Yrd. Doç. Dr. Nesrin ADIGÜZEL

Yakıtlar Günlük hayatımızda ve sanayide enerji; mekanik iş, ısı ve aydınlatma şeklinde kullanılmaktadır. Bu üç enerji şekline yararlı enerji denir. Yararlı enerjiyi elde etmek için doğa kaynakları enerji taşıyıcı hale getirilir.

Enerji kaynağı olarak yakıtlar; katı, sıvı ve gaz olmak üzere 3’e ayrılır. Sıvı yakıt olarak petrol, gaz yakıt olarak doğalgaz ve katı yakıt olarak odun, maden kömürü, odun kömürü, linyit ve bor sayılabilir.

Kömür yakıtları taşlardan temizleme, yıkama ve kurutma gibi hazırlama aşamasından geçtikten sonra kok ve toz haline getirme gibi değerlendirme aşamasından geçerler. Petrol birçok hidrokarbon bileşimlerinden oluşur. Bu bileşimlerin her birinin farklı özgül ağırlığı ve kaynama noktası olduğu için damıtma yoluyla çeşitli ürünlere ayrılabilirler. Benzin, motorin, gazyağı vs. gibi.

Yanma Olayı Yakıtlar yanma ile ısıya dönüştürülür. Yanma, yakıtta bulunan karbon ve hidrojenin havada bulunan oksijenle kimyasal olarak birleşmesidir. Yanma sırasında karbon oksijenle birleşerek CO 2 ’i, Hidrojen oksijenle birleşerek H 2 O’yu, Kükürt oksijenle birleşerek SO 2 ‘i oluşturur.

Yakıtlardan elde edilen ısı enerjisi motorlarda direkt olarak mekanik enerjiye dönüştürülür. Isı enerjisinin mekanik enerjiye dönüştüğü Termodinamik’in 1. ve 2. kanunları ile ispatlanmıştır. 1. yasa bütün enerji çeşitlerinin birbirine dönüştürülebileceğini; 2. yasa bir mekanizmaya verilen ısının tamamının işe dönüştürülemeyeceğini bir kısmını kullanılmamış ısı olarak atacağını söyler.

ISI MOTORLARI İçten Yanmalı Motorlar: Kapalı bir sistem içinde ateşleme ve yanma ile yakıtın kimyasal enerjisi serbest bırakılarak basınca dönüşür. Bu basınç pistonu etkileyerek doğrusal hareket yapmaya zorlar. Mekanik iş elde edilmiş olur. 1- Benzinli Motorlar: Silindir içine yakıt-hava karışımı emilir ve buji ile ateşleme yapılır. Yanma sonucu doğan basınç pistonu doğrusal harekete çevirir. Bu hareket biyel-manivela mekanizması ile dönme hareketine dönüştürülür. Bu motorlar blok şeklinde ve belirli bir düzene göre çalışan bir çok silindirden oluşur.

Dört Zamanlı Benzinli Motorlar Bu tip motorların elemanları: - Karbüratör: Yakıt-hava karışımını hazırlar. - Emme borusu: Yakıt-hava karışımını silindire yönlendirir. - Emme supabı: İstenildiğinde emme deliğini açar ve karışımın silindire girmesini sağlar. - Yanma odası: Ateşleme sırasında piston ile silindir kafası arasındaki hacim - Buji: Kıvılcım meydana getirerek yakıtın aniden yanmasına sebep olan elektrik donanım elemanı.

- Piston: Yakıtın yanması ile oluşan basıncın etkisiyle doğrusal hareket yapar. - Biyel ve manivela: Pistonun doğrusal hareketini dönme hareketine çevirir. - Egzoz supabı: Yanmış gazların atıldığı deliktir. - Egzoz borusu: yanmış gazları dışarıya yönlendiren boru. - Kam mili ve yay: Emme ve egzoz supaplarının açılıp kapanmasını sağlar. - Silindir kapağı, silindir ve karter: Motorun kapalı sistemini oluşturan sabit elemanlar. Karter de yağ deposu da bulunur.

Motorun çalışması ile ilgili aşağıdaki terimleri de bilmek gerekir: Motorun çapı: Silindir iç çapı Üst ölü nokta: Pistonun silindir içinde varabileceği en üst nokta. Alt ölü nokta: Pistonun silindir içinde varabileceği en alt nokta. Strok: ÜÖN ile AÖN arasındaki pistonun taradığı mesafe

Dört zamanlı motorlarda mekanik iş pistonun 4 strokunda gerçekleşir: 1- Emme Stroku: Emme supabı açılır, piston aşağıya hareket eder ve yakıt-hava karışımı silindire emilir. Emme işlemi piston AÖN’ya varıncaya kadar devam eder. 2- Sıkıştırma Stroku: Emme supabı kapanır ve piston ÜÖN’ya hareket etmeye başlar. Hacim küçülür ve karışım sıkıştırılır. Sıkıştırma piston ÜÖN’ya yaklaşıncaya kadar devam eder. Karışım tutuşma sıcaklığına gelince buji ile ateşleme yapılır.

