ENERJİ DÖNÜŞÜM SİSTEMLERİ Hafta Sınav 1 Giriş   2 Enerji Dönüşüm Sistemleri Genel 3, 4 Enerji Dönüşüm Sistemleri İçin Ana Yakıtlar 5, 6 Temel Enerji Sistemleri I. Vize 7, 8, 9 Fosil Yakıt Sistemleri 10, 11 Güneş Enerjisinin Isı Ve Elektrik Enerjisine Dönüşümü 12, 13 Rüzgar Enerjisi 14 Hidrolik Enerji Kaynak 1. Principles of Energy Conversion, McGraw Hill, Inc, 1991.

Sınav, Vize, Ödev, Quiz Değerlendirme Ölçütleri Adet Yüzde (%)   Adet Yüzde (%) Kısa Süreli Sınav (Quiz) Haftalık 10 Ara Sınav (Vize) 1 40 Proje 15 Dönem Sonu Sınavı 35 Ders Sorumlusu

Dersin Amacı Temel mühendislik bilgilerini kullanarak enerji dönüşüm sistemlerini tanıtmak, tasarım parametrelerini öğretmek, mevcut enerji dönüşüm sistemleri ve alternatif kaynakları kullanarak enerji üretimi konusunda bilgi sağlamak Program Kazanımları Matematik, fen bilimleri ve mühendislik temel bilgilerinin Makine Mühendisliği problemlerine uygulayabilme becerisi. Mühendislik problemlerinin çözümlenmesinde sağlık, güvenlik ve çevre üzerinde yaratacağı ulusal ve uluslar arası etkilere duyarlılık. Tecrübe ve bilgi kazandırmak ve paylaşmak. Var olan her çözümün daha iyisi olduğunu düşünen bireyler topluma kazandırmak.

Enerji Enerjinin terminolojisi 1- Bir sistemin, kendisi dışında etkinlik üretme yeteneğidir (Max Planck). 2- Başka bir tanımla enerji bir sistemin iş ve ısı verme yeteneğidir. Enerjinin Sınıflandırılması Sınıflandırmalar hangi esasa göre yapılırsa yapılsın, farklı gruplara giren enerjiler, birbirine dö­nüştürülebilmektedir. Enerjinin dönüşebilirliğinin ölçümü ekserji ile ifade edilmektedir. Belirli termodinamik koşullarda, belli bir miktar enerjinin diğer bir enerji biçimine dönüştürülebilen en yüksek miktarıdır. Belirli termodinamik koşullarda diğer bir enerji biçimine dönüştürülemeyen enerjiye de anerji adı verilmektedir.

Enerjilerin gruplandırması Enerjiler kaynaklarına göre; yakıtlar (katı, sıvı, gaz), hidrolik, nükleer, güneş, biyokütle (biyomas), rüzgâr, jeotermal vb. enerjiler olarak ayrılabil­mektedir. Fiziksel yönleriyle de; mekanik (potansiyel ve kinetik), termik, kimyasal, elektromanyetik, elektrik vb. enerjiler olarak gruplandırılabilmektedir. Enerji maddesinin kullanımı sırasında çevreye etkisi yönünden: Temiz enerjiler (Ö.: güneş, rüzgâr, biyomas - biyokütle enerjisi hidrolik enerjiler). Temiz olmayıp, doğayı kirletenler (Ö.: petrol, kömür). Enerji hammaddelerinin özgül enerji içeriklerine göre; Yoğun enerjiler: (Ö.: petrol ve ürünleri, kömür, atom enerjisini veren uranyum). Yoğun olmayan enerjiler: (Ö.: güneş ve rüzgâr enerjileri). Herhangi bir değişime ya da dönüşüme uğrayıp uğramadığına göre enerjiler iki grupta toplanabilir: Birincil enerjiler (Doğal enerjiler): Doğadaki enerjilerin herhangi bir değişim ya da dönüşüm göstermemiş biçimidir (Ö.: güneş, rüzgâr, hidrolik, petrol, kömür enerjiler).  İkincil enerjiler (Türetilen enerjiler): Birincil ya da diğer ikincil enerjilerin dönüştürülmesi sonucu elde edilmektedir (Ö.: elektrik, termik "ısı", mekanik, kimyasal, elektromanye-j tik, ışık). Enerji maddesinin depolanabilme özelliğine göre: Tam olarak depo edilebilenler (Ö.: kömür, petrol ve ürünleri, atom enerjisini veren uranyum ve toryum). Kısmen depo edilebilenler ve edilemeyenler (Örnek: doğal gaz, su, güneş)

