YAZARIN ÖNSÖZÜ
İnsanlı bir makine dairesinde vardiya tutan bir makinist/mühendisi düşünüyorum. Genel olarak kendisini işine kaptırmış bu meslek adamının çalışmakta olan makinesinin silindirleri içinde oluşan olayları düşündüğü pek söylenemez. Oysa dizel makinesinin silindirleri içine temiz hava emilmekte veya doldurulmaktadır. Ardından sıkıştırma veya kompresyon olayı başlar, bunu yakıtın püskürtülmesi ve yanma olayı izler. Oluşturulan yüksek basınç ve sıcaklıktaki gazlar genişleme veya ekspenşın olayını başlatır ve silindirde iş ve ona eşdeğer güç üretilir. Sıkıştırma, yanma, genişleme, iş veya güç birer termodinamik olaydır. Ama işletmeci bunun farkında bile değildir, termodinamik ile makinenin operasyonu arasında bir ilişki kuramaz. Bu örneği çoğaltmak kolaylıkla mümkündür. Örnek olarak gaz türbinleri, buhar türbinleri, hava kompresörleri, soğutma sistemleri vb. gösterilebilir.
Zaman zaman, denizciliğe ilişkin anılarımda da hep bu olayları düşünmüş ve makinenin ruhunu anlamaya çalışmışımdır. Bu çalışmalarım beni meslektaşlarım için, fazla teoriye girmeden bir termodinamik kitabı yazmaya, daha doğrusu derlemeye itti. Bu kitapta diferansiyel denklemler, entegraller vb. olmamalıydı. Çünkü denizcilerin bir bölümünü oluşturan makinecilerin önemli bir bölümü, matematik ağırlıklı olmayan, pratiğe veya uygulamaya yönelik kitapları daha kolay anladıkları için çok sevmektedirler. Dolayısıyla onlara hitap edecek termodinamik kitabının, daha çok uygulamaya yönelik olması gerekmektedir. Bu düşünce ile “Uygulamalı termodinamik” isimli kitabı yazmaya koyuldum. İTÜ denizcilik Fakültesinde okutmakta olduğum “Dizel makinelerinin teorisi, buhar ve gaz türbinleri dersleri Zaten termodinamik ile iç dışlı olduğundan kitap hazırlıklarım akıcı bir şekilde gerçekleşti ve sonunda uygulamalı termodinamik kitabım oluştu.
Uluslar arası sistem 1978 yılında dünyanın tüm ülkelerinde kabul gördü ve metrik sistem ile Emperyal sistem tarihe karıştı. IS kısaltması ile ifade edilen Uluslar arası Sisteme rağmen, deniz ticaret filomuzda kullanılmakta olan gemilerde, diğer ölçü sistemlerinin de uygulaması devam ediyor. Bu nedenle kitabımın içinde yaygın bir şekilde 1S kullanılmasına rağmen, zaman zaman metrik sistem ve emperyal sistem uygulamalarına yer vetildi. Bu çalışma sırasında kJ yerine kcal, bar yerine teknik atmosfer gibi ölçüler de kullanıldı. Çünkü ticaret gemilerimizin bazılarındaki sıcaklık ölçerler F türünden, basınç ölçerler ise psi türünden ölçülendirilmiştir.
Uygulamalı termodinamik kitabım: Termodinamik özellikler, birinci kanun, gaz kanunları, ideal gaz işlemleri ve ikinci kanun, çevrim verimleri, içten yanmalı makinelerin çalışma ilkeleri, içten yanmalı makinelerin çevrimleri ve performansları, yanma ve yanma ürünleri, su buharı işlemleri, buharlı güç tesisleri, pistonlu buhar makineleri, buhar türbinleri, buhar makinelerinin çevrimleri, modern gaz türbinleri, hava kompresörleri ve soğutma sistemleri olmak üzere 17 bölümden oluşmaktadır. Her bölümde çok sayıda, basit ve mesleğe yönelik örnekler yer almaktadır. Özellikle 1sı makinelerinin çalışma ilkelerine oldukça ayrıntılı bir şekilde yer verilmiştir.
Bir kitabın yazılması ve basımı sırasında, genel olarak açıkça belirtilmese bile kolektif bir çalışmaya gereksinme vardır. Bu kolektif çalışmaya birçok kişi çok önemli ve değerli katkılarda bulunur, İTÜ Denizcilik Fakültesi öğretim görevlisi Başmühendis Kemal Demirel gibi, Birsen kitapevini ülkemizin 1 numaralı teknik kitaplar yayın evi haline getiren Cengiz ve Bahadır beyefendiler gibi, kitap basımında uzman olan Halim bey gibi...Bu beyefendilerin tümüne “Uygulamalı termodinamik” kitabıma katkıları nedeniyle sonsuz teşekkürler ederim.
