span class="mw-page-title-main">İki zamanlı motor</span> Motor tipi

İki zamanlı motor, içten yanmalı bir motor tipidir. Daha yaygın olarak kullanılan dört zamanlı motordan farkı, pistonun doğrusal hareketlerinde 4 yerine 2 stroka sahip olmasıdır. İki zamanlı motorlarda emme ve sıkıştırma 1 strokta, yanma ve egzoz 1 strokta yapılır. Dört zamanlı motorlarda ise her iş için 1 strok gerekir.

<span class="mw-page-title-main">Buğu</span> suyun 100 derecede kaynatıldıktan sonraki halidir

Buğu, istim veya islim ; fizik, kimya ve mühendislikte, buharlaşmış suyu ifade eder. 100 santigrat derece civarındaki sıcaklıkta ve standart atmosferik basınçtaki buhar, saftır, saydam gaz haldedir ve sıvı haldeki sudan 1600 kat daha hacimlidir. Buhar doğal olarak suyun kaynama noktasından daha sıcaktır. Daha yüksek sıcaklıklardaki buhara genelde kızdırılmış buhar denir.

<span class="mw-page-title-main">Turboşarj</span> Motora daha fazla hava pompalayıp güç üreten parça

Turbo, içten yanmalı motorlarda pistonların hızlı hareketleri esnasında azalan hava emişini, yani pistonlara ihtiyaç duydukları havayı pompalayan atmosfer basıncına ek basınç yaratan bir mekanizmadır.

<span class="mw-page-title-main">Kazan (termodinamik)</span>

Kazan, yakıtın kimyasal enerjisini yanma yoluyla ısı enerjisine dönüştüren ve bu ısı enerjisini taşıyıcı akışkana aktaran bir basınçlı kaptır.

<span class="mw-page-title-main">Gaz türbini</span> içten yanmalı motor tipi

Gaz türbini, bir tür sürekli ve içten yanmalı motordur. Bütün gaz türbinlerinde ortak bulunan ana bileşenler aşağıdaki gibidir:

<span class="mw-page-title-main">Soğutma grubu</span> chiller

Soğutucu, buhar sıkıştırmalı, adsorpsiyonlu soğutma veya absorpsiyonlu soğutma çevrimleriyle sıvı soğutucudan ısıyı alan makinedir. Bu sıvı daha sonra ekipmanı soğutmak için ısı değiştiriciden veya başka proses akışından dolaştırılabilir. Soğutma, ortama verilmesi gereken veya yüksek verimlilik için ısıtma amacıyla geri kazanılması gereken atık ısı oluşturur.

<span class="mw-page-title-main">Tekirdağ Doğal Gaz Kombine Çevrim B Santrali</span>

Tekirdağ Doğal Gaz Kombine Çevrim B Santrali, Tekirdağ'ın Marmaraereğlisi ilçesinde bulunan doğal gazdan kombine çevrim ile enerji üreten bir elektrik santralidir. Tesis inşasına Eylül 1996 yılında başlanmış ve 1999 yılında işletmeye alınmıştır. Günümüzde EÜAŞ tarafından işletilen santralin kurulu gücü 478 MW'tır.

<span class="mw-page-title-main">Kombine çevrim enerji santrali</span> kombine çevrim enerji santrali

Kombine çevrim enerji santrali, birbiri ardına sıralanmış, aynı ısı kaynağını kullanarak mekanik enerji üreten bir ısı motorları grubudur. Karada elektrik üretimi için kullanıldığı zaman kombine çevrim gaz türbini tesisi olarak adlandırılır. Benzer adlandırma, deniz taşıtlarında da kullanılır ve kombine gaz ve buhar tesisi olarak adlandırılır. İki veya daha fazla termodinamik çevrimin birleştirilmesi, genel verimliliği artırarak yakıt maliyetlerini azaltır.