Enerji Kaynağının Kalitesi Bir enerjinin başka bir enerjiye ve özellikle mekanik enerjiye çevrilebilen oranına enerji kalitesi denir. Kalite = Mekanik.Enerji / Enerji.Kaynağı Mekanik Kaynaklar: Hidrolik, Rüzgâr, Dalga ve Gelgit enerjile­ridir. Genelde kaynak kalitesi yüksektir (yüksek verimlilikte elektriğe dönüştürülmek üzere elde edilir). 2. İsıl Kaynaklar: güneş kolek-törleri örnek olarak verilebilir. Mekanik iş olarak elde edilebilen ısı enerjisinin maksimum oranı, termodinamiğin II. Yasası tarafından belirlenmiştir. Örneğin termik sistemlerde bu değer % 35'dir. 3. Foton İşlemleri: Buna en iyi örnek fotosentez olayı ve güneş pil­leri [fotovoltaik (PV)] elemanlardır

Enerji – Ekonomi – Ekoloji 20.yy‘ın ilk yarısında enerji kaynakları önceliğini ekonomik olarak düşük maliyet düşüncesi ile tüketildi. 1950’lerden sonra mühendisler 3E üzerine düşünmek zorunda kaldı. Bugün bu 3E arasında denge kurmak için 6 önemli parametre öne çıkmıştır.

E = mc2 kütle ve enerjinin Albert Einstein (1879-1955) kütle ve enerjinin birbirine dönüşebileceğini ifade etmiş ve ikisi arasında çok bilinen; E = mc2 Burada E joule olarak enerjiyi ifade etmektedir. m kilogram olarak enerjiye dönüşen kütle miktarı, c ise ışık hızıdır (c= 2.9979×108 m/s). 1 gram enerjiye dönüşen kütle? E = 10-3 (kg) × (2.9979×108 (m/s)) 2 E ~ 9×1013 (J)

ENERJİ VE GÜÇ BİRİMLERİ Enerji hesapları yapılırken enerji ve güç birimleri karıştırılmamalıdır. Enerji bir zaman aralığında gücün integraline eşittir. P=dE/dT SI biriminde güç; √ Watt (W) Kilowatt (kW) Megawatt (mW) J/s SI birim sisteminde; Enerji √ joule (J) Elektron volts(eV) Million elektron volts(MeV) Calori(cal) Kilovat saat (kWh) Beygir gücü saat (hPh)

Örnek Bir ülkenin nüfusu 100, 000,000 ise Ve gün içinde ortalama her bir kişi 30 dakika su ısıtıcısı (3kW) kullanıyorsa, bir ay içinde, kullanılan güç tüketimini sağlamak için kaç kg enerjiye dönüşen kütle gerekmektedir?

Genel bir metot ile enerji formları 6 sınıfta incelenmektedir. Enerji tipleri: 1. Geçişken Enerji: Sistem sınırlarını geçebilen. İki tür enerji tipi vardır. 2.Depolanmış Enerji: Kütlede veya bir kuvvet alanındaki bir maddenin pozisyonundan kaynaklanan. Genel bir metot ile enerji formları 6 sınıfta incelenmektedir.

1. Mekanik enerji: A) Mühendislik yaklaşımda mekanik enerji bir ağırlığı kaldırmak için kullanılabilen enerji olarak tanımlanmaktadır. B) Daha genel bir tanımlamayla; türbin gibi bir cihazla, (doğrudan ve tamamen mekanik ise) dönüştürülebilen enerji biçimidir. C) Mechanical Energy as the Ability to Do Work D) Mechanical energy is the energy that is possessed by an object due to its motion or due to its position.