Uygulamalı termodinamik kitabımı bu haliyle geniş bir okuyucu kütlesi ve çevre bulacağına inanıyorum.
Hayırlı olması dileğiyle...
Müh. Fahrettin KÜÇÜKŞAHİN
SAHRAYICEDİT-ERENKÖY
İÇİNDEKİLER
TERMODİNAMIK ÖZELLİKLER 27-40
1.1- Giriş 29
1.2- Özellikler ve tanımlamalar 29
1.2.1- Termodinamik sistem 29
1.2.2- Maddenin özellikleri ve durumu 29
1.2.3- Durum değişimi ve çevrim 31
1.3- İş gören madde 31
1.3.1- Saf madde 31
1.3.2- Maddenin temel değişmezleri 32
1.3.2.1- Basınç 32
1.3.2.2- Özgül hacim 36
1.3.2.3- Sıcaklık 37
1-1 Sayısal örnek 34
1-2 Sayısal örnek 34
1-3 Sayısal örnek 34
1-4 Sayısal örnek 37
1-5 Sayısal örnek 37
BÖLÜM 2
TERMODİNAMIĞGIN BİRİNCİ KANUNU 41-48
2.1- Genel tanımlama 43
2.2- Enerji 44
2.3- Enerji türleri 45
2.3.1- Potansiyel enerji 45
2.3.2- Kinetik enerji 46
2.3.3- İç enerji 46
2.4- Entalpi 46
2.5- İş veya mekanik enerji 47
2.6- Düzgün akım eşitliği 47
BÖLÜM 3
İDEAL GAZLAR VE GAZ KARIŞIMLARI 49-66
3.1- İdeal gazlar 51
3.2- Gaz kanunları 51
3.2.1- Boyle (Mariotte) kanunu 51
3.2.2- Charles Kanunları 54
3.2.2.1- Charles'in birinci kanunu 54
3.2.2.2- Charles'in ikinci kanunu 55
3.2.3- Avogadro kanunu 57
3.2.4- Genel gaz kanunu 57
3.2.5- Gaz karışımları 58
3.2.5.1- Gaz karışımı ağırlığı 58
3.2.5.2- Gaz karışımının kütlesi 59
2.2.5.3- Gaz karışımının hacmi 59
3.2.5.4- Gaz karışımının sıcaklığı 60
3.2.5.5- Gaz karışımının ortalama molar ısı kapasitesi 60
3.2.5.6- Gaz karışımının kısmi basınçları 62
3.2.5.7- Karışımın gaz sabiti 62
3.2.5.8- Karışımın yoğunluğu 63
3.1- Sayısal örnek 53
3.2- Sayısal örnek 53
3.3- Sayısal örnek 56
3.4- Sayısal örnek 56
3.5- Sayısal örnek 58
3.6- Sayısal örnek 61
3.7- Sayısal örnek 63
3.8- Sayısal örnek 64
3.9- Sayısal örnek 65
3.10- Sayısal örnek 65
BÖLÜM4 |
İDEAL GAZ İŞLEMLERİ ve İKİNCİ KANUN 67-80
4.1- Gaz işlemleri 69
4.1.1- Sabit hacim işlemi 69
4.1.2- Sabit basınç işlemi 70
4.1.3- Sabit sıcaklık işlemi 71
4.1.4- Adyabatik işlem 71
4.1.5- Politropik işlem 73
4.1.6- Sabit basınç işlemi 75
4.1.7- Sabit hacim işlemi 75
4.1.8- Mekanik güç 78
4.1.9- Elektriksel güç 78
4.1- Sayısal örnek 75
4.2- Sayısal örnek 76
4.3-Sayısal örnek 77
4.4- Sayısal örnek 78
4.5- Sayısal örnek 79
4.6- Sayısal örnek 79
BÖLÜM 5
ÇEVRİM VERİMLERİ 81-96
5.1- Çevrim verimleri 83
5.1.1- Karno çevriminin verimi 83
5.1.2- Brayton (Joule) çevrimi 85
5.1.3- Ericsson çevrimi 86
5.1.4- Atkinson çevrimi 87
5.1- Sayısal örnek 89
5.2- Sayısal örnek 91
5.3- Sayısal örnek 92
5.4- Sayısal örnek 95
5.5- Sayısal örnek 96
BÖLÜM 6
İÇTEN YANMALI MAKİNELER 97-108
6.1-Pistonlu içten yanmalı makineler 99
6.2- İçten yanmalı pistonlu makineler 99
6.2.1- Dört stroklu dizel makinelerinin çalışma ilkesi 99
6.2.2- İki stroklu dizel makinelerinin çalışma ilkesi 102
6.2.3- Dört stroklu benzin motorlarının çalışma ilkesi 103