3- Genişleme Stroku: Yanma sonucu kimyasal enerji basıncı yükseltir ve bu basınç pistonu ÜÖN’dan AÖN’ya iter. Bu şekilde mekanik iş elde edilir. Hacim genişler ve karışımın basıncı azalır. Pistonun doğrusal hareketi biyel manivela ile dönme hareketine dönüştürülür. 4- Egzoz Stroku: Piston ÜÖN’ya hareket ederek yanmış gazlar açılan egzoz supapından atılır. Piston ÜÖN’ya eriştiğinde supap kapanır.

4 zamanlı motorlarda pistonun 4 strokuna karşılık krank mili 2 devir yapar yani her strok yarım devirdir. Pistonun 4 stroku boyunca sadece genişleme strokunda mekanik iş yapılır.

İki Zamanlı Benzinli Motorlar: Bu motorlarda iş çevrimi iki motor strokunda yani krank milinin bir tam dönmesinde tamamlanır. Emme ve egzoz supapları yoktur. Bunların yerine piston tarafından açılıp kapanan emme ve egzoz pencereleri vardır. İki stroktan oluşur:

1- Emme-Sıkıştırma Stroku: Piston AÖN’dan ÜÖN’ya ilerlerken ilkin yanmış gazlar dışarı atılır ve karterde biriken yakıt-hava karışımı silindire emilmeye başlar. Daha sonra pistonun egzoz penceresi ve kartere bağlı karışım penceresi kapatılır ve sıkıştırma işlemi başlar.

2- Genişleme-egzoz stroku: Piston ÜÖN’ya yaklaştığında emme penceresi açılır, yakıt-hava karışımı kartere girer ve ateşleme ile silindirde bulunan karışım yanmaya başlar. Piston AÖN’ya doğru ilerler. Emme penceresi kapatılır egzoz penceresi açılır.

Genellikle iki zamanlı motorlar düşük güçte, tek veya çift silindirli motorlardır ( motosiklet, küçük tekneler, kar motosikletleri, model uçaklar, çim biçme makinası gibi ).

2 zamanlı motorun 4 zamanlı motora göre avantajları ve dezavantajları: - 2 zamanlı motor daha basit ve daha az maliyetlidir. - Soğuk havalarda çalıştırılması daha kolaydır. - Yakıt karışımının bir kısmı yanmadan egzoz ile atıldığı için çevre ve yakıt ekonomisi konularında başarısızdır. - Yakıt karışımının pistonun üst kısmına ulaşması karter bölümü ile sağlandığı için yakıt karışımı içine yağ girmiş olur. - İki strokta çalıştığı için pistonun her yukarı çıkışında yanma olur ve aşırı ısınma oluşur.

DİESEL MOTORLAR Bu motorlarda silindire yakıt hava karışımı değil sadece hava emilir. Hava sıkıştırılır. Hava tutuşma sıcaklığından daha sıcak hale gelir. Silindir içine enjeksiyonla yakıt püskürtülür. Hava hemen tutuşur ve yanma gerçekleşir. Diesel motorlarda 4 ve 2 zamanlı olabilirler.

Dört Zamanlı Diesel Motorlar: 4 zamanlı benzin motorundan farklı olarak emme strokunda sadece hava emilir ve sıkıştırma sonucunda yakıt püskürtülür. 2 Zamanlı Diesel Motorlar: Benzinli motordaki gibidir. Hava emilir ve sıkıştırılır. İki piston strokunda yani krank milinin bir tam devrinde gerçekleşir.

Motorların gücünü artırmak için F kuvvetini ve dönme hızını artırmak gerekir. F kuvveti için piston çapını yani silindir hacmini büyütmek gerekir. Pratikte silindir sayısı artırılır. Motor gücünü etkileyen bir diğer faktör de yakıtın tam yanmasıdır.

Silindirlerin yerleşmesine göre motorlar: 1- Sıra motoru: Silindirler sıralıdır. 2- V motoru: Silindir eksenleri V şeklindedir. 3- Bokser motoru: Silindirler karşılıklıdır. 4- Yıldız motoru: Silindirler yıldız şeklinde dizilir.

DIŞTAN YANMALI MOTORLAR Yanma ile oluşan sıcak gazlardaki ısı enerjisi başka bir akışkana transfer edilir. Akışkandaki ısı enerjisi mekanik enerjiye dönüştürülür. Bu motorlar gaz ve buhar türbini içerir. Bir buhar türbini dıştan yanmalı motorlara iyi bir örnektir. Yakıtın yanmasından gelen ısı suyu bir kaynatıcı ile buhara çevirir. Borular buharı türbin kanatçıklarına taşır ve milin dönmesine sebep olur. Dönen mil jeneratörden elektrik elde edilmesini sağlar.