Potansiyel enerji ve iş Mekanik enerjinin geçişken hali “İş“ olarak adlandırılır. Depolanmış mekanik enerji “potansiyel enerji“ terimi altında ifade edilebilir. potansiyel enerji 5 alt grupta incelenebilir.

Elektron hareketleri veya yığılmasıyla ilgili enerji biçimidir. 2. Elektrik enerjisi Elektron hareketleri veya yığılmasıyla ilgili enerji biçimidir. Elektrik enerjisinin geçişken formu bir iletkenden elektronların geçişidir. Elektrik enerjisi bir akü ile kapasitör bir levha üzerine elektronların yığılmasıyla depolanabilir.

3. Elektromanyetik enerji: Elektromanyetik radyasyonla ilgili enerji formudur. Radyasyon enerjisi genellikle elektron volt (eV) olarak adlandırılan çok küçük enerji birimleri ile ifade edilir. Elektromanyetik radyasyon tamamen geçişken enerji türüdür. Işık hızında hareket eden bir enerji türü olduğu için depolanmış enerji formunda bulunmaz.

4. Kimyasal enerji: İki veya daha fazla atom ya da molekülün daha kararlı bir kimyasal bileşen üretmek için birleştiği elektron etkileşimlerinin bir sonucudur. Kimyasal enerji sadece depolanmış olarak bulunur.

5. Nükleer enerji: Nükleer enerjide yine yalnız depolanmış formda bulunur. Atom çekirdeği içindeki partikül etkileşimleri ile ilgilidir. Üç tip nükleer reaksiyon vardır. Radyoaktif gecikme, fisyon ve füzyon.

6. Thermal (ısıl) Enerji: Atomik ya da moleküler titreşimlerle ilgili enerjidir. Diğer enerji türleri tamamen termal enerjiye dönüştürülebilirken termal enerjinin diğer enerji formlarına dönüşü Termodinamiğin İkinci Kanununa göre sınırlıdır. Termal enerjinin geçişken formu ısı olarak adlandırılır. Depolanmış hali ise duyulur ve gizli ısı olarak bilinir.

ENERJİ KAYNAKLARI (kaynak alanları) 1. Gelen (income) enerji: 2. Kapital (capital) enerji: Gelen (income) enerji: dünyaya uzaydan gelen enerji Gerçekte yeryüzüne dışarıdan gelen tüm muhtemel enerji kaynaklarıdır. Bu, yıldızlar, gezegenler ve ayın elektromanyetik çekimsel ve partikül enerjileri ve atmosfere göre meteorların potansiyel enerjisi olabilir. Bunlardan en çok yararlı olan enerji türleri güneşin elektromanyetik ışınları ve ay çekiminden kaynaklanan gelgit enerjisidir. güneş enerjisinin endirekt formları: Rüzgâr, Okyanuslar dalgaları, Hidrolik enerjiler, biyomas (ağaçlar hayvanlar, bitkiler, organik atıklar kapsamaktadır). Dünya

Kapital enerji 2. Kapital (capital) enerji: dünyada hali hazırda var olan enerjilerdir. Bugün dünyanın en büyük yakıt enerji kaynağı fosil yakıtlar olarak adlandırılan kapital enerji kaynaklarıdır. İnsanlık için kullanılabilen son kapital yakıt türü ‘’jeotermal enerji’’dir. Bu yerkabuğu altında hapsolmuş olan termal enerjidir. Bu enerji buhar, sıcak su ve/veya sıcak erimiş kayalar şeklinde bulunmaktadır.

Jeotermal enerji Jeotermal enerji çevre dostudur. Rusya'da yapılan kola kuyusu Derinlik 12 km Jeotermal enerji santralı

Kuyuların derinlik ile basınç ve sıcaklık değişimi