6.2.4- İki stroklu benzin motorlarının çalışma ilkesi 106
6.3- Devir hareketli içten yanmalı makineler 107
BÖLÜM 7
İÇTEN YANMALI MAKİNELERİN ÇEVRİMLERİ 109-162
7.1- Genel 111
7.2- İçten yanmalı makinelerin teorik çevrimleri 111
7.2.1- Sabathe veya Seiliger çevrimi 112
7.2.1.1- Maksimum basınç ve sıcaklık 114
7.2.2- Sabit basınçta yanmalı çevrim 116
7.2.3- Sabit hacimde yanmalı çevrim 118
7.3- Çevrim karakteristikler 120
7.3.1- Kompresyon oranı 120
7.3.2- Basınç artması oranı 121
7.3.3- Katof veya ön genişleme oranı 121
7.3.4- Genişleme oranı 121
7.4- Teorik ortalama basınç 122
7.5- Teorik çevrimlerin kıyaslanması 160
7.1- Sayısal örnek 125
7.2- Sayısal örnek 126
7.3- Sayısal örnek 127
7.4- Sayısal örnek 130
7.5- Sayısal örnek 131
7.6- Sayısal örnek 132
7.7- Sayısal örnek 134
7.8- Sayısal örnek 138
7.9- Sayısal örnek 140
7.10- Sayısal örnek 142
7.11- Sayısal örnek 144
7.12- Sayısal örnek 151
7.13- Sayısal örnek 154
7.14- Sayısal örnek 155
7.15- Sayısal örnek 156
7.16- Sayısal örnek 159
BÖLÜM 8
İÇTEN YANMALI MAKİNE PERFORMANSI
8.1- Giriş 164
8.2- Endike beygir gücü 165
8.3- Fren beygir gücü 166
8.4- Proni (Prony) freni 167
8.5- Dinamometreler 169
8.5.1- Hidrolik frenler 170
9.10- Ayrışma (Disosiasyon) 206
9.1- Sayısal örnek 204
BÖLÜM 10
SU BUHARI İŞLEMLERİ 209-230
10.1- Su buharının oluşumu 211
10.2- Buhar işlemleri 212
10.2.1- Sabit hacim işlemi 212
10.2.2- Sabit basınç işlemi 219
10.2.3- Sabit sıcaklık işlemi 222
10.2.4- Adyabatik işlem 225
10.1- Sayısal örnek 214
10.2- Sayısal örnek 216
10.3- Sayısal örnek 217
10.4- Sayısal örnek 218
10.5- Sayısal örnek 221
10.6- Sayısal örnek 221
10.7- Sayısal örnek 224
10.8- Sayısal örnek 227
10.9- Sayısal örnek 228
10.10- Sayısal örnek 229
BÖLÜM 11
BUHARLI GÜÇ TESİSLERİ 231-252
11.1- Giriş 233
11.2- Buharlı güç tesisi 233
11.3- Buhar kazanları 234
11.3.1- Alev borulu kazanlar 235
11.3.2- Su borulu kazanlar (Stim jeneratörleri) 236
11.4- Hava ısıtıcıları ve ekonomizörler 237
11.5- Kızdırıcı veya süperhiyter 240
11.6- Disüperhiyterler 241
11.7- Yoğuşturucular (Kondenserler) 242
11.8- Kirli sulardan kaynaklanan sorunlar 244
11.9-Buhar kazanlaında saatteki yakıt tüketimi 245
11.10- Nükleer enerji ve tesisleri 246
11.10.1- Yanma ve fizyon 247
11.11.1- Nükleer reaktörler 247
11.12- Reaktör bileşenleri 249
11.12.1- Reaktör göbeği 249
11.12.2- Yakıt çubukları ve yakıt elemanları" 249
11.12.3- Kontrol çubukları 250
11.12.4- Reaktör koruyucusu (mahfazası) 250
11.12.5- Biyolojik koruyucu 251
11.13- Fizyon olayının başlatılması 251
11.1- Sayısal örnek 246
BÖLÜM 12
PİSTONLU BUHAR MAKİNELERİ 253-270
12.1- Genel 255
12.2- Pistonlu buhar makinelerinin çalışma ilkeleri 255
12.3- Teorik diyagram 257
12.3.1- İki genişlemeli makine 258
12.3.2- Özgül buhar tüketimi 260
12.3.3- Saatteki buhar tüketimi 261
12.3.4- Silindirlerde üretilen güç 261
12.1- Sayısal örnek 262
12.2- Sayısal örnek 264
12.3- Sayısal örnek 266
12.4- Sayısal örnek 267
12.5- Sayısal örnek 268
BÖLÜM 13
MODERN BUHAR TÜRBİNLERİ 271-300
13.1- Tarihçe 273
13.2- Buhar türbinlerinin çalışma ilkeleri 273
13.2.1- Aksiyon türbinleri 273
13.2.1.1- Basit aksiyon türbinleri 274
13.2.1.2- Hız basamaklı aksiyon türbinleri 274
13.2.1.3- Basınç basamaklı aksiyon türbinleri 276
13.2.1.4- Hız ve basınç basamaklı aksiyon türbinleri 277
13.3- Reaksiyon türbinleri 277
13.4- Aksiyon türbinlerinde nozullar 280
13.4.1- Nozullarda buharın genişlemesi 281
13.4.2- Nozul çıkış yüzeyi 283
13.5- Buhar türbinlerinin güçleri 286
13.5.1- Teorik güç 286
13.5.2- Çevre gücü 287
13.5.3- İç güç 287
13.5.4- Efektif güç 287
13.5.5- Boşta çalışma gücü 289
13.6- Buhar türbinlerinin verimleri 290
13.6.1- Isıl (termik) verim 290
13.6.2- Çevre verimi 291
13.6.3- İç verim 291
13.6.4- Efektif verim 292
13.6.5- Mekanik verim 293
13.6.6- Ekonomik verim 293
13.7- Buhar tüketimleri 293
13.7.1- Teorik özgül buhar tüketimi 294
13.7.2- Özgül endike buhar tüketimi 294
13.7.3- Özgül efektif buhar tüketimi 295
13.7.4- Bir saatte tüketilen buhar miktarı 295
13.7.5- Kazanın | saatte ürettiği buhar 296
13.1- Sayısal örnek 284
13.2- Sayısal örnek 287
13.3- Sayısal örnek 289
13.4- Sayısal örnek 296
13.5- Sayısal örnek 298
BÖLÜM 14
BUHAR MAKİNELERİNİN ÇEVRİMLERİ 301-318
14.1- Buhar çevrimleri 303
14.1.1- Karo çevrimi 303
14.1.2- Doymuş buharlı Rankin çevrimi 305
14.1.3- Kızgın buharlı Rankin çevrimi 307
14.1 .4- Rihiyterli türbin çevrimi 308
14.1.5- Rejeneratif çevrim 310
14.2- Entropi diyagramları 312
16.2- Ölü hacimsiz pistonlu hava kompresörleri 354
16.3- Ölü hacmin etkisi 358
16.4- Çok kademeli pistonlu kompresörler 365
16.5- Devir hareketli hava kompresörleri 373
16.5.1- Radyal veya santrifüj hava kompresörleri 373
16.5.2- Eksenel akımlı hava kompresörleri 373
16.1- Sayısal örnek 361
16.2- Sayısal örnek 369
16.3- Sayısal örnek 370
16.4- Sayısal örnek 378
16.5- Sayısal örnek 379
16.6- Sayısal örnek 380
16.7- Sayısal örnek 381
BÖLÜM 17
SOĞUTMA SİSTEMLERİ 383-403
17.1- Giriş 385
17.2- Soğutma için Karno çevrimi 385
17.3- Soğutma çevrimleri 387
17.3.1- Buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi 388
17.3.2- Emme sistemli soğuyma çevrimi 391
17.4- Soğutucu maddeler 393
17.4.1- Buharlaşmanın gizli ısısı 393
17.4.2- Özgül hacim 393
17.4.3- Paslandırma etkisi 393
17.4.4- Elektrik akımına direnç 394
17.4.5- Viskozite 394
17.4.6- Isıl iletkenlik 394
17.4.7- Yağlama yağı etkisi 394
17.4.8- Zehirli olma özelliği 395
17.4.9- Parlama özelliği 395
17.5- Günümüzün soğutucu maddeleri 395
17.6- Soğutucu maddelerin sakıncaları 395
17.7- Sayısal örnek 397